CN108399483B - 一种基于多元前兆信息的地下工程突水突泥风险评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于多元前兆信息的地下工程突水突泥风险评价方法，获取地下工程突水突泥灾害工程围岩的地球物理场特征、力场特征、渗流场和位移场特征，初步构建指标体系；确认构建的指标体系间的各个指标的相互作用规律，针对不同工程的地质特征，对指标体系进行属性约简分析，建立优化后的指标体系；采用权重反分析法和专家打分法获取优化后的指标体系内各指标权重，基于工程地质勘查，确定各指标参数，获得工程设计阶段的风险等级；基于现场监测的地球物理场数据和力场位移场数据，获得工程建设阶段的风险等级，同时对设计阶段评价等级进行修订。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于多元前兆信息的地下工程突水突泥风险评价方法。
背景技术
随着经济的发展，地下工程逐步向深部发展，其中“深”“长”“高围压”成为地下工程新的特点和难点，地下工程中突水突泥事故是一类主要的地质灾害，事故一旦发生，后果极其严重。目前施工中虽然能较为精确的获得工程围岩的力场、位移场、地球物理场、渗流场的信息，但是以单一场的前兆信息对突水突泥灾害风险进行评价，存在解释多样性，评价结果不合理的现象，极大地困扰着地下工程的发展建设。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种基于多元前兆信息的地下工程突水突泥风险评价方法，本发明克服了以往以单一场的前兆信息对突水突泥灾害风险进行评价这一缺点，使用多场信息中的多元前兆信息对突水突泥灾害风险进行评价，评价信息丰富，结果准确率高。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于多元前兆信息的地下工程突水突泥风险评价方法，包括以下步骤：
(1)获取地下工程突水突泥灾害工程围岩的地球物理场特征、力场特征、渗流场和位移场特征，初步构建基于多元前兆信息的地下工程突水突泥评价指标体系；
(2)研究构建的指标体系间的各个指标的相互作用规律，对指标体系进行属性约简分析，针对不同工程的地质特征，有针对性的建立优化后的指标体系；
(3)采用权重反分析法和专家打分法获取优化后的指标体系内各指标权重，基于设计阶段工程地质勘查，确定各指标参数，获得工程设计阶段的风险等级；
(4)基于地下工程施工过程中获取的多元数据，采用熵权法和神经网络法再次确定优化后的指标体系内指标权重，基于工程开挖的实际情况，利用专家系统对现使用的约简结果进行评估其施工阶段的适用性，若不适用再次选取相应的约简结果建立新的指标体系，基于现场监测的地球物理场数据和力场位移场数据，获得工程建设阶段的风险等级，同时对设计阶段评价等级进行修订。
进一步的，所述步骤(1)中，所述多场多元信息包括围岩电场信息、围岩磁场信息、围岩电阻率信息、温度场信息、围岩地应力信息、围岩破碎程度、围岩孔隙率、围岩岩性、围岩渗透率、围岩收敛变形、围岩竖向变形、地下水流速、颜色或压力信息中的多个或全部。
进一步的，所述步骤(2)中，使用非线性的算法，将初步建立的指标体系进行归类、分析，进行属性约简，获得多组约简结果，以确定多元信息之间的内在联系。
进一步的，所述步骤(3)中，基于设计阶段工程地质勘查，初步确定各指标参数；使用工程类比法，在无本工程的详细多元信息样本前，使用相关工程的数据样本，通过非线性方法获取指标体系内指标权重。
进一步的，所述步骤(4)中，工程建设阶段风险评价，将实际开挖风险等级和设计阶段风险评价等级进行对比判定，对设计阶段使用的约简结果进行评价，若合适继续使用，不合适并再次选取相应的约简结果，对风险评价指标体系进行修正。
进一步的，所述步骤(4)中，基于现场监测，获取多场的多元前兆信息数据，对于已经获得的现场数据样本，采用非线性方法确定优化后的修正指标体系内各指标权重，由数据和权重确定工程建设阶段的风险等级。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1.地下工程施工中虽然能较为精确的获得工程围岩的力场、位移场、地球物理场、渗流场等多场信息，克服了以往以单一场的前兆信息对突水突泥灾害风险进行评价这一缺点，使用多场信息中的多元前兆信息对突水突泥灾害风险进行评价，评价信息丰富，结果准确率高。
2.建立突水突泥评价体系过程中，考虑多元信息之间的内在联系，使用非线性的算法，将初步建立的指标体系进行分析，归类，进行属性约简，获得多组约简结果，根据实际工程情况，由专家选取合适的约简结果组成突水突泥评价体系，适应性强，具有广泛的应用价值。
3.循序渐进，分为设计阶段初评，施工期综评两个阶段，由面到点，由粗到细，在保证评价结果的前提下，提升了经济性和实效性，有广泛的推广价值。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1是本发明的评价步骤流程图；
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。
本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。
地下工程施工中虽然能较为精确的获得工程围岩的力场、位移场、地球物理场、渗流场等多场信息，但是以往以单一场的前兆信息对突水突泥灾害风险进行评价存在多解性强，准确率低的特点缺点，使用多场信息中的多元前兆信息对突水突泥灾害风险进行评价，评价信息丰富，结果准确率高。
如图1所示，具体包括：
步骤一：基于工程类比、查阅相关文献，使用数理统计的知识，获取地下工程突水突泥灾害工程围岩的地球物理场特征、力场特征、渗流场和位移场特征，初步构建基于多元前兆信息的地下工程突水突泥评价指标体系。
突水突泥灾害的发生，往往具有其发生的特殊地质条件和特殊的地球物理特征，基于工程类比的方法、同时查阅相关文献，使用数理统计的知识，研究地下工程突水突泥灾害全周期的工程围岩的地球物理场特征、力场特征和位移场特征，将所有的多场信息进行提取，初步构建基于多元前兆信息的地下工程突水突泥评价指标体系。
多场多元信息包括：围岩电场信息，围岩磁场信息，围岩电阻率信息，温度场信息，围岩地应力信息，围岩破碎程度、围岩孔隙率、围岩岩性、围岩渗透率、围岩收敛变形，围岩竖向变形、地下水流速、颜色、压力等信息。
步骤二：使用非线性算法的手段，研究指标间的相互作用规律，针对不同工程的地质特征，对指标体系进行属性约简分析，建立基于多元前兆信息的地下工程突水突泥评价指标体系。
考虑多元信息之间的内在联系，例如岩性和位移的关系，岩体强度高，围岩变形一般较小，反之，较大。使用非线性的算法，将步骤一中初步建立的指标体系进行归类，分析，进行属性约简，获得多组约简结果。
不同的工程项目，有着不同的工程地质特点，多元信息的重要性就会不同，因此由专家组从多组约简结果中选取一组合适的结果，确定适应特定工程的基于多元前兆信息的地下工程突水突泥评价指标体系。
将地下工程突水突泥风险等级分为5级，安全，相对安全，不安全，危险，极度危险。
步骤三：工程设计阶段风险评价，借鉴相似工程，采用权重反分析法和专家打分法获取上述指标体系内指标权重，基于工程地质勘查，确定各指标参数，获得工程设计阶段的风险等级。
由于工程未实际开挖，开展工程设计阶段的突水突泥风险评价：
1.基于设计阶段工程地质勘查，初步确定各指标参数；
2.使用工程类比法，在无本工程的详细多元信息样本前，使用相关工程的数据样本，通过非线性方法(如权重反分析法和专家打分法)获取上述指标体系内指标权重。
3.由数据和权重可确定工程设计阶段的各工程区域的风险等级。
步骤四：工程建设阶段风险评价，基于地下工程下场获取的多元数据，采用熵权法和神经网络法再次确定上述指标体系内指标权重，再由专家对现使用的约简结果进行评价，并再次选取相应的约简结果，基于现场监测的地球物理场数据和力场位移场数据，获得工程建设阶段的风险等级，同时对设计阶段评价等级进行修订。
工程建设阶段风险评价，将实际开挖风险等级和设计阶段风险评价等级进行对比判定，由专家对设计阶段使用的约简结果进行评价，若合适，继续使用，不合适并再次选取相应的约简结果，对风险评价指标体系进行修正。
工程建设阶段风险评价如下：1.基于现场监测，获取多场的多元前兆信息数据；2.已经获得的现场数据样本，采用非线性方法(例如熵权法和神经网络法)确定上述修正指标体系内各指标权重；3.由数据和权重可确定工程建设阶段的风险等级。
基于上述结果对设计阶段评价等级进行修订，实现基于多元前兆信息的地下工程突水突泥风险评价方法。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (5)
1.一种基于多元前兆信息的地下工程突水突泥风险评价方法，其特征是：包括以下步骤：
(1)获取地下工程突水突泥灾害工程围岩的地球物理场特征、力场特征、渗流场和位移场特征，初步构建基于多元前兆信息的地下工程突水突泥评价指标体系；
(2)研究构建的指标体系间的各个指标的相互作用规律，对指标体系进行属性约简分析，针对不同工程的地质特征，有针对性的建立优化后的指标体系；
(3)采用权重反分析法和专家打分法获取优化后的指标体系内各指标权重，基于设计阶段工程地质勘查，确定各指标参数，获得工程设计阶段的风险等级；
(4)基于地下工程施工过程中获取的多元数据，采用熵权法和神经网络法再次确定优化后的指标体系内指标权重，基于工程开挖的实际情况，利用专家系统对现使用的约简结果进行评估其施工阶段的适用性，若不适用再次选取相应的约简结果建立新的指标体系，基于现场监测的地球物理场数据和力场位移场数据，获得工程建设阶段的风险等级，同时对设计阶段评价等级进行修订；
所述步骤(4)中，工程建设阶段风险评价，将实际开挖风险等级和设计阶段风险评价等级进行对比判定，对设计阶段使用的约简结果进行评价，若合适继续使用，不合适并再次选取相应的约简结果，对风险评价指标体系进行修正。
2.如权利要求1所述的一种基于多元前兆信息的地下工程突水突泥风险评价方法，其特征是：所述步骤(1)中，所述多元前兆信息 包括围岩电场信息、围岩磁场信息、围岩电阻率信息、温度场信息、围岩地应力信息、围岩破碎程度、围岩孔隙率、围岩岩性、围岩渗透率、围岩收敛变形、围岩竖向变形、地下水流速、颜色或压力信息中的多个或全部。
3.如权利要求1所述的一种基于多元前兆信息的地下工程突水突泥风险评价方法，其特征是：所述步骤(2)中，使用非线性的算法，将初步建立的指标体系进行归类、分析，进行属性约简，获得多组约简结果，以确定多元信息之间的内在联系。
4.如权利要求1所述的一种基于多元前兆信息的地下工程突水突泥风险评价方法，其特征是：所述步骤(3)中，基于设计阶段工程地质勘查，初步确定各指标参数；使用工程类比法，在无本工程的详细多元信息样本前，使用相关工程的数据样本，通过非线性方法获取指标体系内指标权重。
5.如权利要求1所述的一种基于多元前兆信息的地下工程突水突泥风险评价方法，其特征是：所述步骤(4)中，基于现场监测，获取多场的多元前兆信息数据，对于已经获得的现场数据样本，采用非线性方法确定优化后的修正指标体系内各指标权重，由数据和权重确定工程建设阶段的风险等级。
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