专利名称：地质强度指标的模糊综合评判方法
技术领域：
本发明涉及隧道及地下工程，特别是涉及地质强度指标的模糊综合评判方法。
背景技术：
本发明所涉及的地质强度指标的模糊综合评判确定方法，尚未见诸于相关的专利文献报道。在文献(① CAIM, KAISER PK, UNO H, et al. Estimationof rock mass deformation modulus and strength of jointed hard rockmasses using the GSI system. ((International Journal of Rock Mechanicsand Mining Sciences)), 2004,41 3-19 ;② RUSSO G. A new rational methodfor calculating the GS1.《Tunnelling and Underground SpaceTechnology)), 2009, 24 (I) :103-111)中虽然提出了地质强度指标的定量分析概念，但对地质强度指标取值，并未提出具体的数学量化方法，且无地质强度指标的模糊综合评判确定方法。
地质强度指标(Geological Strength Index, GSI),是通过对岩体结构特征和结构面条件(充填物、粗糙度、风化程度等)的描述，进行岩体质量的评价，从而为修正 Hoek-Brown岩体强度准则参数m、s和α提供取值依据。对地质强度指标的估算取值，首先力求在岩体结构特征和结构面条件的描述时措辞准确，能够反映出岩体的本质特征，然后根据实际工程地质条件为二者分配相对应的权重。研究者依赖丰富的经验进行合理的主观判断是这种方法取值准确的前提，因此取值时容易带有主观性和经验性，但同时，岩体力学参数m、s和α却对地质强度指标取值比较敏感，这个问题的存在就会阻碍了地质强度指标系统的普遍应用。
由于一些评价岩体质量的指标的内涵并不完全清晰，这些指标的判别过程就带有模糊性和不确定性，必然会导致研究者在决策中具有一定程度的主观性。模糊数学以模糊函数作为桥梁，在形式上将不确定性转化为确定性，即把模糊性进行定量化，然后利用传统的数学方法去分析处理，以减少决策过程中的主观性，因此把模糊数学理论应用到岩体工程的研究具有明显优势。本发明把多因素模糊综合评判理论应用到地质强度指标系统的评价中，并利用层次分析法确定模糊评判因素的权重，建立了地质强度指标系统的模糊综合评判方法。发明内容
针对以上现有技术的不足，本发明提出一种地质强度指标量化的确定方法，针对评价岩体质量的指标的内涵带有的模糊性和不确定性，利用模糊综合评判方法，把模糊性进行定量化，将地质调查勘探结果、试验结果、统计数据以及专家意见有机结合起来，取得地质强度指标的准确值。
本发明的目的通过以下技术方案来实现
—种地质强度指标量化的确定方法，该方法包括以下工艺步骤
I)根据地质强度指标，结合岩体节理组数、节理间距和岩体完整性系数描述岩体结构特征，大比例尺波形系数、小比例尺光滑系数和节理蚀变系数描述结构面条件，对地质强度指标取值影响的模糊性、层次性和差异性，建立模糊综合评判因素集
U1 = {un, U12, U13I
U2 = {u21, U22, U23I
式中=U1为岩体结构特征因素集； u2为结构面条件因素集；UU为取值因子；
同时根据地质调查、勘探结果和试验资料，获得岩体节理组数、节理间距、岩体完整性系数、大比例尺波形系数、小比例尺光滑系数和节理蚀变系数取值；
2)根据GSI取值表的分类标准，把岩体结构特征分为五个类别完整或块体状，块状，镶嵌结构，碎裂结构/扰动/裂缝，散体结构；把结构面条件分为五个类别很好，好，一般，差，很差，岩体结构特征和结构面条件评判标准分别用集合形式依次表示为
Vi {vn，V12，V13，V14，V15}
V2 — {v21 j V22J V23J V24J V25I
式中' 为岩体结构评判集；V2为结构面条件评判集；vu为评判因子；
3)依据岩土材料特征，构造隶属函数，对于能够定量化的岩土材料参数，定义其分布特征为正态分布，建立评价指标分类表，其中隶属函数为_8]μ(χ) = e-1^f
式中给定X的划分区间，X0为区间平均值,若X = Xci,则μ (Xci) = I ；
4)基于层次分析法确定岩体参数评判因素的权重，将评判因素的重要性进行两两比较，构造岩体结构特征和结构面条件评判矩阵Ei ；
对于评判矩阵Ei，有EiW = λ maxff
式中λ max为矩阵Ei的最大特征值;W为λ max对应的特征向量；
5)计算岩体结构特征和结构面条件因素矩阵R ;
6)确定决策评语集上新的模糊综合评判集β,其表达式为
b = W XR = (^1 b2,…，hv]
式中
权利要求
1.一种地质强度指标量化的确定方法，其特征在于，该方法包括以下工艺步骤 1)根据地质强度指标，结合岩体节理组数、节理间距和岩体完整性系数描述岩体结构特征，大比例尺波形系数、小比例尺光滑系数和节理蚀变系数描述结构面条件，对地质强度指标取值影响的模糊性、层次性和差异性，建立模糊综合评判因素集 U1 = Iu11, U12, U13I U2 = {u21，U22, U23I 式中=U1为岩体结构特征因素集；u2为结构面条件因素集；uu为取值因子； 同时根据地质调查、勘探结果和试验资料，获得岩体节理组数、节理间距、岩体完整性系数、大比例尺波形系数、小比例尺光滑系数和节理蚀变系数取值； 2)根据GSI取值表的分类标准，把岩体结构特征分为五个类别完整或块体状，块状，镶嵌结构，碎裂结构/扰动/裂缝，散体结构；把结构面条件分为五个类别很好，好，一般，差，很差，岩体结构特征和结构面条件评判标准分别用集合形式依次表示为 V1 — {vn, V12J V13J V14J v15} V2 — {v21 V22J V23J V24J V25I 式中' 为岩体结构评判集；V2为结构面条件评判集；vu为评判因子； 3)依据岩土材料特征，构造隶属函数，对于能够定量化的岩土材料参数，定义其分布特征为正态分布，建立评价指标分类表，其中隶属函数为 [X-X0X2 H{x) = (丁 J 式中给定X的划分区间，X0为区间平均值,若X = Xci,则Ii (Xci) = I ; 4)基于层次分析法确定岩体参数评判因素的权重，将评判因素的重要性进行两两比较，构造岩体结构特征和结构面条件评判矩阵Ei ； 对于评判矩阵Ei,有EiW = A maxff 式中' _为矩阵Ei的最大特征值；W为X max对应的特征向量； 5)计算岩体结构特征和结构面条件因素矩阵R； 6)确定决策评语集上新的模糊综合评判集5，其表达式为
2.根据权利要求I所述的一种地质强度指标量化的确定方法，其特征在于，所述入.和W的计算步骤为 a)计算评判矩阵行元素乘积Mi
全文摘要
本发明涉及地质强度指标的模糊综合评判方法，该方法引入岩体节理组数、节理间距和岩体完整性系数描述岩体结构特征，引入大比例尺波形系数、小比例尺光滑系数和节理蚀变系数描述结构面条件，根据六项评价指标对地质强度指标取值影响的模糊性、层次性和差异性，建立模糊综合评判集；然后构造岩土材料特征的隶属函数，并基于层次分析法确定评判因素的权重；最后依据地质勘探结果和试验数据建立岩体结构特征和结构面条件因素评价矩阵，根据最大隶属度原则确定地质强度指标的取值。这种综合评判方法针对性较强、准确度较高，能够将地质调查勘探结果、试验结果、统计数据以及专家意见有机结合起来，减小了研究者决策时主观性，并且该法能够简易实现。
文档编号G06F19/00GK102982244SQ20121050708
公开日2013年3月20日 申请日期2012年11月30日 优先权日2012年11月30日
发明者曹瑞琅, 朱江, 贺少辉, 陈庆才 申请人:北京交通大学, 锦州铁道勘察设计院有限公司