定量與定性方法結(jié)合的圍巖變形等級預(yù)測研究

(成都理工大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院 四川 成都 610059；地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 四川 成都 610059)

圍巖嚴(yán)重變形災(zāi)害發(fā)生后果極其嚴(yán)重，因此很多學(xué)者對其預(yù)測研究做了工作，如采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、SVM和灰色理論等對圍巖變形進(jìn)行預(yù)測[1-3]，但這一類工作對原始數(shù)據(jù)要求較高，預(yù)測過程復(fù)雜不適用于實(shí)際情況，因此，需構(gòu)建一種適用于實(shí)際工程并能準(zhǔn)確快速的預(yù)測圍巖變形等級的方法，為地下工程施工提供參考。本文采用AHP法求解權(quán)重，綜合專家評分構(gòu)建圍巖變形等級預(yù)測模型。

一、圍巖變形等級預(yù)測模型理論

(一)AHP法。AHP(層次分析)法能有效結(jié)合定量和定性指標(biāo)，且能用于目標(biāo)決策事件。AHP法計算權(quán)重過程為：1)基于決策目標(biāo)構(gòu)建自上而下的層次結(jié)構(gòu)；2)基于層次結(jié)構(gòu)且考慮同層指標(biāo)對上層目標(biāo)的影響程度構(gòu)建判斷矩陣F=(fij)m*m；3)解析目標(biāo)矩陣并檢查矩陣合理性[4]。

(二)專家評分。確定各個評價指標(biāo)的次級范圍，結(jié)合專家意見確定各個指標(biāo)的分值，各指標(biāo)的最大分值為其權(quán)重乘以100。最后將各個指標(biāo)的打分求和，由此得到評價結(jié)果。

二、圍巖變形等級預(yù)測指標(biāo)體系構(gòu)建及權(quán)重求解

(一)指標(biāo)選取。綜合考慮類似工程案例選擇巖石堅硬程度、地下水情況、地應(yīng)力情況和圍巖級別4個指標(biāo)對圍巖變形進(jìn)行快速預(yù)測。圍巖嚴(yán)重變形一般在軟巖中發(fā)生；地下水會軟化圍巖，使其強(qiáng)度降低更易發(fā)生變形；在相對高地應(yīng)力條件下，圍巖更易發(fā)生嚴(yán)重變形；根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)，圍巖嚴(yán)重變形一般發(fā)生Ⅴ級圍巖中，少部分發(fā)生在Ⅳ級圍巖中[5]。由此構(gòu)建圍巖變形等級預(yù)測模型指標(biāo)體系，如圖1。

圖1 大變形快速預(yù)測指標(biāo)體系

(二)AHP法求權(quán)。采用AHP法對圖1建立的指標(biāo)體系中的各指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行求解，構(gòu)建A-B判斷矩陣，見表1。

表1 A-B判斷矩陣

由表1可得巖石堅硬程度權(quán)重0.351，地下水權(quán)重0.189，圍巖級別權(quán)重0.109，地應(yīng)力權(quán)重0.351。

三、圍巖變形等級預(yù)測模型構(gòu)建

(一)評分細(xì)則

各個指標(biāo)的最高分值為對應(yīng)指標(biāo)求得的權(quán)重乘以100，綜合考慮專家的意見打出各個指標(biāo)的具體分值范圍，見表2。

表2 圍巖變形等級預(yù)測打分體系

(二)圍巖變形等級分值范圍

通過收集部分地下工程的圍巖嚴(yán)重變形案例，將其打分并統(tǒng)計分值分布規(guī)律，得到圍巖變形等級和各指標(biāo)總分的關(guān)系，見表3。

表3 圍巖變形等級預(yù)測分值范圍

注：本文將圍巖變形等級分為4個等級，分別為無、Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級。

四、結(jié)論

采用AHP法計算權(quán)重，利用專家評分建立圍巖變形等級預(yù)測模型，得到以下結(jié)論。

(1)通過分析圍巖嚴(yán)重變形的關(guān)鍵影響因素，考慮指標(biāo)的重要程度及現(xiàn)場施工實(shí)際情況，選取巖石堅硬程度、地下水、圍巖級別和地應(yīng)力4個指標(biāo)來建立圍巖變形等級預(yù)測模型。

(2)由AHP法解出權(quán)重，得出巖石堅硬程度和地應(yīng)力對圍巖嚴(yán)重變形的影響程度一樣，地下水對圍巖嚴(yán)重變形的影響程度大于圍巖級別而小于巖石堅硬程度和地應(yīng)力對圍巖變形的影響程度。

(3)基于AHP和專家評分建立圍巖變形等級預(yù)測模型簡單實(shí)用，能較為快速且準(zhǔn)確的對施工現(xiàn)場的圍巖變形情況進(jìn)行預(yù)測，該預(yù)測體系應(yīng)用于地下工程的圍巖變形等級預(yù)測有一定價值。