隧道及地下工程地质灾害风险属性区间评价方法
【专利摘要】本发明公开了本发明涉及一种隧道及地下工程地质灾害风险属性区间评价方法，评价步骤为：(1)建立风险评价指标体系及其分级标准；(2)构造评价指标的单指标属性测度函数；(3)确定风险区间评价指标的权向量；(4)确定评价指标的测量值区间，计算其单指标属性测度值；(5)根据综合属性测度向量，采用置信度准则进行属性识别。本发明有效考虑了隧道及地下工程地质条件的复杂性和风险的不确定性，不仅可以确定隧道及地下工程中灾害风险等级，还可以给出工程灾害各风险等级的发生概率，从而更好的实现工程灾害风险的定量评价。
【专利说明】隧道及地下工程地质灾害风险属性区间评价方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及隧道及地下工程地质灾害风险属性区间评价方法。
【背景技术】
[0002]隧道及地下工程涉及交通工程(铁路、公路隧道)、水利水电工程(输水隧洞、地下厂房)等重要工程领域，逐渐成为国家重大基础设施工程建设的重要组成部分，而随着国家“十二五”等战略科技发展的规划，重大工程建设的重心正逐渐向地形地质极端复杂的西部山区转移，建设过程中面临着“大埋深、长洞线、高应力、强岩溶、高水压”等极端地质条件的巨大挑战，加之施工前期的地质勘查工作难以查清隧洞沿线的工程地质和水文地质条件，导致在隧道施工中将面临诸多严重的地质灾害，诸如突水、涌泥、岩爆、塌方、瓦斯突出等，造成重大的经济损失和惨重的人员伤亡。如何准确评价隧道及地下工程的灾害风险，已逐渐成为隧道及地下工程开发中面临的关键技术问题之一。
[0003]国内风险分析与评估方面的研究工作现处于发展阶段。20世纪90年代，同济大学、天津大学等以国内一些大型地下工程项目为依托，对风险管理理论及应用等方面进行了探索性研究，迈出了国内土木工程风险管理的第一步。90年代中后期，国内学者将结构可靠度分析方法引入地下工程中，充实了工程风险管理内容，进一步补充与完善了风险管理理论。21世纪初，工程界和学术界对工程领域的风险管理研究非常重视，隧道及地下工程领域风险管理理论逐步细化，在风险评估模式，预测预警与控制决策等几个方面得到快速发展，并取得了不少研究成果。
[0004]然而，目前关于隧道及地下工程工程的风险研究还不太完善，基本停留在定性分析或者半定量分析阶段，仍然需要做大量的工作。当前所采用的风险评价理论与方法普遍存在一个问题:在进行隧道及地下工程灾害的风险分析过程中，风险评价指标的取值往往是一个确切值，忽略了地下工程地质条件的复杂性和风险本身的不确定性，而且大多数模型只能定性或半定量给出灾害风险等级，无法给出灾害等级对应的发生概率。
【发明内容】
[0005]为解决现有技术存在的不足，本发明公开了隧道及地下工程地质灾害风险属性区间评价方法，本发明采用综合赋权法确定评价指标的权重，既可考虑灾害工程实例数据因素，又可根据现场情况对评价指标进行动态调整，降低了专家主观性对评价结果的影响。
[0006]为实现上述目的，本发明的具体方案如下:
[0007]隧道及地下工程地质灾害风险属性区间评价方法，包括以下步骤:
[0008]步骤一:根据诱发地质灾害发生的主要因素建立风险评价指标体系，根据风险评价指标体系中的评价指标与灾害发生概率和发生次数之间的隶属函数或表征关系，确定出风险评价指标的分级标准及其分级标准对应的分级标准矩阵；
[0009]步骤二:根据步骤一中的分级标准矩阵构造评价指标的单指标属性测度函数；
[0010]步骤三:采用综合赋权法确定风险区间评价指标的权向量；
[0011]步骤四:利用单指标属性测度函数针对测量值区间的下限和上限分别进行计算确定评价指标的测量值区间，计算综合属性测度向量；
[0012]步骤五:根据综合属性测度向量，采用置信度准则进行属性识别。
[0013]所述步骤一中，针对隧道及地下工程中的某一种地质灾害，获得诱发地质灾害发生的主要因素，遴选出典型影响因素构成风险区间评价指标体系；统计分析出评价指标与灾害发生概率和发生次数之间的隶属函数或表征关系，从而确定出风险评价指标的分级标准及其分级标准对应的分级标准矩阵。
[0014]诱发地质灾害发生的主要因素为:地层岩性、不良地质、地下水位、地形地貌、岩层产状、可溶岩与非可溶岩接触带、层面与层间裂隙等。
[0015]所述步骤二中，根据分级标准矩阵，构建各评价指标的属性测度函数以计算单指标属性测度。
[0016]所述步骤三中，采用综合赋权法确定评价在指标的权重，以反映指标对评价对象的重要程度；综合赋权法权向量由客观权向量和主观权向量加权求和得到。
[0017]所述步骤四中，评价指标的测量值为一个区间，单指标属性测度计算时，分别针对测量值区间的下限和上限进行计算；每个评价指标测量值区间的下限和上限分别对应一个行向量；针对每个评价指标，从中任选一个作为新的矩阵的行向量，计算该矩阵的综合属性测度。将测量值代入单指标属性测度函数公式中，计算得到的结果为评价指标的测度。
[0018]所述步骤五中，汇总计算得到的综合属性测度，求其各风险等级对应的综合属性测度的平均值，采用置信度准则进行属性识别分析，得到评价对象的风险等级；然后，采用置信度准则计算每一种组合下的风险等级，统计分析各风险等级所占的比例，从而获得地质灾害等级对应的发生概率。
[0019]所述步骤一中，设风险区间评价指标体系中风险评价指标因素共有m个，风险等级划分为η个等级，则评价指标分级标准矩阵A表示如下:
[0020]
【权利要求】
1.隧道及地下工程地质灾害风险属性区间评价方法，其特征是，包括以下步骤: 步骤一:根据诱发地质灾害发生的主要因素建立风险评价指标体系，根据风险评价指标体系中的评价指标与灾害发生概率和发生次数之间的隶属函数或表征关系，确定出风险评价指标的分级标准及其分级标准对应的分级标准矩阵； 步骤二:根据步骤一中的分级标准矩阵构造评价指标的单指标属性测度函数； 步骤三:采用综合赋权法确定风险区间评价指标的权向量； 步骤四:利用单指标属性测度函数针对测量值区间的下限和上限分别进行计算确定评价指标的测量值区间，计算综合属性测度向量； 步骤五:根据综合属性测度向量，采用置信度准则进行属性识别。
2.如权利要求1所述的隧道及地下工程地质灾害风险属性区间评价方法，其特征是，所述步骤一中，针对隧道及地下工程中的某一种地质灾害，获得诱发地质灾害发生的主要因素，遴选出典型影响因素构成风险区间评价指标体系；统计分析出评价指标与灾害发生概率和发生次数之间的隶属函数或表征关系，从而确定出风险评价指标的分级标准及其分级标准对应的分级标准矩阵。
3.如权利要求1所述的隧道及地下工程地质灾害风险属性区间评价方法，其特征是，所述步骤二中，根据分级标准矩阵，构建各评价指标的属性测度函数以计算单指标属性测度。
4.如权利要求1所述的隧道及地下工程地质灾害风险属性区间评价方法，其特征是，所述步骤三中，采用综合赋权法确定评价在指标的权重，以反映指标对评价对象的重要程度；综合赋权法权向量由客观权向量和主观权向量加权求和得到。
5.如权利要求1所述的隧道及地下工程地质灾害风险属性区间评价方法，其特征是，所述步骤四中，评价指标的测量值为一个区间，单指标属性测度计算时，分别针对测量值区间的下限和上限进行计算；每个评价指标测量值区间的下限和上限分别对应一个行向量；针对每个评价指标，从中任选一个作为新的矩阵的行向量，计算该矩阵的综合属性测度。
6.如权利要求1所述的隧道及地下工程地质灾害风险属性区间评价方法，其特征是，所述步骤五中，汇总计算得到的综合属性测度，求其各风险等级对应的综合属性测度的平均值，采用置信度准则进行属性识别分析，得到评价对象的风险等级；然后，采用置信度准则计算每一种组合下的风险等级，统计分析各风险等级所占的比例，从而获得地质灾害等级对应的发生概率。
7.如权利要求2所述的隧道及地下工程地质灾害风险属性区间评价方法，其特征是，所述步骤一中，设风险区间评价指标体系中风险评价指标因素共有m个，风险等级划分为η个等级，则评价指标分级标准矩阵A表示如下:
aYQ aH …aIn^a2Q aIl …aIn(I)
…α _
式中，A 中每一行元素均应满/ii ai(l〈an〈…<ain,或 ai(l>an>…〉ain ;i = 1,2,..., m ； j =1，2，…，n。
8.如权利要求3所述的隧道及地下工程地质灾害风险属性区间评价方法，其特征是，所述步骤二中，设隧道及地下工程灾害的风险划分为5个等级，即矩阵A中η = 5 ;构造评价指标的单指标属性测度函数山…Clij可由下式计算得到:
⑵
djj — rnin {| bjj—Sij-1，| bjj+1—j |} (3) 式⑴中j满足j = 1，2,…，n ;式⑵中j满足,j = 1,2, "^n-1, μ u为第i个评价指标的测量值t具有属性&即风险等级的大小，a+p Bij分别为矩阵A中第i行第j-1列、第j列元素，bu、bu+1、Clij是为构造单指标属性测度函数引入的参数。
【文档编号】G06F19/00GK104133985SQ201410312764
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月2日 优先权日:2014年7月2日
【发明者】李利平, 周宗青, 李术才, 林鹏, 石少帅, 袁永才, 雷霆, 王升 申请人:山东大学