一种隧道高地应力岩爆或大变形易发等级确定方法和装置与流程

本发明涉及岩爆或大变形评估领域，尤其涉及一种隧道高地应力岩爆或大变形易发等级确定方法和装置。

背景技术：

1、西南山区受区域强烈构造作用，修建隧道会面临异常复杂的高地应力问题，岩爆和大变形是制约隧道选线、勘察、设计和施工建设的重大难题。

2、目前，隧道选线方法主要有工程地质选线、环保选线、地形选线、减灾选线等，对线路的评价主要以定性分析为主，前人提出了基于大地震风险区选线、山区规划选线、崩塌危险区域选线、冰川泥石流地区选线、岩溶选线等，大量研究表明，线路区域内的典型地质病害是影响线路优化的主要因素，但是对于岩爆或者大变形地质病害并未有相关研究，这会导致在隧道选线、勘察、设计和施工建设过程中未考虑了岩爆或者大变形的影响，导致隧道的安全性差。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服在隧道选线、勘察、设计和施工建设过程中未考虑岩爆或者大变形的影响，导致隧道的安全性差的不足，提供一种隧道高地应力岩爆或大变形易发等级确定方法和装置。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

3、一种隧道高地应力岩爆或大变形易发等级确定方法，包括以下步骤：

4、s1.选择岩性条件的岩体强度、应力条件的地应力、构造条件的地质构造以及岩体结构条件的围岩级别作为岩爆或大变形的评估因子；

5、s2.使用层次分析法对评估因子进行处理得到评估因子的权重；

6、s3.对各评估因子进行分级并根据各评估因子的权重确定各级别对应的分数范围；

7、s4.将各评估因子的不同级别进行组合，将每次组合的级别对应的分值范围进行加和，得到不同组合下岩爆或大变形易发性预测值范围；

8、s5.统计不同组合下岩爆或大变形易发性预测值范围与岩爆或大变形易发性等级之间的对应关系并在其中选择最优对应关系，在最优的对应关系下计算不同的岩爆或大变形易发性等级在岩爆或大变形易发性预测值范围内的发生概率；

9、s6.将在最优的对应关系下计算得到的不同的岩爆或大变形易发性等级在岩爆或大变形易发性预测值范围内的概率，按照概率等级标准，确定岩爆或大变形易发等级。

10、优选地，在步骤s2中，使用层次分析法对评估因子进行处理得到评估因子的权重，包括以下步骤：

11、s21.将岩爆或大变形易发等级设置为目标层，将岩性条件、应力条件、构造条件以及岩体结构条件设置为准则层，将岩体强度、地应力、地质构造以及围岩级别设置为子准则层；

12、s22.使用1到9级标度法构建目标层和准则层之间的判断矩阵；

13、s23.使用方根法对目标层和准则层之间的判断矩阵中的值进行处理，计算准则层中各元素的权重；

14、s24.使用1到9级标度法构建准则层和子准则层之间的判断矩阵；

15、s25.使用方根法对准则层和子准则层之间的判断矩阵中的值进行处理，计算各评估因子的权重。

16、优选地，在步骤s23中，使用方根法对目标层和准则层之间的判断矩阵中的值进行处理，计算准则层中各元素的权重，包括以下步骤：

17、s231.计算目标层和准则层之间的判断矩阵中每行值的乘积，计算式如下：

18、

19、mi为目标层和准则层之间的判断矩阵中每行值的乘积，aij为准则层中两两比较的重要性标度，重要性标度为1-9以及1-9的倒数，i为目标层和准则层之间的判断矩阵的行数，j为列数，n为判断矩阵的阶数；

20、s232.计算目标层和准则层之间的判断矩阵中每行值的乘积的n次方根，计算式如下：

21、

22、wi为目标层和准则层之间的判断矩阵中每行值的乘积的n次方根；

23、s233.对目标层和准则层之间的判断矩阵中每行值的乘积的n次方根进行归一化，得到准则层中各元素的权重，归一化的计算式如下：

24、

25、wi为准则层中各元素的权重。

26、优选地，在步骤s3中，对各评估因子进行分级的具体内容如下：

27、a.岩体强度的级别用饱和抗压强度rc的数值范围进行分类，在岩爆中：rc≧60mpa时，为坚硬岩；30mpa≦rc<60mpa时，为较坚硬岩；15mpa≦rc<30mpa时，为较软岩；rc<15mpa时，为软岩；在大变形中：rc≧30mpa，为硬岩；15mpa≦rc<30mpa，为较软岩；5mpa≦rc<15mpa，为软岩；rc<5mpa，为极软岩；

28、b.地应力的级别用应力σ的数值范围进行分类，在岩爆中：σ≧40mpa时，为1级；30mpa≦σ<40mpa，为2级；20mpa≦σ<30mpa，为3级；σ<20mpa，为4级；在大变形中：σ≧25mpa时，为1级；15mpa≦σ<25mpa，为2级；8mpa≦σ<15mpa，为3级；σ<8mpa，为4级；σ值的计算公式为：σ＝0.0292*h+5.185，式中，h为埋深；

29、c.围岩级别以围岩基本质量指标bq值的范围进行分类，包括ⅰ、ⅱ、ⅲ和ⅳ级别，在ⅰ级别中，bq＝1094.5h-0.2496+192.7；在ⅱ级别中，bq＝787.8h-0.2549+192.7；在ⅲ级别中，bq＝387.7h-0.2198+192.7；在ⅳ级别中，bq＝142.7h-0.166+192.7，h为埋深；

30、d.地质构造以发生位置进行分类，包括无、褶皱核部、断层附近以及褶皱两翼、断层破碎带，无表示为没有地质构造现象。

31、优选地，在步骤s3中，根据各评估因子的权重确定各级别对应的分数范围，包括以下步骤：

32、s31.将各评估因子的权重与100的乘积得到的数值，作为各评估因子的最大分值；

33、s32.在各评估因子的最大分值范围内确定各评估因子不同级别的分值范围。

34、优选地，在步骤s5中，岩爆易发性预测值范围与易发性等级之间的最优对应关系及各易发性等级的发生概率为：0≤q1<46对应着低易发性和中易发性，低易发性的发生概率为97％，中易发性的发生概率为3％；46≤q1<52对应着中易发性、高易发性和极高易发性，中易发性的发生概率为74％，高易发性的发生概率为22％，极高易发性的发生概率为4％；52≤q1<59对应着中易发性、高易发性和极高易发性，中易发性的发生概率为28％，高易发性的发生概率为43％，极高易发性的发生概率为29％；59≤q1≤100对应着高易发性和极高易发性，高易发性的发生概率为75％，高易发性的发生概率为25％；大变形易发性预测值范围与易发性等级之间的最优对应关系及各易发性等级的发生概率为：0≤q1<36对应着低易发性、中易发性和高易发性，低易发性的发生概率为93％，中易发性的发生概率为6％，高易发性的发生概率为1％；36≤q1<45对应着低易发性、中易发性、高易发性和极高易发性，低易发性的发生概率为17％，中易发性的发生概率为52％，高易发性的发生概率为21％，极高易发性的发生概率为10％；45≤q1<56对应着低易发性、中易发性、高易发性和极高易发性，低易发性的发生概率为18％，中易发性的发生概率为24％，高易发性的发生概率为51％，极高易发性的发生概率为7％；59≤q1≤100对应着低易发性、中易发性、高易发性和极高易发性，低易发性的发生概率为15％，中易发性的发生概率为14％，高易发性的发生概率为14％，极高易发性的发生概率为57％，q1为易发性预测值。

35、优选地，在步骤s6中，概率等级标准为：概率等级为1级的概率等级描述为不可能，中心值为0.001，概率范围为0.0003～0.003；概率等级为2级的概率等级描述为偶然，中心值为0.01，概率范围为0.003～0.03；概率等级为3级的概率等级描述为可能，中心值为0.1，概率范围为0.03～0.3；概率等级为4级的概率等级描述为很可能，中心值为1，概率范围＞0.3。

36、一种隧道高地应力岩爆或大变形易发等级确定装置，包含至少一个处理器和至少一个与处理器通信连接的存储器，所述存储器存储有被至少一个处理器执行的指令，所述指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行所述方法的任意步骤。

37、与现有技术相比，本发明的有益效果：

38、通过选定岩体强度、地应力、构造条件和围岩级别作为岩爆或大变形的评估因子，并使用层次分析法确定各评估因子权重，并计算不同的岩爆或大变形易发性等级在岩爆或大变形易发性预测值范围内的概率，通过与概率等级标准进行比较确定了在不同的岩爆或大变形易发性预测值范围内各岩爆或大变形易发性等级的易发等级，为隧道选线、勘察、设计和施工建设提供了岩爆和大变形易发等级数据支持，使得在隧道选线、勘察、设计和施工建设过程中，能将岩爆和大变形的影响考虑在内，进一步增强了建成后的隧道的安全性。