一种隧道围岩质量不确定性测度方法及装置与流程

本申请属于隧道围岩质量测量，具体为一种隧道围岩质量不确定性测度方法及装置。

背景技术：

1、隧道围岩质量不确定性是影响隧道工程施工方案、施工安全、施工造价的关键因素，如何科学、定量测度隧道围岩质量的不确定性对于隧道工程合理设计施工方案、评估施工安全、制定施工管理策略具有重要的参考价值。

2、传统的隧道围岩分级技术综合考虑围岩各项指标，对隧道围岩自稳性进行判断，并判定围岩等级，以围岩等级为依据对隧道设计、施工进行分段管理。而没有考虑隧道围岩在横向、纵向上质量的不确定性，隧道围岩质量的不确定性表征了隧道围岩自稳性在空间上的差异。由于隧道围岩质量的不确定性，同一级别围岩在不同空间位置对于同一种施工方案的适应性存在较大差异。大量工程实践表明，仅考虑围岩分级指标已经不能满足隧道设计、施工管理的客观需求，而引进隧道围岩质量不确定性指标能够为设计、施工方案的优化提供新的依据。因此，如何科学准确地测度隧道围岩质量不确定性，对于提高隧道围岩建设管理水平具有重要应用价值。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的上述问题，本申请发明提供一种隧道围岩质量不确定性测度方法、装置、计算机可读存储介质及电子设备，以解决现仅考虑围岩分级指标，没有考虑隧道围岩在横向、纵向上质量的不确定性，不能满足隧道设计、施工管理的客观需求，评估过于粗略的问题。

2、为实现上述目的，本申请采用如下技术方案：一种隧道围岩质量不确定性测度方法及装置，

3、第一方面，本申请提供了一种隧道围岩质量不确定性测度方法，包括：

4、首先，建立隧道围岩质量不确定性测度指标体系；

5、其中，不确定性测度指标体系包括：

6、横向不确定性测度指标和纵向不确定性测度指标；横向不确定性测度指标包括单孔岩层类型、单孔钻进速率、单孔扭矩、单孔围岩完整性和单孔涌水量；纵向不确定性测度指标包括断面岩层类型、断面平均钻进速率、断面平均扭矩、断面围岩完整性和断面涌水量。

7、其次，对照不确定性测度指标体系采集隧道围岩质量不确定性数据；

8、其中，质量不确定性数据包括横向质量不确定性数据和纵向质量不确定性数据；横向质量不确定性数据包括横向单孔岩层类型、单孔钻进速率、单孔扭矩、单孔围岩完整性、单孔涌水量；纵向质量不确定性数据包括纵向断面岩层类型、断面平均钻进速率、断面平均扭矩、断面围岩完整性、断面涌水量。

9、再次，将不确定性数据粗粒化，得到各个指标的样本数据序列；

10、其中，将不确定性数据分别按照各个预设状态进行粗粒化，得到各个指标的样本数据序列，包括：

11、依据指标状态分界线，界定隧道围岩质量指标的5种状态x1,x2,..,x5，其中x1表示确定状态，状态x2,x3,…,x5是不可确定状态,不确定程度各异，进行下述步骤：将不确定性数据按照所处隧道围岩质量状态等级划分状态；分别按照数据系列统计每种状态出现的频数，计算每种所示状态的概率pi。

12、再次，基于样本数据序列求解信息熵值；

13、其中，求解各样本数据序列的信息熵值，包括：

14、使各数据序列分别采用公式(1)求解得到各数据序列的信息熵值：

15、

16、式中：i表示第i个状态；pi表示第i个状态出现的概率；s(p)表示用以消除这一事件的不确定性所需要的信息量。

17、最后，基于信息熵值得到系统熵值，系统熵值用于表征隧道围岩质量整体不确定性度量值。

18、其中，将各数据序列的信息熵值采用公式(2)汇总求和计算得到系统熵值：

19、

20、式中：sj表示第j个指标的不确定性度量值，pj表示第j个指标的控制状态的概率，pi表示第i个状态出现的概率。

21、第二方面，本申请提供了一种隧道围岩质量不确定性测度装置，包括：指标体系构建单元，用于建立隧道围岩质量不确定性测度指标体系；数据采集单元，用于采集隧道围岩质量的不确定性数据；粗粒化单元，用于将不确定性数据分别按照各个预设状态进行粗粒化，得到各个指标的样本数据序列；第一计算单元，用于分别求解各个样本数据序列的信息熵值；第二计算单元，用于汇总求和信息熵值得到用于表征隧道围岩质量的不确定性的系统熵值。

22、其中，指标体系构建单元，还用于从隧道围岩横向和纵向两个方面建立隧道围岩质量不确定性测度指标体系。

23、其中，数据采集单元，还用于：沿隧道工程的横向和纵向两个方向采集隧道围岩质量不确定性相关数据。

24、其中，粗粒化单元，还用于：依据指标状态分界线，界定隧道围岩质量指标的5种状态x1,x2,..,x5，其中x1表示确定状态，状态x2,x3,…,x5是不可确定状态,不确定程度各异，进行下述步骤：将隧道围岩质量的不确定性数据按照所处隧道围岩质量状态等级划分状态；分别按照数据系列统计每种状态出现的频数，计算每种状态的概率pi。

25、其中，第一计算单元，还用于：对于各个指标数据序列，分别采用如下公式求解得到各指标的信息熵值：

26、

27、式中，i表示第i个状态，pi表示第i个状态出现的概率，s(p)表示用以消除这一事件的不确定性所需要的信息量。

28、其中，第二计算单元，还用于：基于的各指标的信息熵值，汇总求和计算得到用于表征隧道围岩质量整体不确定性度量值的系统熵值，包括：分别采用如下公式求解得到各指标的不确定性度量值：

29、

30、式中，sj表示第j个指标的不确定性度量值，pj表示第j个指标的控制状态的概率，pi表示第i个状态出现的概率。

31、第三方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有可执行指令，该可执行指令被处理器执行时实现本申请各实施例提供的方法。

32、第四方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括：处理器和存储器；存储器用于存储处理器的可执行指令；处理器用于从存储器中读取可执行指令，并执行该指令以实现本申请各实施例提供的方法。

33、基于上述四个方面中提供的技术方案，可以实现以下有益效果：

34、本发明实施例提供的隧道围岩质量不确定性测度方法及装置，通过建立隧道围岩质量不确定性测度指标体系，采集隧道围岩质量不确定性数据，将隧道围岩质量不确定性数据分别按照各个预设状态进行粗粒化，求解各个粗粒化后各个指标数据序列的信息熵值，基于各个指标的信息熵值得到系统熵值，用于表征隧道围岩质量的不确定性度量值。通过本发明实施例提供的方法及装置，提供了一种定量测度隧道围岩质量不确定性的方法，能够全面客观地刻画隧道围岩质量的不确定性程度，测度结果科学准确，并且所需数据量小，方法简单，计算效率高。

35、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

技术特征：

1.一种隧道围岩质量不确定性测度方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的隧道围岩质量不确定性测度方法，其特征在于，

3.如权利要求1所述的隧道围岩质量不确定性测度方法，其特征在于，

4.如权利要求1所述的隧道围岩质量不确定性测度方法，其特征在于，

5.如权利要求1所述的隧道围岩质量不确定性测度方法，其特征在于，

6.如权利要求1所述的隧道围岩质量不确定性测度方法，其特征在于，

7.一种隧道围岩质量不确定性测度装置，其特征在于，所述装置包括：

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有可执行指令，所述可执行指令用于执行权利要求1-7任一项所述的隧道围岩质量不确定性测度方法。

9.一种电子设备，其特征在于，包括：

技术总结
本申请公开了一种隧道围岩质量不确定性测度方法及装置，属于隧道围岩质量测量技术领域，该方法包括：建立隧道围岩质量不确定性测度指标体系；采集隧道围岩质量不确定性数据；将隧道围岩质量不确定性数据分别按照各个预设状态进行粗粒化，得到各个指标的样本数据序列；基于所述分别求解各个指标数据序列的信息熵值；基于所述各指标的信息熵值，汇总求和计算得到用于表征隧道围岩质量整体不确定性度量值的系统熵值。通过本申请实施例提供的方法及装置，能够全面客观地刻画隧道围岩质量的不确定性程度，测度结果科学准确，并且所需数据量小，方法简单，计算效率高。

技术研发人员：胡所亭,常凯,郭小雄,马伟斌,谢洪涛,冯仲伟,蔡超勋,安哲立,王志伟,赵鹏,梁策,范继斌,王腾霄,冀磊,赵泽乾,张景昱,廖晓璇,吴静娴,周康,艾爽,李尧,罗驰,郑泽福
受保护的技术使用者：中国铁道科学研究院集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24