关于水利水电工程中的岩体质量分类的探析

【摘要】 本文首先对岩体质量分类的概念进行阐述，把岩体质量分类方法分为常规分类方法与智能化分类方法，加深对岩体质量分类的研究和了解，逐个讲解模糊分别类方法、可拓物元法、神经网络法以及灰色聚类法。

【关键词】 水利水电；工程；岩体质量分类；强度；

1、引言

随着社会经济的发展，国家大力推进水利水电工程开发建设，一些大型水利水电工程在施工过程中存在诸多工程地质问题，需要对工程区域岩体质量分类进行研究。目前而言，岩体质量分类一方面是对岩体结构模式、强度特性进行评价，对可利用岩体进行判别，然后进行优化设计，从而确定合理建基面，特别是准确选择各类岩体力学参数，具有一定的实际意义。

2、岩体质量分类概述

岩体质量，换言之就是指一定空间范围岩体的整体强度特征。大系统方面而言，岩体质量还包含岩体结构类型、地应力场、水体效应等影响，所以岩体质量分类也就是受到以上影响因素的影响，利用具体的表征指标，及各类形式和方法得出。现阶段，国内外水利水电工程岩体质量分类的种类比较多，但是简单归纳可以分为定性分类、定量分类以及二者相互结合的类型；有常规性分类，也有专门性分类；有单一影响因素的分类，也有多种影响因素分类。整体而言，常规分析方法就是以上所述三种，随着信息技术的发展，又延伸出一些智能化分类方法，比如说神经网络分类方法、模糊数学分类方法、灰色理论分析方法等。

3、常规分类方法

岩体质量评价及分类起源于地下工程，逐渐延伸到坝基工程与边坡工程，开始是岩石分级，然后发展定性评价。比如，最初分类方法是前苏联普氏于1906年提出的岩石坚固系数f分类方法。这种定性分析方法存在一定的缺陷，仅仅利用几个固定评价指标，或者是数学公式，对岩体质量进行定量分级，实际上存在一定误差，无法准确概况所有情况，需要以定量分析为基础进行定性分析。于1970年，岩体质量分类研究从定性分析发展到定量分析，由单影响因素分析发展到多影响因素分析方法。到1988年，我国水利水电规划设计总院在诸多研究基础上，提出坝基岩体质量分级表，主要是按照岩石强度、结构特点、受力条件等三个方面对坝基岩体质量进行分类，还给出每一类别岩体力学参数的一些参考范围。之后，我国编制《工程岩体分级标准》，先是岩体基本质量指标进行简单分类，然后按照工程区域地下水情况、工程结构面产状及初始应力状态等三个影响因素，对岩体质量进行分类，对每一个类型的工程岩体进行细致的定级。《水利水电工程地质勘察规范》中还指出坝基岩体工程地质分类的一些原则，按照岩石强度、结构、工程结构面的发育程度以及岩体的延伸情况等特点作为主要影响因素。

除此之外，我国的大型水利水电工程开发建设过程中，也结合不同工程的实际特点，总结出具体工程特色的岩体质量分类方法。比如，三峡工程主要对坝区地质条件、水工建筑物对于坝基要求，从而提出三峡YZP法，同时提出坝基岩体稳定性的主要影响因素包括以下几个方面：岩体完整性、强度特点、结构面状态、强度特点、透水性能以及变形特点等，还编制四项额外的影响因子，当做是折减系数。

4、智能化分类方法

从20世纪80年代以来，科学技术的发展，以及计算机信息技术的推广和应用，基于模糊数学、灰色系统理论的方法逐渐发展起来，比如说模式识别、遗传算法、神经网络等，以上这些智能化方法套入岩体质量分类中一样适用，并且有其各自的优缺点，下文针对不同的岩体质量分类方法进行详细研究。

4.1 岩体质量模糊分类法

一般来说，岩体质量标准的判断、评定与分类概念本身而言就具有一定的模糊性，影响因素之前比较复杂，所以定性分析方法存在一定的随意性和不确定性。表征岩体质量的所有数据指标的变化是连续的，确定分析方法也可以给出一定的判定结果，以此盲目划分岩体类别。模糊聚类方法对岩体进行划分，实现了岩体质量的动态分类，具有一定的实际意义。

4.2可拓物元分析法

可拓学是利用形式化工作，综合定性分析和定量分析的优点，通过建立相关质量评定模型，从而侧面反映出岩体质量的质量水平。可拓学利用可拓集合理论，把是与非定性分析转为定量分析。步骤是经典域、节域、待评物元、权系数、待评事物的级别关联度、计算待评事物的等级关联度，最后进行等级评定。

4.3神经网络分类法

岩体质量类别的影响因素比较多，定量因素有，定性因素也有。岩体质量分类具有一定的不确定性，具有典型的而又繁琐的非线性输入输出关系型问题。人工神经网络可以进行并行数据的处理，具有一定程度的自适应、自学习、自组织及其他处理能力，把实例当做是样本，利用训练后所得网络模型权值及阀值，对岩体质量进行判定。但是，神经网络分类方法还存在一些问题，比如如何确定模型类别及相关参数，现阶段大部分是应用BP神经网络，模型具有一定的自反馈和通用性，然而收敛速度比较慢、迭代次数较多，网络中隐节点数量及参数范围的确定，都是依靠个人经验，未来可以考虑其它网络模型，或者是与其他全局优化算法进行网络结构、收敛速度的优化。

4.4灰色聚类分析法

岩体质量分类的任何一条影响因素无法完全准确的表明岩体的属性，其质量影响因素众多，而且具有一定的不确定性，这些未知的信息都是灰色系统范畴。岩体质量分类可以按照灰色因素关联实现，具体是先找到岩体灰色系统的关联特征，以及量度，按照量度对岩体质量进行分类。

5、结语

总而言之，岩体质量分类是利用岩体质量级差及岩体力学参数的选择，对岩体工程在地质情况进行综合评价，从而在一定程度上反映工程区域地质的强度特点。本文对有关水利水电工程中岩体质量分类进行研究和探讨，以期对于岩体质量分类水平的提高，起到一定的促进作用。

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