山岭隧道坍塌风险评价的熵权–集对分析模型及工程应用

陈舞; 孙海清; 王浩; 吴秋波; 马灿; 茶增云

doi:10.15961/j.jsuese.202200247

工程科学与技术 ›› 2023, Vol. 55 ›› Issue (05) : 129 -140. DOI: 10.15961/j.jsuese.202200247

山岭隧道坍塌风险评价的熵权–集对分析模型及工程应用

陈舞, 孙海清, 王浩, 吴秋波, 马灿, 茶增云

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摘要

针对山岭隧道坍塌风险评价的多指标性和不确定性的特点，将集对分析法与信息熵理论相结合，应用于山岭隧道坍塌风险评价。首先，综合考虑隧道坍塌的孕险环境和致险因子，选取围岩级别、地下水、不良地质、初期支护刚度、开挖方法、施工技术水平和施工管理水平等主要影响因素作为评价指标。其次，将集对分析法引入到隧道坍塌风险评价中，从同、异、反的角度分析隧道稳定–失稳的确定–不确定性问题，并构建评价指标与分级标准的集对体系。然后，将坍塌风险评价指标划分为效益型指标和成本型指标两大类，基于集对分析法计算各指标的单指标联系度。同时，引入信息熵理论确定评价指标客观权重，并将其耦合到评价指标的单指标联系度中，构建隧道坍塌风险评价的熵权–集对综合联系度评价模型。最后，利用置信度识别准则判定最终坍塌风险等级。以宾房2号隧道为例，对右幅隧道K31+500～K31+660浅埋段进行了重点分析，评估结果与现场实际情况较吻合。结果表明：基于集对分析法建立隧道稳定–失稳的确定–不确定性关系，较好地解决了山岭隧道坍塌风险等级评价中多指标性和不确定性；利用修正熵权法确定指标权重，减少了人为因素影响；引入置信度识别准则判别隧道坍塌风险，较好地弥补了最大隶属度原则取大运算造成评价结果失真的缺陷。该方法评价过程合理，结果可靠，是一种有效的坍塌风险评价方法，为山岭隧道坍塌风险评价提供一条新的研究思路。