岩溶区突涌水灾害源的孕灾性评判方法.pdf

本发明公开了一种岩溶区突涌水灾害源的孕灾性评判方法，步骤：识别指标选取：选取需要识别孕灾性的隧道为识别样本，根据实际工程区域地质调查和地下水参数的测试分析，选取必备参数和可选参数；采用关联函数法，逐一对必备参数和可选参数进行指标权重计算，得出各个指标的权重；根据单指标属性测度函数表建立单指标属性测度函数，根据计算得到的各指标权重和单指标属性测度函数计算单指标属性测度；根据单指标属性测度计算多指标综合属性测度；属性识别分析：根据多指标综合属性测度，选择合适的置信度，通过计算得出实际工程的孕灾等级。本发明将易于获取和测量的孕灾因素作为突涌水灾害源孕灾性评判的指标，对实际工程的孕灾等级进行定量评价。

权利要求书
1.  一种岩溶区突涌水灾害源的孕灾性评判方法，其特征是，步骤如下：
步骤(1)：识别指标选取：选取需要识别孕灾性的隧道为识别样本，根据实际工程区域地质调查和地下水参数的测试分析，选取必备参数和可选参数；
步骤(2)：采用关联函数法，逐一对步骤(1)的所述的必备参数和可选参数进行指标权重计算，得出各个指标的权重；
步骤(3)：根据单指标属性测度函数表建立单指标属性测度函数，
进一步，根据步骤(2)中计算得到的各指标权重和单指标属性测度函数计算单指标属性测度；
进一步，根据单指标属性测度计算多指标综合属性测度；
步骤(4)：属性识别分析：根据多指标综合属性测度，选择合适的置信度，通过计算得出实际工程的孕灾等级。

2.  如权利要求1所述的一种岩溶区突涌水灾害源的孕灾性评判方法，其特征是，所述必备参数包括区域强可溶岩CaCO3含量、区域强岩溶层厚度、地表补给面积、地下水流量、平均温度特征、潜水地下水位、地下水循环特征以及地表岩溶形态。

3.  如权利要求1所述的一种岩溶区突涌水灾害源的孕灾性评判方法，其特征是，所述可选参数包括断层构造、褶皱构造和单斜构造。

4.  如权利要求1所述的一种岩溶区突涌水灾害源的孕灾性评判方法，其特征是，所述步骤(2)的步骤为：
①正域为有限区间<a,b>的简单关联函数
设X＝<a,b>，点X∈(-∞,+∞)，点M∈X，
当M＝a时，取
K(x)=x-ab-a,x<ab-xb-a,x>aK(a)=0/1,x=a---(1);]]>
当M＝b时，取
K(x)=x-ab-a,x<bb-xb-a,x>bK(b)=0/1,x=b---(2);]]>
式中K(x)为x关于区间X的关联度，K(x)即对应指标的权重。

5.  如权利要求1所述的一种岩溶区突涌水灾害源的孕灾性评判方法，其特征是，所述步骤(2)的步骤为：
②正域为无限区间<a,+∞>的简单关联函数
设区间X＝<a,+∞>，点X∈(-∞,+∞)，点M∈X，若则
当M＝a时，取
K(x)=x-a,x<aa2x-a,x>aK(a)=0/1,x=a---(3);]]>
当K(x)在X＝<a,+∞>没有最大值时，取
K(x)＝x-a。

6.  如权利要求1所述的一种岩溶区突涌水灾害源的孕灾性评判方法，其特征是，所述步骤(3)的计算单指标属性测度步骤为：
对于单指标Ij的测量值tj，具有属性Ck的属性测度μxjk＝μ，xij∈Ck的确定方法是建立其属性测度函数，以表示单指标Ij的测量值tj变化时属性测度μxjk＝μ，xij∈Ck的变化情况；依据单指标属性测度函数表建立属性测度函数；
单指标属性测度函数表中，ajk满足aj0<aj1<…<ajk，或aj0>aj1>…>ajk；下标j代表单指标属性测度函数表中某一个评价指标对应的行(j＝1,2…..m)，下标k取值为1≤k≤K，对应不同的评价等级；
令
bjk=ajk-1+ajk2---(4);]]>
djk=ajk0-bjk0=min{|bjk-ajk|,|bjk+1-ajk|}---(5);]]>
式中：k＝1，2，…，p-1；
当aj0<aj1<…<ajk时，确定单指标属性测度函数μxjk(t)：
μxj1(t)=1t<aj1-djaj1+dj-t2djaj1-dj≤t≤aj1+dj0t>aj1+dj---(6);]]>
μxjk(t)=0t<ajk-1-djt-ajk-1+dj2djajk-1-dj≤t≤ajk-1+dj1ajk-1+dj<t<ajk-djajk+dj-t2djajk+dj≤t≤ajk+dj0t>ajk+dj---(7);]]>
μxjp(t)=0t<ajp-1-djt-ajn-1+dj2djajp-1-dj≤t≤ajp-1+dj1t>ajp-1+dj---(8);]]>
当aj0>aj1>…>ajK时，确定单指标属性测度函数μxjk(t)：
μxj1(t)=0t<aj1-dj1t-aj1+dj12djaj1-dj1≤t≤aj1+dj11t>aj1+dj1---(9);]]>
μxjk(t)=0t<ajk-djkt-ajk+djk2djkajk-djk≤t≤ajk+djk1ajk+djk<t<ajk-1-djk-1ajk-1+djk-1-t2djk-1ajk-1-djk-1≤t≤ajk-1+djk-10t>ajk-1+djk-1---(10);]]>
μxjK(t)=1t<ajK-1-djK-1t-ajK-1+djK-12djK-1ajK-1-djK-1≤t≤ajK-1+djK-10t>ajK-1+djK-1---(11);]]>
式中：k＝1，2，…，p-1；j＝1，2，…，m；
单指标属性测度μxjk是通过将各指标权重代入到单指标属性测度函数μxjk(t)中计算得到的。

7.  如权利要求1所述的一种岩溶区突涌水灾害源的孕灾性评判方法，其特征是，所述步骤(3)的计算多指标综合属性测度步骤为：
多指标综合属性测度μxk按下式计算：
μxk=Σj=1mωjμxjk---(12)]]>
式中：ωj为第j个指标Ij的权重，满足：0≤ωj≤1，

8.  如权利要求1所述的一种岩溶区突涌水灾害源的孕灾性评判方法，其特征是，所述步骤(3)的单指标属性测度函数表如下：
表1 单指标属性测度函数表


9.  如权利要求1所述的一种岩溶区突涌水灾害源的孕灾性评判方法，其特征是，所述步骤(4)的步骤为：
属性识别是由多指标综合属性测度μxk对x所归属的评价级别Ck作出判断；
在属性综合评价中，评价集(C1，C2，…，Ck)是一个有序集，对有序评价集(C1，C2，…，Ck)判定x所归属的评价级别Ck，采用置信度准则；
置信度准则：设(C1，C2，…，Ck)是属性空间F的一个有序评价集，λ为置信度，且0.5<λ≤1；
当C1>C2>…>Ck时，若满足
ko=min{k:Σl=1kμx(Cl)&GreaterEqual;λ,1≤k≤p}---(13)]]>
则认为x属于Ck0级别；
当C1<C2<…<Ck时，若满足
k0=max{k:Σl=k1pμx(Cl)&GreaterEqual;λ,1≤k≤p}=p-min{k:Σl=0kμx(Cp-l)&GreaterEqual;λ,1≤k≤p-1}---(14)]]>
则认为x属于Ck0级别。

说明书岩溶区突涌水灾害源的孕灾性评判方法
技术领域
本发明涉及一种岩溶区突涌水灾害源的孕灾性评判方法。
背景技术
隧道及地下工程涉及交通工程(铁路、公路隧道)、水利水电工程(输水隧洞、地下厂房)等重要工程领域，逐渐成为国家重大基础设施工程建设的重要组成部分，而随着国家“十二五”等战略科技发展的规划，重大工程建设的重心正逐渐向地形地质极端复杂的西部山区转移，建设过程中所面临的岩溶突涌水是岩溶地区隧道建设中的主要地质灾害之一，而对于岩溶地区隧道突涌水的孕灾性评价是分析与解决问题的关键。
然而，目前国内关于此方面的研究还不太完善，在进行隧道突涌水分析过程中，往往忽略了地下工程地质条件的复杂性，而且大多数模型只能给出定性或半定量的分析结果，无法结合现场的水文地质条件等给出确切的孕灾等级。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种岩溶区突涌水灾害源的孕灾性评判方法，它具有结合现场的水文地质条件给出确切的孕灾等级的优点。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种岩溶区突涌水灾害源的孕灾性评判方法，步骤如下：
步骤(1)：识别指标选取：选取需要识别孕灾性的隧道为识别样本，根据实际工程区域地质调查和地下水参数的测试分析，选取必备参数和可选参数；
步骤(2)：采用关联函数法，逐一对步骤(1)的所述的必备参数和可选参数进行指标权重计算，得出各个指标的权重；
步骤(3)：根据单指标属性测度函数表建立单指标属性测度函数，
进一步，根据步骤(2)中计算得到的各指标权重和单指标属性测度函数计算单指标属性测度；
进一步，根据单指标属性测度计算多指标综合属性测度；
步骤(4)：属性识别分析：根据多指标综合属性测度，选择合适的置信度，通过计算得出实际工程的孕灾等级。
所述必备参数包括区域强可溶岩CaCO3含量、区域强岩溶层厚度、地表补给面积、地下水流量、平均温度特征、潜水地下水位、地下水循环特征以及地表岩溶形态。
所述可选参数包括断层构造、褶皱构造和单斜构造。
所述步骤(2)的步骤为：
①正域为有限区间<a,b>的简单关联函数设X＝<a,b>，点X∈(-∞,+∞)，点M∈X，
当M＝a时，取
K(x)=x-ab-a,x<ab-xb-a,x>aK(a)=0/1,x=a---(1);]]>
当M＝b时，取
K(x)=x-ab-a,x<bb-xb-a,x>bK(b)=0/1,x=b---(2);]]>
式中K(x)为x关于区间X的关联度，K(x)即对应指标的权重。
所述步骤(2)的步骤为：
②正域为无限区间<a,+∞>的简单关联函数设区间X＝<a,+∞>，点X∈(-∞,+∞)，点M∈X，若则
当M＝a时，取
K(x)=x-a,x<aa2x-a,x>aK(a)=0/1,x=a---(3);]]>
当K(x)在X＝<a,+∞>没有最大值时，取
K(x)＝x-a。
所述步骤(3)的计算单指标属性测度步骤为：
对于单指标Ij的测量值tj，具有属性Ck的属性测度μxjk＝μ，xij∈Ck的确定方法是建立其属性测度函数，以表示单指标Ij的测量值tj变化时属性测度μxjk＝μ，xij∈Ck的变化情况；依据单指标属性测度函数表建立属性测度函数。
单指标属性测度函数表中，ajk满足aj0<aj1<…<ajk，或aj0>aj1>…>ajk；下标j代表单指标 属性测度函数表中某一个评价指标对应的行(j＝1,2…..m)，下标k取值为1≤k≤K，对应不同的评价等级；
令
bjk=ajk-1+ajk2---(4);]]>
djk＝ajk0-bjk0＝min{|bjk-ajk|,|bjk+1-ajk|}         (5)；
式中：k＝1，2，…，p-1；
当aj0<aj1<…<ajk时，确定单指标属性测度函数μxjk(t)：
μxj1(t)=1t<aj1-djaj1+dj-t2djaj1-dj≤t≤aj1+dj0t>aj1+dj---(6);]]>
μxjk(t)=0t<ajk-1-djt-ajk-1+dj2djajk-1-dj≤t≤ajk-1+dj1ajk-1+dj<t<ajk-djajk+dj-t2djajk-dj≤t≤ajk+dj0t<ajk+dj---(7);]]>
μxjp(t)=0t<ajp-1-djt-ajn-1+dj2djajp-1-dj≤t≤ajp-1+dj1t>ajp-1+dj---(8);]]>
当aj0>aj1>…>ajK时，确定单指标属性测度函数μxjk(t)：
μxj1(t)=0t<aj1-dj1t-aj1+dj12djaj1-dj1≤t≤aj1+dj11t>aj1+dj1---(9);]]>
μxjk(t)=0t<ajk-djkt-ajk+djk2djkajk-djk≤t≤ajk+djk1ajk+djk<t<ajk-1-djk-1ajk-1+djk-1-t2djk-1ajk-1-djk-1≤t≤ajk-1+djk-10t>ajk-1+djk-1---(10);]]>
μxjK(t)=1t<ajK-1-djK-1t-ajK-1+djK-12djK-1ajK-1-djK-1≤t≤ajK-1+djK-10t>ajK-1+djK-1---(11);]]>
式中：k＝1，2，…，p-1；j＝1，2，…，m。
单指标属性测度μxjk是通过将各指标权重代入到单指标属性测度函数μxjk(t)中计算得到的。
所述步骤(3)的计算多指标综合属性测度步骤为：
多指标综合属性测度μxk按下式计算：
μxk=Σj=1mωjμxjk---(12)]]>
式中：ωj为第j个指标Ij的权重，满足：0≤ωj≤1，
所述步骤(3)的单指标属性测度函数表如下：
表1 单指标属性测度函数表

所述步骤(4)的步骤为：
属性识别是由多指标综合属性测度μxk对x所归属的评价级别Ck作出判断；
在属性综合评价中，评价集(C1，C2，…，Ck)是一个有序集，对有序评价集(C1，C2，…，Ck)判定x所归属的评价级别Ck，采用置信度准则；
置信度准则：设(C1，C2，…，Ck)是属性空间F的一个有序评价集，λ为置信度，且0.5<λ≤1；
当C1>C2>…>Ck时，若满足
ko=min{k:Σl=1kμx(Ci)&GreaterEqual;λ,1≤k≤p}---(13)]]>
则认为x属于Ck0级别；
当C1<C2<…<Ck时，若满足
k0=max{k:Σl=kpμx(Cl)&GreaterEqual;λ,1≤k≤p}=p-min{k:Σl=0kμx(Cp-l)&GreaterEqual;λ,1≤k≤p-1}---(14)]]>
则认为x属于Ck0级别，评价集(C1，C2，…，Ck)是关于突涌水风险的评价集，k0是代表突涌水风险为对应级别(k0最终取值可能为1,2……k)。
本发明解决了相似模型试验中含水层内部水力边界条件控制问题，具有以下优点：
1、将属性数学理论引入孕灾性识别中，通过评判，可以对实际工程的孕灾等级进行判断，从而指导施工组织优化设计；
2、能全面综合的考虑实际工程中工程地质及水文条件对孕灾等级的影响；
3、可对影响孕灾等级的风险因素进行客观的分析，有效的遴选出典型的影响因素构建评价指标体系，降低了次要因素对评价结果的影响。
附图说明
图1是本发明的流程图。
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。
如图1所示，
步骤(1)：识别指标选取；根据隧道区域地质调查和地下水等参数的测试分析，选取必备参数和可选参数。
步骤(2)：指标权重计算；采用简单关联函数法对指标权重进行计算：
①正域为有限区间<a,b>的简单关联函数设X＝<a,b>，点X∈(-∞,+∞)，点M∈X，
当M＝a时，取
K(x)=x-ab-a,x<ab-xb-a,x>aK(a)=0/1,x=a---(1)]]>
当M＝b时，取
K(x)=x-ab-a,x<bb-xb-a,x>bK(b)=0/1,x=b---(2)]]>
式中K(x)为x关于区间X的关联度。
②正域为无限区间<a,+∞>的简单关联函数设区间X＝<a,+∞>，点X∈(-∞,+∞)点M∈X，若则
当M＝a时，取
K(x)=x-a,x<aa2x-a,x>aK(a)=0/1,x=a---(3)]]>
当K(x)在X＝<a,+∞>没有最大值时,取
K(x)＝x-a
步骤(3)：单指标属性测度分析与多指标综合属性测度分析；对于单指标Ij的测量值tj，具有属性Ck的属性测度μxjk＝μ(xij∈Ck)的确定方法是建立其属性测度函数，以表示Ij的测量值tj变化时属性测度μxjk＝μ(xij∈Ck)的变化情况。以表1的情形建立属性测度函数。
表1中，ajk满足aj0<aj1<…<ajk，或aj0>aj1>…>ajk。令
bjk=ajk-1+ajk2---(4)]]>
djk=ajk0-bjk0=min{|bjk-ajk|,|bjk+1-ajk|}---(5)]]>
式中：k＝1，2，…，p-1。
当aj0<aj1<…<ajk时，确定单指标属性测度函数μxjp(t)：
μxj1(t)=1t<aj1-djaj1+dj-t2djaj1-dj≤t≤aj1+dj0t>aj1+dj---(6)]]>
μxjk(t)=0t<ajk-1-djt-ajk-1+dj2djajk-1-dj≤t≤ajk-1+dj1ajk-1+dj<t<ajk-djajk+dj-t2djajk-dj≤t≤ajk+dj0t<ajk+dj---(7)]]>
μxjp(t)=0t<ajp-1-djt-ajn-1+dj2djajp-1-dj≤t≤ajp-1+dj1t>ajp-1+dj---(8)]]>
当aj0>aj1>…>ajK时，确定单指标属性测度函数μxjk(t)：
μxj1(t)=0t<aj1-dj1t-aj1+dj12djaj1-dj1≤t≤aj1+dj11t>aj1+dj1---(9)]]>
μxjk(t)=0t<ajk-djkt-ajk+djk2djkajk-djk≤t≤ajk+djk1ajk+djk<t<ajk-1-djk-1ajk-1+djk-1-t2djk-1ajk-1-djk-1≤t≤ajk-1+djk-10t>ajk-1+djk-1---(10)]]>
μxjK(t)=1t<ajK-1-djK-1t-ajK-1+djK-12djK-1ajK-1-djK-1≤t≤ajK-1+djK-10t>ajK-1+djK-1---(11)]]>
式中：k＝1，2，…，p-1；j＝1，2，…，m。
综合属性测度μxk可按下式计算：
μxk=Σj=1mωjμxjk---(12)]]>
式中：为第j个指标Ij的权重。满足：0≤ωj≤1，
步骤(4)：属性识别分析
属性识别的目的是由综合属性测度μxk对x属于哪一个评价级别Ck作出判断。在属性综合评价中，评价集(C1，C2，…，Ck)通常是一个有序集，对有序评价集(C1，C2，…，Ck) 判定x属于哪一个评价级别Ck，可采用置信度准则。
置信度准则：设(C1，C2，…，Ck)是属性空间F的一个有序评价集，λ为置信度，且0.5<λ≤1，一般取0.6至0.7之间。
当C1>C2>…>Ck时，若满足
ko=min{k:Σl=1kμx(Ci)&GreaterEqual;λ,1≤k≤p}---(13)]]>
则认为x属于Ck0级别。
当C1<C2<…<Ck时，若满足
k0=max{k:Σl=kpμx(Cl)&GreaterEqual;λ,1≤k≤p}=p-min{k:Σl=0kμx(Cp-l)&GreaterEqual;λ,1≤k≤p-1}---(14)]]>
则认为x属于Ck0级别。
表2 区域突涌水孕灾性评价指标和分级标准。

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。