本發(fā)明涉及地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測，特別涉及基于綜合超前地質(zhì)預(yù)報斷層破碎帶的涌水突泥預(yù)測方法。

背景技術(shù)：

1、隧道超前地質(zhì)預(yù)報是指在隧道施工階段，通過地面地質(zhì)調(diào)查、掌子面地質(zhì)調(diào)查、超前水平鉆探和超前物探等方法，對可能出現(xiàn)的不良地質(zhì)情況以及由此引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害進行位置、規(guī)模和性質(zhì)的預(yù)報。目前，隧道超前地質(zhì)預(yù)報方法眾多，主要可分為地質(zhì)分析法和地球物理方法兩大類。地質(zhì)分析法主要通過洞內(nèi)外地質(zhì)調(diào)查，結(jié)合工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件來推斷隧道前方的地質(zhì)情況，只能實現(xiàn)宏觀、定性的預(yù)報，通常需要結(jié)合地球物理方法進行綜合預(yù)報。

2、不同的超前物探方法有其各自的理論基礎(chǔ)，且使用方法和獲得的物探參數(shù)也不一樣，因此，國內(nèi)外學者在超前物探方法的解譯分析方面進行了大量研究，隧址區(qū)的工程地質(zhì)條件通常具有多樣性和復(fù)雜性，因此，僅靠單一預(yù)報方法難以實現(xiàn)對斷層破碎帶的準確預(yù)報，為了彌補這一不足，許多國內(nèi)外學者提出了“綜合超前地質(zhì)預(yù)報”的概念，并已取得了一定的研究成果。

3、涌水突泥作為隧道施工期最常見的一種施工地質(zhì)災(zāi)害，主要是由于隧道開挖對巖石造成擾動、巖體產(chǎn)生破壞以及豐富的地下水共同作用的結(jié)果。發(fā)生涌水突泥的最大根源是水。當隧道穿越斷層破碎帶易于儲水的不良地質(zhì)體時，極易發(fā)生涌水突泥。為了避免涌水突泥災(zāi)害的發(fā)生并減少后果損失，國內(nèi)外學者采用了一系列理論和方法對隧道施工期的涌水突泥災(zāi)害進行預(yù)測。

4、國內(nèi)外眾多學者對隧道斷層破碎帶涌水突泥災(zāi)害預(yù)測方面已經(jīng)做出了大量的研究成果，一定程度上減少了隧道斷層破碎帶涌水突泥災(zāi)害的發(fā)生，保證了隧道施工安全。然而，由于受到技術(shù)手段和研究方法的限制，目前仍存在一些不足之處：

5、（1）現(xiàn)有的綜合超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)主要采用兩種及以上的預(yù)報方法對潛在的斷層破碎帶進行預(yù)報，通過預(yù)報結(jié)果進一步預(yù)測隧道涌水突泥災(zāi)害的研究較少，且預(yù)報結(jié)果大多只能判斷斷層破碎帶的存在與否，不能對其規(guī)?；蛐再|(zhì)進行準確預(yù)報；

6、（2）在涌水突泥預(yù)測方面，雖然都基于地質(zhì)分析或案例統(tǒng)計建立了相應(yīng)的預(yù)測指標體系，但對斷層破碎帶的考慮大多停留在有或無，且預(yù)測結(jié)果多以災(zāi)害發(fā)生的概率或風險等級為主，不能預(yù)測涌水突泥的規(guī)模；

7、（3）在機器學習算法應(yīng)用方面，雖然部分研究在訓(xùn)練階段考慮到分類變量的獨立性、數(shù)據(jù)缺失和樣本不均衡等問題，但在數(shù)據(jù)集劃分對模型性能影響方面沒有進行深入研究，且對預(yù)測模型在應(yīng)用階段數(shù)據(jù)缺失的問題研究也較少，實際應(yīng)用效果不夠理想。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所解決的技術(shù)問題：本發(fā)明提供一種基于綜合超前地質(zhì)預(yù)報斷層破碎帶的涌水突泥預(yù)測方法，解決現(xiàn)有技術(shù)不能預(yù)測斷層破碎帶的涌水突泥等級的問題。

2、本發(fā)明解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案：基于綜合超前地質(zhì)預(yù)報斷層破碎帶的涌水突泥預(yù)測方法，包括以下步驟：

3、s1、收集斷層破碎帶預(yù)測輸入數(shù)據(jù)，并進行預(yù)處理；所述斷層破碎帶預(yù)測輸入數(shù)據(jù)包括斷層破碎帶存在可能性等級、臨近前兆等級、巖體完整程度等級、鉆探情況等級、地震波反射法等級和地質(zhì)雷達法等級；

4、s2、將預(yù)處理后的斷層破碎帶預(yù)測輸入數(shù)據(jù)輸入到基于多項式樸素貝葉斯的斷層破碎帶綜合預(yù)報模型，獲得預(yù)測的斷層破碎帶規(guī)模等級，若不存在斷層破碎帶，則不存在涌水突泥，若存在斷層破碎帶，則進入s3；

5、s3、收集涌水突泥預(yù)測輸入數(shù)據(jù)，并進行預(yù)處理；所述涌水突泥預(yù)測輸入數(shù)據(jù)包括斷層破碎帶導(dǎo)水性等級、巖體完整程度等級、地下水發(fā)育程度等級、地表水補給情況等級和所述預(yù)測的斷層破碎帶規(guī)模等級；

6、s4、將預(yù)處理后的涌水突泥預(yù)測輸入數(shù)據(jù)輸入到基于遺傳算法和支持向量機的斷層破碎帶涌水突泥等級預(yù)測模型中，獲得預(yù)測的斷層破碎帶涌水突泥等級。

7、進一步的，所述預(yù)處理包括特征編碼，所述特征編碼包括獨熱編碼。

8、進一步的，基于多項式樸素貝葉斯的斷層破碎帶綜合預(yù)報模型通過收集現(xiàn)有的斷層破碎帶樣本數(shù)據(jù)進行訓(xùn)練，所述斷層破碎帶樣本數(shù)據(jù)包括斷層破碎帶預(yù)測輸入數(shù)據(jù)和斷層破碎帶規(guī)模等級。

9、進一步的，在進行訓(xùn)練前，對現(xiàn)有的斷層破碎帶樣本數(shù)據(jù)進行缺失值處理、樣本不均衡處理和特征編碼。

10、進一步的，基于遺傳算法和支持向量機的斷層破碎帶涌水突泥等級預(yù)測模型通過收集現(xiàn)有的涌水突泥樣本數(shù)據(jù)進行訓(xùn)練，所述涌水突泥樣本數(shù)據(jù)包括涌水突泥預(yù)測輸入數(shù)據(jù)和斷層破碎帶涌水突泥等級。

11、進一步的，在進行訓(xùn)練前，對現(xiàn)有的涌水突泥樣本數(shù)據(jù)進行缺失值處理、樣本不均衡處理和特征編碼。

12、進一步的，所述缺失值處理包括刪除法、人工填充法、特殊值填充法、插補填充法和預(yù)測填充法；所述樣本不均衡處理包括采樣、類別權(quán)重和生成合成樣本，所述生成合成樣本使用smote算法；所述特征編碼采用獨熱編碼。

13、進一步的，斷層破碎帶存在可能性等級依據(jù)斷層破碎帶存在的標志劃分；臨近前兆等級依據(jù)前兆數(shù)量和明顯程度劃分；巖體完整程度等級依據(jù)巖體結(jié)構(gòu)、巖體體積節(jié)理數(shù)和巖體完整性指數(shù)劃分；鉆探情況等級依據(jù)鉆探異常現(xiàn)象個數(shù)劃分；地震波反射法等級依據(jù)解譯結(jié)果和預(yù)測里程段的縱波波速之差劃分；地質(zhì)雷達法等級依據(jù)解譯結(jié)果和雙程走時劃分；斷層破碎帶規(guī)模等級依據(jù)斷層破碎帶寬度劃分；斷層破碎帶導(dǎo)水性等級依據(jù)斷層破碎帶的緊密程度和內(nèi)部充填物的性質(zhì)劃分；地下水發(fā)育程度等級依據(jù)地下水發(fā)育程度劃分；地表水補給情況等級依據(jù)地表水補給情況劃分；斷層破碎帶涌水突泥等級依據(jù)涌水突泥量劃分。

14、本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明提供一種基于綜合超前地質(zhì)預(yù)報斷層破碎帶的涌水突泥預(yù)測方法，通過斷層破碎帶存在可能性等級、臨近前兆等級、巖體完整程度等級、鉆探情況等級、地震波反射法等級和地質(zhì)雷達法等級，利用基于多項式樸素貝葉斯的斷層破碎帶綜合預(yù)報模型預(yù)測斷層破碎帶規(guī)模等級，從而獲得斷層破碎帶規(guī)模，若不存在斷層破碎帶，則不存在涌水突泥，若存在斷層破碎帶，再結(jié)合斷層破碎帶導(dǎo)水性等級、巖體完整程度等級、地下水發(fā)育程度等級和地表水補給情況等級，利用基于遺傳算法和支持向量機的斷層破碎帶涌水突泥等級預(yù)測模型預(yù)測斷層破碎帶涌水突泥等級，解決了現(xiàn)有技術(shù)不能預(yù)測斷層破碎帶的涌水突泥等級的問題。

技術(shù)特征：

1.基于綜合超前地質(zhì)預(yù)報斷層破碎帶的涌水突泥預(yù)測方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于綜合超前地質(zhì)預(yù)報斷層破碎帶的涌水突泥預(yù)測方法，其特征在于，所述預(yù)處理包括特征編碼，所述特征編碼包括獨熱編碼。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于綜合超前地質(zhì)預(yù)報斷層破碎帶的涌水突泥預(yù)測方法，其特征在于，基于多項式樸素貝葉斯的斷層破碎帶綜合預(yù)報模型通過收集現(xiàn)有的斷層破碎帶樣本數(shù)據(jù)進行訓(xùn)練，所述斷層破碎帶樣本數(shù)據(jù)包括斷層破碎帶預(yù)測輸入數(shù)據(jù)和斷層破碎帶規(guī)模等級。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于綜合超前地質(zhì)預(yù)報斷層破碎帶的涌水突泥預(yù)測方法，其特征在于，在進行訓(xùn)練前，對現(xiàn)有的斷層破碎帶樣本數(shù)據(jù)進行缺失值處理、樣本不均衡處理和特征編碼。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于綜合超前地質(zhì)預(yù)報斷層破碎帶的涌水突泥預(yù)測方法，其特征在于，基于遺傳算法和支持向量機的斷層破碎帶涌水突泥等級預(yù)測模型通過收集現(xiàn)有的涌水突泥樣本數(shù)據(jù)進行訓(xùn)練，所述涌水突泥樣本數(shù)據(jù)包括涌水突泥預(yù)測輸入數(shù)據(jù)和斷層破碎帶涌水突泥等級。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于綜合超前地質(zhì)預(yù)報斷層破碎帶的涌水突泥預(yù)測方法，其特征在于，在進行訓(xùn)練前，對現(xiàn)有的涌水突泥樣本數(shù)據(jù)進行缺失值處理、樣本不均衡處理和特征編碼。

7.根據(jù)權(quán)利要求4或6所述的基于綜合超前地質(zhì)預(yù)報斷層破碎帶的涌水突泥預(yù)測方法，其特征在于，所述缺失值處理包括刪除法、人工填充法、特殊值填充法、插補填充法和預(yù)測填充法；所述樣本不均衡處理包括采樣、類別權(quán)重和生成合成樣本，所述生成合成樣本使用smote算法；所述特征編碼采用獨熱編碼。

8.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的基于綜合超前地質(zhì)預(yù)報斷層破碎帶的涌水突泥預(yù)測方法，其特征在于，斷層破碎帶存在可能性等級依據(jù)斷層破碎帶存在的標志劃分；臨近前兆等級依據(jù)前兆數(shù)量和明顯程度劃分；巖體完整程度等級依據(jù)巖體結(jié)構(gòu)、巖體體積節(jié)理數(shù)和巖體完整性指數(shù)劃分；鉆探情況等級依據(jù)鉆探異常現(xiàn)象個數(shù)劃分；地震波反射法等級依據(jù)解譯結(jié)果和預(yù)測里程段的縱波波速之差劃分；地質(zhì)雷達法等級依據(jù)解譯結(jié)果和雙程走時劃分；斷層破碎帶規(guī)模等級依據(jù)斷層破碎帶寬度劃分；斷層破碎帶導(dǎo)水性等級依據(jù)斷層破碎帶的緊密程度和內(nèi)部充填物的性質(zhì)劃分；地下水發(fā)育程度等級依據(jù)地下水發(fā)育程度劃分；地表水補給情況等級依據(jù)地表水補給情況劃分；斷層破碎帶涌水突泥等級依據(jù)涌水突泥量劃分。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種基于綜合超前地質(zhì)預(yù)報斷層破碎帶的涌水突泥預(yù)測方法，涉及地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測技術(shù)領(lǐng)域，通過斷層破碎帶存在可能性等級、臨近前兆等級、巖體完整程度等級、鉆探情況等級、地震波反射法等級和地質(zhì)雷達法等級，利用基于多項式樸素貝葉斯的斷層破碎帶綜合預(yù)報模型預(yù)測斷層破碎帶規(guī)模等級，從而獲得斷層破碎帶規(guī)模，若不存在斷層破碎帶，則不存在涌水突泥，若存在斷層破碎帶，再結(jié)合斷層破碎帶導(dǎo)水性等級、巖體完整程度等級、地下水發(fā)育程度等級和地表水補給情況等級，利用基于遺傳算法和支持向量機的斷層破碎帶涌水突泥等級預(yù)測模型預(yù)測斷層破碎帶涌水突泥等級，解決了現(xiàn)有技術(shù)不能預(yù)測斷層破碎帶的涌水突泥等級的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：張世殊,孟陸波,肖華波,李天斌,馮學敏,張彩虹,楊維林,馬金根,劉仕勇,李崇標
受保護的技術(shù)使用者：中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9