基于PPA—正態(tài)云的深埋隧洞巖爆分級預測

張保同

摘要：針對深埋引水隧洞巖爆分級預測問題，引入云模型理論建立了基于PPA-正態(tài)云的巖爆分級預測模型。在綜合分析影響巖爆發(fā)生的相關因素的基礎上，選取單軸抗壓強度與巖石抗拉強度之比σ0/σ1、巖石切向應力與單軸抗壓強度之比σθ/σr、彈性變形能指數(shù)w以及巖石脆性指數(shù)I為巖爆分級預測的評價指標，并確定了相應評價標準，采用投影尋蹤分析法確定各指標權重，由云模型正向發(fā)生器計算各指標的確定度并生成相應的云圖，在此基礎上給出巖爆分級預測結果。以國內(nèi)外7條深埋引水隧洞為例建模計算，結果表明PPA-正態(tài)云模型可以得出準確的結果。

關鍵詞：引水隧洞；巖爆分級；云模型；投影尋蹤；預測

隨著我國水電建設的不斷發(fā)展。修建了大量深埋超長引水隧洞，如天生橋二級引水隧洞、魯布革水電站引水隧洞、錦屏二級引水隧洞等。深埋引水隧洞的賦存環(huán)境具有高地應力、高滲透壓力等特點，極易引起巖爆等地質災害的發(fā)生，因此有必要對巖爆問題進行深入研究。近年來，巖爆研究取得了豐富的成果，如王迎超等建立基于理想點法和功效系數(shù)法的巖爆預測模型，擬定了相應的巖爆評價指標體系和評價標準；蔣昱州等以錦屏二級引水隧洞為例，根據(jù)巖體基本質量指標描述巖石的完整程度和堅硬程度，建立了巖爆分級標準和判據(jù)：劉章軍等將模糊概率模型用于巖爆分級預測研究，提出了一種模糊權重的概念，充分考慮了巖爆的主要影響因素：郭建強等以巖石強度與巖石破壞準則為基礎，建立了基于彈性應變能的巖爆預測模型：劉磊磊等將變權理論及靶心貼近度用于巖爆分級預測，以解決評價指標間不相容的問題；鄔書良等將約簡概念格的粗糙集應用于巖爆分級預測，通過概念格對評價指標進行精簡，以減少巖爆預測所需的評判指標：陳鵬宇等建立基于權重反分析和正態(tài)分布隸屬函數(shù)的巖爆預測模型，解決了對評價指標賦權主觀隨意性大的問題。上述研究成果對巖爆分級預測研究起到了重要的推動作用，但是目前仍難以非常準確地預測巖爆等級，有必要探索新的巖爆分級預測方法。

云模型是在統(tǒng)計學和模糊數(shù)學基礎上發(fā)展而來的，對解決隨機性和不確定性問題具有較大優(yōu)勢，且計算簡便、結果可靠，近年來被廣泛應用于數(shù)據(jù)挖掘、人工智能、安全評價等領域，如李健等將云模型用于圍巖穩(wěn)定分類?？紤]到巖爆的發(fā)生機理復雜，其觸發(fā)機制具有很強的隨機性和模糊性，筆者將云模型用于巖爆分級預測，建立了巖爆分級預測的投影尋蹤（PPA）-正態(tài)云模型。