断层破碎带隧道突涌水灾害发生概率等级评价方法技术

本发明专利技术涉及断层破碎带隧道突涌水灾害发生概率等级评价方法，步骤包括：设计指标体系构成要素；建立突涌水灾害发生概率评价指标体系；利用专家评判机制，得到突涌水灾害发生概率评价指标各水平隶属度；对突涌水灾害发生概率评价指标进行权重计算；采用多层次模糊综合评价法进行评价。本发明专利技术的方法克服现有灾害风险评价中层次分析法决策结果主观性的缺点，采用模糊综合评价法进行决策，利用模糊集合和隶属度的概念对模糊不确定性因素进行描述并加以量化处理，采用熵权法弱化评价的主观性，改善隧道突涌水灾害发生概率等级评价不确定性较强的缺陷。较强的缺陷。较强的缺陷。

【技术实现步骤摘要】
断层破碎带隧道突涌水灾害发生概率等级评价方法


[0001]本专利技术涉及隧道水害发生概率等级评价
，具体涉及一种断层破碎带隧道突涌水灾害发生概率等级评价方法。

技术介绍

[0002]随我国交通事业的迅速发展，隧道工程建设数量与规模与日俱增，穿越断层破碎带等复杂地质环境的隧道工程日益常见。断层所造成的岩石强烈破碎地段即为断层破碎带，由于其岩体承载力低、整体稳定性差，加之地下水易在此地富集，故隧道穿越此区域易发生涌水、突泥，从而引起塌方等事故，严重威肋施工安全，影响施工进度。针对隧道水灾害发生概率等级的评价，直接关系到风险灾害等级评价结果，从而影响断层破碎带涌水灾害的预防和处治措施。因此，要实现突水隧道安全建设的可持续发展，就必须构建隧道突涌水灾害发生概率评价指标体系及权重计算，进行断层破碎带隧道突涌水灾害概率等级评价。
[0003]在了解和掌握评价区突涌水灾害发生概率等级评价指标设计原则和指标特征的基础上，通过理论分析，明确影响隧道突涌水灾害发生概率的因素主要为客观因素，选用其中代表性强、适用性好的指标构建指标体系。根据对隧道突涌水灾害影响因素的调研和分析，选出所用的指标，经过分级归纳处理，构建隧道突涌水灾害发生概率指标体系。为保证计算所得的隧道突涌水灾害发生概率等级评价指标权重可以在实践中发挥出最佳的效果，采用模糊综合评价法进行决策，利用模糊集合和隶属度的概念对模糊不确定性因素进行描述并加以量化处理，借此改善隧道突涌水灾害发生概率等级评价不确定性较强的问题，这对于评价隧道施工过程中水害发生的概率，指导隧道施工，保护隧址区地表生态环境，实现基础设施建设与社会经济、生态环境协调发展具有重要的意义。因而，建立一种定性与定量相结合的分析方法，利用清晰明确、系统性强的因素体系，经过简单明了、易于操作的权重计算过程，得到可靠性高、逻辑性强的突涌水灾害概率等级评价方法，以达到能简便、快速进行断层破碎带隧道突涌水灾害概率等级评价的目的。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种断层破碎带隧道突涌水灾害发生概率等级评价方法，克服现有灾害风险评价中层次分析法决策结果主观性的缺点，采用模糊综合评价法进行决策，利用模糊集合和隶属度的概念对模糊不确定性因素进行描述并加以量化处理，采用熵权法弱化评价的主观性，改善隧道突涌水灾害发生概率等级评价不确定性较强的缺陷。
[0005]本专利技术所采用的技术方案为：
[0006]断层破碎带隧道突涌水灾害发生概率等级评价方法，其特征在于：
[0007]所述方法包括以下步骤：
[0008]步骤一：设计指标体系构成要素：
[0009]将影响隧道突涌水灾害发生的影响因素分为五个一级要素和十六个二级要素，五个一级要素分别为自然因素、工程地质因素、水文地质因素、设计因素、施工因素，十六个二
级要素分别为降水量、地形地貌、围岩级别、地层岩性、岩层产状、破碎带、岩层溶化程度、不良地质、围岩含水量、地下水位高差、含水层渗透性、等效断面积、深度比、开挖方法、支护措施、爆破扰动；一级要素作为指标体系的准则层；
[0010]步骤二：建立突涌水灾害发生概率评价指标体系：
[0011][0012][0013]步骤三：利用专家评判机制，得到突涌水灾害发生概率评价指标各水平隶属度： (1)将突涌水灾害发生概率分成四级：
[0014]概率等级I级II级III级IV级概率等级描述不太可能偶然可能很可能中心值0.0010.010.11概率范围<0.0030.003～0.030.03～0.3>0.3
[0015](2)利用以下各指标水平进行打分：
[0016][0017][0018][0019](3)根据打分情况得到突涌水灾害发生概率评价指标各水平隶属度；
[0020]步骤四：对突涌水灾害发生概率评价指标进行权重计算：
[0021]首先通过传统专家打分法、层次分析法相结合的方法，得到各专家给出的指标主观权重；采用熵权法对专家评价水平的差异进行评价，用熵表示各专家给出的指标主观权重的不确定性和各专家的水平差异，建立基于熵的专家权重模型，来评定专家给出的指标主观权重质量，得出专家自身权重，即各专家对指标权重的贡献度；最后将两种权重进行加权融合处理，利用专家自身权重对指标主观权重进行修正，得到最终的指标组合权重；
[0022]步骤五：采用多层次模糊综合评价法进行评价，首先对最低层次的各因素进行单层次模糊综合评价，其评价结果构成上一层次的模糊矩阵；然后对上一层次的各因素再次进行单层次模糊综合评价，以此类推，最终可得到总的模糊综合评价结果。
[0023]步骤四中，层次分析法的计算过程包括构建判断矩阵、计算特征向量和指标权重、一致性检验。
[0024]所述构建判断矩阵的过程为：
[0025]判断矩阵是由指标层各因素对目标层影响的相对重要程度进行两两比较数值的
组成，用 1
‑
9级表示重要程度的情况来达到量化的结果，将数字分成奇数和偶数，奇数从小到大表示重要性递增，偶数表示重要性居于相邻奇数之间，判断矩阵标度为：
[0026]标度含义1表示两个因素相比，具有相同的重要性3表示两个因素相比，一个因素比另一个因素稍微重要5表示两个因素相比，一个因素比另一个因素明显重要7表示两个因素相比，一个因素比另一个因素强烈重要9表示两个因素相比，一个因素比另一个因素极端重要2,4,6,8分别为上述相邻判断的中值 因素i与因素j相比得b
ij
，且i与j比判断为1/b
ij
[0027]利用上述标度，对每一层次中各因素相对重要性给出判断，写成判断矩阵，对判断矩阵的一致性检验，得出合理的判断矩阵，如式1
[0028][0029]式中，b
ij
为因素i与因素j相比，得到的重要性比值。
[0030]所述计算特征向量和指标权重的过程为：
[0031]首先对判断矩阵各列求和，得到其次对每一列进行归一化处理，如式2
[0032][0033]即得到一个新的矩阵，再对每一行进行求和得到特征向量，最后对特征向量进行归一化处理，得到计算指标的权重值，如式3
[0034][0035]所述一致性检验的过程为：
[0036]首先计算最大特征根，如式4，再利用判断矩阵的一致性检验公式Cr＝Ci/RI进行计算，其中Ci为一致性检验指标按式5计算；
[0037][0038][0039]其中，n为判断矩阵的阶数；RI为平均随机一致性指标，其取值为
[0040]n1234567891011
个专家给出的指标主观权重向量为W
j
＝(w
j1
,w
j2
,
…
w
jn
,)
T
；满足0<w
ji
<1，i＝1,2,
…
,n；j＝1,2,...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.断层破碎带隧道突涌水灾害发生概率等级评价方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：步骤一：设计指标体系构成要素：将影响隧道突涌水灾害发生的影响因素分为五个一级要素和十六个二级要素，五个一级要素分别为自然因素、工程地质因素、水文地质因素、设计因素、施工因素，十六个二级要素分别为降水量、地形地貌、围岩级别、地层岩性、岩层产状、破碎带、岩层溶化程度、不良地质、围岩含水量、地下水位高差、含水层渗透性、等效断面积、深度比、开挖方法、支护措施、爆破扰动；一级要素作为指标体系的准则层；步骤二：建立突涌水灾害发生概率评价指标体系：步骤三：利用专家评判机制，得到突涌水灾害发生概率评价指标各水平隶属度：(1)将突涌水灾害发生概率分成四级：概率等级I级II级III级IV级概率等级描述不太可能偶然可能很可能中心值0.0010.010.11概率范围<0.0030.003～0.030.03～0.3>0.3(2)利用以下各指标水平进行打分：
(3)根据打分情况得到突涌水灾害发生概率评价指标各水平隶属度；步骤四：对突涌水灾害发生概率评价指标进行权重计算：首先通过传统专家打分法、层次分析法相结合的方法，得到各专家给出的指标主观权
重；采用熵权法对专家评价水平的差异进行评价，用熵表示各专家给出的指标主观权重的不确定性和各专家的水平差异，建立基于熵的专家权重模型，来评定专家给出的指标主观权重质量，得出专家自身权重，即各专家对指标权重的贡献度；最后将两种权重进行加权融合处理，利用专家自身权重对指标主观权重进行修正，得到最终的指标组合权重；步骤五：采用多层次模糊综合评价法进行评价，首先对最低层次的各因素进行单层次模糊综合评价，其评价结果构成上一层次的模糊矩阵；然后对上一层次的各因素再次进行单层次模糊综合评价，以此类推，最终可得到总的模糊综合评价结果。2.根据权利要求1所述的断层破碎带隧道突涌水灾害发生概率等级评价方法，其特征在于：步骤四中，层次分析法的计算过程包括构建判断矩阵、计算特征向量和指标权重、一致性检验。3.根据权利要求2所述的断层破碎带隧道突涌水灾害发生概率等级评价方法，其特征在于：所述构建判断矩阵的过程为：判断矩阵是由指标层各因素对目标层影响的相对重要程度进行两两比较数值的组成，用1
‑
9级表示重要程度的情况来达到量化的结果，将数字分成奇数和偶数，奇数从小到大表示重要性递增，偶数表示重要性居于相邻奇数之间，判断矩阵标度为：标度含义1表示两个因素相比，具有相同的重要性3表示两个因素相比，一个因素比另一个因素稍微重要5表示两个因素相比，一个因素比另一个因素明显重要7表示两个因素相比，一个因素比另一个因素强烈重要9表示两个因素相比，一个因素比另一个因素极端重要2,4,6,8分别为上述相邻判断的中值因素i与因素j相比得b
ij
，且i与j比判断为1/b
ij
利用上述标度，对每一层次中各因素相对重要性给出判断，写成判断矩阵，对判断矩阵的一致性检验，得出合理的判断矩阵，如式1式中，b
ij
为因素i与因素j相比，得到的重要性比值。4.根据权利要求3所述的断层破碎带隧道突涌水灾害发生概率等级评价方法，其特征在于：所述计算特征向量和指标权重的过程为：首先对判断矩阵各列求和，得到其次对每一列进行归一化处理，如式2
即得到一个新的矩阵，再对每一行进行求和得到特征向量，最后对特征向量进行归一化处理，得到计算指标的权重值，如式35.根据权利要求4所述的断层破碎带隧道突涌水灾害发生概率等级评价方法，其特征在于：所述一致性检验的过程为：首先计算最大特征根，如式4，再利用判断矩阵的一致性检验公式Cr＝Ci/RI进行计算，其中Ci为一致性检验指标按式5计算；其中Ci为一致性检验指标按式5计算；其中，n为判断矩阵的阶数；RI为平均随机一致性指标，其取值为n1234567891011RI000.580.901.121.241.321.411.451.491.51当一致性比率Cr<0.1时，认为A的不一致程度在允许范围之内，经计算所得权重合理，否则要重新构造成判断矩阵，对A加以调整。6.根据权利要求5所述的断层破碎带隧道突涌水灾害发生概率等级评价方法，其特征在于：步骤四中，熵权法的计算过程为：设S1、S2、
…
、S
m
为m个专家，其构成评价专家组；B1、B2、
…
、B
n
为n个待评价目标；x
ij
(i＝1,2,...,m；j＝1,2,...,n)是第j个专家对第i个指标的指标主观权重；主观指标向量x
j
＝(x
1j
,x
2j
,...x
nj
)
T<...

【专利技术属性】
技术研发人员：李博融，韩常领，富志鹏，刘智，金涛，赵力国，董长松，
申请(专利权)人：中交第一公路勘察设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：