(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211084362.4 (22)申请日 2022.09.06 (71)申请人 长安大学 地址 710064 陕西省西安市雁塔路126号长 安大学雁塔校区 (72)发明人 刘伟伟　陈建勋　尚清晨　罗彦斌　 陈丽俊　王传武　高尚坤　贾海洋　 张立鑫　张卫卫　 (74)专利代理 机构 西安渭之蓝知识产权代理有 限公司 61282 专利代理师 李娜 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 17/16(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种软岩隧道围岩大变形分级的预测方法 (57)摘要 本发明公开了一种软岩隧道围岩大变形分 级的预测方法， 包括评价预测指标选取、 各指标 综合权重分析、 大变形综合评价预测指标界线划 分、 建立指标集、 评价集与模糊评价矩阵； 综合评 价与分析等。 本发明提出适用于薄层软弱破碎岩 体大变形的综合评价指标及分级标准， 并结合模 糊层次分析法， 提出适用于软弱、 破碎围岩隧道 大变形预测评价方法， 在复杂地质和施工环境下 快速、 准确预判软岩大变形及其挤压潜势方面具 有显著优势。 权利要求书2页 说明书12页 附图3页 CN 115470553 A 2022.12.13 CN 115470553 A 1.一种软岩隧道围岩大变形分级的预测方法， 其特征在于： 按照模糊层次分析法的步 骤， 根据定性划分和定量指标相结合的原则， 分别从地应力、 岩层产状、 岩石强度、 岩 体完整 性和地下水五个条件中， 选取八项亚级指标构造软岩隧道围岩大变形分级评价指标体系； 所述的八项亚级指标分别为隧道埋深、 岩层倾角、 岩层走向与洞轴线夹角、 岩石强度、 岩石 风化程度、 掌子面岩层平均厚度、 岩体结构类型、 地下水发育特征； 其中大变形等级分别为 无大变形、 轻微大变形、 中等大变形、 严重大变形、 极严重大变形。 2.根据权利要求1所述的软岩隧道围岩大变形分级的预测方法， 其特征在于， 包括以下 步骤： 【1】 评价预测指标选取： 【2】 各指标综合权 重分析： 【2.1】 根据影响软岩大变形各指标的研究及专家打分， 通过判断矩阵标准度及其倒数 的标度方法将各评价指标两 两进行比较得到各判断矩阵的元 素； 【2.2】 将层次结构图各层中的因子对上一层次目标的相对重要性进行两两比较， 构造 判断矩阵， 求 解各判断矩阵的最大 特征值对应的特 征向量； 【2.3】 将各层级指标单权值与所属类别权值进行整合， 得出八个评价指标关于大变形 的综合权值 集合 W＝{w1,w2,w3,…,wm}， m＝8 式中wi(i＝1,2,3, …,8)为各影响因素 所对应的权值； 【3】 参照相关标准 规范对大变形综合评价预测指标进行界线划分； 【4】 建立指标集与评价 集： 【5】 建立模糊评价矩阵： 在建立评价指标集和评价集后， 利用隶属函数实现从指标集到评价集的模糊变换， 得 到模糊评价矩阵R 其中m＝8、 n ＝5； 【6】 综合评价与分析： 根据隶属函数准则及建立步骤， 采用 梯形隶属函数计算各参评因子的隶属度， 通过预 测指标综合权 重集W和模糊矩阵R计算得到综合评价 集 B＝WR 式中： B＝{B1,B2,B3,…,Bn}， Bn是评价集V 中第n个评价层次的隶属度， 最后根据最大隶 属度原则确定 评价对象的最终评价效果。 3.根据权利要求1所述的软岩隧道围岩大变形分级的预测方法， 其特征在于： 步骤 【1】 中： 大变形分级为极严重大变形、 严重大变形、 中等大变形、 轻微大变形、 无大变形5种， 其对 应的变形量分别为： 大于80 0mm、 500～800mm、 300～500mm、 150～300mm、 小于15 0mm。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115470553 A 24.根据权利要求1所述的软岩隧道围岩大变形分级的预测方法， 其特征在于： 步骤 【1】 中： 选择隧道埋深指标作为大变形分类的地应力亚级指标； 选择结构面倾角及岩层走向、 洞 轴线夹角两项指标作为岩层产状条件亚级指标； 选择岩石饱和单轴抗压强度、 岩石风化程 度两项指标作为岩石强度条件亚级指标； 选择掌子面岩层平均厚度、 岩体结构两项指标作 为岩体完整性亚级指标； 选择隧道地下水特征指标作为大变形分类的地下水条件亚级指 标。 5.根据权利要求4所述的软岩隧道围岩变形分级的预测方法， 其特征在于： 步骤 【3】 中： 隧道埋深指标对应于极严重大变形、 严重大变形、 中等大变形、 轻微大变形、 无大变形 的数 值分别为： 大于10 00m、 600～1000m、 300～600m、 100～300m、 小于10 0m。 6.根据权利要求4所述的软岩隧道围岩变形分级的预测方法， 其特征在于： 步骤 【3】 中： 岩层倾角对应于极严重大变形、 严重大变形、 中等大变形、 轻微大变形、 无大变形的数值分 别为： 小于30 °、 30°～45°、 45°～60°、 60°～75°、 大于75°； 岩层走向与隧道轴线夹角对应于 极严重大变形、 严重大变形、 中等大变形、 轻微大变形、 无大变形的数值分别为： 小于15 °、 15°～35°、 35°～55°、 55°～75°、 大于75°。 7.根据权利要求4所述的软岩隧道围岩变形分级的预测方法， 其特征在于： 步骤 【3】 中： 岩石强度对应于极严重大变形、 严重大变形、 中等大变形、 轻微大变形、 无大变形的数值分 别为： 小于2 MPa、 2～5MPa、 5～15MPa、 15～ 30MPa、 >30MPa； 风化程度对应于极严重 大变形、 严 重大变形、 中等大变形、 轻微大变形、 无大变形分别为： 全风化、 强风化、 中风化、 微风化、 未 风化。 8.根据权利要求7所述的软岩隧道围岩变形分级的预测方法， 其特征在于： 步骤 【3】 中： 当岩体破碎无法取得岩芯并岩石强度的情况下， 通过原 位试验获取岩体抗剪强度指标粘聚 力c和内摩擦角 以此对岩石强度进行评估； 其中极严重大变形界限为c＝100～150kPa、 9.根据权利要求4所述的软岩隧道围岩变形分级的预测方法， 其特征在于： 步骤 【3】 中： 岩层厚度对应于极严重大变形、 严重大变形、 中等大变形、 轻微大变形、 无大变形的数值分 别为： 小于1cm、 1～3cm、 3～10cm、 10～20cm、 大于20cm； 岩体结构对应于极严重 大变形、 严重 大变形、 中等大变形、 轻微大变形、 无大变形分别为： 散体结构、 碎裂结构、 破碎薄层状结构、 破碎厚层状结构、 厚层状结构。 10.根据权利要求4所述的软岩隧道围岩变形分级的预测方法， 其特征在于： 步骤 【3】 中： 地下水状态对应于极严重大变形、 严重大变形、 中等大变形、 轻微大变形、 无大变形分别 为： 涌流状、 线流状、 淋雨状、 点 滴状、 干燥/渗 流状。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115470553 A 3