[发明专利]一种长埋深隧洞突涌水灾害危险性等级预判的方法

权利要求书

1.一种长埋深隧洞突涌水灾害危险性等级预判的方法，其特征在于，具体包括以下步骤实施：

步骤1、分析长埋深水工隧洞中突涌水灾害发生的主要影响因素；

所述主要影响因素包括地层岩性、岩层倾角、不良地质、地表汇流条件、隧洞上方水头压力、可溶岩与非可溶岩接触带、节理裂隙发育及其与地表汇水的结合性，所述地层岩性包括岩石结构、岩石类型，所述不良地质由断层破碎带宽度、断层性质或褶皱的部位特征、岩层厚度；

步骤2、构建超长深埋水工隧洞的突涌水危险性的指标体系，并采用满分为100分，定性指标采用离散分值和定量指标采用连续的分值进行各因素致灾程度表述；

所述指标体系主要包括一级指标和二级指标，所述一级指标包括地层岩性、岩层倾角、不良地质、地表汇流条件、隧洞上方水头压力、可溶岩与非可溶岩接触带、节理裂隙发育及其与地表汇水的结合性，所述二级指标包括岩石结构、岩石类型、断层破碎带宽度、断层性质或褶皱的部位特征、岩层厚度；

划分段打分法对每个指标进行致灾程度的具体表达，对定性指标采用离散分值进行致灾程度的具体表达，对定量指标采用连续的分值曲线表达其致灾程度，具体划分如下：

(1)地层岩性I₁致灾程度通过岩石的结构I₁₁、岩石的类型I₁₂进行表述，岩石的结构I₁₁划分如下：生物碎屑结构评分值为100，泥晶结构评分值为80，粒屑结构评分值为60，亮晶结构评分值为40，粗晶结构构评分值为20；岩石的类型I₁₂划分如下：石灰岩评分值为100，白云质灰岩、泥质石灰岩评分值为90，灰质白云岩、白云岩、大理岩评分值为70，灰质泥岩评分值为30，泥岩、其他非碳酸岩类评分值为10，当所评价段出现多种岩石类型或结构时，采用公式(1)计算分值：

式中：n—第n种岩石类型或结构；

m—岩石的类型或结构数；

I_1jⁿ—第n种岩石类型或结构的分值；

A_n—第n种岩石量占岩石总量的百分比；

(2)岩层产状致灾程度评分值I₂通过岩层倾角Φ度进行划分，具体划分如下：

0≤Φ＜10评分值为I^a₂＝3Φ，10＜Φ≤45评分值为I^a₂＝30+2Φ，45≤Φ＜80评分值为I^a₂＝100-2Φ，80≤Φ≤100评分值为I^a₂＝30-Φ，当所评段出现多种岩层产状时，采用下式(2)计算分值：

式中：a—第a种岩层倾角；

b—该段的岩层倾角数；

—第a种岩层倾角的分值；

A_a—第a种岩层倾角区域所占该段总区域的百分比；

(3)不良地质致灾程度评分值I₃有两种表述方式，分别为通过破碎带宽度致灾程度I₃₁和断层性质致灾程度I₃₂表述或者部位特征I′₃₁和岩层厚I′₃₂表述，第一种表述方式通过断层表述，表述方式如下：断层性质为张性时，评分值I₃₂为100，断层性质为张扭性时，评分值I₃₂为70，断层性质为扭性时，评分值I₃₂为50，断层性质为压扭时，评分值I₃₂为30，断层性质为压性时，评分值I₃₂为20；另一种表述方式通过褶皱表述，表述方式如下：当褶皱核部时，评分值100，当单斜巨厚层状，岩层厚大于1m时，评分值为80，当单斜厚层状，岩层厚为0.5～1m时，评分值为40，当单斜中厚层及薄层状，岩层厚小于0.5m时，评分值为10；破碎带宽度I₃₁其致灾程度评分值表达如下：0＜x＜4.5，I₃₁＝200x/9，x＞4.5，I₃₁＝100，式中，x表示某段破碎带宽度；

(4)地表汇流条件致灾程度评分值I₄通过地表汇水面积表述，具体划分如下：地表汇水面积大于80km²时，评分值为80～100，地表汇水面积40～80km²时，评分值为60～80，地表汇水面积20～40km²时，评分值为40～60，地表汇水面积10～20km²时，评分值为20～40，地表汇水面积小于10km²时，评分值为0～20；

(5)隧洞上方的压力致灾程度评分值I₅通过隧洞上方水头压力表述，评分值具体表述为：0＜y＜1000时，I₅＝y/10；y＞1000时，I₅＝100；式中，y表示隧洞上方水头压力；

(6)可溶岩与非可溶岩接触带致灾程度通过接触带规模及发育程度表述评分值I₆，具体表述如下：当强可溶岩与中等可溶岩接触带时，评分值I₆为100，当强可溶岩与弱可溶岩接触带时，评分值I₆为80，当强可溶岩与非可溶岩接触带、中等可溶岩与弱可溶岩接触带时，评分值I₆为60，当中等可溶岩与非可溶岩接触带时，评分值I₆为40，当弱可溶岩与非可溶岩接触带时，评分值I₆为20；

(7)节理裂隙发育及其与地表汇流的结合度致灾程度通过河流规模来表述评分值I₇，具体表述如下：当节理裂隙发育程度为长大裂隙很发育，且倾向洞身，且地表河流规模高于10×10⁴m³/d时，分值I₇为100；节理裂隙发育程度为长大裂隙较发育、倾向洞身，且地表河流规模为5～10×10⁴m³/d时，分值I₇为80；当节理裂隙发育程度为长大裂隙较发育-不发育、长大裂隙不发育、倾向洞身，且地表河流规模为1～5×10⁴m³/d时，分值I₇为50；当节理裂隙发育程度为长大裂隙不发育，且地表河流规模为0.5～1×10⁴m³/d时，分值I₇为20；当节理裂隙发育程度为无长大裂隙，且地表河流规模不高于0.5×10⁴m³/d时，分值I₇为10；

步骤3、根据模糊层次分析法制定一个判别矩阵，随后根据判别矩阵利用matlab计算各指标权重ω_ij，其中，i＝1，2…7，j＝1，2；

步骤4、将突涌水的危险性按照100分的划分段打分法划分为5个等级，计算每个等级特征值：期望E_x、熵E_n、超熵H_e，利用每个等级特征值采用正向云发生器建立目标层云模型；

在步骤4中：所述突涌水的危险性等级的划分，划分如下：危险性总评分C大于85评定为极高危险性Ⅰ级，危险性总评分C为65～85评定为高危险性Ⅱ级危险性总评分C为45～65评定为中等危险性Ⅲ级，危险性总评分C为25～45评定为低危险性Ⅳ级，危险性总评分C小于25评定为微危险性或基本无危险性Ⅴ级；

所述He＝k，其中，C_max与C_min分别为每一等级危险性总评分的最大、最小边界，k为常数，取0.01；

步骤5、进行危险等级评价；

在步骤5中：所述危险等级的评价具体步骤如下：

1).分析需评价段的地质状况，对各指标进行评分值计算I_i、I_ij；

2).计算一级指标的I_i：

3).计算危险性总评分值C：

4).根据3)所得危险性总评分值在目标云模型中查找等级范围，再利用实际突涌水量对评级结果进行校核；

步骤6、基于步骤5确定危险等级的基础上预测突涌水量；

所述步骤6是基于步骤5确定危险性的基础上对单点突涌水量进行预测，预测范围如下：极高危险性Ⅰ级：单点涌水量大于5×10⁴m³/d，高危险性Ⅱ级：单点涌水量为1×10⁴m³/d～5×10⁴m³/d，中等危险性Ⅲ级：单点涌水量为0.1×10⁴m³/d～1×10⁴m³/d，低危险性Ⅳ级：单点涌水量为0.01×10⁴m³/d～0.1×10⁴m³/d，微危险性或基本无危险性Ⅴ级：单点涌水量小于0.01×10⁴m³/d。