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二十一世纪是隧道工程和地下工程大发展的世纪,为了适应我国经济快速发展及大量基础工程建设的需要,国内隧道工程建设也得到了突飞猛进的发展。在隧道工程施工中,塌方、岩溶塌陷、涌水和突水、洞体缩径、山体变形和支护开裂、泥屑流、岩爆是常见的地质灾害问题。这些问题的发生会造成施工设备的损失及人员的伤亡,并将严重耽误工期,也会给社会带来不良影响。因此,如何保证隧道在施工过程及长期营运过程围岩的稳定,是目前隧道修建过程亟待解决的关键技术问题。
隧道围岩稳定有自身的发生发展规律,是一个非线性复杂过程,隧道稳定性的分析就是一个复杂的系统工程问题。由于构成隧道的岩体形成于不同的地质环境中且经过多次地壳运动作用,再加上地应力及地下水等地质环境因素的作用,所以隧道围岩的构成与物理力学性质表现出宏观和微观上的不连续性和高度的非线性等特点;可以说,岩体是一个不确定性系统,即在客观上的不确定性,也存在主观上的不确定性。因此,隧道围岩稳定性分析可以看成是不确定的、非线性的动态开放复杂大系统,从应用研究看,单一的研究途径和方法不再适合于复杂的隧道稳定性分析,而多种理论和方法的有机结合与综合比较将是正确分析和解决问题的有效途径。
正是由于影响隧道围岩稳定性的因素复杂多变,故本文引入模糊数学理论,借助模糊概率方法对熊渡2号隧道左线进行围岩分类。通过全面深入分析影响隧道围岩稳定性的各个因子,并根据其相互关系和层次性,建立了隧道围岩稳定性分类的二级模糊概率综合评价模型及其评价方法。并利用该二级模糊概率综合评价模型,对熊渡2号隧道左线围岩稳定性分类进行了模糊评价。其评价结果与BQ分类法所得的结果进行比对分析,说明该方法更具全面性和合理性。
通过对熊渡2号隧道左线围岩稳定性进行深入系统的研究,得出以下主要成果和结论:
1、本文通过全面分析现有的围岩稳定性的分类方法及其结合工程实际情况,引入模糊数学的理论对熊渡2号隧道左线围岩稳定性进行分类,建立了隧道围岩稳定性分类的二级模糊概率综合评价模型。为了在评价中能够更加贴近实际情况,本模型共分了两个层次:一级评价因子有16个,二级评价因子共4个,这就体现了影响隧道围岩稳定性的各个因子的相互关系及层次性。此模型在保证全面考虑影响隧道围岩稳定的各个因子的基础上,又很好的解决了各个因子权重的分配问题,简化了权向量的计算过程。
2、综合考虑现有的围岩稳定性分级标准及专家经验,本文对围岩的分级仍然采用我国《工程岩体分级标准》(GB50218-94)中的五级分级法,即非常好的岩体(Ⅰ级)、好的岩体(Ⅱ级)、一般的岩体(Ⅲ级)、差的岩体(Ⅳ级)和极差的岩体(Ⅴ级)。
3、由于影响隧道围岩稳定的因素存在复杂性和不确定性,且隧道围岩稳定性评价又属于模糊事件,所以采用模糊概率的基本理论来评价围岩稳定性比经典的模糊综合评判法更具合理性。经典的模糊综合评判法权重的确定都采用确定性的描述,而实际上,权重也具有模糊性,所以本文采用模糊概率综合评价法评价隧道围岩的稳定性比经典的模糊综合评判法更符合工程的实际情况。
4、本文在相对权重的确定中采用改进的层次分析法,大大减小了专家在赋值时的主观因素,并且构成的判断矩阵在计算过程中不会出现逻辑上的错误,计算结果也不需要再进行一致性检验。这种方法在保证计算精度的要求下既减小了计算的复杂性又减少了计算的工作量,节省了大量的时间。
5、本文在全面调查与分析熊渡2号隧道隧址区工程地质环境的基础上,利用已建好的二级模糊概率综合评价模型,并结合在现场调查和岩石实验中所取得的各评价因子的值,对熊渡2号隧道左线进行围岩稳定性了评价,说明熊渡2号隧道左线围岩属于Ⅲ~Ⅴ类围岩。其行评价结果与BQ分类法得到的结果相比较可知,模糊概率法的评价因子更全面,也不会因为某个评价因子测量的不准确而过大的影响到评价结果。因此,通过综合比较来看,虽然BQ分类法的计算过程较简单,但是模糊概率法比BQ分类法评价的结果更符合工程的客观情况,也更加合理。