一种爆破岩体质量综合评价及指标权重敏感性分析方法

本发明涉及地下空间工程与边坡工程岩体质量评价的，尤其涉及一种爆破岩体质量综合评价及指标权重敏感性分析方法，综合考虑爆破岩体损伤特性和岩体本身属性进行岩体质量综合评价。

背景技术：

1、作为岩体工程勘察与设计中最重要的组成部分之一，岩体质量评价分级是岩体组成、性能、完整性以及赋存环境等的综合反映，在岩土工程建设中，对于性能和稳定性好的岩体基本不需要进行处理，而对于性能弱、完整性低以及稳定性差的岩体通常需要进行复杂而又昂贵地加固与支护，因此针对实际工程进行准确快速的岩体质量评价分级对于岩体工程建设具有重大的理论与现实指导意义。并且常规岩体分级方法计算结果具有明显的不确定性问题，且考虑多因素进行岩体分级时各评价指标的权重确定方法仍存在一些不足，而针对爆破岩体受力特性的岩体质量评价相关研究则更为鲜见，并且鲜有研究进行岩体质量评价方法的稳定性和指标敏感性分析。

2、申请号为：202110431797.0的发明专利公开了一种基于层次分析法和可变模糊集理论的灌浆质量综合评价方法，包括以下步骤：根据灌浆工程施工质量的行业标准规范选定一级指标和二级指标，所述一级指标为灌前可灌性、设计及施工合理性和灌后质量，所述灌前可灌性的二级指标为岩体属性和浆液性质，所述设计及施工合理性的二级指标为设计参数和施工参数，所述灌后质量的二级指标为渗透性、密实性和耐久性；并将灌浆工程质量等级标准划分为五个级别标准，所述灌浆工程质量等级的级别标准包括优秀、良好、中等、合格和差。上述发明解决了现有灌浆综合评价结果较为主观和对原始数据要求过高以及可信性差的问题。但是，上述发明利用的层次分析法是一种主观权重确定方法，即指标权重计算结果取决于决策者对各指标重要程度的判定，主观性较大；并且在对指标赋权时定量数据很少，定性成分较多，结果不易令人信服；且指标过多时数据统计量大，权重难以判定。

技术实现思路

1、针对现有岩体质量评价方法存在未全面考虑爆破岩体损伤特性，不同岩体质量评价方法计算结果的不确定性且缺乏对评价方法的敏感性分析的技术问题，本发明提出一种爆破岩体质量综合评价及指标权重敏感性分析方法，全面考虑了爆破岩体损伤特性、岩体完整性、坚硬程度以及岩体赋存环境等多方面因素，全面考虑了反映爆破岩体质量的影响因素、实现了对爆破岩体质量的综合性评价且分析验证了该方法敏感性和稳定性，为爆破开挖与设计施工提供了良好的参考。

2、为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种爆破岩体质量综合评价及指标权重敏感性分析方法，其步骤如下：

3、s1、根据爆破岩体损伤特性并考虑岩体物理力学性能、完整性与现场赋存环境及各因素之间的相互作用与影响的因素选取岩体质量评价指标；

4、s2、利用选取的岩体质量评价指标建立岩体质量分级标准，并构建岩体质量综合评价体系；

5、s3、基于岩体质量分级标准和云模型理论计算各岩体质量评价指标在各分级下的云模型的数字特征值，并生成各岩体质量评价指标的各分级的云模型图；

6、s4、根据综合赋权法确定各岩体质量评价指标的综合权重；

7、s5、根据云模型理论计算评价岩体的各评价指标各分级下的确定度，根据步骤s4得到的综合权重计算岩体综合确定度，对比得出最终岩体质量综合评价结果。

8、优选地，还包括步骤s6：基于oat法对岩体质量评价指标进行敏感性分析，改变质量评价指标的权重分配，利用单因素轮换法验证岩体质量综合评价结果。

9、优选地，根据爆破岩体损伤特性并考虑岩体完整性与现场赋存环境选取的岩体质量评价指标为：岩石抗拉强度、完整性系数、岩石质量指标及组成的多因素指标组成6个岩体质量评价指标；基于传统岩体质量分级方法并考虑爆破岩体工程实际将岩体质量评价指标按指标值的大小分为5个等级。

10、优选地，所述云模型的数字特征值包括：

11、

12、其中，ex为数学期望，en为熵，he为超熵；cmax、cmin分别为岩体质量评价指标的某一分级的取值范围的最大值、最小值。

13、优选地，根据云模型理论并生成云模型图的方法为：根据云模型理论将岩体质量评价指标在各分级下的云模型的数字特征值分别代入岩体确定度计算公式，得到岩体质量评价指标在各分级下的确定度计算公式；随机生成多组岩体质量评价指标在各分级下的期望ex、熵en的随机数x(i)；随机生成多组岩体质量评价指标在各分级下的期望为en、熵为he的随机数en’；将随机数x(i)、en’代入对应的岩体质量评价指标在各分级下的确定度计算公式得到确定度u(x(i))；将岩体质量评价指标在各分级下的随机数x(i)、确定度u(x(i))在散点图中生成岩体质量评价指标的云模型图。

14、优选地，所述岩体确定度计算公式为：

15、

16、其中，x为岩体质量评价指标的测试值；u(x)表示岩体的确定度。

17、优选地，所述综合赋权法确定各岩体质量评价指标的综合权重的方法为：根据熵权法和变异系数法分别确定岩体质量评价指标的权重，利用偏好系数法确定岩体质量评价指标的综合权重。

18、优选地，所述熵权法计算岩体质量评价指标权重的方法为：m个样本使用n个岩体质量评价指标进行定量评价时得到样本数据xij，对样本数据xij进行归一化处理：

19、对于正向指标：

20、

21、对于负向指标：

22、

23、其中，x'ij表示样本数据xij的归一化值，min(x1j,x2j,...xmj)表示第j个评价指标的m个样本的最小数据，max(x1j,x2j,...xmj)为第j个评价指标的m个样本的最大数据，i＝1,2,…,m，j＝1,2,...,n；

24、则第j个评价指标的信息熵：

25、其中，条件概率：

26、信息熵冗余度：dj＝1-ej,

27、由此，基于熵权法第j个评价指标的权重：

28、所述变异系数法计算评价指标的权重的方法为：

29、对样本数据进行归一化处理；

30、则第j个评价指标的变异系数：其中，σj为第j个评价指标所有归一化数据x'ij的标准差，为第j个评价指标所有归一化数据x'ij的算数平均值；

31、则基于变异系数法得到的第j个评价指标的变异权重：

32、利用偏好系数法计算第j个评价指标的综合权重：wj＝μαj+(1-μ)βj；其中，μ为偏好系数。

33、优选地，所述最终岩体质量综合评价结果的确定方法为：

34、s51、将岩体的测试值代入相应的岩体质量评价指标在各分级下的云模型的确定度计算公式，得到岩体各评价指标的确定度；

35、s52、根据各分级各岩体质量评价指标的确定度进行综合赋权得到岩体的综合确定度，将对应分级下的各岩体质量评价指标的确定度乘以对应的综合权重得到岩体在各分级的岩体综合确定度；

36、s53、对比岩体各分级的综合确定度大小，综合确定度最大值对应的岩体类别为最终岩体质量综合评价结果。

37、优选地，所述基于oat法进行岩体质量评价指标权重敏感性分析的实现方法为：

38、1)设定某一岩体质量评价指标的权重变化范围为±30％，且岩体质量评价指标的权重每次变化时的步长δ＝±5％；

39、2)根据设定的权重变化范围与步长对主分析指标产生扰动：

40、

41、其中，为主分析指标经kδ扰动后的权重，w(j0,0)为主分析指标的初始权重；k为敏感性分析时权重步长变化系数；

42、主分析指标变化后其他评价指标的权重为：

43、

44、其中，w(j,0)为其他指标的初始权重；

45、3)根据变化后的岩体质量评价指标权重，计算权重变化后的岩体综合确定度

46、4)根据权重变化前后的岩体综合确定度计算岩体质量评价结果变化率，即权重变化后相对于权重变化前岩体综合确定度的变化率：

47、

48、其中，u(x0)为权重变化前岩体综合确定度；

49、5)对于整个范围内的n组评价岩体，计算岩体综合确定度的绝对平均变化率：

50、

51、其中，为评价指标j0权重变化kδ时n组岩体综合确定度的绝对平均变化率；

52、6)根据岩体综合确定度绝对平均变化率大小判定岩体质量评价指标对岩体质量评价结果的敏感性，岩体质量评价指标的绝对平均变化率越大，则岩体质量评价指标权重变化时对岩体质量评价结果的敏感性越高。

53、与现有技术相比，本发明的有益效果：选取爆破岩体质量评价指标，构建岩体质量分级标准，建立岩体质量综合评价体系；基于岩体质量分级标准计算云模型数字特征值，并生成云模型图；基于熵权法和变异系数法对岩体质量评价指标进行综合赋权；计算评价岩体的各指标分级的云模型确定度；计算岩体综合确定度，分析得出岩体质量综合评价结果；利用oat法进行爆破岩体质量评价指标权重敏感性分析。本发明全面考虑了爆破岩体损伤特性、岩体完整性、坚硬程度以及岩体赋存环境等多方面因素，结合熵权法和变异系数法对评价指标综合赋权，进行爆破岩体质量综合评价及指标权重敏感性，全面考虑了反映爆破岩体质量的影响因素，解决了不同岩体质量分级方法评价结果的不确定性问题，实现了对爆破岩体质量的综合性评价，并且分析验证了岩体质量评价指标对分级结果的影响程度，对爆破岩体工程的施工设计具有重要理论和工程实际意义。