[發明專利]一種基于信息變權重的地下工程巖爆烈度評價方法

在審

• 申請號: 202211287259.X
• 申請日: 2022-10-20
• 公開（公告）號: CN115618610A
• 公開（公告）日: 2023-01-17
• 發明（設計）人: 劉國鋒;慕浩奇;豐光亮;王藝皓;杜程浩;徐鼎平;梅楠;李勝峰
• 申請（專利權）人: 長安大學;中國科學院武漢巖土力學研究所;中國建筑第七工程局有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/17;G06F18/2321;G06N3/006;G06N7/01;G06F111/08;G06F119/14;G06F119/02
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 田甜

本發明提供了一種基于信息變權重的地下工程巖爆烈度評價方法，屬于巖爆預警技術領域，包括以下步驟：在地下工程開挖過程中開展工程地質信息采集，構建巖爆案例及對應巖爆指標信息樣本庫；選取多個參變量作為巖爆烈度等級的預測評價指標；對樣本中各評價指標數據進行綜合聚類分析，剔除離散化指標信息；求出樣本庫每個參變量在各巖爆等級下的隸屬函數分布；構建基于多評價指標的巖爆概率綜合預測公式；利用粒子群智能算法搜索出巖爆評價指標的最優權系數，并確定多評價指標組合下的權系數更新原則。該預測公式適用于不同指標信息組合情況下的巖爆預測，不僅可以確定出待預測區主要發生的巖爆烈度等級，同時能夠得出其發生概率。

技術領域

本發明屬于巖爆預警技術領域，具體涉及一種基于信息變權重的地下工程巖爆烈度評價方法。

背景技術

近年來在水電、交通和礦山等其他巖石工程領域，建設了越來越多的深、長、大的地下工程。隨著埋深的增加，高地應力條件下的巖爆發生頻率也隨之增加。巖爆又稱作沖擊地壓，是在深埋地下工程開挖的過程中圍巖受到擾動，導致應力發生變化而造成巖體內部彈性能突然釋放，進而引起巖體劈裂剝落、彈射甚至大面積破壞的現象。其具有突然性和猛烈性，會造成嚴重的人員傷亡、機械設備損失和工期延誤等。

巖爆烈度預測一直都是國內外學者研究的熱點，是深埋硬巖地下工程施工的重要依據。由于巖爆發生機理的復雜性，巖爆烈度等級的預測方法體系的建立尚未完善。目前國內外常用的巖爆指標預測方法主要分為兩大類：(1)單因素預測方法：如Hoek判據、Russenes判據、Turchaninov判據、Barton判據等。該預測方法最明顯的優勢在于其形式較為簡單便于直接進行工程應用，但評價指標過于單一，未能充分考慮巖爆影響因素，在應用方面存在一定的片面性和局限性。(2)綜合考慮多因素預測方法：如隨機森林法、屬性綜合評價方法、人工神經網絡、云模型判別法等。該預測方法主要以建立的巖爆實例庫為基礎，通過綜合考慮多種控制因素的影響，進而建立出合適的經驗數學模型或評價系統對巖爆烈度等級進行預測。該類方法的應用效果直接取決于評價系統或模型是否準確、指標的選取是否合理全面、取值是否客觀地反映現場實際等。目前綜合考慮多因素巖爆預測方法無法使用適用于實際工程中巖爆指標信息提取不完備的情況，且大多數預測方法僅僅是得到了巖爆發生等級，而未能給出巖爆等級發生的概率。

發明內容

本發明針對現有技術中巖爆等級預測方法中出現的問題，提供一種考慮到巖爆數據庫案例指標信息不完備的特點，建立出基于工程地質信息的多指標變權重(輸入指標數量可隨機組合)綜合判別的地下工程巖爆烈度等級評價方法。針對所構建的實例數據庫初步建立出巖爆評價指標與巖爆等級間隸屬函數的分布關系，并與經驗判據進行對比分析，確定最優優化隸屬函數，進而構建出基于多指標信息的巖爆概率綜合預測公式。隨后在搜索最優權系數的過程中融入動態更新方法，得到適用于指標信息不完備情況下多指標變權重(考慮不同數量輸入指標的自由組合)綜合判別的地下工程巖爆烈度等級概率預測公式。為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種基于信息變權重的地下工程巖爆烈度評價方法，包括以下步驟：

構建巖爆案例及對應巖爆指標信息樣本庫，獲取影響巖爆發生的多參量信息；

選取與巖爆烈度等級相關的多個預測評價指標，通過聚類分析的方法將巖爆指標信息樣本庫中各評價指標的數據綜合聚類，根據聚類結果構建巖爆樣本數據庫；

根據巖爆樣本數據庫中的各評價指標數據，確定各巖爆評價指標在不同巖爆等級下的隸屬函數；根據所構建的隸屬函數與常用經驗判據對巖爆樣本數據庫進行回判，通過巖爆烈度等級的吻合率對比結果，進一步確定各個巖爆評價指標對應的最終隸屬函數，進而構建出基于評價指標隸屬函數與權系數的巖爆概率預測公式；

利用粒子群智能算法獲取巖爆概率預測公式中各個評價指標的最優權系數；

根據巖爆預測評價指標的組合類型，確定巖爆概率預測公式中評價指標權系數更新原則，從而構建考慮多信息變權重的巖爆概率綜合預測公式；