巖溶地區(qū)公路工程場(chǎng)地和地基穩(wěn)定性的綜合評(píng)價(jià)技術(shù)和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)沙理工大學(xué)公路工程地質(zhì)災(zāi)害研究所

東北大學(xué)巖石破裂與失穩(wěn)研究中心2003.12.25緒言第一部分：巖溶地區(qū)工程地質(zhì)條件1巖溶形態(tài)及其形成與演化巖溶形態(tài)巖溶形態(tài)組合類型巖溶形態(tài)的形成與演化2巖溶發(fā)育的一般規(guī)律3巖溶分類巖溶工程地質(zhì)分類巖溶地貌分類巖溶發(fā)育程度分類巖溶發(fā)育與塌陷分布關(guān)系4巖溶地區(qū)公路的工程地質(zhì)問(wèn)題5巖溶地區(qū)影響公路穩(wěn)定性的環(huán)境因素第二部分：巖溶地區(qū)公路工程穩(wěn)定性的分級(jí)分區(qū)工作與評(píng)價(jià)方法及應(yīng)用1穩(wěn)定性分級(jí)分區(qū)評(píng)價(jià)的目的2穩(wěn)定性分級(jí)3穩(wěn)定性分區(qū)4穩(wěn)定性分級(jí)分區(qū)評(píng)價(jià)方法與應(yīng)用綜合模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)系統(tǒng)聚類分級(jí)法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)法5巖溶地區(qū)公路工程不同勘察階段分級(jí)分區(qū)評(píng)價(jià)方法初勘階段公路工程穩(wěn)定性分級(jí)分區(qū)的評(píng)價(jià)方法詳勘階段公路工程穩(wěn)定性分級(jí)分區(qū)的評(píng)價(jià)方法第三部分：巖溶地區(qū)公路工程穩(wěn)定性的綜合評(píng)價(jià)技術(shù)與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)1綜合評(píng)價(jià)技術(shù)勘察資料整理匯編分級(jí)分區(qū)量化表達(dá)因素分析場(chǎng)地穩(wěn)定性綜合評(píng)價(jià)巖溶對(duì)場(chǎng)地穩(wěn)定性的影響巖溶地區(qū)區(qū)域穩(wěn)定性評(píng)價(jià)巖溶地區(qū)公路工程穩(wěn)定性定性評(píng)價(jià)方法巖溶地區(qū)公路工程穩(wěn)定性半定量評(píng)價(jià)方法巖溶地區(qū)公路工程穩(wěn)定性定量評(píng)價(jià)方法2巖溶有地區(qū)公路工程場(chǎng)地和地基穩(wěn)定性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)本標(biāo)準(zhǔn)適用性基于巖溶發(fā)育程度的場(chǎng)地和地基穩(wěn)定性評(píng)價(jià)要求達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)結(jié)論巖溶是指可溶性巖層，如碳酸鹽類巖層（石灰?guī)r，白云巖），硫酸巖類巖層（石膏）和鹵素類巖層（巖鹽）等受水的化學(xué)和物理作用產(chǎn)生的溝槽，裂隙和洞穴，以及由于空洞頂板塌落使地表產(chǎn)生陷穴洼地等類現(xiàn)象和作用的總稱。巖溶的發(fā)育程度和分布對(duì)公路工程存在一定的危害性。尤其是南方丘陵山區(qū)，可溶性巖層分布面積廣，大氣降水量充沛，在多期地殼構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響下，巖溶發(fā)育較強(qiáng)烈，對(duì)公路工程建設(shè)影響較大。依據(jù)交通部頒布的公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范（JTJ064-98）3.1.1.4條要求：“對(duì)不良地質(zhì)地段和特殊性巖土地段應(yīng)與一般地段不同，分別采取不同的方法和手段及不同工作深度進(jìn)行工程地質(zhì)勘察，分項(xiàng)作出評(píng)價(jià)?！毖芯繋r溶地區(qū)工程地質(zhì)特征，對(duì)巖溶地區(qū)公路工程場(chǎng)地和地基穩(wěn)定性建立綜合評(píng)價(jià)技術(shù)和平均標(biāo)準(zhǔn)是十分必要的。第一部分：巖溶地區(qū)工程地質(zhì)條件1巖溶形態(tài)及其形成與演化巖溶是指流動(dòng)著的具有侵蝕性的水溶液對(duì)可溶巖的侵蝕，溶蝕作用的全過(guò)程和結(jié)果，前者是外因，后者是內(nèi)因。溶蝕與沉積是對(duì)立統(tǒng)一規(guī)律在巖溶作用過(guò)程的具體表現(xiàn)，溶蝕作用產(chǎn)生諸如溶洞、漏斗、落水洞等形態(tài)，而沉積作用產(chǎn)生了另一組形態(tài)，諸如石鐘乳、石筍、石柱、泉華等。這種作用不是孤立靜止的，它是隨時(shí)間和空間的變化而變化的，如氣候、地形地貌、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、巖溶成組等都是巖溶發(fā)育的影響因素，致使巖溶形態(tài)組合，景觀類型，水文地質(zhì)特征就有所不同，體現(xiàn)了巖溶作用本身的特殊矛盾性?？傊瑤r溶作用力更是不斷演化、永不停息的。1.1形態(tài)中國(guó)巖溶研究共提出28種巖溶形態(tài)學(xué)術(shù)語(yǔ)：(1)溶痕：水流對(duì)巖石溶蝕的原始溝槽或紋路，它是溶構(gòu)的雛形。(2)溶隙：水流沿節(jié)理或裂隙溶蝕所形成。(3)溶孔：直徑小于2mm的溶蝕孔隙，常呈針狀、蜂窩狀、網(wǎng)格狀或星點(diǎn)狀密集分布。(4)溶穴：常常是土壤覆蓋下溶蝕作用形成。(5)溶溝與石牙：雨水散流沿溶痕或裂隙溶蝕巖石的表面而形成的。(6)落水洞與塌陷：地表水沿著溶隙進(jìn)行溶蝕并伴隨塌陷作用而形成的形態(tài)，屬巖溶發(fā)育垂直作用階段的產(chǎn)物。塌陷是地下洞穴逐漸溶蝕擴(kuò)大導(dǎo)致洞頂拱塌陷而成，亦稱天窗。土洞塌陷發(fā)生在隱伏巖溶區(qū)，由于地下水位變動(dòng)，破壞了上覆土層的穩(wěn)定狀態(tài)而產(chǎn)生。(7)溶斗：由于集中滲流溶蝕成漏斗狀的形態(tài)，直徑(由數(shù)米至百余米)大于深度。(8)溶洼：溶斗進(jìn)一步溶蝕和側(cè)向擴(kuò)大，并伴隨地下水的作用而成，其底部繼續(xù)發(fā)育落水洞或溶隙，以吸收地表水流。(9)溶盆：在地殼相對(duì)穩(wěn)定條件下，地下水的水平作用增強(qiáng)，溶洼進(jìn)一步發(fā)展擴(kuò)大(長(zhǎng)可達(dá)十余公里)，垂直滲入帶厚度進(jìn)一步減小，構(gòu)成封閉或半封閉的盆狀地形。溶盆按其成因有：構(gòu)造溶盆，是在向斜和背斜軸部發(fā)育而成；斷陷溶盆，是在斷塊盆地上發(fā)育而成。接觸式溶盆，是沿可溶巖的交接帶而形成。(10)溶原：是溶盆進(jìn)一步演化而形成，代表巖溶發(fā)育的晚期階段。(11)溶道與暗河：溶道即暗河通道。是在地下沿溶隙進(jìn)一步溶蝕擴(kuò)大而成，它處于水平徑流帶范圍內(nèi)。(12)溶洞：溶道因地殼抬升至垂直滲入帶稱溶洞。隨著地殼間歇性的抬升，溶洞具成層性的特點(diǎn)，這種現(xiàn)象體現(xiàn)了洞穴形成過(guò)程中的階段性。(13)盲谷與伏流：地表河注入落水洞后的潛流河段稱為伏流，其明流段河谷稱為盲谷。(14)天生橋：形狀似拱橋，寬度變化較大。(15)窗洞：溶洞因溶蝕，塌陷剩下極短的洞體保留在地區(qū)面以上，遠(yuǎn)望似窗。(16)干谷與旱谷：地表河溪因適應(yīng)更低的排泄基準(zhǔn)面而在上游段通過(guò)溶隙或落水洞垂直滲入所遺留下來(lái)的下游河谷。(17)巖溶湖：巖溶地區(qū)的地表湖泊。(18)巖丘：碳酸巖的低緩丘陵。(19)巖峰：巖溶地區(qū)丘陵?duì)畹牡头?，頂渾圓而坡較緩。(20)峰林：峰林地形是熱帶及暖亞熱帶氣候區(qū)的象征，按演化過(guò)程可分為峰叢(年輕期)-峰林(中年期)-孤峰(晚年期)。(21)礁坪：新生代珊瑚礁在海水浪蝕作用下形成寬一公里以上的礁坪。(22)暗湖：暗河的匯集處形成面積較大的蓄水空間稱暗湖。(23)巖溶冢：是巖溶地下水的出露形式。(24)滴石與流石：主要的洞穴化學(xué)沉積，可分為石鐘乳，石筍，石柱，邊石，石幔，鈣板等。(25)灰華：多孔質(zhì)脆的碳酸鈣沉積。(26)晶洞：由礦物晶簇充填或半充填的孔洞。(27)白云巖粉：亮晶的白云巖經(jīng)過(guò)溶蝕后所殘留的松散狀白云石粉砂及砂。(28)紅色土：碳酸鹽地區(qū)蝕余的紅色粘性土。巖溶形態(tài)成因分類如表1-1所示。1.2巖溶形態(tài)組合類型巖溶形態(tài)在空間上有一定的組合規(guī)律，不同組合類型反映不同地區(qū)，不同階段上巖溶發(fā)育的特點(diǎn)。中國(guó)巖溶分為九種巖溶形態(tài)組合類型：(1)溶溝一石牙可以發(fā)育在巖溶演化的各個(gè)階段河不同氣候帶內(nèi)，有利于垂直溶蝕的地區(qū)發(fā)育更完整一些，大面積發(fā)育時(shí)成為石牙原野。表1-1巖溶形態(tài)成因分類成因徑流及分帶、溶蝕的溶余的堆積的巖溶水文的地表徑流溶痕，溶孔，溶穴，溶溝與石牙，干谷與旱谷，盲谷，溶斗，落水洞與塌陷，溶洼溶盆，溶原白云巖粉，紅色土，礁坪，峰林，丘峰，巖丘洞穴礦產(chǎn)，灰華巖溶湖，伏流地下徑流垂直滲入帶溶痕，溶隙，溶斗，落水洞與塌陷，溶洼，溶盆，溶原，窗洞，溶洞白云巖粉，天生橋，峰林，丘峰，巖丘洞穴礦產(chǎn)，滴石與流石，灰華間歇泉季節(jié)變動(dòng)帶溶痕，溶隙，溶道，溶洞白云巖粉，峰林，丘峰，巖丘泉華，灰華，滴石與流石落水洞泉，周期性泉水平徑流帶溶痕，溶隙，溶孔，溶穴，溶道白云巖粉泉華，灰華暗河，周期性泉暗湖，涌泉深部緩流帶溶痕，溶隙，溶孔溶穴白云巖粉晶洞涌泉，潭，海底泉(2)溶斗一巖丘發(fā)育在巖溶演化過(guò)程中的初期或晚期階段，分布于緩丘起伏的溶原面上。(3)溶洼一丘峰于地殼隆起的山地，在垂直滲流作用的條件下，溶斗演化成溶洼，巖丘就一步切割成丘峰，代表著垂直滲流作用階段的地貌景觀類型。于黔西、黔北、湘鄂西、川東、川南地區(qū)廣泛發(fā)育。(4)溶盆一丘峰在地殼現(xiàn)對(duì)穩(wěn)定條件下，溶洼進(jìn)一步擴(kuò)大形成溶盆。(5)溶原一丘峰或巖丘地表剝蝕夷平作用進(jìn)一步加強(qiáng)，溶盆向溶原演化，丘峰向巖丘演化，這組景觀代表巖溶發(fā)育進(jìn)入晚期階段。(6)溶洼一峰林溶洼與峰叢或溶洼與峰林代表地殼隆起區(qū)垂直滲流重要階段的產(chǎn)物。(7)溶盆一峰林在地殼現(xiàn)對(duì)穩(wěn)定的條件下，溶洼向溶盆演化，峰林高差亦顯減小。(8)溶原一峰林在地殼現(xiàn)對(duì)穩(wěn)定的條件下，由溶盆一峰林地貌景觀類型演化而來(lái)，表明巖溶作用進(jìn)入晚期階段。（9）礁塘一礁坪珊瑚分布的形態(tài)組合類型。1.3巖溶形態(tài)的形成與演化巖溶形態(tài)的形成與演化不是靜止與孤立的，是隨著時(shí)間和空間的運(yùn)動(dòng)而變化的。巖溶形態(tài)的演化既有新生（變革性），又有繼承（繼承性），是漸進(jìn)演化的過(guò)程。巖溶形態(tài)演化的動(dòng)力是水動(dòng)力條件，演化的方向是受新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)性質(zhì)支配，所以是因地而異的。在地殼上升運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈地區(qū)，早期的剝蝕面（即古溶原）被抬升到一定高度后產(chǎn)生了新的勢(shì)能，隨著河流基準(zhǔn)面的下降，水流運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為垂直滲流為主，巖溶作用也進(jìn)入了滲流作用為主的階段。它的特點(diǎn)是對(duì)古溶原解體，它的演化方向是古溶原f溶盆f溶洼。在地殼現(xiàn)對(duì)穩(wěn)定的地區(qū)，流水作用的方向是剝蝕夷平作用，地下水以水平徑流為主，巖溶演化進(jìn)入了以水平作用為主的階段。演化方向是溶洼f溶盆f溶原。在地殼上升緩慢地區(qū)，巖溶演化介于前兩者之間，垂直滲流與水平徑流作用同時(shí)具備，處于溶洼向溶原演化的前期階斷（即溶盆階段）。而在地殼下沉區(qū)又產(chǎn)生了埋藏巖溶?？傊?，巖溶形態(tài)演化在新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)支配下，遵循螺旋式前進(jìn)的自然法則。地殼上升對(duì)古溶原解體向逆方向演化，地殼穩(wěn)定產(chǎn)生剝蝕夷平作用，向正方向演化，地殼再次隆起又產(chǎn)生了新的勢(shì)能，所以巖溶作用永遠(yuǎn)不會(huì)停止。2巖溶發(fā)育的一般規(guī)律巖溶與巖性的關(guān)系巖石成分、成層條件和組織結(jié)構(gòu)等直接影響巖溶的發(fā)育程度和速度。一般的說(shuō)，硫酸鹽類巖層、鹵素類巖層巖溶發(fā)育速度較快；碳酸鹽類巖層則發(fā)育速度較慢。質(zhì)純層厚的巖層，巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，且形態(tài)齊全、規(guī)模較大；含泥質(zhì)或其他雜質(zhì)的巖層，巖溶發(fā)育較弱。結(jié)晶顆粒粗大的巖石巖溶較為發(fā)育，結(jié)晶顆粒細(xì)小的巖石，巖溶發(fā)育較弱。巖溶與地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系（1）節(jié)理裂隙水對(duì)巖體的侵蝕一般自節(jié)理裂隙開(kāi)始，巖溶本身往往就是裂隙擴(kuò)大的結(jié)果，因此裂隙的發(fā)育程度和延伸方向，通常決定巖溶的發(fā)育程度和發(fā)展方向。在節(jié)理裂隙的交叉處或密集帶，巖溶最易發(fā)育。(2)斷層斷層不僅本身是破裂面，且往往由子斷裂作用引起兩側(cè)巖層產(chǎn)生大量裂隙，造成巖體嚴(yán)重破碎，為水流的良好通道。因此，沿?cái)嗔褞菐r溶顯著發(fā)育地段。沿?cái)嗔褞С７植加新┒?、豎井、落水洞以及溶洞，暗河等。一般情況下，正斷層處巖溶較發(fā)育，逆斷層處較差。(3)褶皺被斜軸部張性節(jié)理發(fā)育，地表水順節(jié)理下滲并向兩翼運(yùn)動(dòng)，巖溶以垂直形態(tài)為主。向斜軸部雖然裂隙閉合，但由背斜下滲的水沿層面多匯集于向斜，巖溶亦易發(fā)育，總之，褶皺軸部一般巖溶較發(fā)育。單斜地層，巖溶一般順層面發(fā)育。在不對(duì)稱褶曲中，陡的一翼較緩的一翼發(fā)育。(4)巖層產(chǎn)狀產(chǎn)狀傾斜或陡傾斜的巖層，一般巖溶發(fā)育較強(qiáng)烈，水平或緩傾斜的巖層，上覆或下伏非可溶巖層時(shí)，巖溶發(fā)育較弱。(5)巖溶往往沿可溶巖與非可溶巖的接觸帶或不整合面發(fā)育。巖溶與新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的關(guān)系地殼強(qiáng)烈上升地區(qū)，侵蝕基準(zhǔn)面相對(duì)下降，下切作用強(qiáng)烈，巖溶以垂直方向發(fā)育為主，處于下降地區(qū)，原來(lái)水平發(fā)育的巖溶處于侵蝕基準(zhǔn)面以下，原來(lái)垂直發(fā)育的巖溶又增加了水平發(fā)育，使巖溶更加復(fù)雜；處于相對(duì)穩(wěn)定的地區(qū)，巖溶以水平發(fā)育為主。2.4巖溶與地形的關(guān)系地形陡峻、巖石裸露的斜坡上，地表徑流大，以表面侵蝕為主，巖溶多呈溶溝、溶槽、石芽等地表形態(tài)；地形平緩，地表水易下滲，巖溶地表形態(tài)和地下形態(tài)均較發(fā)育，多以漏斗、落水洞、豎井、塌陷洼地、溶洞等形態(tài)為主。地表水體與巖層產(chǎn)狀的關(guān)系地表水體與巖層產(chǎn)狀的關(guān)系對(duì)巖溶發(fā)育的影響：層面反向水體或與水體斜交時(shí)，水易沿層面侵入，巖溶易于發(fā)育；層面順向水體時(shí)，巖溶不易發(fā)育。巖溶與氣候的關(guān)系在大氣降水豐富、氣候潮濕地區(qū)，地下水能經(jīng)常得到補(bǔ)給，水的來(lái)源充沛，巖溶易發(fā)育。巖溶發(fā)育的帶狀性和成層性巖溶發(fā)育受巖性，裂隙、斷層和接觸面等的控制，這些因素一般都具有方向性，決定了巖溶發(fā)育的帶狀性。成層性決定于巖性、新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和水文地質(zhì)條件。如可溶性巖層與非可溶性巖層互層、地殼強(qiáng)烈升降運(yùn)動(dòng)、水文地質(zhì)條件改變等均產(chǎn)生巖溶的成層性。3巖溶分類巖溶工程地質(zhì)分類巖溶工程地質(zhì)分類見(jiàn)表3-1。表3-1工程地質(zhì)分類巖溶類型主要巖溶形態(tài)及其特征簡(jiǎn)要說(shuō)明巖溶孔洞出露地?zé)o水力聯(lián)系時(shí)：一般無(wú)嚴(yán)重危害.淺時(shí)采用填塞措施；深時(shí)常用蓋板封閉。裸面，并向地下大致當(dāng)被后期松散沉積物充填時(shí)，應(yīng)注意建筑物基底的不均勻沉陷問(wèn)題露豎向延伸。如巖溶有水力聯(lián)系時(shí)：巖溶水常隨季節(jié)變化，發(fā)生間歇性或周期性的消水與涌水現(xiàn)型漏斗、溶洞，溶孔、象；或因排泄通道不暢或排泄能力不足，產(chǎn)生路基冒水或水淹路基，造成水LU巖溶蝕裂隙、溶蝕豎害.除考慮適當(dāng)跨越方式外，應(yīng)根據(jù)水力聯(lián)系情況和地形條件，注意提高路溶井、落水洞等基設(shè)計(jì)標(biāo)高或采取明溝、泄水洞等有效的疏導(dǎo)措施.當(dāng)被后期松散沉積充填時(shí)，要考慮地下巖溶水的動(dòng)態(tài)變化，以及沉積物發(fā)生潛蝕或因自重或外荷載作用，可能引起地表塌陷而影響路基或其他建筑物的穩(wěn)定問(wèn)題裸巖溶洞穴隱蔽于無(wú)水力聯(lián)系時(shí)：頂扳巖層完整且厚度較大時(shí)，無(wú)不良影響；當(dāng)頂板持力層厚露地面以下，大致沿度不足或巖層比較破碎時(shí)，要考慮在外部荷載或振動(dòng)作用下有可能產(chǎn)生坍型水平方向橫向延塌，使路基或建筑于其上的其他構(gòu)造物遭到破壞。LU巖伸。如地下溶洞、有水力聯(lián)系時(shí)：除存在上述情況外，當(dāng)利用溶洞擴(kuò)建隧道時(shí)，應(yīng)根據(jù)水文和溶土洞、地下河、地下湖等水力聯(lián)系情況，慎重考慮是否存在洪水的威脅巖溶地貌分類巖溶地貌分類見(jiàn)表3-2。

表3-2巖溶地貌分類地貌類型主要特征簡(jiǎn)要說(shuō)明殘丘洼地多發(fā)育在分水嶺地帶。小型洼地、槽谷與高差不大的山丘相間、地表崎嶇坎坷、巖溶水多沿溶蝕裂隙活動(dòng)，隱蔽型巖溶形態(tài)一般不大發(fā)育巖溶發(fā)育一般，水害不甚突出峰叢洼地山峰間有埡口，峰叢間有洼地、槽谷和坡立谷，洼地谷底有溶蝕漏斗、溶蝕豎井和落水洞等分布，地表水通過(guò)小型裸露型巖溶形態(tài)進(jìn)入地下，排泄于深切峽谷或侵蝕溝谷地表高差增大，巖溶相當(dāng)發(fā)育，路基水害突出，并存在路基基底塌陷問(wèn)題峰林洼地峰林與洼地和谷地相間，山峰挺拔，高差增大，洼地、槽谷、坡立谷發(fā)展擴(kuò)大，地表有河流，多轉(zhuǎn)變?yōu)殡[蔽型地下河。除干流外，尚有脈狀支流，地表水通過(guò)洼地谷底的裸露型巖溶形態(tài)與地下通道保持水力聯(lián)系谷地開(kāi)闊，巖溶發(fā)育，存在路基水害及路基基底塌陷問(wèn)題峰林坡立谷地表河流及地下河流發(fā)育，地下脈狀通道發(fā)展成網(wǎng)狀。洼地、槽谷被地表河流展寬，成為地下巖溶水的局部排泄基準(zhǔn)。坡立谷平原上有粘土覆蓋物、裸露型巖溶形態(tài)和地表塌陷，孤峰挺立，地下常有多層水平溶洞谷地開(kāi)闊，巖溶發(fā)育成熟，隱蔽型巖溶形態(tài)廣泛發(fā)育，路基水害及路基基底塌陷問(wèn)題均甚突出溶蝕平原地表河流迂回曲折，地下隱蔽型巖溶形態(tài)縱橫交錯(cuò)成網(wǎng)狀，具強(qiáng)烈水力聯(lián)系和統(tǒng)一潛水面。平原上粘性土覆蓋層深厚，裸露型巖溶形態(tài)和地表塌陷發(fā)育，僅有零星孤峰，局部地帶有石芽地分布應(yīng)注意隱蔽型巖溶形態(tài)及水淹路基問(wèn)題巖溶發(fā)育程度分類巖溶發(fā)育程度分類見(jiàn)表3-3。巖溶發(fā)育與塌陷分布關(guān)系在巖溶場(chǎng)地宏觀分區(qū)評(píng)價(jià)時(shí)，可參照下表（表3-4）來(lái)考慮巖溶發(fā)育與塌陷的分布關(guān)系。

表3-3 巖溶發(fā)育程度分類巖溶發(fā)育程度主要特征簡(jiǎn)要說(shuō)明簡(jiǎn)單類型區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造和場(chǎng)地地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，巖石結(jié)晶較細(xì)，含泥質(zhì)和其它雜質(zhì)的較多，可溶性巖層埋藏較深，巖層產(chǎn)狀較平緩，氣候條件較干燥，地表水體較少，巖溶現(xiàn)象較弱地質(zhì)構(gòu)造對(duì)巖層破壞性較小，地表水和地下水對(duì)巖層溶蝕性較少，巖溶裂隙不甚發(fā)育，場(chǎng)地穩(wěn)定性較好中等類型區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜，場(chǎng)地內(nèi)無(wú)大的地質(zhì)構(gòu)造帶和新運(yùn)動(dòng)影響，巖體具較強(qiáng)的可溶性，節(jié)理裂縫較發(fā)育。垂深30m以內(nèi)發(fā)育一至二層巖溶，與地表水連通性較好，地下水聯(lián)系較好，巖洞大部分為充填狀態(tài)起伏較大，地表有巖溶地貌現(xiàn)象，巖溶發(fā)育對(duì)建筑物奠基有影響，對(duì)巖溶洞穴需要進(jìn)行處理，場(chǎng)地穩(wěn)定性條件一般復(fù)雜類型區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，場(chǎng)地內(nèi)有大的地質(zhì)構(gòu)造帶和新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，巖溶發(fā)育較強(qiáng)，垂深100m以內(nèi)發(fā)育二至四層溶洞，洞徑大于1m，半充填或無(wú)充填，地表水、地下水連通性較好，溶洞之間有暗河相通，地表陷落區(qū)偶有co2氣體冒出第四系覆蓋層較薄，巖溶地貌極為發(fā)育，路基存在不均勻沉降，建筑物基礎(chǔ)較難奠定，路堤邊坡易產(chǎn)生坍塌滑動(dòng)，場(chǎng)地穩(wěn)定性條件差表3-4 巖溶發(fā)育與塌陷的分布關(guān)系注：鉆孔淺巖溶率為某一高程以上(根據(jù)當(dāng)?shù)貛r溶發(fā)育深度確定)鉆孔中溶洞的長(zhǎng)度與該孔基巖長(zhǎng)度的比值(%)4巖溶地區(qū)公路的工程地質(zhì)問(wèn)題根據(jù)已經(jīng)勘察和施工的公路工程調(diào)研分析。公路巖溶的主要工程地質(zhì)問(wèn)題包括：(1)由于地下巖溶水活動(dòng)，或因地表水的消水洞穴阻塞，導(dǎo)致路基基底冒水，水淹路基，水沖路基及隧道涌水等問(wèn)題;(2)在地基主要受力范圍內(nèi)，在附近荷載及其振動(dòng)作用下，導(dǎo)致地下洞穴頂板的塌陷，引起位于其上的公路及其附屬構(gòu)造物發(fā)生塌陷或下沉；(3)由于溶洞、溶槽、溶溝、漏斗、落水洞等巖溶形態(tài)造成基巖起伏較大，或埋藏較深溶蝕槽和軟弱土層，造成地基不均勻沉降而引起其上的公路及其附屬結(jié)構(gòu)物發(fā)生坍塌、下沉或開(kāi)裂；(4)巖石因巖溶化而導(dǎo)致承載力降低，使地基容許承載力降低；(5)隱伏巖溶發(fā)育地帶，由于發(fā)育雞窩狀膨脹土而產(chǎn)生膨脹土災(zāi)害；(6)基礎(chǔ)埋置在基巖上，若其附近有溶溝，豎向巖溶裂隙、落水洞等，有可能使基礎(chǔ)下的巖層沿傾向上述臨空面的軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生滑動(dòng)；(7)基巖和上覆土層內(nèi)，由于巖溶地區(qū)水文地質(zhì)條件較復(fù)雜，易產(chǎn)生新的工程地質(zhì)問(wèn)題，造成地基惡化。5巖溶地區(qū)影響公路穩(wěn)定性的環(huán)境因素路基的穩(wěn)定性受控于巖溶的發(fā)育程度、速度和演化規(guī)律，所以兩者的影響因素是一致的。地質(zhì)構(gòu)造(斷裂、褶皺)、巖性特征、氣象、人類活動(dòng)和水文因素等是巖溶發(fā)生與發(fā)展的內(nèi)外力和作用因素。巖溶發(fā)生的動(dòng)力是水動(dòng)力作用和水化學(xué)作用，降水是溶蝕作用的工具。這些因素在公路建設(shè)過(guò)程中的變化規(guī)律直接影響巖溶作用模式，直接影響路基穩(wěn)定性。(1)巖石的性質(zhì)和成分巖石的化學(xué)成分不同，巖溶發(fā)育強(qiáng)度也不同，并且與非可溶巖或弱可溶巖夾層的數(shù)量和厚度有關(guān)。巖溶發(fā)育程度按硅化灰?guī)r一硅化白云質(zhì)灰?guī)r一硅化泥質(zhì)灰?guī)r一泥灰?guī)r的序列依次減弱。另外，巖石的結(jié)構(gòu)決定于巖石的孔隙性和節(jié)理分布，孔隙間連通性較好，地下水在其中流動(dòng)順暢，因而巖溶最發(fā)育。土洞多發(fā)育于粘性土中，在砂土及碎石土中比較少見(jiàn)。在其它條件相似的情況下所形成的土洞，當(dāng)土的性質(zhì)與土層的厚薄不同時(shí)，僅反映在土洞的發(fā)展速度與出現(xiàn)塌陷的時(shí)間先后不同而已。(2)氣候西部地區(qū)氣候?yàn)閬啛釒嘏睗駳夂?，四季分明，雨量充沛，由于溫暖多雨，植物茂密及松散覆蓋層較薄，降水滲入量大，地下水極為豐富，這些都有利于地下水的循環(huán)活動(dòng)，加速了巖溶的發(fā)育。(3)水動(dòng)力特征淺部第四紀(jì)覆蓋層中的孔隙潛水及上層滯水以及基巖裂隙水和巖溶水，循環(huán)條件較好。豐沛的大氣降水是地下水補(bǔ)給的主要來(lái)源，地下水在巖溶管道及碎屑巖裂隙中呈紊流及層流運(yùn)動(dòng)，以地下河、上升泉、下降泉三種方式排泄。可溶性巖石與具有溶解能力的流水是孕育產(chǎn)生巖溶的根本條件。土洞或地表塌陷是巖溶作用的產(chǎn)物，它的形成雖然與地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)、巖溶發(fā)育等諸因素有關(guān)，但土、巖溶與水是必不可少的條件。地下水的活動(dòng)是使溶洞、土洞形成、發(fā)展、以致破壞的最活躍的因素。(4)地形、地貌不同的地貌單元，表明巖溶發(fā)育程度不同，對(duì)路基穩(wěn)定性的影響也不同。侵蝕、剝蝕、溶蝕成因的丘陵地區(qū)，地形起伏較大，沖溝發(fā)育，基巖埋藏較深外，其余段埋藏較淺，巖溶較發(fā)育，對(duì)路基穩(wěn)定性的影響程度大。(5)地層構(gòu)造和巖層產(chǎn)狀水對(duì)巖體的侵蝕一般自裂隙開(kāi)始，巖溶本身往往就是裂隙擴(kuò)大的結(jié)果，因此裂隙發(fā)育程度和延伸方向，通常決定巖溶的發(fā)育程度和發(fā)展方向，在裂隙的交叉處或密集帶，巖溶最易發(fā)育。在一般情況下，其巖溶化程度的順序是：伴隨張性斷裂產(chǎn)生的張性裂隙大于伴隨扭性斷裂產(chǎn)生的裂隙又大于伴隨壓性斷裂產(chǎn)生的裂隙。如果基巖的節(jié)理裂隙暴露于地面，在此條件下形成的巖溶通道，故巖溶發(fā)展方向主要受層面控制，巖溶一般順層面發(fā)育，大多是沿著主要節(jié)理方向發(fā)育的垂直或水平的巖溶系統(tǒng)。(6)人工活動(dòng)土洞和地表塌陷往往與水動(dòng)力條件、水位升降幅度及頻率有關(guān)，特別是水位在基巖上下波動(dòng)的幅度和頻度，對(duì)崩解和搬運(yùn)土粒和流土的速度有重要作用。人們?cè)谏a(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)中不適當(dāng)?shù)亩隆⑴诺乇硭偷叵滤虼罅砍槿〉叵滤?，將?dǎo)致積水或水流突然改道等使巖溶腔內(nèi)水面以上空間出現(xiàn)負(fù)壓，從而引起或加重溶(土)洞的塌陷。第二部分：巖溶地區(qū)公路工程穩(wěn)定性的分級(jí)分區(qū)工作與評(píng)價(jià)方法及應(yīng)用1巖溶地區(qū)穩(wěn)定性分級(jí)分區(qū)評(píng)價(jià)的目的中國(guó)對(duì)于巖溶地區(qū)公路工程穩(wěn)定性問(wèn)題，尚無(wú)成熟一致的分級(jí)分區(qū)評(píng)價(jià)方法，但一般都是按四級(jí)標(biāo)準(zhǔn)劃分，即穩(wěn)定區(qū)、較穩(wěn)定區(qū)、較不穩(wěn)定區(qū)和不穩(wěn)定區(qū)，或相近的名稱。巖溶塌陷問(wèn)題已是工程實(shí)踐中經(jīng)常面臨的技術(shù)難題，是一個(gè)十分復(fù)雜的系統(tǒng)工程過(guò)程，其復(fù)雜性表現(xiàn)在：(1)系統(tǒng)規(guī)模大，因素多而十分復(fù)雜；(2)各因子的影響和作用不盡相同；(3)各因子相互間存在一定聯(lián)系；(4)同一因子在不同環(huán)境所起作用不盡相同；(5)因子的描述方式不同(有定性，半定量、定量等多種形式)；(6)因子信息常存在不完整；(7)有些因子是隨機(jī)的、模糊的和不確定的；此外塌陷產(chǎn)生的過(guò)程和機(jī)理尚未完全清楚。穩(wěn)定性分區(qū)是按巖溶發(fā)育強(qiáng)度在平面上劃出對(duì)公路工程穩(wěn)定性不同影響的分區(qū)，作為公路路線選擇、構(gòu)造物造型及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的依據(jù)。在工程的初勘階段查明巖溶洞隙及其伴生土洞、塌陷的分布，發(fā)育程度和發(fā)育規(guī)律，并按場(chǎng)地的穩(wěn)定性和適宜性進(jìn)行分區(qū)是工程研究的一種重要方法。2穩(wěn)定性分級(jí)效仿區(qū)域地殼穩(wěn)定性的分級(jí)分區(qū)方法，巖溶地區(qū)公路工程穩(wěn)定性的分級(jí)是按照的是按巖溶區(qū)域公路工程穩(wěn)定性的差異進(jìn)行等級(jí)劃分，它是在查清區(qū)域性各因素或條件的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。主要考慮巖性、巖土體結(jié)構(gòu)、水的作用、環(huán)境條件、工程因素等因素。巖溶地面塌陷是多種因素綜合作用的結(jié)果，其中巖性、巖土體結(jié)構(gòu)是影響巖溶地面塌陷的基本因素，而水的作用、環(huán)境條件、工程因素等是巖溶地面塌陷的誘發(fā)因素。按穩(wěn)定性程度通?？蓜澐譃椴环€(wěn)定、較不穩(wěn)定、較穩(wěn)定和穩(wěn)定四個(gè)級(jí)別。3穩(wěn)定性分區(qū)簡(jiǎn)言之，區(qū)域穩(wěn)定性分區(qū)是其分級(jí)在一個(gè)地區(qū)的具體化。針對(duì)具體工程區(qū)的實(shí)際情況，可以劃分出四級(jí)區(qū)，也可能只存三級(jí)或兩級(jí)區(qū)，即只有穩(wěn)定區(qū)、較穩(wěn)定區(qū)和較不穩(wěn)定區(qū)三類，或穩(wěn)定區(qū)與較穩(wěn)定區(qū)兩類。分區(qū)的結(jié)果可以通過(guò)編制區(qū)域穩(wěn)定性分區(qū)圖來(lái)實(shí)現(xiàn)。區(qū)域穩(wěn)定性分區(qū)圖是具體地實(shí)現(xiàn)和形象地展示前述分級(jí)原則的根本途徑，從而也規(guī)定了這種分區(qū)圖的功用和特點(diǎn)。巖溶地區(qū)的穩(wěn)定性分區(qū)圖的用途是評(píng)價(jià)和預(yù)報(bào)工程運(yùn)用期內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害(特別是巖溶塌陷)對(duì)路基等建筑物安全造成的影響程度。因此，它是穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和預(yù)報(bào)圖。在圖上反映與巖溶區(qū)域工程穩(wěn)定性有關(guān)的各項(xiàng)地質(zhì)、環(huán)境、人為因素等條件。也就是說(shuō)，既要表現(xiàn)出主要的相關(guān)因素，又要對(duì)它們加以綜合。因此，它又是一種綜合分析圖。編制巖溶區(qū)域工程穩(wěn)定性分區(qū)圖，首先要進(jìn)行一系列單因素的分析、研究和編制相應(yīng)圖件，諸如巖溶發(fā)育程度分布圖等單項(xiàng)圖件，最后根據(jù)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果和具體工程的特點(diǎn)進(jìn)行分區(qū)。4巖溶地區(qū)公路工程穩(wěn)定性分區(qū)評(píng)價(jià)方法及應(yīng)用由于巖溶區(qū)域公路工程穩(wěn)定性的分區(qū)評(píng)價(jià)與多個(gè)因素密切相關(guān)的，是一個(gè)多因素的目標(biāo)決策問(wèn)題。在分區(qū)評(píng)價(jià)方法方面，許多學(xué)者結(jié)合有關(guān)的分類方法及理論，提出了多種不同的分級(jí)分區(qū)評(píng)價(jià)方法，并把他們引入到巖溶區(qū)域公路穩(wěn)定性的研究中來(lái)。在這些方法中，綜合模糊數(shù)學(xué)評(píng)判、聚類分析、專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等已經(jīng)得到認(rèn)可，并取得了一些可喜的研究成果。綜合模糊數(shù)學(xué)評(píng)判文獻(xiàn)綜合運(yùn)用多級(jí)模糊評(píng)判理論、系統(tǒng)層次分析方法(AHP)和灰色關(guān)聯(lián)分析方法等系統(tǒng)理論方法，結(jié)合某高速公路部分標(biāo)段路基下伏巖溶勘察資料，建立了高速公路路基下伏巖溶穩(wěn)定性的綜合評(píng)判模型，并對(duì)其進(jìn)行了二級(jí)模糊評(píng)判，評(píng)判結(jié)果較準(zhǔn)確地反映了巖溶的穩(wěn)定程度?，F(xiàn)將該方法簡(jiǎn)單介紹如下：(1)模糊綜合評(píng)判模型(I)模型的建立有時(shí)對(duì)某目標(biāo)進(jìn)行評(píng)判時(shí)，需考慮的因素很多，且這些因素的地位又不一樣，那么這些因素就不能放在同一個(gè)層次進(jìn)行評(píng)判，為此需將所要考慮的因素，按照一定的

層次關(guān)系分成不同的層次，逐層進(jìn)行評(píng)判，這種方法稱為多級(jí)模糊綜合評(píng)判。根據(jù)該評(píng)判理論，可定義巖溶頂板穩(wěn)定程度的評(píng)判為有限論域U，其影響穩(wěn)定程度的因素視作U中的元素，即U=｛—??"???"”=1，2,…，n)定義巖溶頂板穩(wěn)定程度評(píng)語(yǔ)集V,分成n個(gè)穩(wěn)定級(jí)別，即V=｛、/,..?,、???,、｝(j=l,2,…,m)對(duì)論域中單個(gè)影響因素ui(i=1,2，…,n)進(jìn)行評(píng)判，得到V上的模糊集(,,%,???,,),將對(duì)每一個(gè)單因素評(píng)判的模糊集組合形成評(píng)判矩陣％按照上述思路，結(jié)合某高速公路各種物探、鉆探等工程資料，建立評(píng)價(jià)巖溶頂板穩(wěn)定性的二級(jí)模糊綜合評(píng)判模型，如圖4-1所示。其中，一級(jí)評(píng)判選取了單因素11項(xiàng)，分別對(duì)單個(gè)溶洞的頂板巖層、溶洞特征、上覆土層進(jìn)行評(píng)判，再以此評(píng)判結(jié)果作為因素進(jìn)行二級(jí)評(píng)判(i=3),兩級(jí)評(píng)判結(jié)果均分為四個(gè)級(jí)別，即穩(wěn)定、較穩(wěn)定、較不穩(wěn)定、不穩(wěn)定。L頂板巖層明評(píng)價(jià)結(jié)果一(穩(wěn)定程.度)L頂板巖層明評(píng)價(jià)結(jié)果一(穩(wěn)定程.度)一溶洞特征火「層狀構(gòu)造!-裂隙發(fā)育及充填情況叫:-巖石風(fēng)化? 巖芯完整式H一溶飩發(fā)育/—項(xiàng)板明設(shè)厚度知L巖石中期抗加強(qiáng)度知，|-溶洞究用心劣溶洞高度明J溶洞充填情況——上覆土層厚度、圖4-1二級(jí)模糊綜合評(píng)判模型(II)模型的計(jì)算綜合評(píng)判的計(jì)算模型為式中：H為二級(jí)評(píng)判權(quán)重的模糊集，Hi(i=1,2,3)為一級(jí)評(píng)判權(quán)重的模糊集；Ri(i=1,2,3)為一級(jí)評(píng)判評(píng)語(yǔ)集與因素集模糊關(guān)系，即評(píng)判矩陣；Bi(i=1,2,3)既是一級(jí)評(píng)判的結(jié)果集，又是二級(jí)評(píng)判的因素集。在該計(jì)算模型中需要確定模糊關(guān)系R,權(quán)集H及合成運(yùn)算“°”，下面分別說(shuō)明這三個(gè)要素的確定。

A(x)=6x—A(x)=6x—a 101x—a Xo2」AQ)=6AQ)=6x—a 2o2x—a——3o3」A(x)=1-巾式中：o（x）=jxW€-：dt。一6.2九評(píng)判單因素U16、U17、U21、u22、u23均采用此方法確定，并應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整參數(shù)a1、a2、%、o,o2,o3。具體取值見(jiàn)表4-1。表4-1連續(xù)型單因素隸屬度函數(shù)參數(shù)取值席1即5偽電巖層厚度g6/m2.03.04.01.01.01.0巖石單軸抗壓強(qiáng)度m/MPa60.0S0.0100.020.020.020.0溶洞寬度工⑵/m1.03.05.02.02.02.0溶洞高度比22/m1.02.03.01.01.01.0上覆土層厚度"31/m對(duì)于指標(biāo)為離散型的單因素則5.0采^10.0屬度取15.0直表來(lái)賦5.0值，此規(guī)5.0i則根據(jù)5.0F統(tǒng)計(jì)原理，采用專家打分法確定，具體見(jiàn)表4-2。權(quán)值的分配：權(quán)值是各因素對(duì)巖溶頂板穩(wěn)定性影響程度的度量，也是模糊評(píng)判的一個(gè)關(guān)鍵?？梢圆捎孟到y(tǒng)理論的層次分析法、專家打分方法及灰色關(guān)聯(lián)分析法等方法確定。

表4-2 離散型單因素隸屬度函數(shù)取值單因素指標(biāo)值稔過(guò)較樽定較不樽定不隱過(guò)巨厚0.400.300.200.10V?tvFJfLLII犀層0.200.400.300.10加上0.100.200.250.45據(jù)發(fā)育及般鉆情況廿良裂隙不發(fā)育或發(fā)育但膿結(jié)良好0.500.300.150.05裂隙發(fā)育但多田膠結(jié)充填0.400.400.150.05飄就發(fā)方用少數(shù)兌用0.200.300.400.10飄就板發(fā)TTII無(wú)觸！0.050.150.350.45巖石風(fēng)化做風(fēng)化0.400.300.150.05弱風(fēng)化0.100.300.400.20此風(fēng)化0.050.150.300.40巖心完整情治5柱狀0.400.300.200.10短柱狀0.200.400.200.20短視碎決狀0.100.300.350.25碎塊狀0.050.150.350.45濟(jì)歸發(fā)育極發(fā)育0.050.150.350.45校發(fā)育0.100.300.400.20不發(fā)育0.400.300.200.10濟(jì)制觸T情殖口3全槌0.400.300.200.10半槌0.150.200.350.10、. 元充填0.050.200.350.40層次分析模型直接采用上述二級(jí)評(píng)判模型，然后采用1?9及其倒數(shù)標(biāo)度法，將兩兩因素之間的比值評(píng)定后構(gòu)成判斷矩陣（表4-3?4-5）。采用特征根法或數(shù)學(xué)工具軟件（例如MatLab）解得判斷矩陣的最大特征根及其所對(duì)應(yīng)的特征向量，正規(guī)化后即為權(quán)值集H。為防止判斷矩陣偏離一致性以致影響最終決策，要對(duì)2max進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，結(jié)果如表4-6所示。層次排序結(jié)果經(jīng)一致性檢驗(yàn)C.R.均小于0.1,說(shuō)明判斷矩陣合理，計(jì)算所得結(jié)果可靠。（IV）專家打分法邀請(qǐng)工程及科研單位經(jīng)驗(yàn)豐富的專家，按照各因素對(duì)溶洞頂板穩(wěn)定性影響的重要程度填寫(xiě)表7?9,取平均值作為評(píng)判的權(quán)重集。

表4-3 A-B判斷矩陣即R2W3頂板巖.層1]5落洞待業(yè)加1]31屈士.房.1/51/31表4-4B-C判斷矩陣2門(mén)】W口溶洞寬度仃I135溶汨F度值1/3]2充填情況哂1/51/21表4-5B-C判斷矩陣ULL出。"14“芥WI.72/11]1/3]/3]/31/71/512231用1月31啟1]21/51/5"1431在1]21芥1/531/2]1/71/5"悟735711WI73511表4-6 層次排序結(jié)果排序?qū)親CfCR.A-B[0,480.410.11]3.0300.015j.026B\-C[0.0320.133u,0750.Q75O.OS2U.32Su.3C^]7.2400.0400.03u￡1-('[0,730.19u.i'S]3.0040.002u.uu3(V)灰色關(guān)聯(lián)分析法灰色關(guān)聯(lián)分析法是利用灰色系統(tǒng)的部分信息，分析系統(tǒng)中各因素關(guān)聯(lián)程度的一種方法。因此，可以用其來(lái)確定各因素的權(quán)重分配。初始數(shù)據(jù)采用專家調(diào)查表的數(shù)據(jù)(表4-7?4-9),取表4-7?4-9中最大的權(quán)值作為參考因素序列，最后將結(jié)果作歸一化處理即得權(quán)重分配集H。分辨系數(shù)取0.5,具體算法可參考文獻(xiàn)，限于篇幅，這里只給出最后結(jié)果：H二最后3,0.39,0.18}、H1={0.10,0.11,0.09,0.10,0.10,0.25,0.15｝、H=｛0.55,0.22,0.23｝。2表4-7 溶洞特征影響因素權(quán)重專家調(diào)查1234平均值溶桐寬度山1口,803600.700.801300.74溶洞高度.0.100.105050.150.100.10充填情況0.100.30E250.050.100.16表4-8 頂板巖層影響因素權(quán)重專家調(diào)查]234T-J-Jli'l層狀耐造U1Q.1DD.050.05口，Q5OJOu.07裂隙發(fā)療小a.idD.100.05a.150.20u.12；"i!燦鵬0.05D.05o.10a.Q50.05u.06一石完整“14a.osD.100.05a.io0.050.07落他發(fā)f3中0.05DJO0.05a.ioOJOu.08屋忸加厚度川&a.40D.3O0.40a.400.300.36畀有彈幀壓國(guó)度”2a.250.300.30a.is0.20u.24表4-9 二級(jí)評(píng)判權(quán)重專家調(diào)查1234平均值項(xiàng)板巖層Hl0.40.60.4Q*60.W0.50落制林征打14口白0.5口■30.40.受卜.空1.0.20.10.10.10.10.12(VI)合成運(yùn)算規(guī)則的選取模糊數(shù)學(xué)理論中，F(xiàn)矩陣的合成運(yùn)算應(yīng)根據(jù)具體情況選用不同的算子。模糊評(píng)判的合成運(yùn)算通常有4種算子，即:M(A,V)、M(?,V)、M(A,。)和M(?，Q)。其中M(A,V)用于主因素決定模型，“V”表示在兩個(gè)或多個(gè)數(shù)中取大值，“A”則相反，利用該算子進(jìn)行運(yùn)算，只有最大值和最小值起決定作用，中間值不起作用，也不影響評(píng)判結(jié)果，該算子丟失信息太多，適合于單項(xiàng)最優(yōu)選擇；M(?，V)、M(A,。)與M(A,V)類似，也用于突出主要因素，只略加考慮次要因素的綜合評(píng)判；M(?，。)即實(shí)數(shù)的加乘運(yùn)算，對(duì)所有元素依據(jù)權(quán)重大小均衡兼顧，適合于對(duì)整體指標(biāo)的評(píng)判。因此，選用M(?，。)作為合成運(yùn)算的規(guī)則。(2)工程實(shí)例(I)工程概況某高速公路沿線存在多處巖溶發(fā)育地質(zhì)段，其中某段原始地貌單元為丘陵間沖積堆積區(qū)，地勢(shì)平坦開(kāi)闊，農(nóng)田、溝塘廣布。堆積層下伏為泥盆系灰?guī)r及白云質(zhì)灰?guī)r，巖溶發(fā)育，屬覆蓋型巖溶區(qū)。路基填筑后，主要的地層自下而上為：填筑土、第四系全新統(tǒng)沖積層、第四系殘積高液限粘土、泥盆系中統(tǒng)白云質(zhì)灰?guī)r及灰?guī)r。物探顯示該段K21+680，右幅10.5m處路基下存在一個(gè)溶洞，其垂直行車方向斷面寬4.2m,高2.0m。后在此處進(jìn)行補(bǔ)充勘探，鉆探結(jié)果：0?4.2m填土，4.2?8.8m原狀土，巖層為白云質(zhì)灰?guī)r，厚層狀構(gòu)造；節(jié)理裂隙較發(fā)育，但多被方解石充填；溶蝕較發(fā)育；巖石弱風(fēng)化，巖芯完整，呈柱狀；11.20?12.40m為溶洞，洞內(nèi)全充填黃色軟粘土。巖石單軸抗壓強(qiáng)度為70MPa。（II）評(píng)判過(guò)程根據(jù)上述資料，將各單因素的取值代入隸屬度函數(shù)或隸屬度取值表，得到判斷矩陣（其中溶洞高度以鉆探資料為準(zhǔn)），然后按前述計(jì)算模型進(jìn)行評(píng)判。按層次分析法所得權(quán)重計(jì)算：，級(jí)評(píng)判"n.T飛200.4D0.300.1013r0.400.4D0.150.050.0750.100.300.40H1二HJR1二0.0750(1.400.3DD.2II(i.Id0.0520.100.300.400.3280.060.220.380.34-n.-d.n?(J.24n.380.3L[0,140.2：D,34(|,25|0.65T0.060.16(i,440.34日”開(kāi)小丘0.2300.42n,3：(i.1:0.04=-U.12-0.400.30d,2(]o.IM[0,180.22035(|,25|二級(jí)評(píng)判一。.感T'（）.14h.2?d.；4D.25C=H-B=0.4100.IXh.22D.25-H.Ik-0.2Xh.d,2^i).(IX|0.18 26(i,；30.2；|根據(jù)最大隸屬度原則，該溶洞頂板的評(píng)價(jià)為較不穩(wěn)定，需進(jìn)行處理。按專家打分方法所得權(quán)重計(jì)算：按照上述計(jì)算步驟可得C=[0.160.260.350.23]按灰色關(guān)聯(lián)分析法所得權(quán)重計(jì)算：同理可得：C=[0.200.270.300.18]根據(jù)最大隸屬度原則，三者最后評(píng)價(jià)均為較不穩(wěn)定，需對(duì)此溶洞進(jìn)行處理。根據(jù)該路段巖溶頂板穩(wěn)定性評(píng)判的大量計(jì)算表明，雖然三者計(jì)算結(jié)果并不完全相同，但根據(jù)最大隸屬度原則，三者的最后結(jié)論幾乎全部相同，這說(shuō)明三種方法確定權(quán)值均可行，且結(jié)論非常接近。(3)該方法的總結(jié)(I)引入系統(tǒng)理論中的模糊綜合評(píng)判方法、層次分析方法和灰色關(guān)聯(lián)分析方法等系統(tǒng)理論方法進(jìn)行巖溶區(qū)高速公路路基穩(wěn)定性評(píng)判，該方法能夠綜合考慮各種影響因素及其相互關(guān)系，為實(shí)際巖溶處理決策提供了可靠的手段，具有廣泛的工程和學(xué)術(shù)價(jià)值。(II)影響巖溶區(qū)高速公路路基巖溶穩(wěn)定性的單因素評(píng)價(jià)是通過(guò)專家打分的方法確定，其分析結(jié)果具有較高的可信度。工程實(shí)踐也說(shuō)明該方法簡(jiǎn)單實(shí)用，且評(píng)判結(jié)果可靠。(III)該評(píng)判方法可以較好地處理單因素的逐漸變化對(duì)評(píng)判結(jié)果的影響，使評(píng)判結(jié)果更加接近工程實(shí)際，這一點(diǎn)明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的半定量方法。系統(tǒng)聚類分級(jí)法(1)系統(tǒng)聚類分級(jí)法原理系統(tǒng)聚類分級(jí)法是按照各類之間距離的遠(yuǎn)近，將類由多變少的一種方法，它是聚類分析中應(yīng)用較廣的一個(gè)分支。聚類方法的實(shí)施步驟可概括如下：(a)各分析樣本自成一類；(b)計(jì)算各樣本間的距離，將距離最近的兩個(gè)類合并為一類；(c)計(jì)算新類與其余各類的距離，同樣按距離最近原則合并，依此類推，最終將各類歸并為一類，其結(jié)果可用聚類譜系圖來(lái)表示。由于類與類之間的距離有多種定義方法，就產(chǎn)生了不同的系統(tǒng)聚類方法。表4-10中列出了幾種系統(tǒng)聚類方法及其定義。

表4-10 8種系統(tǒng)聚類法的距離定義編號(hào)方法哲稱距離定義1最超距離法類與類的距離等于兩類之間最近樣品的距離2最長(zhǎng)距離法類與類的距離等于兩類之間最遠(yuǎn)樣品的距離3中間距離法類與美的距離等于最近與最遠(yuǎn)樣品的距離中間值4重心法類與美的距離定義為兩類重心之間的距離5美平均法兩類距離的平方等于兩類中元素兩兩之間的平方距離的平均值6可變類平均法類平均法的變種7可變法中間距離法的變種E離差平方和法同類樣品的離差平方和應(yīng)盡可能小，類與類之間的離差平方和應(yīng)當(dāng)盡可能大一般來(lái)說(shuō)，最短距離法與重心法使空間過(guò)于濃縮，分級(jí)的靈敏性較差，不易區(qū)分各樣本性質(zhì)間的細(xì)微差別；而最長(zhǎng)距離法、可變類平均法和離差平方和法又使空間過(guò)于擴(kuò)張，即靈敏度過(guò)高，過(guò)分顯示各樣本性質(zhì)的細(xì)微差別，以致影響劃分類別。而類平均法的靈敏度及并類距離適中，可以得到較好的分類結(jié)果。另外，樣本的數(shù)量、樣本的分布情況、樣本的離散程度及樣本分級(jí)指標(biāo)的選取等都會(huì)影響最終的分級(jí)結(jié)果。經(jīng)綜合考慮，在本文中采用類平均法對(duì)各樣本進(jìn)行聚類分級(jí)。類平均法的遞推公式為:nrnr其中，D為類G與G間的距離；D為類G與其中，D為類G與G間的距離；D為類G與G間的距離；D為類G與G間的距離;krnp、nr、nq分別為p、rr、kpkpkqkqq類中包含的樣品數(shù)量。各類間的關(guān)系如圖4-2所示。影響巖溶地面塌陷環(huán)境地質(zhì)質(zhì)量的因素是多方面的，每種因素都可以通過(guò)一定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行量化，因而某一區(qū)域（即一個(gè)類）的巖溶地面塌陷環(huán)境地質(zhì)質(zhì)量?jī)?yōu)劣可以通過(guò)各影響因素量值的總和來(lái)表示，某兩個(gè)區(qū)域之間巖溶地面塌陷環(huán)境地質(zhì)質(zhì)量的差異可以從其量值差別大小（類間的距離）反映出來(lái)，差值越大（類間距離越大），環(huán)境地質(zhì)質(zhì)量差別越大；差值越小（類間距離越小），環(huán)境地質(zhì)質(zhì)量越相近。系統(tǒng)聚類分級(jí)法是解決此類問(wèn)題的有效手段，采用該方法可以將環(huán)境地質(zhì)質(zhì)量近似的區(qū)域按距離最近原則劃分為一類，隨后對(duì)各類的表現(xiàn)特征進(jìn)行分析，從而達(dá)到對(duì)研究區(qū)的巖溶地面塌陷環(huán)境地質(zhì)質(zhì)量進(jìn)行分級(jí)評(píng)價(jià)的目的。(2)系統(tǒng)聚類分級(jí)的樣本及指標(biāo)選取鞍山市位于遼寧省中部，是我國(guó)著名的重工業(yè)基地，隨著城市建設(shè)的飛速發(fā)展，產(chǎn)生了一系列的環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題，其中以巖溶塌陷尤為突出。至今鞍山市區(qū)巖溶地面塌陷災(zāi)害已發(fā)生多次，在一定的程度上威脅著人們的正常生產(chǎn)和生活，影響了城建總體規(guī)劃設(shè)計(jì)，制約了鞍山經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展。所以對(duì)鞍山巖溶地面塌陷環(huán)境地質(zhì)質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)顯得意義尤為重大。在鞍山巖溶地面塌陷環(huán)境地質(zhì)質(zhì)量評(píng)價(jià)過(guò)程中，應(yīng)盡可能采用定量的評(píng)價(jià)方法以提高評(píng)價(jià)結(jié)果的合理性和可信度。為此，本文以該城市的巖溶塌陷問(wèn)題為例，采用系統(tǒng)聚類分級(jí)法進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果為鞍山城市建設(shè)規(guī)劃布局提供了可靠的地質(zhì)依據(jù)。根據(jù)研究區(qū)域劃分為874個(gè)網(wǎng)格，每一網(wǎng)格即一樣本。經(jīng)分析鞍山巖溶地面塌陷的成因和形成機(jī)制，確定影響鞍山巖溶地面塌陷環(huán)境地質(zhì)質(zhì)量的因素有8種，即：(a)斷裂分布密度；(b)第四系蓋層厚度；(c)底部含礫石粘土層厚度；(d)線巖溶率(RQ)；(e)蓋層結(jié)構(gòu)類型；(f)富水性情況；(g)水位升降情況；(h)基巖巖性。各影響因素指標(biāo)按實(shí)際情況和插值的原則分配到各網(wǎng)格中，然后將某個(gè)網(wǎng)格中的各影響因素量值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，再相加即得該網(wǎng)格的環(huán)境地質(zhì)質(zhì)量指標(biāo)值(見(jiàn)表4-11)。在系統(tǒng)聚類分析中，影響因素2、3都是與巖溶地面塌陷環(huán)境地質(zhì)質(zhì)量正相關(guān)的，即這些指標(biāo)值越大，環(huán)境地質(zhì)質(zhì)量越好。類別的劃分是以各類間的相對(duì)距離為標(biāo)準(zhǔn)的，指標(biāo)值越大，類間距離越大，指標(biāo)值越小，類間距離越小。分析中選用的各指標(biāo)值有大有小，有的甚至相差幾個(gè)數(shù)量級(jí)，若將這些值不加處理放在一起進(jìn)行分析，則指標(biāo)值較小的因素在分級(jí)中的影響會(huì)由于計(jì)算精度的不足而被削弱。為避免各因素量值差別過(guò)大而影響分級(jí)精度，需將較大或較小的值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，如表4-11中蓋層厚度值除100后得標(biāo)準(zhǔn)值，這種標(biāo)準(zhǔn)化方法不會(huì)影響分級(jí)結(jié)果。影響因素5和8的值則可采用與環(huán)境地質(zhì)質(zhì)量正相關(guān)的一系列數(shù)值代替。而影響因素1、4、6、7則與環(huán)境地質(zhì)質(zhì)量負(fù)相關(guān)，因此可將影響因素的值取倒數(shù)再進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，這一變換也不會(huì)影響分級(jí)結(jié)果。表4-11環(huán)境地質(zhì)質(zhì)量指標(biāo)值的選取標(biāo)準(zhǔn)序號(hào)影響因素網(wǎng)格1網(wǎng)格2實(shí)際值 標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)值實(shí)際值標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)值1斷裂密度〔斷裂條數(shù)/網(wǎng)格｝11121/20.52蓋層厚度｝60 60/1000.67575/100D.753粘含礫厚〔皿｝30 30/1000.31515/100D.154線巖溶率［■弘｝20 fl/2D}xID0.525100.45蓋層結(jié)構(gòu)2層結(jié)構(gòu) 222■層結(jié)構(gòu)336灰?guī)r富水狀況〔單井涌水量L/d｝4 1/40.251/80.1257距漏斗中心距離〔皿｝25D (l/25O)x|??0.44DD(l/4CO)x|QQD.25￡基巖巖性?shī)W陶灰?guī)r〔1｝ 11寒武灰?guī)r〔2｝1/20.5環(huán)境地質(zhì)質(zhì)量指標(biāo)值6.055.675⑶鞍山巖溶地面塌陷環(huán)境地質(zhì)質(zhì)量系統(tǒng)聚類分級(jí)結(jié)果采用類平均法對(duì)研究區(qū)內(nèi)874個(gè)樣本進(jìn)行系統(tǒng)聚類分級(jí)，所得分級(jí)譜系圖見(jiàn)圖4-3（由于篇幅所限，僅列出300個(gè)樣本的分級(jí)結(jié)果）。圖4-3系統(tǒng)聚類譜系圖根據(jù)鞍山地區(qū)實(shí)際的巖溶地面塌陷環(huán)境地質(zhì)質(zhì)量情況，并考慮分級(jí)結(jié)果的實(shí)用性

將系統(tǒng)聚類分析結(jié)果歸并為7級(jí)。據(jù)分級(jí)結(jié)果繪成鞍山巖溶地面塌陷環(huán)境地質(zhì)質(zhì)量分區(qū)圖，見(jiàn)圖4。由圖可見(jiàn)，研究區(qū)內(nèi)的874個(gè)樣本可劃分為8個(gè)區(qū)（包括一個(gè)非巖溶發(fā)育區(qū)）。下面分別對(duì)這8個(gè)區(qū)進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，以評(píng)價(jià)其巖溶塌陷環(huán)境地質(zhì)質(zhì)量。圖4-4鞍山巖溶地面塌陷環(huán)境地質(zhì)質(zhì)量系統(tǒng)聚類分級(jí)圖1.極差區(qū)；2.很差區(qū)；3.較差區(qū)；4.中等區(qū)；圖4-4鞍山巖溶地面塌陷環(huán)境地質(zhì)質(zhì)量系統(tǒng)聚類分級(jí)圖1.極差區(qū)；2.很差區(qū)；3.較差區(qū)；4.中等區(qū)；5.較好區(qū)；6.優(yōu)良區(qū)；7.最優(yōu)區(qū)；8.非巖溶區(qū)；9.斷層；10.公路簿邕逐垂裳三主必善斗l||IIIH聒袈鴻軍爭(zhēng)就裳翳薜震強(qiáng)極差區(qū)：本區(qū)位于南建國(guó)路一山南小學(xué)一帶，輕工機(jī)械廠、果品公司一帶，西民生路以北、大石頭斷裂以南地區(qū)，沿大石頭斷裂、二臺(tái)子斷裂一線以及寧遠(yuǎn)斷裂西段，即小臺(tái)子以南、寧遠(yuǎn)屯以北地區(qū)，另外在東韭菜臺(tái)子以北也有零星分布。面積9.5km2。區(qū)內(nèi)斷裂密布，基巖裂隙發(fā)育，水動(dòng)力條件較好，基巖巖溶化程度較高，RQ值一般為20%?40%,由于上覆第四系厚度較薄，一般為20?50m,所以本區(qū)發(fā)生巖溶塌陷的可能性極大。1975?1984年該地區(qū)曾發(fā)生多次塌陷，造成房屋陷落和人員傷亡，塌陷坑直徑10余米。很差區(qū)：本區(qū)位于大陽(yáng)氣堡及其以南、南地號(hào)以北、小臺(tái)子以東地區(qū)，南建國(guó)路以西、鐵西九道街以東及雙臺(tái)子一帶。面積約為8.4km2。該區(qū)有數(shù)條斷裂發(fā)育，基巖破碎，構(gòu)造裂隙發(fā)育，巖溶化程度較高，RQ值一般為50%?80%。且由于目前本區(qū)灰?guī)r地下水含量豐富，在降落漏斗的影響范圍內(nèi)，水動(dòng)力條件較好，因而本區(qū)屬巖溶塌陷易發(fā)區(qū)。1992年在該地區(qū)開(kāi)鑿供水井時(shí)發(fā)生塌陷，造成鉆機(jī)陷落，1995年該地區(qū)一供水井泵房塌陷，致使房?jī)?nèi)設(shè)備斷裂。較差區(qū)：本區(qū)位于高占屯-豐盛堡地下水降落漏斗的中心區(qū)，即旭日小學(xué)以南、二十八中學(xué)至永樂(lè)公園苗圃一帶，面積約為4.6km2。地下水位處于常年升降狀態(tài)，水動(dòng)力條件好，巖溶化程度高。因而本區(qū)屬巖溶塌陷易發(fā)區(qū)。1975年2月海城地震時(shí)該地區(qū)曾出現(xiàn)一連串塌陷坑，最大直徑近10m。中等區(qū)：本區(qū)主要分布在雙樓臺(tái)磚廠以北、東韭菜臺(tái)子以南、達(dá)道灣一邢陽(yáng)氣以西地區(qū)，面積約為10km2。區(qū)內(nèi)第四系蓋層厚度一般為50?100m,除大陽(yáng)氣斷裂外，無(wú)其它斷裂分布，因而基巖完整性較好，裂隙連通性較差，不利于地下水的運(yùn)移。由于該區(qū)大部分處于周家堡-達(dá)道灣水源地地下水降落漏斗影響范圍內(nèi)，水位反復(fù)升降造成地下水的潛蝕作用增強(qiáng)，不利于蓋層土體的穩(wěn)定，故有發(fā)生巖溶地面塌陷的可能。較好區(qū)：該區(qū)主要分布在寧遠(yuǎn)屯以東、豐盛堡以西、鞍騰公路以南地區(qū)，面積約為1.7km2。寧遠(yuǎn)斷裂從區(qū)內(nèi)通過(guò)，區(qū)內(nèi)基巖巖溶化程度一般，RQD值一般為20%?30%。但區(qū)內(nèi)第四系蓋層較厚，一般為60?80m,因而本區(qū)有發(fā)生巖溶地面塌陷的可能。優(yōu)良區(qū)：本區(qū)位于雙樓臺(tái)磚廠以南，大陽(yáng)氣堡一寧遠(yuǎn)屯以西地區(qū)，及大石頭斷裂以北、紅旗堡一鞍鋼廠區(qū)一帶、達(dá)道灣一二臺(tái)子一帶、黎明小學(xué)一公益小學(xué)一帶、傳染病院一電池廠一帶、南建國(guó)路以東、園林路以西地區(qū)，面積約為48.6km2。該區(qū)基巖完整，灰?guī)r富水性差，水位波動(dòng)不大，水動(dòng)力條件差，巖溶發(fā)育程度不高，且第四系蓋層厚度巨大。因而本區(qū)發(fā)生巖溶地面塌陷的可能性很小。最優(yōu)區(qū)：該區(qū)位于研究區(qū)東北角，面積0.2km2左右，其地質(zhì)條件、地下水動(dòng)力條件及巖溶發(fā)育程度基本與優(yōu)良區(qū)相同，只是該區(qū)的第四系蓋層土體為雙層結(jié)構(gòu)，即蓋層由粘土和粉質(zhì)粘土層構(gòu)成。因而該區(qū)蓋層土體比優(yōu)良區(qū)更具有穩(wěn)定性，發(fā)生巖溶塌陷的可能性很小。非巖溶區(qū)：該區(qū)位于研究區(qū)東部的非可溶巖分布區(qū)，面積為17km2。無(wú)發(fā)生巖溶塌陷的可能。(4)該方法的總結(jié)(I)選取8個(gè)影響因素、將系統(tǒng)聚類分級(jí)結(jié)果劃分為7級(jí)，是合理的，符合實(shí)際情況。(II)系統(tǒng)聚類分級(jí)結(jié)果與鞍山地區(qū)巖溶地面塌陷發(fā)生情況基本吻合，證明分級(jí)結(jié)果合理可靠。系統(tǒng)聚類分級(jí)法為巖溶地面塌陷環(huán)境地質(zhì)質(zhì)量評(píng)價(jià)提供了一個(gè)新的定量評(píng)價(jià)方法，具有很好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。(III)評(píng)價(jià)結(jié)果表明影響鞍山巖溶塌陷環(huán)境地質(zhì)質(zhì)量的最主要因素是地下水位升降情況，因而應(yīng)及時(shí)調(diào)整鐵西兩個(gè)水源地的地下水開(kāi)采方案，以防止巖溶地面塌陷進(jìn)一步發(fā)展。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)法巖溶地面塌陷是十分復(fù)雜的系統(tǒng)工程過(guò)程，塌陷產(chǎn)生的過(guò)程和機(jī)理尚未完全清楚?；谶@些特點(diǎn)，巖溶塌陷評(píng)價(jià)通常以定性描述和分析為主，很難定量化，因而使評(píng)價(jià)結(jié)果有較大的隨意性和不準(zhǔn)確性。為了解決這些不足，前人在巖溶塌陷定量化路上進(jìn)行了長(zhǎng)期有意義的探索。但都有一個(gè)共同不足：(I)忽視了評(píng)價(jià)指標(biāo)具有隨機(jī)性和不確定性；(II)忽視了指標(biāo)作用相互依存或相互關(guān)聯(lián)的特點(diǎn)；(III)忽視有些指標(biāo)產(chǎn)生顯著作用的輔助條件；(IV)有些指標(biāo)選擇不合理等。加上作為刻度巖溶塌陷的各因子標(biāo)志及界線又是相當(dāng)模糊不清，各因子作用和影響傳統(tǒng)線性化模型無(wú)法準(zhǔn)確描述和量度，其本身有著高度的非線形特征。因此，針對(duì)目前巖溶塌陷的特點(diǎn)及現(xiàn)行評(píng)價(jià)方法的不足，本文將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型引入巖溶塌陷評(píng)價(jià)中，以探討一種巖溶塌陷評(píng)價(jià)的新方法。(1)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其一般步驟人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的主要的模型有誤差反向傳播模型(簡(jiǎn)稱BP模型)、H離散和連續(xù)模型、K自組織特征影射模型、逆?zhèn)鞑ツＰ秃妥詰?yīng)諧振理論模型等。其中，BP模型是目前應(yīng)用最廣泛也是發(fā)展最成熟的一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，實(shí)際上是一種快速下降的方法，目的是使實(shí)際輸出和預(yù)期的樣本輸出之間的均方差最小化。其一般步驟是：(I)確定評(píng)價(jià)標(biāo)志，選擇評(píng)價(jià)函數(shù)，確定評(píng)價(jià)因子。(II)確定學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)參數(shù)(輸入層與隱含神經(jīng)元個(gè)數(shù))。(III)為網(wǎng)絡(luò)的連接權(quán)系數(shù)和神經(jīng)元閥值賦初值。(IV)輸入樣本的評(píng)價(jià)模型和期望輸出。(V)對(duì)各樣本計(jì)算隱含層和輸出層各單元的實(shí)際輸出值并計(jì)算方差E和E：對(duì)每一個(gè)(輸入、輸出)模式對(duì)i，其誤差平方為E=1寸1(d-y)；系統(tǒng)平均誤差為i2kkk=0E工E=—fE匯(d-y1］，其中d為對(duì)應(yīng)于第i個(gè)輸入模式第k個(gè)輸出層節(jié)點(diǎn)i2pI ik)ikI iki=0 i=0k=0 /的期望輸出，yik為相應(yīng)的計(jì)算機(jī)輸出。(VI)若E<￡(給定的收斂值)，則結(jié)束學(xué)習(xí)，否則調(diào)整權(quán)值讓網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步學(xué)習(xí)，直到系統(tǒng)平均誤差小于規(guī)定的要求為止。(VII)權(quán)值調(diào)整。使用遞歸算法從輸出層開(kāi)始逆向傳播誤差，直到第一隱含層為止，并用下式調(diào)整權(quán)值：WjC+1)=W/C)+瑞X，式中Xi是第i節(jié)點(diǎn)的輸出，瑙jXj是增益項(xiàng)，Wij為連接權(quán)值，3,為第j節(jié)點(diǎn)的誤差，n為學(xué)習(xí)步長(zhǎng)，t為迭代次數(shù)；本文中為了加快網(wǎng)絡(luò)的收斂速度，采用了累計(jì)誤差的BP算法，權(quán)值調(diào)整時(shí)加入一個(gè)動(dòng)量@，并按下式調(diào)整權(quán)值：W(t+1)=W(t)+瑞X+aWC)-W(t-1))，其中0<a<1。ij ij jiijij(VIII)轉(zhuǎn)到(V)步。(IX)用學(xué)習(xí)好的網(wǎng)絡(luò)，輸入要評(píng)價(jià)的樣本的評(píng)價(jià)因子。(2)巖溶地面塌陷神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型(I)評(píng)價(jià)因子的確定巖溶地面塌陷是多種因素綜合作用的結(jié)果，其中巖性、巖土體結(jié)構(gòu)是影響巖溶地面塌陷的基本因素，而水的作用、環(huán)境條件、工程因素等是巖溶地面塌陷的誘發(fā)因素。本次評(píng)價(jià)因子的確定主要是根據(jù)對(duì)大量巖溶地面塌陷實(shí)例的深入分析研究并結(jié)合前人的經(jīng)驗(yàn)和作者的研究成果，選擇了6個(gè)方面的因素，共12個(gè)對(duì)巖溶塌陷影響明顯的因子。這6個(gè)方面的因素為：巖性、巖體結(jié)構(gòu)、地下水、覆蓋層、地形地貌和環(huán)境條件(見(jiàn)表4-1)。通過(guò)歸一化和同向化處理，可以得到個(gè)因素的影響因子，即：巖性因子(RQC)、巖體結(jié)構(gòu)因子(RMSC)、地下水因子(GWC)、覆蓋層因子(SSC)、地形地貌因子(LPC)和環(huán)境條件因子(ECC)。根據(jù)這些因素因子對(duì)巖溶塌陷的影響規(guī)律，可以給出它們的評(píng)價(jià)函數(shù)。從近200個(gè)巖溶塌陷的實(shí)例中抽出14個(gè)滿足上述條件的典型實(shí)例作網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)和檢驗(yàn)樣本，根據(jù)各個(gè)因子的評(píng)價(jià)函數(shù)，分別對(duì)這14個(gè)塌陷進(jìn)行因子的量化，獲得評(píng)價(jià)矩陣表(表4-12)。(II)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的建立AN2一般由輸入層、隱含層和輸出層構(gòu)成，本次采用三層模型，即輸入層、輸出層及一層隱含層。輸入層取10個(gè)節(jié)點(diǎn)，對(duì)應(yīng)影響塌陷的10個(gè)變量；隱含層設(shè)定2義10+1個(gè)節(jié)點(diǎn)；輸出層取5個(gè)節(jié)點(diǎn)，對(duì)應(yīng)于A、B、C、D、E五級(jí)穩(wěn)定狀態(tài)。

表4-12 巖溶塌陷神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)矩陣表序號(hào)巖溶塌陷神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)因子狀態(tài)備注RQCDCi固C55CLPCECC11.SD1.95D.81D.83D.9D1.25E學(xué)習(xí)樣本2D.5D1.551.D71.D6D.9D1.DE3D.9D1.451.181.45D.9D1.DE4D.9D1.4DD.481.D9D.9D1.DE51.SD1.85D.36D.S6D.7DDC61.SD1.9DD.4口D.87D.7DDD71.SD1.9DD.41D.89D.9DD3DD81.SD1.85D.46D.83D.7DDC9D.1D1.2DD.36DA2D.4DDA1DD.5D1.25D.36D.46D.4DDB111.5D1.5D1.2D1.67D.9D1.DE12D.5D1.2DD.36D.60D.9DDC131.5D1.8D1.161.7DD.9D1.D預(yù)測(cè)樣本141.6D1.891.161.67D.9D1.D(III)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)由于網(wǎng)絡(luò)輸入輸出節(jié)點(diǎn)較多，要想使它較準(zhǔn)確地掌握輸入與輸出因素的非線性關(guān)系，就必須有充足的樣本。因而，在200多個(gè)塌陷樣本中選取10個(gè)比較有代表性的樣本進(jìn)行學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)情況見(jiàn)表4-13。由表可見(jiàn)：實(shí)際輸入與期望輸出差小于1.40%，說(shuō)明此學(xué)習(xí)好的網(wǎng)絡(luò)可以用于預(yù)測(cè)。(3)巖溶地面塌陷神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)利用前述學(xué)習(xí)好的網(wǎng)絡(luò)對(duì)未學(xué)習(xí)的樣本進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表4-24。檢驗(yàn)與實(shí)際情況相比，準(zhǔn)確率為100%，誤差最大為12.5%，達(dá)到了預(yù)期的目的。對(duì)預(yù)測(cè)樣本進(jìn)行預(yù)測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表4-13。表4-13 網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)、檢驗(yàn)及預(yù)測(cè)情況序號(hào)朗望輸出實(shí)際狀態(tài)實(shí)際輸出誤差備注ACDEABCDE11E0.0000.0010.0020.00b0.守守50.005學(xué)習(xí)樣本21E0.0010.0010.0030.0030.守守10由◎守31E0.0000.0030.0020.0070.9390.011d1E0啟◎白0.003◎,000。啟1◎0.守守10由。守51C0.0010.0050.9370.00b0.0030.01361D0.0000.0010.00b0用950.0070.00571D0.0000啟白E0.oot0R3E0.0030.0MS1C0.0030.0020.守守白0.0010.0000.01091A0.9930啟0.0020啟加0.0000.00710100g0.^330.0020啟0.0000.012111E0啟◎白0.001◎心加。啟1◎0.守守。0.010121C0.0000.007000A0.0020.0000.00b1300.003◎,00300白白8預(yù)測(cè)樣本1d0.0020.0050.0020.0030.9^7(4)該方法的總結(jié)通過(guò)運(yùn)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行巖溶塌陷評(píng)價(jià)，可見(jiàn)：BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有收斂速度快、容錯(cuò)能力高、有高度的非線性等特點(diǎn)，評(píng)價(jià)結(jié)果可信。能很好地掌握巖溶地面塌陷中各種信息間復(fù)雜的非線性關(guān)系，并且能夠充分利用以往的資料，所以在巖溶塌陷災(zāi)害預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)中具有廣泛的應(yīng)用前景。對(duì)巖溶場(chǎng)地的勘察、評(píng)價(jià)以及巖溶地面塌陷的評(píng)價(jià)、預(yù)測(cè)和治理工作具有一定的指導(dǎo)意義。5巖溶地區(qū)公路工程不同勘察階段分級(jí)分區(qū)評(píng)價(jià)方法初勘階段公路工程穩(wěn)定性分級(jí)分區(qū)評(píng)價(jià)方法巖溶地面的變形、塌陷的實(shí)質(zhì)上就是巖土體在各種營(yíng)力和工程因素的作用下，巖土體中原有的土洞、溶洞強(qiáng)度弱化，或產(chǎn)生新的土洞，并逐漸破壞的過(guò)程，巖性、巖體結(jié)構(gòu)和地下水是控制巖溶地面塌陷的關(guān)鍵。對(duì)于巖溶工程穩(wěn)定性的分區(qū)評(píng)價(jià)，前人做過(guò)不少研究和探討，選用的評(píng)價(jià)指標(biāo)少的有5個(gè)，多的達(dá)18個(gè)，它們共同的不足如上所述，選取的指標(biāo)的合理性勢(shì)必會(huì)影響評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性。巖溶地面塌陷是多種因素綜合作用的結(jié)果，其中巖性、巖土體結(jié)構(gòu)是影響巖溶地面塌陷的基本因素，而水的作用、環(huán)境條件、工程因素等是巖溶地面塌陷的誘發(fā)因素。評(píng)價(jià)因子的確定主要是根據(jù)對(duì)大量巖溶地面塌陷實(shí)例的深入分析研究并結(jié)合前人的經(jīng)驗(yàn)和作者的研究成果，這里我們考慮選擇了6個(gè)方面的12個(gè)因素作為巖溶穩(wěn)定性

分區(qū)評(píng)價(jià)的控制指標(biāo)（見(jiàn)表5-1）。表5-1 巖溶塌陷的影響因素序號(hào)影響因素1巖性巖性巖溶程度2巖體結(jié)構(gòu)巖體結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)面性質(zhì)3地下水地下水位與界面垂距地下水的波動(dòng)頻率地下水徑流強(qiáng)度4覆蓋層厚度工程地質(zhì)性質(zhì)5地形地貌地貌單元6環(huán)境條件人工抽水強(qiáng)度其他人工活動(dòng)5.1.1巖性巖性是巖溶地面塌陷的必要條件，現(xiàn)有的研究表明，巖性對(duì)巖溶地面塌陷的影響，主要是由于灰?guī)r的化學(xué)成分和礦物成分，不同成分的灰?guī)r溶解速度和程度不同，因而，對(duì)巖溶地面塌陷的影響程度也就不一樣。巖性系數(shù)中對(duì)巖溶地面塌陷起作用的主要是巖性和巖溶程度，巖性的影響主要取決于灰?guī)r中雜質(zhì)或白云巖的含量，根據(jù)現(xiàn)有的研究，其對(duì)巖溶地面塌陷的影響如表5-2所示；巖溶程度很難確定，工程實(shí)踐中巖溶程度主要是根據(jù)鉆探時(shí)見(jiàn)洞率來(lái)判定（如表5-2所示）。表5-2巖性對(duì)巖溶地面塌陷的影響巖溶塌陷程度穩(wěn)定A基本不陷B難塌C易塌D很易塌E巖性非碳酸鹽巖泥質(zhì)灰?guī)r白云巖夾灰?guī)r夾灰?guī)r白云巖灰?guī)r巖溶程度無(wú)很不發(fā)育不發(fā)育發(fā)育很發(fā)育見(jiàn)洞率（％）00?2525?5050?75>75巖體結(jié)構(gòu)巖體結(jié)構(gòu)是影響巖溶發(fā)育程度的重要指標(biāo)之一，在同一巖性條件下，巖溶的發(fā)育程度主要取決于巖體結(jié)構(gòu)條件。但由于巖溶地面塌陷多發(fā)生在覆蓋型巖溶區(qū)，很難準(zhǔn)確了解覆蓋層下的巖體結(jié)構(gòu)特征，加之巖體結(jié)構(gòu)本身的復(fù)雜性，難以對(duì)其定量化研究，故，至今，在現(xiàn)有的巖溶地面塌陷文獻(xiàn)中，尚未把在巖溶地面塌陷中起最重要的巖體結(jié)構(gòu)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。事實(shí)上，灰?guī)r形成后由于后來(lái)的各種地質(zhì)構(gòu)造營(yíng)力的作用，產(chǎn)生了許多節(jié)理裂隙，由于這些節(jié)理裂隙方向雜亂無(wú)章，結(jié)構(gòu)面又起伏不平，具有明顯的不規(guī)則性、隨機(jī)性等。因此，受這些結(jié)構(gòu)面的切割，使得灰?guī)r具有不規(guī)則的、支離破碎的空間結(jié)構(gòu)。因此，對(duì)灰?guī)r結(jié)構(gòu)進(jìn)行定量描述是非常困難的。用分形理論探討了巖體結(jié)構(gòu)的分形問(wèn)題，取得了不少研究成果，因此，可以用巖體結(jié)構(gòu)的分維特征來(lái)評(píng)價(jià)巖體的質(zhì)量(見(jiàn)表5-3)。可以看出，巖體結(jié)構(gòu)的分維數(shù)越大，巖體就越破碎、質(zhì)量也越差。對(duì)于灰?guī)r而言巖體結(jié)構(gòu)的分維數(shù)越大、巖體越破碎，就意味著其巖溶越發(fā)育。表5-3巖體結(jié)構(gòu)的分維與巖體質(zhì)量的關(guān)系巖體質(zhì)量分級(jí)很好好一般差很差分維數(shù)D<1.251.25?1.501.50?1.751.75?1.90>1.90根據(jù)分形理論的要求，利用鉆探巖芯可以求出不同結(jié)構(gòu)狀態(tài)下的分維數(shù)。經(jīng)實(shí)例對(duì)比研究后發(fā)現(xiàn)，分維值與巖溶塌陷有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，故可以用分維數(shù)來(lái)衡量巖體結(jié)構(gòu)對(duì)巖溶塌陷的影響，對(duì)分維值進(jìn)行歸一處理后便得到巖體結(jié)構(gòu)對(duì)巖溶地面塌陷的影響系數(shù)(表5-4)。表5-4巖體結(jié)構(gòu)對(duì)巖溶地面塌陷的影響巖溶塌陷程度穩(wěn)定(A)基本不塌(B)難塌(C)易塌(D)很易塌(E)巖體結(jié)構(gòu)的分維數(shù)(D)<1.251.25?1.501.50?1.751.75?1.90>1.90地下水地下水是巖溶地面塌陷的最重要的誘發(fā)因素，關(guān)于地下水對(duì)巖溶地面塌陷的影響作者曾作過(guò)深入研究，大量的巖溶地面塌陷的事例表明，巖溶塌陷的產(chǎn)生多數(shù)與地下水位的異常變動(dòng)密切相關(guān)。研究表明，地下水位在基巖面或不同介質(zhì)分界面波動(dòng)時(shí)，最有利于巖溶塌陷的產(chǎn)生。地下水對(duì)巖溶地面塌陷的影響，主要是由地下水位、波動(dòng)頻率和徑流強(qiáng)度等因素確定。它們的影響因子指標(biāo)如表5-5所示，歸一化和同向化處理后得其影響系數(shù)如表5-5所示。表5-5 地下水對(duì)巖溶地面塌陷的影響巖溶塌陷程度穩(wěn)定A基本不塌B難塌C易塌D很易塌E地下水位與界面垂距/m>55?33?22?1<1地下水的波動(dòng)幅度/m<33?88?1313?18>18覆蓋層影響巖溶地面塌陷多數(shù)發(fā)生在覆蓋型巖溶區(qū)，覆蓋層的厚度、工程地質(zhì)性質(zhì)是影響巖溶地面塌陷的主要因子，其影響系數(shù)如表5-6所示。表5-6覆蓋層對(duì)巖溶地面塌陷的影響巖溶塌陷程度穩(wěn)定A基本不塌B難塌C易塌D很易塌E厚度影響/m>3020?3010?205?105?0工程地質(zhì)性質(zhì)好較好中等較差差地形地貌調(diào)查統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，不同的地貌單元，巖溶塌陷發(fā)育的程度不同。根據(jù)桂林市40多年中發(fā)生的200多起巖溶地面塌陷統(tǒng)計(jì)，不同地貌單元巖溶塌陷的百分比是:峰林平原為39.6%、孤峰平原為32.9%、峰叢洼(谷)地為10.4%一級(jí)階地為9.8%、二級(jí)階地為7.3%。故地形地貌對(duì)巖溶地面塌陷的影響系數(shù)如表5-7所示。表5-7 地貌對(duì)巖溶地面塌陷的影響巖溶坍塌程度穩(wěn)定A基本不塌B難塌C易塌D很易塌E地貌單元丘陵或中高山二級(jí)階地或崗丘一級(jí)階地峰林洼地孤峰或峰林平原環(huán)境條件系數(shù)(CC)現(xiàn)有的研究表明，巖溶地面塌陷主要由于地下水潛蝕作用的結(jié)果。抽排地下水水位、波動(dòng)頻率、水力梯度的發(fā)生顯著變化，繼而誘發(fā)巖溶塌陷的發(fā)生。所以，地下水的抽排強(qiáng)度是影響巖溶地面塌陷的重要因子。止匕外，其它工程活動(dòng)對(duì)巖溶塌陷也有影響，其作用強(qiáng)度主要取決于活動(dòng)的強(qiáng)度。概括而言，環(huán)境條件對(duì)巖溶地面塌陷的影響系數(shù)如表5-8所示。表5-8環(huán)境條件對(duì)巖溶地面塌陷的影響系數(shù)巖溶塌陷程度穩(wěn)定基本不塌難塌易塌很易塌人工抽水強(qiáng)度很弱弱中等強(qiáng)很強(qiáng)其他人工活動(dòng)無(wú)弱中等較強(qiáng)很強(qiáng)詳勘階段公路工程穩(wěn)定性分級(jí)分區(qū)評(píng)價(jià)方法詳細(xì)勘察應(yīng)查明擬建工程范圍及有影響地段的各種巖溶、洞隙和土洞的位置、規(guī)模、埋深，巖溶堆填物性狀和地下水特征。因此，可以針對(duì)某個(gè)與公路基礎(chǔ)有關(guān)的溶洞開(kāi)展穩(wěn)定的分區(qū)評(píng)價(jià)。與初勘時(shí)類似，在詳勘察階段進(jìn)行公路基礎(chǔ)穩(wěn)定性分區(qū)的控制指標(biāo)也包括如下幾個(gè)方面：（1）溶洞影響范圍內(nèi)的巖溶發(fā)育程度，如鉆孔線巖溶率、溶洞的充填情況等；⑵覆蓋巖土層的水理性質(zhì)、有無(wú)潛蝕通道等；（3）地下水位及其變化情況。下面引用文獻(xiàn)的兩個(gè)實(shí)例可供參考。實(shí)例一：長(zhǎng)江流域某覆蓋型巖溶地區(qū)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)（據(jù)《長(zhǎng)江流域巖溶塌陷分布圖說(shuō)明書(shū)》資料（地礦部巖溶地質(zhì)研究所主編，1986年10月））（1）按塌陷的形成條件將地表覆蓋層的穩(wěn)定條件劃分為；I一不穩(wěn)定；II一較不穩(wěn)定；III一局部不穩(wěn)定；IV—基本穩(wěn)定。見(jiàn)表5-9。表5-9 地表覆蓋層條件劃分一―巖溶發(fā)育程度覆蓋層厚度（mT-fj一強(qiáng)烈中等微弱<10①__I.^一——七②①———— ②①11②10?30①11I ②①