基于粗糙集和非概率可靠性理论的山岭隧道施工期安全风险评估方法研究

在山岭隧道施工过程中实施安全风险管理十分重要，但在理论和评估方法上存在重大不足。本课题针对目前风险评估中广泛存在的、因模糊不确定性带来的各种指标分级及确定的主观随意性，风险评价成果的可靠程度不明确以及定量化不足等缺点，探索山岭隧道风险评估的新方法。以重大工程为依托，采用理论研究、数值模拟、现场监测、超前地质预报、地质调查及质量检测试验紧密结合的研究方法，围绕三大类关键致险因素：不良地质灾害风险、支护结构风险和施工组织管理风险进行风险识别、合理性分级和不确定性特征分析。利用粗糙集理论不依赖于具体先验知识的优势研究风险评估中的模糊不确定性；利用非概率可靠性理论无须事先掌握不确定性参数的概率密度函数的特性研究风险评估的可靠性。同时结合数值仿真模拟，针对施工过程中的关键施工步序建立完整的精细化风险评估和控制体系，研究成果将提高隧道施工期安全风险评估理论水平，对于隧道工程建设有重大指导意义。

鉴于目前山岭隧道的施工过程还比较粗放，对安全风险管理重视不足，在理论和评估方法上也存在缺陷，本项目围绕隧道施工过程中三大类关键致险因素：不良地质灾害风险、支护结构风险和施工组织管理风险进行风险识别、合理性分级、不确定性特征分析以及风险评估方法研究。. 首先，利用地质雷达、弹性波反射法超前地质预报的定量成果进行不良地质分级；利用监测数据进行风险分级；对施工组织计划管理方面的分级也做了尝试。其次，利用粗糙集中的属性约简方法来进行风险识别，提取主要影响因素和决策规则集，挖掘评价指标；然后用粗糙隶属度分析各主要因素的重要性指标；再结合传统、常用的层次分析法、模糊综合评判法等，初步建立基于粗糙集的风险评价方法。最后，采用FLAC3D对关键施工步序实施较为精细的数值模拟，建立了针对关键施工步序的监控标准的确定方法，从而实施动态跟踪精细化风险评估。项目还开发了一套具有商业推广前途的岩土工程监测信息管理预测预警软件。. 项目在隧道施工期致险因素识别及不确定性特征定量分级、粗糙集理论应用、关键施工步序的数值模拟、监测信息管理预测预警软件平台研发等方面获得了一系列良好的进展，发表了SCI收录论文4篇、EI收录论文1篇、已接受未发表EI源期刊论文1篇，发明专利1项、实用新型专利1项，开发了一套具有商业推广前途的软件并有几家单位在使用，培养硕士生1名（还有1名硕士、1名硕博连读在读），获得了湖北省科技进步二等奖1项，取得了较为丰硕的成果。研究成果有助于提高隧道施工期安全风险评估理论水平，对于隧道工程建设有重大指导意义。