一种岩溶隧道塌方灾害风险综合评估方法及系统与流程

技术特征：
1.一种岩溶隧道塌方灾害风险综合评估方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、通过对岩溶隧道塌方案例调研，构建岩溶隧道塌方风险评估体系及对应层次结构；s2、建立各层次结构的判断矩阵，计算综合权重向量并检查各判断矩阵的一致性，检验判断矩阵合理性；s3、根据评估指标进行风险分级，建立岩溶隧道塌方灾害风险评价集；s4、根据岩溶隧道塌方灾害风险评价集确定风险评估指标隶属度，并形成模糊矩阵；s5、将模糊矩阵和由综合权重向量组成的权重矩阵进行模糊综合评判，得到模糊综合评判集；s6、根据最大隶属度原则，将模糊评判集中最大元素在岩溶隧道塌方灾害风险评价集对应的风险等级作为评价结果，形成岩溶塌方灾害风险综合评估模型。2.根据权利要求1所述的一种岩溶隧道塌方灾害风险综合评估方法，其特征在于，岩溶隧道塌方风险评估体系包括准则层和指标层；其中：获取隧道施工中岩溶塌方风险分级为岩溶隧道塌方风险评估体系的目标；准则层包括地质条件指标、自然条件指标、岩溶溶洞特性指标和设计、施工因素指标这四个评价指标；指标层包括构成准则层四个评价指标的具体评估对象；其中地质条件指标包括围岩级别、围岩软化系数和风化程度；自然条件指标包括降雨量和地下水状况；岩溶溶洞特性指标包括溶洞尺寸、溶洞与隧道净距、岩溶填充物特性、溶洞与隧道位置关系；设计、施工因素指标包括隧道埋深、隧道断面、开挖步距、爆破方法适宜性、支护及时性和超前地质预报与监控量测方案合理性。3.根据权利要求2所述的一种岩溶隧道塌方灾害风险综合评估方法，其特征在于，步骤s2的具体实现方式如下：s2-1、根据岩溶隧道塌方风险评估体系中各层次的元素进行相互比较，对不同的元素的重要性进行相对权重赋值，得到各层的判断矩阵；s2-3、根据各层判断矩阵计算矩阵特征向量，并进行归一化处理得到各具体评估对象的权重向量；s2-4、将准则层和指标层对应的权重向量相乘得到综合权重向量；s2-5、根据公式：cr＝ci/ri得到不同层对应的判断矩阵一致性检验指标ci和检验系数cr；其中，λ
max
为判断矩阵最大特征值；ri为平均随机一致性指标；j为判断矩阵阶数；当矩阵一致性检验指标ci和检验系数cr在设定范围内时，判定矩阵合理，进入步骤s3；否则返回步骤s2-1。4.根据权利要求3所述的一种岩溶隧道塌方灾害风险综合评估方法，其特征在于，岩溶隧道塌方灾害风险等级评价集包括低风险、中等风险、高风险和极高风险四个等级。
5.根据权利要求4所述的一种岩溶隧道塌方灾害风险综合评估方法，其特征在于，步骤s4的具体实现方式如下：s4-1、计算岩溶隧道塌方灾害风险不同等级不同具体评估对象的隶属度函数；s4-2、根据隶属度函数计算隶属度向量，将同一风险等级对应的隶属度向量作为矩阵的同一列，得到大小为15行4列的矩阵，即模糊矩阵r。6.根据权利要求5所述的一种岩溶隧道塌方灾害风险综合评估方法，其特征在于，步骤s4-1的具体实现方式如下：s4-1-1、判断具体评估对象是否为定性指标；如果是，隶属度函数采用矩形隶属度函数其中，u
i
表示岩溶隧道塌方灾害风险等级，i＝1,2,3,4；分别表示低风险、中等风险、高风险和极高风险四个等级；u表示具体评估对象；否则进入步骤s4-1-2；s4-1-2、判断具体评估对象是否为溶洞尺寸和溶洞与隧道净距；如果是，则根据溶洞尺寸的实测数据、岩溶隧道塌方灾害风险等级和隧道直径大小，采用matlab软件确定溶洞尺寸的不同等级的隶属度函数；根据溶洞与隧道净距、隧道直径和岩溶隧道塌方灾害风险等级，采用matlab软件确定溶洞与隧道净距的不同风险等级的隶属度函数；否则进入步骤s4-1-3；s4-1-3、确定低风险等级下隶属度函数：根据公式：得到低风险等级围岩软化系数隶属度函数μ
a1
(x)；其中，x为围岩软化系数；π为圆周率；根据公式：得到低风险等级降雨量隶属度函数μ
a1
(y)；其中，y为降雨量；根据公式：得到低风险等级下隧道埋深隶属度函数μ
a1
(b)；其中，b表示隧道埋深的长度；根据公式：
得到低风险等级下岩溶填充物特性隶属度函数μ
a1
(c)；其中，c表示岩溶填充物特性；确定中等风险等级下隶属度函数：根据公式：得到中等风险等级下围岩软化系数隶属度函数μ
a2
(x)；根据公式：得到中等风险等级下降雨量隶属度函数μ
a2
(y)；根据公式：得到中等风险下的隧道埋深隶属度函数μ
a2
(b)；根据公式：得到中等风险下岩溶填充物特性隶属度函数μ
a2
(c)；确定高风险等级下隶属度函数：根据公式：
得到高风险等级下围岩软化系数隶属度函数μ
a3
(x)；根据公式：得到高风险等级下降雨量隶属度函数μ
a3
(y)；根据公式：得到高风险等级下隧道埋深隶属度函数μ
a3
(b)；根据公式：得到高风险等级下岩溶填充物特性隶属度函数μ
a3
(c)；确定极高风险等级下隶属度函数：根据公式：得到极高风险等级下围岩软化系数隶属度函数μ
a4
(x)；根据公式：
得到极高风险下降雨量隶属度函数μ
a4
(y)；根据公式：得到极高风险下隧道埋深隶属度函数μ
a4
(b)；根据公式：得到极高风险下岩溶填充物特性隶属度函数μ
a4
(c)。7.根据权利要求6所述的一种岩溶隧道塌方灾害风险综合评估方法，其特征在于，步骤s5的具体实现方式如下：s5-1、根据综合权重向量得到权重矩阵w＝[w1,w2,...w
m
]；s5-2、根据公式：得到模糊综合判断集b；其中，m表示权重矩阵因子数即指标因素个数，m＝1,2,
…
,15；n表示风险等级的个数n＝1,2,3,4；r表示模糊矩阵的元素，b
k
表示模糊评价集的第k个元素。8.一种岩溶隧道塌方灾害风险综合评估系统，其特征在于，包括岩溶隧道塌方风险评估体系构建模块、合理性判断模块、溶隧道塌方灾害风险评价集构建模块、模糊矩阵构建模块、模糊综合评判模块，以及综合评估模块；其中：岩溶隧道塌方风险评估体系构建模块，用于通过对岩溶隧道塌方案例调研，构建岩溶隧道塌方风险评估体系及对应层次结构；合理性判断模块，用于建立各层次结构的判断矩阵，计算综合权重向量并检查各判断矩阵的一致性，检验判断矩阵合理性；溶隧道塌方灾害风险评价集构建模块，根据评估指标进行风险分级，建立岩溶隧道塌方灾害风险评价集；模糊矩阵构建模块，用于根据岩溶隧道塌方灾害风险评价集确定风险评估指标隶属度，并形成模糊矩阵；模糊综合评判模块，用于将模糊矩阵和由综合权重向量组成的权重矩阵进行模糊综合
评判，得到模糊综合评判集；综合评估模块，用于根据最大隶属度原则，将模糊评判集中最大元素在岩溶隧道塌方灾害风险评价集对应的风险等级作为评价结果，形成岩溶塌方灾害风险综合评估模型。

技术总结
本发明公开了一种岩溶隧道塌方灾害风险综合评估方法及系统，方法包括以下步骤：构建岩溶隧道塌方风险评估体系及对应层次结构；建立各层次判断矩阵，计算综合权重向量并检查各判断矩阵的一致性，检验判断矩阵合理性；建立岩溶隧道塌方灾害风险评价集；确定风险评估指标隶属度，并形成模糊矩阵；将模糊矩阵和由综合权重向量组成的权重矩阵进行模糊综合评判，得到模糊综合评判集；根据最大隶属度原则，将模糊评判集中最大元素在岩溶隧道塌方灾害风险评价集对应的风险等级作为评价结果，形成岩溶塌方灾害风险综合评估模型。本发明评估体系全面、评估指标参数易于获取、评估流程易于操作；排除了人为主观因素的干扰；提高了岩溶隧道施工安全性。道施工安全性。道施工安全性。


技术研发人员：晏启祥 刘琛尧 孙润方 谢文清 陈耀 邓宝华 杨龙伟
受保护的技术使用者：中铁二局第二工程有限公司
技术研发日：2022.11.18
技术公布日：2023/2/3