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基于指标信度测度赋权的岩溶隧道水害危险性集对云评价研究

蒋英礼 崔杰 王景梅 张彦龙

蒋英礼,崔杰,王景梅,等. 基于指标信度测度赋权的岩溶隧道水害危险性集对云评价研究[J]. 中国岩溶,2022,41(2):276-286 doi: 10.11932/karst20220208
引用本文: 蒋英礼,崔杰,王景梅,等. 基于指标信度测度赋权的岩溶隧道水害危险性集对云评价研究[J]. 中国岩溶,2022,41(2):276-286 doi: 10.11932/karst20220208
JIANG Yingli, CUI Jie, WANG Jingmei, ZHANG Yanlong. Risk assessment of tunnel flood based on the weighting of index reliability measurement and set pair cloud[J]. CARSOLOGICA SINICA, 2022, 41(2): 276-286. doi: 10.11932/karst20220208
Citation: JIANG Yingli, CUI Jie, WANG Jingmei, ZHANG Yanlong. Risk assessment of tunnel flood based on the weighting of index reliability measurement and set pair cloud[J]. CARSOLOGICA SINICA, 2022, 41(2): 276-286. doi: 10.11932/karst20220208

基于指标信度测度赋权的岩溶隧道水害危险性集对云评价研究

doi: 10.11932/karst20220208
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(51578167);广东省普通高校特色创新项目(2021KTSCX221);广州市基础研究计划基础与应用基础研究项目(2022-1720)
详细信息
    作者简介:

    蒋英礼(1984-),男,副教授,博士研究生,从事隧道工程方面的教学与研究工作。E-mail:jiangyingl@163.com

    通讯作者:

    崔杰(1962-),男,博士,博士生导师,研究员,从事岩土工程方面的教学与研究工作。E-mail:jcui2009@hotmail.com

  • 中图分类号: U457.2

Risk assessment of tunnel flood based on the weighting of index reliability measurement and set pair cloud

  • 摘要: 隧道水害危险性评价是一个非线性复杂的不确定系统问题。首先,针对其评价指标参数具有不确定性、模糊性和随机性等特点,在充分考虑岩溶隧道水害危险性评价指标关联性的基础上,提出了基于Jousselme距离的指标信度测度动态赋权理论,实现不同的实例、不同的指标实测值对整个系统的动态赋权,降低实际工作中由于指标实测值误差或错误导致评价结果偏差的风险;其次,运用云理论优化集对联系度,与所得权重加权得出系统综合云联系度,并与等级评价区间期望加权平均得到危险值,同时生成对应的等级云图判定隧道水害危险性等级,进而判定岩溶隧道水害危险状态,实现水害危险等级判定的可视化;再次,基于大气降水为岩溶隧道水害主要来源的视角,选取年均降水量、入渗系数、汇水面积、渗透系数和单位涌水量5项指标作为集对云评价指标,并以6条典型岩溶隧道为样本数据进行模型检验,发现评价结果与其他方法的评价结果相吻合,证明了该模型的可靠性和有效性。最后,将模型应用于京珠高速公路媲双坳岩溶隧道水害事故中,评价结果与实际情况相符,采取与评价等级相对应的处治措施,取得了良好的水害治理效果,表明该模型具有工程实用价值,评价流程可操作性强,为岩溶隧道水害的预测和防治提供参考。

     

  • 图  1  岩溶隧道水害危险性评价集对云模型结构图及评价流程

    Figure  1.  Structure diagram and evaluation process of tunnel flood

    图  2  隧道水害危险性评价指标的集对云模型

    Figure  2.  Model of set pair cloud for evaluation indexes of tunnel flood

    图  3  样本1、样本3和样本6综合云与评价标准云对比图

    Figure  3.  Cloud comparison chart of integrated cloud and evaluation standard for sample 1, sample 3 and sample 6

    图  4  媲双坳隧道水害事故图

    Figure  4.  Flood accident photos of Pishuangao tunnel

    图  5  地震映像法探测结果平面展开图

    Figure  5.  Plane expansion of seismic imaging results

    表  1  水害危险性等级表述及相应处治措施

    Table  1.   Risk grades of tunnel flood and its corresponding treatment

    评价结果危险值U
    [0,0.25)[0.25,0.5)[0.5,0.75)[0.75,1.0]
    云模型SPC (0,0.107,0.01) (0.375,0.107,0.01) (0.625,0.107,0.01) (1,0.107,0.01)
    危险性等级 危险性极大(Ⅰ) 危险性较大(Ⅱ) 危险性一般(Ⅲ) 危险性小(Ⅳ)
    危险性描述 隧道出现衬砌结构破损、涌水涌泥事故,严重影响隧道安全及行车安全,急需加固处治 隧道出现严重渗漏水,影响隧道安全及行车安全,需要加固处治 隧道出现一般渗漏水 隧道几乎无渗漏水或渗漏水很少
    加固处治措施 进行隧道专项检测,掌握隧道结构安全状态,采取封缝、衬砌背后注浆及岩洞回填封堵、植筋加固、地表注浆,并配以地表封堵引排与洞内引排等多种措施 进行隧道专项检测,保证隧道结构安全,并配以封缝、衬砌背后回填封堵及注浆、植筋加固等工程措施 需重点部位加强监控检测,并配以封缝等处治措施 无需加固,日常维护检修
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    表  2  隧道水害危险性评价指标分级表

    Table  2.   Index grades of risk assessment for tunnel flood

    评价指标评价等级
    危险性极大(Ⅰ)危险性较大(Ⅱ)危险性一般(Ⅲ)危险性小(Ⅳ)
    年均降水量x1/mm>1 6001 200~1 600800~1 200<800
    入渗系数x2>0.50.4~0.50.3~0.4<0.3
    汇水面积x3/km2>7.55~7.52.5~5<2.5
    渗透系数x4/cm·s−1>10−310−4~10−310−5~10−4<10−5
    单位涌水量x5/L·s−1·m−1>51~50.1~1<0.1
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    表  3  岩溶隧道样本及相应指标的测定值

    Table  3.   Measured values of sample indexes

    样本
    编号
    岩溶隧道
    名称
    评价指标
    年均降雨量x1/mm入渗系数x2汇水面积x3/km2渗透系数x4/cm·s−1单位涌水量x5/L·s−1·m−1
    1岭头隧道2 4500.442.933×10−34.73
    2葡萄山隧道2 2000.433.577×10−24.39
    3马鹿箐隧道8920.514.894×10−44.53
    4竹林坪隧道1 3450.422.985×10−43.37
    5双峰隧道9560.321.572×10−60.70
    6太行山隧道6240.252.958×10−70.12
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    表  4  隧道样本各评价指标权值

    Table  4.   Weight coefficients of indexes of sample tunnels

    样本编号评价指标
    x1x2x3x4x5
    10.1840.1650.1020.2920.256
    20. 3610.0970.1600.1790.203
    30.1150.2480.2440.1440.249
    40.2710.2140.0730.1530.289
    50.2740.2970.0820.1540.193
    60.2420.2760.0900.3100.082
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    表  5  各样本隧道的指标云联系度、综合云联系度和评价结果

    Table  5.   Index cloud connection degree, comprehensive connection degree and evaluation results of sample tunnels

    样本编号指标云联系度综合云联系度危险值U评价结果是否发生
    过水害
    本文文献[11]文献[12]
    1 μ11=1+0i1+0i2+0j
    μ12=0.256+0.665i1+0.076i2+0.003j
    μ13=0+0.005i1+0.445i2+0.550j
    μ14=1+0i1+0i2+0j
    μ15=0.623+0377i1+0i2+0j
    μ1=0.678+0.207i1+0.058i2+0.057j 0.170 I I I
    2 μ21=0.992+0.008i1+0i2+0j
    μ22=0.004+0.075i1+0.665i2+0.256j
    μ23=0+0.027i1+0.602i2+0.371j
    μ24=1+0i1+0i2+0j
    μ25=0.572+0.428i1+0i2+0j
    μ2=0.653+0.102i1+0.161i2+0.084j 0.223 I I I
    3 μ31=0 +0.007i1+0.483i2+0.510j
    μ32=0.721+0.278i1+0.001i2+0j
    μ33=0.045+0.389i1+0.494i2+0.072j
    μ34=0.516+0.484i1+0i2+0j
    μ35=0.593+0.407i1+0i2+0j
    μ3=0.423+0.335i1+0.170i2+0.072j 0.324
    4 μ41=0.420+0.497i1+0.064i2+0.019j
    μ42=0.141+0.631i1+0.212i2+0.016j
    μ43=0+0.006i1+0.458i2+0.536j
    μ44=0.500+0.500i1+0i2+0j
    μ45=0.434+0.566i1+0i2+0j
    μ3=0.346+0.510i1+0.096i2+0.048j 0.328
    5 μ51=0 +0.021i1+0.582i2+0.397j
    μ52=0+0.006i1+0.463i2+0.531j
    μ53=0+0 i1+0.155i2+0.845j
    μ54=0.258+0.190i1+0.203i2+0.349j
    μ55=0.091+0.277i1+0.632i2+0j
    μ5=0.057+0.091i1+0.463i2+0.389j 0.713
    6 μ61=0.048+0i1+0.107i2+0.845j
    μ62=0+0i1+0.115i2+0.885j
    μ63=0+0.005i1+0.450i2+0.545j
    μ64=0.731+0.269i1+0i2+0j
    μ65=0.043+0.139i1+0.306i2+0.512j
    μ6=0.242+0.094i1+0.124i2+0.540j 0.797
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  • 收稿日期:  2021-04-05
  • 刊出日期:  2022-07-28

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