贝叶斯网络在隧道围岩失稳风险定量评估中的应用-论文.pdf

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1、2014年第2期西部探矿工程167贝叶斯网络在隧道围岩失稳风险定量评估中的应用彭红君(中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉430063)摘要：为了对隧道围岩失稳风险做出准确判断，预防围岩失稳灾害的发生，将贝叶斯网络方法应用于隧道围岩的稳定性评价中，对围岩失稳风险进行预警。通过引入基于贝叶斯网的知识表达和相应的不确定性推理原理，构建了隧道围岩失稳风险定量评估专家系统，结合专家的先验知识和现场数据得到节点的后验概率分布，对某隧道施工支护参数进行了多方案的比选，工程实践证明专家系统推荐的支护参数具有良好的适用性。关键词：贝叶斯网络；隧道工程；围岩失稳；支护参数；专家系

2、统中图分类号：U451．2文献标识码：B文章编号：1004—5716(2014)02—0167—04近年来，随着我国基础设施建设和城市化进程的建地下工程塌方风险态势监控机制及分析模型，用于加快，我国已经成为世界上地下工程最多、建设发展最坍塌事故的预5方【。以往关于隧道围岩失稳风险管理快的国家【。地下工程是一项高风险的建设工程，在隧的研究将各风险因子看作是彼此独立的变量，不仅没道的施工过程中，围岩失稳灾害事故一旦发生，往往会有考虑风险因子间复杂的交互作用关系，也没有实现导致大量人员伤亡，同时还会造成严重的经济损失和对风险的定量评估。恶劣的社会影响]，因此应确定合理的隧

3、道围岩稳定性贝叶斯网络是一种用于表示系统不确定性分析和评价方法，建立围岩失稳风险定量评估模型，对围岩的概率推理的行之有效的新方法，它运用先验概率表达危险性做出准确的预判，以便隧道施工过程中合理确人的先验知识，运用条件概率表达知识的不确定性，使定隧道的支护参数，防止围岩失稳灾害的发生。得整个推理过程可以在数据缺失的情况下进行推理，目前，围绕如何有效评估隧道围岩失稳风险，许多在综合先验信息和数据样本信息的前提下，可以避免学者做了深人的研究：黄宏伟(2006)针对隧道及地下只使用先验信息可能带来的主观偏见]。本文尝试应工程建设中的特点，对风险的定义、风险发生的机理、用贝叶

4、斯网络的学习推理功能，为隧道围岩失稳风险目前国内外研究进展、当前实施风险管理中存在的主的定量评估提供支撑。要问题、以及风险管理研究的发展等进行了讨论[3]。陈1贝叶斯网的基本原理洁金等(2009)对隧道施工塌方采用模糊层次综合评判贝叶斯网络是一个带有概率注释的有向无环图，法进行风险评估]。姚宣德、王梦恕(2009)结合地下工这个图模型能够表示变量集合的联合概率分布，可以程的特点提出了地下工程风险评估准则]。周志鹏等分析大量变量之间的相互关系，利用贝叶斯定理的学(2009)采用事故树分析法建立了地下工程施工坍塌风习和统计推断功能实现预测、诊断、分类等任务。贝叶险分析流

5、程]。王迎超等(2OLO)将功效系数法应用于斯网络使用概率表示所有形式的不确定性，用概率规隧道围岩的稳定性评价中，对围岩失稳风险进行预警，则来实现学习和推理的过程。关于一组变量建立隧道围岩失稳风险预警模型，并运用预警模型对X={X1，X2⋯．，}的贝叶斯网络由以下2部分组成：隧道围岩危险I生进行判断]。安永林等(2011)分别运用(1)一个表示x中变量的条件独立断言的网络结范例推理法和可拓方法建立了隧道坍塌风险的风险评构S；估模型，并评估了浏阳河隧道的坍方风。曹文贵等(2)与每一个变量相联系的局部概率分布集合P。(2012)运用基于集对分析法研究地下工程坍塌风险，构

6、两者定义了X的联合概率分布。S是一个有向收稿日期：2013—05—27作者简介：彭红君(1972一)，女(汉族)，四川绵竹人，高级工程师，现从事隧道及地下工程设计研究工作。168西部探矿工程2014年第2期无环图，S中的节点一对一对应于x中的变量。以X用过程和作用机理十分复杂，至今尚未完全明确，以往表示变量节点，表示S中K的父节点。S的节点的研究表明，支护参数对隧道围岩稳定性的影响主要体之间默认弧线则表示条件独立。X的联合概率分布现在对围岩的扰动强度、支护强度、对围岩的扰动次数、表示为：支护时机以及对地下水的控制等方面。基于以上分析，与隧道围岩失稳相关的变量可以划分

7、为以下4类：决P(z)=ⅡP(IPa)(1)=1策变量、初始变量、中介变量、目标变量。以P表示式(1)中的局部概率分布，即乘积中的项(1)决策变量。决策变量指用户选择的软岩隧道P(xIPa)(1，2，⋯，72)，则二元组(s，尸)表示了联合概施工支护参数，主要包括：超前支护方法、施工工法、单率分布P(x)。在应用领域中构建贝叶斯网涉及3个步循环进尺长度、初期支护至掌子面的距离、二次衬砌至骤：(1)分辨出建模领域中重要的变量及其可能取值，并以掌子面的距离、仰拱至掌子面的距离等。(2)初始变节点表示；(2)判断节点问的依赖或独立关系，并以图的方量。初始变量指隧道的初