1、基于模糊物元的地铁隧道围岩稳定性研究摘要：在对地铁隧道的围岩稳定性进行综合研究时，把地铁隧道的围岩稳定状况作为物元的事物,以其中的各指标及其相应的模糊量值构造模糊复合物元，通过相关计算，实现对地铁隧道围岩的相关研究。通过岩体基本质量指标、围岩弹性纵波速度、岩石饱和单轴抗压强度、岩体的完整性系数、结构面强度系数和地下水情况等 6 个方面对地铁隧道岩体的稳定性进行研究.根据地铁隧道围岩的特点，在模糊物元分析原理的基础上，使用层次分析法进行定量分析，熵值法进行定性分析，完成对地铁隧道的围岩稳定性的研究.该模型被应用到郑州地铁隧道围岩稳定性的研究中，通过计算，此地铁隧道的岩体为稳定性差的岩体，与实际情
2、况相符，表明评价指标体系和方法行之有效. 关键词：地铁隧道；模糊物元；围岩；稳定性 中图分类号：U45 文献标识码： A Abstract: Fuzzy matter element model is utilized to comprehensively study on the stability of surrounding rock of metro tunnel. The stability condition of surrounding rock masses of metro tunnel are regarded as the objects of matter elemen
3、t and their every index for study as well as the corresponding fuzzy values are used to build up the composite fuzzy matter elements. By calculating the relevancy the comprehensive evaluation, the stability of surrounding rock masses of metro tunnel can be carried out. The six indexes are used to st
4、udy on the stability of surrounding rock of metro tunnel, such as the quality of the rock mass by rock mass quality index , elastic P-wave velocity of the rock , saturated uniaxial compression strength of the rock , the integrity of mass coefficient of the rock ,structural surface intensity coeffici
5、ent of the rock , groundwater conditions. Then,based on the characteristics of surrounding rock of a metro tunnel and fuzzy matter element analysis theory, the concept of analytic hierarchy process is introduced to qualitative analysis and the concept of information entropy is introduced to quantita
6、tive analysis. The three methods are used to study on the stability of surrounding rock of metro tunnel. At last, fuzzy matter element model is applied to analyze the stability of surrounding rock of a metro tunnel. By calculating， the subway tunnel rock mass is the poor stability of the rock mass a
7、nd in line with the actual situation. The application shows that the model is effective and practical. Key words: Metro tunnel; fuzzy matter element; surrounding rock; stability 0 引言 自然岩体的性质复杂多变,而地铁隧道作为地下工程的一部分,由于许多的未知性更是如此.由于地铁隧道施工的大部分属于地下,地质情况复杂,干扰因素多,施工难度大,有许多的不确定因素.诸多因素影响了了岩体工程的稳定性,各种因素之间复杂的关系,以
8、不同的特征和组合方式体现出对围岩的作用,若只以单因素指标对地铁隧道岩体稳定性进行研究,其研究结果往往不尽如人意,所以希望通过组合多种因素进行分级,可以使研究结果更准确1.我国学者蔡文教授于 20 世纪 80 年代提出了物元分析方法,后来通过结合模糊数学,以促进事物转化、解决不相容问题为核心,是研究解决矛盾问题的规律和方法2-3.在模糊物元分析的基础上,结合运用层次分析法进行定量研究和信息熵进行定性研究, 从而比较合理的反映地铁隧道的围岩稳定性的综合状况. 目前的围岩分类方法都是对隧道围岩稳定性的影响因素(如结构面发育程度及其力学性质、岩块强度、地下水、地应力、风化作用、工程施工方法等)进行分析
9、探讨.通过结合前人的研究经验,主要通过岩体基本质量指标（RQD） 、 、岩石饱和单轴抗压强度（Rc） 、岩体的完整性系数（KV） 、结构面强度系数（Kf）和地下水情况（W）3-4，在这里新加入围岩弹性纵波速度（V）对岩体的稳定性进行综合研究加入. 1 地铁隧道围岩稳定性因素指标 按照通常使用的五级稳定性体系,对围岩稳定性的等级进行:T1 为稳定、T2 为比较稳定、T3 为稳定性差、T4 为不稳定和 T5 为很不稳定.其中,C1、C2、C3、C4、C5、C6 分别指的是:岩体基本质量指标（RQD） 、围岩弹性纵波速度(V)、岩石饱和单轴抗压强度（RC） 、岩体的完整性系数（KV） 、结构面强度系
10、数（Kf）和地下水情况（W）.表一是根据各种资料数据所编制的地铁隧道围岩稳定性的单因素指标. 表 1 地铁隧道围岩稳定性单因素指标 Tab.1Single factor index of metro tunnel 评价指标 T1 T2 T3 T4 T5 C1(%) 90100 7590 5075 2550 025 C2(km/s) 64.5 3.54.5 2.54.0 1.53.0 01.5 C3(Mpa) 200120 12060 6030 3015 015 C4 10.75 0.750.55 0.550.35 0.350.15 0.150 C5 10.80 0.800.60 0.600.4
11、0 0.400.20 0.200 C6 0;并假定: 当时，. 由于,计算出=(0.222,0.414,0.308,0.086 ,0.297,0.332) （2）计算评价指标的熵值.规定=1-为指标 j 的偏差度,则指标 j 的熵权为,则有 (16) 通过计算可知, =（0.179,0.135,0.159,0.211,0.162,0.154） (3) 为了对评价指标的重要性进行更好的反映,通过对将各指标的主观权重 w 与客观权重的结合,最终得出的各指标的权重为 (17) 计算可知（0.411,0.207,0.150,0.120,0.057,0.055） 3.3 地铁隧道围岩稳定性模糊物元研究
12、将确定的模糊复合物元 R 及权重复合物元 W,按照 M(,+)运算,即先乘后加,得到的关联度复合物元,为=(0.214,0.234,0.549,0.252,0.031).根据最大关联度原则，此地铁隧道的岩体为稳定性差的岩体,与实际情况相符. 4 结语 模糊物元分析理论的关键是促进事物的相互转化、解决模糊的不兼容问题，在多因子评价问题中比较适合,用于地铁隧道围岩的稳定性研究时,克服了传统方法中考虑不周的缺点.基于指标权重由 AHP 和熵值法相结合来确定,能更好的考虑各种主客观因素,是比较有效的方法.以此建立的模糊物元研究模型, 是对地铁隧道围岩稳定性的进行综合研究价的一条新路子,实例结果表明该方法是行得通的。 参考文献 1 王广月,刘健. 围岩稳定性的模糊物元评价方法J. 水利学报,2004,5（5）:20-24. 2 蔡文.物元模型及其应用M.北京:科学技术文献出版社, 1994. 3 张斌,雍歧东,肖芳淳.模糊物元分析M.北京:石油工业出版社,1997. 4 田小革,林杜,吴孙德. 基于模糊复合物元法的水泥路面性能评价J.交通运输工程学报，2010,2（4）：26-29.
