基于模糊物元的采空区稳定性评价研究

为准确评价地下矿山采空区的稳定性,通过分析采空区稳定性的影响因素,确定采空区的地质、水文、环境及几何参数为采空区稳定性的主要影响因素,建立采空区稳定性评价指标体系。采用综合集成赋权法确定评价指标综合权重,结合模糊物元理论,构建采空区稳定性模糊物元评价模型,用关联度表示评价结果。某地下金属矿山采空区稳定性综合评价结果表明,该方法可用于地下采空区的稳定性分析。     

基于云模型的富水岩溶隧道涌水风险评价*

为适应风险因素不确定性、随机性及动态反馈性等特点,建立新型富水岩溶隧道涌水风险评价体系,提出1种基于云模型的模糊综合评价方法。选取5个1级指标、29个2级指标构建评价指标体系;综合层次分析、熵权与加权平均计算法合理分配各指标权重;利用云生成算法计算出云数字特征参数并生成足够数量的云滴;将方法应用于贵州省某隧道涌水风险评价。结果表明:隧道综合云模型云滴大部分处于“中度风险”与“高度风险”之间,与实际开挖及地质雷达分析结果一致。所提出的基于云模型的模糊综合评价法对富水岩溶隧道涌水风险评估提供良好的实践参考,为日后隧道质量控制和寿命评估提供参考。     

基于熵权物元可拓理论的隧道塌方风险评估

为了准确评价隧道塌方风险等级,降低隧道施工过程中塌方事故的风险,基于熵权物元可拓理论建立了隧道塌方风险分级的评估模型。在统计及综合分析隧道塌方影响因素的基础上,选取围岩级别、跨度、偏压角度、埋深、地下水影响、断层破碎带、施工管理与技术水平7个主要因素作为隧道塌方等级评价指标。借鉴可拓学原理,将熵权法引入可拓学理论中,建立了熵权物元可拓评估模型,对隧道塌方风险进行评估。在熵权物元可拓评估模型中,对定性的指标进行量化,并对各指标进行归一化处理,构建隧道塌方等级评估的经典域、节域和待评物元;为客观、合理地确定指标权重,提出用熵权法计算指标权重;对隧道塌方风险进行关联函数值和关联度分析,确定隧道塌方风险等级及其变量特征值。在工程应用中,对某隧道1#横洞的数据进行统计分析,通过构建的熵权物元可拓评估模型得到某隧道1#横洞的待评物元,从而应用熵权物元可拓理论对某隧道1#横洞进行隧道塌方风险评估,评估结果与实际开挖中毛开挖面围岩不稳定、且时有掉块现象发生的情况一致。研究表明,将熵权物元可拓理论应用于山岭隧道塌方风险评估是可行的,应用该模型得到的隧道塌方等级与实际开挖情况相吻合,很好地预测了隧道施工的安全状态。     

基于改进物元可拓模型的采空区稳定性评价

为实现对采空区稳定性的准确评价,选取岩石抗压强度、采场埋深、暴露时间等13项影响因子,建立采空区稳定性评价指标体系。应用物元分析理论,通过物元构造、关联函数求解等步骤建立采空区稳定性评价的物元可拓模型。通过隶属函数对模型的物元量值规格化处理,运用改进层次分析法确定评价指标权重,从而得到改进的物元可拓评价模型。以山东某金矿6个采空区为例,运用改进物元可拓模型对其稳定性进行评价,并与模糊评价结果比较。采用空区探测系统对两种模型下评价结果相异的空区进行现场实测,结合数值方法分析其力学响应特征。结果表明,改进物元可拓模型的评价结果较模糊模型与实际情况更为吻合,准确度更高,将其应用于采空区稳定性评价是合理可行的。     

基于模糊物元模型的节理岩体隧道安全施工方案优化

以大沙湾隧道为背景,为合理选择出节理岩体隧道安全施工方案,从安全、时间和经济三方面综合分析,运用数值模拟分别对双侧壁导坑法、交叉中隔壁法、三台阶七步开挖法进行研究。分析得到隧道围岩位移和应力变化情况,并以3种施工方案下的拱顶下沉、最大主应力、最小主应力、隧道施工成本、施工复杂程度为指标,构建施工方案优选的模糊物元模型,通过计算得出3种施工方案的关联度分别为0.778 9,0.802 1,0.869 0,并按最大关联度原则确定出最优方案为三台阶七步开挖法,与现场所用方法一致。结果表明,在隧道对施工方案优化时考虑隧道施工成本和隧道施工复杂程度是合理的,采用模糊物元模型进行分析是可行的。     

基于可拓联系云模型的隧道塌方风险等级评价方法

为准确预测隧道塌方风险等级,基于塌方相关理论和工程实际,建立塌方风险等级评价因子体系,借助云理论中云雾化现象检验采用综合权重方法确定的评价因子权重,利用物元可拓理论与联系云模型实现评价因子定性与定量之间的转换,提出1种基于可拓联系云的隧道塌方风险等级评价方法。计算待评价物元与联系云模型间的综合确定度,结合模糊等级特征值确定塌方风险等级,并引入距离相似性判断风险的演变趋势。研究结果表明:可拓联系云模型评价结果与实际塌方风险等级一致,模型可以较好地适用于隧道塌方风险等级评价。     

川藏铁路雅林段隧道工程施工安全风险评价

为准确评价川藏铁路隧道工程施工安全风险等级,提出了一种基于组合权模糊物元可拓的评价方法.首先,通过对国内外隧道工程施工安全风险评价研究的剖析,并结合川藏铁路隧道工程的实际情况,从"人-物-管-环-技"角度构建了包含5个一级指标、29个二级指标的川藏铁路隧道工程施工安全风险评价指标体系;然后,将熵权法与三角模糊数引入物元可拓学理论,构建了基于熵权-三角模糊组合权重的模糊物元可拓评价模型;最后,利用该模型评价了川藏铁路雅林段6座重点隧道工程施工安全风险.研究表明,该评价模型可以较为真实地反映川藏铁路隧道施工安全风险等级,有利于保障川藏铁路隧道工程的高质量安全建设.     

基于灰色关联度分析法的浅埋隧道围岩稳定性研究

为研究各影响因素对隧道围岩稳定性的影响,结合地铁浅埋隧道施工特点,从人为(主观)和环境(客观)两个角度分别进行分析,建立了由环境地质情况、隧道尺寸、施工管理等9个指标组成的多因素模型。利用灰色关联度分析方法,运用MATLAB软件对影响隧道围岩稳定性的因素进行灰色关联排序,从而确定主要相关因素,以便进行针对性控制。结果表明,影响隧道围岩稳定性的主要因素为围岩级别、循环进尺、含水量和开挖断面宽度,其中主控因素为循环进尺和开挖面宽度;应用灰色关联度原理评价分析隧道围岩稳定性的效果较好。     

瓦斯隧道穿越构造煤层施工风险的模糊层次评价

为了科学评价瓦斯隧道穿越构造煤层施工的风险程度，从而为瓦斯隧道的施工安全与成本控制提供决策判据，以某在建公路瓦斯隧道为工程依托开展了风险评价研究。首先，根据隧道的地质特征与施工情况进行了风险因素辨识，构建了瓦斯隧道穿越构造煤层施工的安全评价体系；其次，采用层次分析法构造判断矩阵并通过专家打分的方法对安全评价体系中的各级指标进行权重赋值；最后，采用三级模糊综合评价法进行了风险定量计算。结果表明：瓦斯隧道穿越构造煤层施工过程中潜在9种固有风险因素和11种施工风险因素；施工因素对瓦斯隧道施工风险的影响权重为0.763 2,而固有因素的影响权重为0.236 8;三级模糊综合评价的计算结果显示该依托工程进行揭煤施工时发生事故的风险概率为61,对应为一般风险。评价结果成功应用于依托工程安全快速穿越构造煤层施工，表明所构建的安全评价体系与风险评价方法具有可靠性，可为同类型的瓦斯隧道施工风险评价提供佐证。     

基于熵权的隧道塌方风险非线性模糊评判方法

隧道塌方风险分析是隧道设计和安全施工的重要环节。首先选取隧道塌方风险评价指标并建立评价指标风险分级标准,在深入分析新奥法隧道施工风险影响因素的基础上,根据隧道塌方风险影响因素具有模糊不确定性和层次性的特点建立隧道塌方风险的模糊综合评判模型。其次,通过研究各因素评价指标取值方法及隶属度函数选取原则,建立评价指标隶属度确定方法。然后针对不同专家工程经验及认知的不同,引入群组决策的思想,基于信息熵理论建立评价指标的权重计算方法。考虑到影响因素对隧道塌方风险影响具有非线性特征,引入非线性模糊运算方法,从而最终建立基于熵权的隧道塌方风险非线性模糊评判方法。最后通过工程实例分析表明了方法的可行性与合理性。     

爆破荷载作用下隧道中隔岩稳定性研究

为研究爆破动力荷载作用下隧道中隔岩稳定性评价标准,以福州地铁2号线为工程背景,结合强度折减动力分析法和数值模拟,同时考虑中隔岩塑性区贯通、位移超过规范值、计算不收敛3种判据,综合对隧道中隔岩进行动力安全系数分析,研究隧道不同净距、不同开挖进尺后行洞隧道爆破开挖对隧道整体安全系数的影响。研究结果表明:中隔岩塑性区贯通时特征点位移和规范中位移限值较为接近,可共同作为评价中隔岩稳定性的最终评价标准;隧道净距越大、进尺越小,隧道整体安全系数越高;对围岩质量较差且净距小于1.6 m的双线隧道进行爆破开挖时,建议将爆破进尺控制在2 m以内。研究结果可为类似工程提供理论参考依据。     

基于MDI综合赋权的军航空管模糊物元安全评价

为了保证军航空管系统的运行安全,防患于未然,根据模糊物元分析理论,结合军航空管系统安全评价指标体系,提出了基于综合赋权的军航空管系统模糊物元安全评价模型。在该模型中,引入最小鉴别信息(MDI)原理对层次分析法和熵值法所确定的权重进行组合,实现评价指标的综合赋权,进而将计算得到的综合权重用于模糊物元建模及评价。实例分析结果表明,该模型步骤简单,过程科学合理,并兼顾了主客观因素的影响,评价结果总体反映了军航空管系统的真实安全水平,也为军航空管安全的科学评价提供了新思路。     

管棚预支护条件下水下隧道开挖面三维稳定性分析

为研究管棚预支护条件下水下隧道开挖面稳定性,基于塑性极限分析理论,建立考虑渗流力的管棚预支护条件下隧道开挖面三维稳定性分析模型,并据此确定开挖面的极限支护压力。结合深圳地铁实际工程,采用笔者提出的方法计算得到的开挖面极限支护压力较二维极限平衡法更符合实际情况,该方法的合理性得到验证。进而研究管棚预支护、地下水位和管棚剩余长度对隧道开挖面渗流力的影响。分析结果表明,渗流力对隧道开挖面稳定性有显著影响,渗流力与地下水位呈线性关系;采用管棚预支护能显著减小隧道开挖面处的渗流力,但当开挖面前方管棚剩余长度超过2倍洞径时,再增加管棚长度对减小开挖面渗流力的效果不明显。     

基于结构方程模型-模糊认知图的矿山法地铁隧道施工安全风险分析

为了对矿山法地铁隧道施工全过程的安全风险进行动态演化分析，构建了矿山法地铁隧道施工安全风险评价指标体系，在结构方程模型建模与分析的基础上引入模糊认知图方法。首先，以扎根理论为指标筛选框架，识别出矿山法地铁隧道施工安全风险。然后，通过结构方程模型分析矿山法地铁隧道施工全过程的安全风险因素的因果关系及其路径系数。最后，通过模糊认知图进行动态预测与诊断推理。以武汉市某矿山法地铁隧道工程为例进行实证分析，综合风险预测分析与推理诊断两方面进行了评价。结果表明：矿山法地铁隧道施工过程各阶段的风险从大到小依次为隧道开挖、超前支护、结构防水、辅助措施、初期支护和二次衬砌，施工过程中应重点关注隧道超挖、欠挖，开挖循环进尺、步序确定不合理，隧道开挖方法选择不合理等关键风险，研究结果与武汉市某矿山法地铁隧道工程基本相符，验证了该模型的有效性。     

围岩稳定性评价的改进物元可拓模型与应用

为弥补现有地下工程围岩稳定性评价方法的不足,建立了改进的物元可拓模型。通过构造一种新的关联函数,解决了因传统的物元可拓模型的关联函数是一个分段函数而存在的不便于计算的缺陷,以及评价指标间的互不相容性问题,拓宽了物元可拓法的应用范围。将改进的物元可拓模型应用于某地下工程围岩的稳定性评价,结果表明,样本1、2、5属于Ⅱ级(较稳定),样本3、4属于Ⅰ级(稳定)。通过将其评价结果与传统可拓法及模糊数学综合评判结果进行比较分析,证明该评价方法的正确性。研究表明,改进的物元可拓模型的评价结果与实际工程地质情况更为吻合,准确度更高,能够反映各因素对围岩稳定性的影响,其合理性和可行性得到了验证。     

基于ISM和模糊故障树的铁路黄土隧道塌方风险分析

研究如何对铁路黄土隧道塌方风险事故进行管理控制,先从地质因素、施工方法因素、监控量测因素和施工管理因素分析了黄土隧道塌方事故的成因。接着依据铁路行业隧道风险评估指南矿山法隧道施工风险因素列表,识别影响兰渝铁路某黄土隧道项目塌方的18项主要风险因素。然后运用系统工程解释结构模型方法(ISM)分析项目各风险因素间的相互关系,得出影响该隧道项目塌方的直接原因为施工扰动过大、支护不及时、拱脚悬空时间过长和信息反馈处理不及时。底层原因则为开挖方式、特殊地质条件。在上述基础上建立项目塌方事件模糊故障树模型,进行模糊定量分析,得到项目塌方事件发生的模糊概率和关键风险因素的模糊重要度。结果表明,实例黄土隧道项目塌方事故风险概率很大,地质因素、开挖方法等对塌方事故影响最大。解释结构模型方法能揭示各风险要素间的不确定性因果关系,有利于把握事故发生机理,模糊数能客观地描述风险事件的发生概率,增强故障树诊断方法的可靠性。     

工业企业电气安全评价方法研究

针对现行电气安全评价方法存在的不足,提出了工业企业电气安全模糊综合评价方法.依据事故理论的综合论观点,建立了多层次电气安全评价因素体系;采用定性与定量相结合的层次分析法(AHP)确定评价因素的权重;采用隶属频率统计法确定单因素隶属度;最后应用多层次模糊综合评判模型合成评价结果,并使用安全等级特征量对模糊综合评价结果进行处理,得出工业企业电气系统的安全等级.结果表明,将模糊综合评价方法引入工业企业电气安全现状评价具有一定的现实意义,克服了现行评价方法不够全面或不够定量的缺点;安全等级模糊特征量是处理模糊综合评价结果更优化的方法;该评价方法紧密结合企业现状,可在一般工业企业的电气安全评价中广泛应用,其配套评价软件更为企业安全管理部门和安全评价机构提供了便捷的应用工具.     

基于博弈-可拓理论的隧道围岩稳定性评价

针对隧道围岩稳定性评价的模糊性和主观影响问题，建立基于博弈-可拓理论的隧道围岩稳定性评价模型。该模型采用岩石单轴抗压强度、岩体质量指标、完整性系数、体积节理数、声波纵波波速值、地下水渗水量作为隧道围岩稳定性评价指标，运用关联函数法、熵权法和改进层次分析法单独计算各个指标的权系数，利用博弈论组合赋权确定所得3个权系数的最优组合权系数，以此计算出待评隧道围岩关于各稳定性等级的加权关联度，根据计算结果判定待评隧道围岩稳定性等级。实例计算表明:运用博弈-可拓理论评价隧道围岩稳定性等级，综合了主客观因素，使评价结果更为合理可靠，为隧道风险控制与安全管理提供了新的依据。     

大跨径公路交叉隧道施工安全性研究

为研究大跨径近接隧道交叉段施工安全性,基于围岩评级系统和地质探测方法,确定围岩力学参数,将量化指标参数转化为Hoek-Brown强度参数。采用FLAC3D软件计算下行隧道不同开挖方式对上行隧道的影响,并监测下行隧道围岩及上行隧道路面的变形特性。研究表明:采用围岩评级系统和地质预报相结合的方法获得的围岩地质参数,计算结果与现场实测结果吻合;通过对上行隧道公路路面沉降和下行隧道拱顶下沉、围岩压力的监测可知,采用7步开挖方法能够保证交叉隧道围岩的稳定性,监测数据均未超过支护结构的极限承载范围。     

基于理想模糊物元的隧道施工安全韧性评估

为保障隧道施工安全,基于韧性理论的概念及其特征,提出隧道施工安全韧性的概念。首先从韧性的抵抗力、适应力、恢复力等属性出发,考虑隧道工程自身特点、工程地质、应急管理等因素,确定包含9个指标的隧道施工安全韧性评估指标体系;然后在此基础上构建基于理想模糊物元的隧道施工安全韧性评估模型,确定韧性等级;最后以川藏铁路达嘎拉隧道为工程背景,计算欧氏贴近度,得到其施工安全韧性等级(Ⅱ级)。结果表明:达嘎拉隧道系统抵御外界侵扰和防范灾害能力较差,韧性水平较低,基于理想模糊物元的隧道施工安全韧性评估结果与工程实际情况相符。