基于集对分析的评价隧道发生突涌水灾害风险的方法技术

本发明专利技术提供了一种基于集对分析的评价隧道发生突涌水灾害风险的方法。所述方法选取4个一级层次参数、12个二级层次参数，构建了隧道发生突涌水灾害风险的评估体系，并采用AHP(层次分析法)法确定了各层次参数的权重。在此基础上，引入集对分析理论，提出了基于改进联系度计算的评价隧道发生突涌水风险的集对分析方法，通过计算隧道发生突涌水灾害风险的综合联系度，选取综合联系度最大的风险等级作为隧道发生突涌水风险灾害的等级，从而指导隧道的施工过程。本发明专利技术具有能够根据隧道的初步开挖结果确定各层次参数的值，从而计算得出隧道发生突涌水风险的等级，对工程实践具有理论指导意义等优点。

【技术实现步骤摘要】
基于集对分析的评价隧道发生突涌水灾害风险的方法
本专利技术涉及一种基于集对分析的评价隧道发生突涌水灾害风险的方法，属于隧道施工

技术介绍
突涌水灾害是隧道施工中最具危险性的地质灾害之一。为了实现对突涌水风险的有效管控，提出了一种基于集对分析来系统辨识和评价隧道突涌水风险等级的方法。本专利技术基于采用层次分析法，选取了4个一级层次参数、12个二级层次参数，构建了隧道突涌水灾害危险性评估体系，并采用AHP(层次分析法)法确定了各评价层次参数的权重。在此基础上，引入集对分析理论，提出了基于改进联系度计算的隧道突涌水风险集对分析方法，并以某隧道出口K7+940～K8+160段为例，具体说明了该方法的具体应用过程，最后基于实际开挖结果验证了该方法的可靠性，对工程技术人员决策有一定的借鉴意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本专利技术的目的在于提供一种基于集对分析来系统辨识和评价隧道发生突涌水风险等级的方法。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种基于集对分析的评价隧道发生突涌水灾害风险的方法。所述方法通过式1来计算隧道发生突涌水灾害风险的综合联系度，式1为：其中，μδ为隧道发生突涌水灾害的综合联系度，μi,δ为各个二级层次参数对Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ级风险等级的联系度，wi为各个二级层次参数对应的权重值向量，δ＝1，2，……，m。在本专利技术的一个示例性实施例中，所述各个二级层次参数对Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ级风险等级的联系度μi,δ通过以下方法计算：对任意一个二级层次参数i所对应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ级风险等级的分级论域集合为：{(S(i,1),S(i,2)),(S(i,2),S(i,3)),.......,(.S(i,m),S(i,m+1))}，则任意一个二级层次参数i的联系度计算方法如下：传统的集对联系度计算是将个体实测值与相隔分级论域组成的集对均视为对立集对，联系度取值均为-1，从而使评价结果失真。其实，实测层次参数与所有的分级论域均具备不同程度的关联，且这种关联度随相隔区间的渐远而递减，即在评价体系中，集对联系度呈渐变趋势。因此，取消集对的对立性，保留其同一性和差异性。则，(1)在任意一个二级层次参数i的取值λ位于分级论域(S(i,k),S(i,k+1))之内的情况下，任意一个二级层次参数i的取值λ与分级论域(S(i,k),S(i,k+1))组成的集对{λ,(S(i,k),S(i,k+1))}具有同一性，任意一个二级层次参数i的联系度μi,k＝1；(2)在任意一个二级层次参数i的取值λ位于分级论域(S(i,k),S(i,k+1))之外的情况下，任意一个二级层次参数i的取值λ与其他分级论域组成的集对，均视为差异性集对，则任意一个二级层次参数i的联系度的计算分以下三种情况：①其它分级论域位于(S(i,k),S(i,k+1))之前，则任意一个二级层次参数i的联系度μi,δ通过式2计算，式2为：其中，δ＝1，2，……，k-1；②其它分级论域位于(S(i,k),S(i,k+1))之后，则任意一个二级层次参数i的联系度μi,δ通过式3计算，式3为：其中，δ＝k+1，k+2，……，m；③任意一个二级层次参数i的取值λ等于两分级论域的分界值，即λ＝S(i,k)，分别就以下两种情况进行计算：a.任意一个二级层次参数i的取值λ与两相邻分级论域分别组成集对，则任意一个二级层次参数i的联系度μi,k或μi,k-1通过式4或5计算，式4为：式5为：b.任意一个二级层次参数i的取值λ与两其他相隔分级论域分别组成集对，则任意一个二级层次参数i的联系度μi,δ通过式6和7计算，式6为：其中，δ＝1，2，……，k-2；式7为：其中，δ＝k+1，k+2，……，m。在本专利技术的一个示例性实施例中，所述权重向量wi可通过以下方法得到：将不良地质、地层岩性、水力条件和人为因素四个参数作为评价隧道发生突涌水灾害风险的一级层次参数，其中，不良地质又分为断层、褶皱和层间裂隙三类，将断层、褶皱和层间裂隙作为不良地质对应的二级层次参数；地层岩性又分为围岩级别、岩层产状和岩层组合三类，将围岩级别、岩层产状和岩层组合作为地层岩性对应的二级层次参数；水力条件又分为大气降水、地形地貌和水头压力三类，将大气降水、地形地貌和水头压力作为水力条件对应的二级层次参数；人为因素又分为施工方法、超前预报和超前支护三类，将施工方法、超前预报和超前支护作为人为因素对应的二级层次参数；四个一级层次参数对应十二个二级层次参数，十二个二级层次参数中每个二级层次参数根据严重程度分别对应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ级分级论域；生成一级判别矩阵和分别对应四个一级层次参数的四个二级判别矩阵，计算一级判别矩阵和二级判别矩阵的特征值和特征向量，得到十二个二级层次参数对应的权重值向量wi。在本专利技术的一个示例性实施例中，所述权重向量wi的计算可包括步骤：采用1～9级标度法对四个一级层次参数进行标度得到十二个一级赋值；采用1～9级标度法对不良地质对应的三个二级层次参数进行标度得到九个第一二级赋值；采用1～9级标度法对地层岩性对应的三个二级层次参数进行标度得到九个第二二级赋值；采用1～9级标度法对水力条件对应的三个二级层次参数进行标度得到九个第三二级赋值；采用1～9级标度法对人为因素对应的三个二级层次参数进行标度得到九个第四二级赋值；将十二个一级级赋值按行和列排列得到一级判别矩阵；将九个第一二级赋值按行和列排列得到第一二级判别矩阵；将九个第二二级赋值按行和列排列得到第二二级判别矩阵；将九个第三二级赋值按行和列排列得到第三二级判别矩阵；将九个第四二级赋值按行和列排列得到第四二级判别矩阵；分别计算一级判别矩阵、第一二级判别矩阵、第二二级判别矩阵、第三二级判别矩阵和第四二级判别矩阵的特征值以及特征向量并进行一致性检验，将第一二级判别矩阵、第二二级判别矩阵、第三二级判别矩阵和第四二级判别矩阵的特征向量归一化处理得到各个二级层次参数相对各自的一级层次参数的权重值向量wi。在本专利技术的一个示例性实施例中，所述Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ级风险等级可分别对应隧道发生低风险、中等风险、高风险和极高风险突涌水灾害。在本专利技术的一个示例性实施例中，所述评价隧道发生突涌水灾害风险的风险等级可根据式8得到，式8为：与现有技术相比，本专利技术的有益效果可包括以下内容中的至少一项：(1)本专利技术选取4个一级层次参数和12个二级层次参数，构建了隧道突涌水灾害危险性评估体系，并采用AHP(层次分析法)法确定了各评价层次参数的权重，在此基础上，引入集对分析理论，提出了基于改进联系度计算的隧道突涌水风险集对分析方法，对工程实践具有理论指导意义；(2)以现场施工隧道出口段为例，具体说明了该方法的具体应用过程，最后基于实际开挖结果验证了该方法的可靠性，对工程技术人员决策有一定的借鉴意义。附图说明图1示出了根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于集对分析的评价隧道发生突涌水灾害风险的方法，其特征在于，所述方法通过式1来计算隧道发生突涌水灾害风险的综合联系度，/n式1为：

【技术特征摘要】
1.一种基于集对分析的评价隧道发生突涌水灾害风险的方法，其特征在于，所述方法通过式1来计算隧道发生突涌水灾害风险的综合联系度，
式1为：
其中，μδ为隧道发生突涌水灾害的综合联系度，μi,δ为各个二级层次参数对Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ级风险等级的联系度，wi为各个二级层次参数对应的权重值向量，δ＝1，2，……，m。


2.根据权利要求1所述的基于集对分析的评价隧道发生突涌水灾害风险的方法，其特征在于，所述各个二级层次参数对Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ级风险等级的联系度μi,δ通过以下方法计算：
对任意一个二级层次参数i所对应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ级风险等级的分级论域集合为：
{(S(i,1),S(i,2)),(S(i,2),S(i,3)),.......,(.S(i,m),S(i,m+1))}，则任意一个二级层次参数i的联系度计算方法如下：
(1)在任意一个二级层次参数i的取值λ位于分级论域(S(i,k),S(i,k+1))之内的情况下，任意一个二级层次参数i的取值λ与分级论域(S(i,k),S(i,k+1))组成的集对{λ,(S(i,k),S(i,k+1))}具有同一性，任意一个二级层次参数i的联系度μi,k＝1；
(2)在任意一个二级层次参数i的取值λ位于分级论域(S(i,k),S(i,k+1))之外的情况下，任意一个二级层次参数i的取值λ与其他分级论域组成的集对，均视为差异性集对，则任意一个二级层次参数i的联系度的计算分以下三种情况：
①其它分级论域位于(S(i,k),S(i,k+1))之前，则任意一个二级层次参数i的联系度μi,δ通过式2计算，
式2为：
其中，δ＝1，2，……，k-1；
②其它分级论域位于(S(i,k),S(i,k+1))之后，则任意一个二级层次参数i的联系度μi,δ通过式3计算，
式3为：
其中，δ＝k+1，k+2，……，m；
③任意一个二级层次参数i的取值λ等于两分级论域的分界值，即λ＝S(i,k)，分别就以下两种情况进行计算：
a.任意一个二级层次参数i的取值λ与两相邻分级论域分别组成集对，则任意一个二级层次参数i的联系度μi,k或μi,k-1通过式4或5计算，
式4为：
式5为：
b.任意一个二级层次参数i的取值λ与两其他相隔分级论域分别组成集对，则任意一个二级层次参数i的联系度μi,δ通过式6和7计算，
式6为：
其中，δ＝1，2，……，k-2；
式7为：
其中，δ＝k+1，k+2，……，m。


3.根据权利要求1所述的基于集对分析的评价隧道发生突涌水灾害风险的方法，其特征在于，所述权重向量wi可通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱宏伟，杜义祥，李明骏，宋明建，
申请(专利权)人：西南科技大学，四川振通公路工程检测咨询有限公司，四川建力源工程技术咨询有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51