基于PPA—正态云的深埋隧洞岩爆分级预测

张保同

摘要：针对深埋引水隧洞岩爆分级预测问题，引入云模型理论建立了基于PPA-正态云的岩爆分级预测模型。在综合分析影响岩爆发生的相关因素的基础上，选取单轴抗压强度与岩石抗拉强度之比σ0/σ1、岩石切向应力与单轴抗压强度之比σθ/σr、弹性变形能指数w以及岩石脆性指数I为岩爆分级预测的评价指标，并确定了相应评价标准，采用投影寻踪分析法确定各指标权重，由云模型正向发生器计算各指标的确定度并生成相应的云图，在此基础上给出岩爆分级预测结果。以国内外7条深埋引水隧洞为例建模计算，结果表明PPA-正态云模型可以得出准确的结果。

关键词：引水隧洞；岩爆分级；云模型；投影寻踪；预测

随着我国水电建设的不断发展。修建了大量深埋超长引水隧洞，如天生桥二级引水隧洞、鲁布革水电站引水隧洞、锦屏二级引水隧洞等。深埋引水隧洞的赋存环境具有高地应力、高渗透压力等特点，极易引起岩爆等地质灾害的发生，因此有必要对岩爆问题进行深入研究。近年来，岩爆研究取得了丰富的成果，如王迎超等建立基于理想点法和功效系数法的岩爆预测模型，拟定了相应的岩爆评价指标体系和评价标准；蒋昱州等以锦屏二级引水隧洞为例，根据岩体基本质量指标描述岩石的完整程度和坚硬程度，建立了岩爆分级标准和判据：刘章军等将模糊概率模型用于巖爆分级预测研究，提出了一种模糊权重的概念，充分考虑了岩爆的主要影响因素：郭建强等以岩石强度与岩石破坏准则为基础，建立了基于弹性应变能的岩爆预测模型：刘磊磊等将变权理论及靶心贴近度用于岩爆分级预测，以解决评价指标间不相容的问题；邬书良等将约简概念格的粗糙集应用于岩爆分级预测，通过概念格对评价指标进行精简，以减少岩爆预测所需的评判指标：陈鹏宇等建立基于权重反分析和正态分布隶属函数的岩爆预测模型，解决了对评价指标赋权主观随意性大的问题。上述研究成果对岩爆分级预测研究起到了重要的推动作用，但是目前仍难以非常准确地预测岩爆等级，有必要探索新的岩爆分级预测方法。

云模型是在统计学和模糊数学基础上发展而来的，对解决随机性和不确定性问题具有较大优势，且计算简便、结果可靠，近年来被广泛应用于数据挖掘、人工智能、安全评价等领域，如李健等将云模型用于围岩稳定分类。考虑到岩爆的发生机理复杂，其触发机制具有很强的随机性和模糊性，笔者将云模型用于岩爆分级预测，建立了岩爆分级预测的投影寻踪（PPA）-正态云模型。