基于GIS与数据挖掘的裂隙岩质隧道三维模拟与灾害预测

With the rapid devolopment of national economic, projects of tunnelling is flourishing. Among the tunnels mostly are rock tunnels, and there are lots of joint and crcak. Affected and controlled by crack, collapse and gushing water disasters offen happened. This project aims to build 3D geographic informaiton database based on GIS, using geological information and joint statistics data. In this project, a software will be developed and the surround rocks, joint and cracks will be simulated in three dimention. Using vector analysis method based on GIS to search unstable block,and detemind unstable block and moveable block, using 3D topology analysis to discrete the 3D model, using spatial data mining theory to find the key stability factors from the massive data, according to the knowledge acquained from data mining, using prediction model of data mining, the geological disaster during crack rock tunnel construction can be intelligently predict, and the construction canb be properly guieded.

在隧道工程当中，绝大多数为岩质隧道。天然岩体中存在大量的裂隙，受裂隙控制与影响，岩质隧道经常发生塌方、涌水等灾害。本课题运用GIS技术，利用勘察阶段的地质资料及节理裂隙统计数据，构建隧道三维地理信息数据库。开发自主GIS软件平台，将不连续面三维网络模拟技术与GIS技术相结合，对隧道围岩的岩性特征、节理裂隙等情况进行三维模拟。基于GIS技术，运用矢量分析法对不稳定块体进行空间搜索，判定不稳定块体和可动块体。对于已构建的三维空间数据和不稳定块体等数据进行空间数据预处理，利用GIS三维拓扑技术进行三维模型空间离散化，对于离散化后进行空间数据挖掘，以筛选裂隙岩质隧道稳定性影响因素，判定裂隙岩质隧道围岩稳定性与各影响因素之间的内在关系。并根据空间数据挖掘所得到的经验与知识，利用数据挖掘理论中的预测模型，对裂隙岩质隧道施工期间的地质灾害进行智能化预测，从而更好的指导实际工程施工。

受裂隙控制与影响，岩质隧道经常发生塌方、涌水等灾害。本课题将不连续面三维网络模拟技术与GIS 技术相结合，对隧道围岩的岩性特征、节理裂隙等情况进行三维模拟。运用数据挖掘技术，判定裂隙岩质隧道围岩稳定性与各影响因素之间的内在关系，对裂隙岩质隧道施工期间的地质灾害进行智能化预测。在项目支持下，进行了系列研究：建立了基于小样本数据岩体三维裂隙网络模拟技术方法，模拟效果较为符合现场数据特征；基于GIS技术进行了软件开发，对裂隙岩质隧道进行了三维模拟，编制了粗糙集、FCM、可拓学等系列数据挖掘算法代码；进行了基于粗糙集的模糊C均值聚类算法的结构面优势分组研究，基于粗糙集的模糊C均值聚类算法的聚类效果明显优于模糊C均值聚类算法；利用可拓学理论对双峰隧道稳定性影响因素分析与灾害预测，利用核磁共振与瞬变电磁对隧道涌水灾害进行了探测，表明了很好的应用效果。研究成果可很好的指导实际工程施工。