基于spss聚类分析的公路隧道围岩亚分级方法研究

摘要

现行的《公路隧道设计规范》(JGD70-2004)在确定公路隧道围岩级别时，推荐采用BQ围岩分级法，将隧道围岩划分为Ⅰ～Ⅵ6个级别，分别进行支护结构的设计。而实际工程中影响围岩级别的因素很多，这样分级有点粗略，严重影响其支护结构的设计和工程造价的控制，为了更精准地对围岩定级有必要对围岩进行亚分级研究。本文以那丘隧道Ⅲ、Ⅳ级围岩作为研究对象，将单轴饱和抗压强度Rc、围岩完整性系数Kv、围岩[BQ]值等作为亚分级指标，引入spss聚类分析方法中的K-均值聚类法，对现场采集的围岩样本数据进行分析，最终确定围岩亚分级判断方法。通过研究，取得了以下主要研究成果:
　　(1)确定了样本的聚类数，根据单轴饱和抗压强度Rc、围岩完整性系数Kv、围岩[BQ]值的聚类中心点，将Ⅲ级围岩按其性质的优劣程度划分为Ⅲa、Ⅲb和Ⅲc三个亚级，将Ⅳ级围岩划分为Ⅳa、Ⅳb和Ⅳc三个亚级，并计算出了各亚级所对应的指标界限。
　　(2)通过因子分析，求得了三个指标的方差贡献率，通过三个方差贡献率的比较，确定三个指标的权重。随后，还推导出了三个指标对应三个亚级的权函数。最后，通过权重值和权函数值，确定了围岩的亚级。
　　(3)通过对Ⅲ、Ⅳ级围岩段进行的监控量测数据分析，Ⅲ、Ⅳ级范围的围岩亚级的不同，在施工过程中隧道拱顶沉降和周边收敛值的总趋势是逐级增大。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 论文选题背景与意义

1．1．1 论文选题背景

1．1．2 论文选题意义

1．2 国内外研究现状

1．3 围岩分级发展趋势

1．4 主要研究内容、研究思路及技术路线

1．4．1 研究目的

1．4．2 主要研究内容

1．4．3 研究思路

1．4．4 主要技术路线

第二章 那丘隧道工程地质概况

2．1 隧道围岩状况

2．2 隧道地形地貌条件

2．3 隧道工程地质和水文地质概况

2．3．1 隧道地质特性

2．3．2 地质构造

2．3．3 水文状况

2．3．4 不良地质状况概述

第三章 公路隧道围岩亚分级指标与BQ分级法

3．1 围岩分级方法指标的统计

3．2 公路隧道围岩分级指标的分析

3．2．1 岩石坚硬程度的确定

3．2．2 岩石完整程度的定性和定量划分

3．2．3 地下水的影响

3．2．4 初始地应力的影响

3．2．5 地质构造的影响

3．3 公路隧道围岩主要亚分级指标获取的方法

3．3．1 围岩强度指标的获取

3．3．2 围岩完整性系数的获取

3．3．3 地下水状况的判断

3．3．4 初始地应力状况的判断

3．3．5 结构面产状的判断

3．4 BQ分级方法

3．4．1 BQ取值的计算

3．4．2 修正围岩质量指标[BQ]取值的计算

3．4．3 公路隧道围岩分级标准

3．4．4 那丘隧道部分Ⅲ、Ⅳ级围岩数据表

3．5 本章小结

第四章 基于K-均值聚类理论对围岩进行亚分级

4．1 聚类理论概述

4．2 K-均值法

4．2．1 K-均值聚类算法的定义

4．2．2 K-均值聚类算法流程

4．3 分级标准制定

4．4 两步聚类法对最佳聚类数的确定

4．5 亚分级定量指标的选取

4．6．Ⅲ级围岩亚分级

4．6．1 确定聚类数

4．6．2 制定亚分级标准

4．6．3 因子分析

4．6．4 权函数的确定

4．6．5 根据权函数和权重确定围岩亚级

4．7 Ⅳ级围岩亚分级

4．7．1 确定聚类数

4．7．2 制定亚分级标准

4．7．3 因子分析

4．7．4 权函数的确定

4．6．5 根据权函数和权重确定围岩亚级

4．7 本章小结

第五章 那丘隧道施工围岩变形的监控与分析

5．1 概述

5．2 隧道围岩变形的测点数据统计分析

5．2．1 Ⅲ级围岩监控量测数据分析

5．2．1 Ⅳ级围岩监控量测数据分析

5．7 本章小结

结论

不足与展望

参考文献

致谢

附录