本发明属工程地质学技术领域，特别涉及在工程岩体中破坏判定的方法。

对于工程岩体的破坏判定，Hoek-Brown准则是目前国内外公认的最好的岩体破坏的判定准则，并且该准则还能进一步给出岩体的各项力学参数。然而，由于该准则的部分输入参数需要通过专业人员的人为主观判定得到，因此，基于该准则的实际工程岩体的稳定性分析和参数估计势必受到工程师的个体主观因素差异的影响，不同岩土工程师的主观因素差异可能导致判定结果失真或不一致的现状。

为了解决在工程岩体的破坏判定中人为主观因素差异的影响，本发明的目的在于提供了一种工程岩体破坏判定的方法，该方法大大消减了岩土工程师个体主观心理因素的干扰作用，使最终的岩体破坏判定更加准确。
本发明所采用的技术方案是，通过对岩土工程师的个体主观倾向性特征因素和工程师对实际岩体指标的判定进行定量化，将定量化值带入主观因素削弱模型中修正，得到岩体特性指标修正值，根据该指标修正值进行岩体破坏的判定，该方法按以下步骤进行：首先，对岩土工程师的心理倾向性特征进行前测对气质、情绪、感受性、知识结构4个主观倾向性特征因素进行系统性前测试，获取反映不同的人在这4种主观倾向性特征因素上差异的定量指标；再进行岩土工程师对实际岩体指标的判定结果定量化依次让工程师对表面条件指标、结构性指标和扰动性指标进行判定，要求工程师对同一个岩体指标连续进行五次判定，并且五次结果不能全部相同，分别依据工程岩体的表面条件指标参照系、结构性指标参照系和扰动性指标参照系，将其判定结果定量化；建立主观因素削弱模型首先对前测数据进行预处理，再分别建立减小感受性差异影响、减小气质差异影响、减小情绪激动水平差异影响、减小知识结构差异影响的局部模型，最后综合各局部模型，得到整体综合主观因素削弱模型；通过主观因素削弱模型得到岩体特性指标修正值将心理前测得到的各项测试结果和上步骤中对工程岩体的3个特性指标的判定结果，带入主观因素削弱模型，得到岩体特性指标的修正值；最后进行岩体破坏的判定将通过主观因素削弱模型得到的岩体特性指标的修正值带入2002年的广义Hoek-Brown准则，判定岩体破坏与否。
本发明能够在现有条件下，有效地消除或降低人为量化判定过程中个体主观因素差异导致的判定结果的不确定性，从而为进一步的分析提供更加可靠的数据指标。
附图说明
图1是表面条件抽象为灰度条纹对比图；图2是结构性指标抽象为圆饼饱满对比图；图3是灰度条纹对比参照系，其中a参照为0，b参照为50，c参照为100；图4是圆饼饱满对比参照系，a参照为50，b参照为100；图5是表面条件指标定量化参照系；图6是结构性指标定量化参照系；图7是岩体扰动性指标D连续取值参照系；具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明的方法独立考虑了产生负面干扰的主观因素，构建了各主观因素的测试方法、数学模型和整体削弱模型，并在此基础上给出了完整的岩体破坏判定的方法。
其中：岩土工程师的心理前测——获取岩土工程师主观心理状态的相关倾向性特征信息；实际岩体指标判定——对实际工程岩体的特性指标进行量化判定；主观因素削弱模型——利用该数学模型对岩体特性指标的岩土工程师的主观判定结果进行削弱主观因素干扰影响的修正处理；岩体破坏判定——根据上述得到的岩体特性指标修正值，判定工程岩体的稳定性。
本发明按以下步骤进行：首先，对岩土工程师的主观心理状态的相关倾向性特征进行前测选择在人的主观数量判定过程中产生干扰作用的4个主观倾向性特征：气质、情绪、感受性、知识结构进行系统性前测试，获取能够反映不同的人在这4种主观倾向性特征上差异的定量指标，以便带入随后的数学模型，削弱其个人主观因素的干扰，将岩土工程师的原始数量判定值转化为更加接近于真值的修正值。在4种主观倾向性特征因素中，气质指标和情绪指标通过相对应的前测直接得到，感受性指标和知识结构指标通过数据分析间接得到。
1.气质指标的测试根据丹麦学者的经典气质类型图将人的气质分为胆汁质、多血质、粘液质、抑郁质4种类型，工程师在这4种类型中选择最接近自己反应倾向的一个。根据不同气质类型对应的耐受性高低，并结合岩体指标判定的实际过程，对各典型气质类型定义其量化的气质指标如下：胆汁质——0.6、多血质——0.6、粘液质——0.8、抑郁质——0.4。
2.情绪指标的测试采用实验心理学中最为成熟的量表法测试工程师的情绪指标。
要求工程师在下面的量表中选择最接近当前心理状态的谓词，然后对工程师谓词选择的得分进行累积，得到该工程师的情绪指标。
3.感受性指标和知识结构指标的测试通过对岩体各项性能指标相关测试图形的测试得到工程师对这些抽象图形的量化判定数据，为后续数学模型提供了工程师的感受性差异和知识结构差异的数据基础。
如图1、2、3、4所示，把对表面条件和结构性的感受分别抽象为对灰度条纹对比图和圆饼饱满对比图的感受。
此处规定：刺激强度在0～100的闭区间内强刺激是指在60～80的闭区间范围内随机生成的一个刺激强度值；弱刺激是指在20～40的闭区间范围内随机生成的一个刺激强度值。
经过相关实验确定，被试者对于条纹灰度对比的感觉差别阈限为2.3，对圆饼饱满程度的感觉差别阈限为3.4。故，对被试者实施的连续多次条纹图和圆饼图测试，其各自的相邻两次的刺激强度之差不能小于上述阈限。
通过被试工程师对圆饼图和条纹图的测试得到一系列的强刺激和弱刺激的强度主观判定值，人与人之间的个体感受性差异和知识结构差异便蕴含于此。
再进行岩土工程师对实际岩体指标的判定结果定量化完成前述的测试之后，再依次分别对实际工程岩体的“表面条件”指标、“结构性”指标和“扰动性”指标进行量化判定。
依照图5、图6、图7所提供的参照系，让岩土工程师对同一个岩体指标(表面条件、结构性或扰动性)连续进行5次独立的主观判定，要求5次结果不能全部相同。
建立主观因素削弱模型1.首先对前测数据进行预处理令：P1∈(P1，P2，P3，...Pn)，Pi为某次前测中得到的工程师对样图的连续多次评价值，本发明中要求为5次评价值；P为Pi的算术平均值；P为该次前测的真值；
Gi∈(G1，G2，G3，...Gn)，此处n＝5，Gi为工程师对实际岩体某项指标的连续多次评价值，本发明中要求为5次评价值；G为Gi的算术平均值；G为该岩体指标的真值；假定前测数据满足：0≤Pi≤2P，                 (1)反映该次前测的各项输入值相对于算数平均值离散程度的离散度指标，IP′=1nΣi=1n(Pi-P‾P‾)2,0≤IP′≤1---(2)]]>反映该次前测的各项输入值相对于真值离散程度的离散度指标，IP=1nΣi=1n(Pi-PP)2,0≤IP≤1---(3)]]>该工程师对该岩体指标评价的各项输入相对于算数平均值离散程度的离散度指标，IG′=1nΣi=1n(Gi-G‾G‾)2,0≤IG′≤1---(4)]]>该工程师对该岩体指标评价的各项输入相对于真值离散程度的离散度指标，IG=1nΣi=1n(Gi-GG)2,0≤IG≤1---(5)]]>对岩体指标评价的相对稳定程度与在前测中表现出规律的相对不吻合程度，称之为离异系数，相对于算术平均值的离异系数，I′＝IG′/Ip′                   (6)
相对于真值的离异系数，有式7，I＝IG/IP≈IG′/IP。                 (7)2.建立减小感受性差异影响的模型模型如下：G=Σi=1n(ωp1G1)---(8)]]>其中权重ωpi=Σj=1n|Pj-P|-|Pi-P|(n-1)Σj=1n|Pj-P|---(9)]]>0≤ωi≤1n-1---(10)]]>权重取决于工程师在相关感知性前测中的表现，反映了工程师连续的前测评价值中所蕴含的各次输入相对于真值的相对大小分布规律，而且这种加权平均的形式，能够抵消一部分随机误差。
反映了[P1，P2，P3，...Pn]中各成员的相对重要性，即对P的影响程度。
考虑Gi/G与Pi/P相对大小差异的影响，真值的计算公式变换为G=Σi=1n(ωpiGi′)---(14)]]>其中Gi′=(GiPi)·P]]>3.建立减小气质差异影响的模型考虑了工程师气质类型对练习疲劳效应产生影响后的岩体指标真值，其模型为：G(1)=Σk=1m-1[(1-V1m)·(km-1)V1·G(tk)]+(1-V1m+V1)·G(tm)---(15)]]>若令Q(tk)=(1-V1m)·(km-1)V1,(k=1,2,3,...m-1)---(16)]]>Q(tm)=1-V1m+V1---(17)]]>则，[Q]为反映历史规律影响的权重因子。
于是，考虑气质作用后的岩体指标评价值G(1)=Σk=1m-1[Q(tk)·G(tk)]+Q(tm)·G(tm)---(18)]]>=Σk=1m[Q(tk)·G(tk)]]]>其中，G(1)为考虑了练习效应(气质)影响后的成果；V1为当前工程师在本次前测中得到的气质影响指标值；tk(k＝1，2，3，...m)表示该工程师历史上的第k次使用，tm表示当前的使用；G(tk)表示当前次工程师对岩体指标的评价，在套用了提取自该工程师历史上第k次登陆系统时所得前测数据的规律进行修正后，得到的历史真值。
4.建立减小情绪激动水平差异影响的模型令：G(2)为考虑了情绪影响后的成果；V2为当前工程师的情绪影响指标；则有：G(2)＝(1-V2′)·G(1)+V2′· G               (19)其中：V2′＝α·V2是情绪影响指标V2的修正值，考虑到良好情绪对认知活动促进作用的有限性，此处α＝0.5；
G(1)为考虑了练习效应影响后的成果；G为岩体指标输入的算数平均值。
5.建立减小知识结构差异影响的模型在岩体指标判定过程中，知识结构的作用将可能具体表现在如下的两个方面：①当知识结构不利于岩体指标的判定过程时，工程师输入的判定值总体上将更加偏离真值；②理想状况下，工程师输入的岩体指标判定值的离异系数IG与前测数据离异系数Ip基本一致，这时前述考虑各主观因素的数学模型适用程度较高，即：从前测数据中提炼的各种规律，在整体上能够适用于岩体指标的判定过程。但实际情况是，前测是从实际问题中概括、抽象而来，不同于实际的岩体指标判定。考虑到工程师的实际知识结构，其输入的岩体指标判定值的离异系数IG与前测数据离异系数Ip将可能不一致，并且具有不同知识结构的工程师，其IG与Ip间的偏离程度将不一致。
对于第一个岩体指标的工程师输入值整体偏离真值的问题，可通过如下的模型，即对前测数据的权系数进行加权计算，在一定程度上直接抵消工程师输入值对真值的偏离：G=Σi=1n(ωpiGi)---(20)]]>ωpi=Σj=1n|Pj-P|-|Pi-P|(n-1)Σj=1n|Pj-P|---(21)]]>对于第二个由知识结构不同而导致的IG偏离Ip程度不一的问题，可建立如下的模型予以考虑：
ωP1=Σj=1n|Pj-P|η-|Pi-P|η(n-1)Σj=1n|Pj-P|η---(22)]]>指数项η=1/I=IP/IG]]>≈IP/IG′=Σi=1n(Pi-PP)2/Σi=1n(Gi-G‾G‾)2---(23)]]>6.综合以上各局部模型，得到如下的整体综合模型：G=(1-V2′)·[Σk=1m-1[(1-V1m)·(km-1)V1·G(tk)]+(1-V1m+V1)·G(tm)]+V2′·G‾---(24)]]>G(t)=Σi=1n{[(Σj=1n|Pj(t)-P(t)|η-|Pi(t)-P(t)|η)/((n-1)Σj=1n|Pj(t)-P(t)|η)](GiPi(t))P(t)}---(25)]]>η=Σi=1n(P1(t)-P(t)P(t))2/Σi=1n(G1-G‾G‾)2---(26)]]>通过主观因素削弱模型得到岩体特性指标值将心理前测得到的各项测试结果和前述步骤中对工程岩体的3个特性指标的判定结果，带入主观因素削弱模型，得到岩体特性指标修正值，该修正值将更加接近真值。
按以下两个步骤进行：①对于前测试得到的测试结果Pi∈(P1，P2，P3，...Pn)，分别采用强刺激和弱刺激时测得的(PH1，PH2，PH3，...PHn)和(PL1，PL2，PL3，...PLn)计算对应的GH和GL：其中：60和40分别是前测中用于划分强刺激和弱刺激的阈值。
②对于三个岩体指标(表面条件、结构性、受扰动程度)，除表面条件对应条纹灰度对比的前测以及结构性对应圆饼饱满程度的前测外，岩体受扰动程度对应的前测是指“条纹灰度对比”和“圆饼饱满程度”的联合测试成果，带入下式计算：其中：G条纹表示采用关于条纹灰度对比的前测数据计算得到的优化值；G圆饼表示采用关于圆饼饱满程度的前测数据计算得到的优化值。
通过前述整体综合模型，能消除工程师对岩体经验指标进行判定时，其感受性、情绪、气质和知识结构的影响，得到一个更加接近客观实际情况的优化值。
最后进行岩体破坏的判定将通过主观因素削弱模型得到的更加接近真值的岩体特性指标修正值带入2002年的广义Hoek-Brown准则，其中：σci是岩块单轴抗压强度，由实验直接获得；mb是岩石材料常数，根据Hoek给出的方法直接计算得到；D是岩体的工程扰动性指标，取自经主观因素削弱模型得到的修正值；GSI是岩体地质强度指标，由主观因素削弱模型得到的“表面条件”指标和“结构性”指标的修正值。根据下表取值：
根据下式，可判定岩体破坏与否：岩体大主应力的临界值σ1′=σ3′+σci(mbσ3′σci+s)a---(56)]]>其中mb是岩体材料常数mi的折算值，mb=miexp(GSI-10028-14D)---(57)]]>s和a是岩体常数，s=exp(GSI-1009-3D)---(58)]]>a=12+16(e-GSI/15-e-20/3)---(59)]]>D是反映施工扰动的工程扰动参数，其取值从0(未经扰动的原岩)变化到1(极强的扰动)。
单轴抗压强度：σc＝σcisa(60)抗拉强度：σt=-sσcimb---(61)]]>法向应力：
σn′=σ1′+σ3′2-σ1′-σ3′2·dσ1′/dσ3′-1dσ1′/dσ3′+1---(62)]]>剪应力：τ=(σ1′-σ3′)dσ1′/dσ3′dσ1′/dσ3′+1---(63)]]>其中dσ1′/dσ3′=1+amb(mbσ3′/σci+s)a-1---(64)]]>岩体的变形模量，Em(GPa)=(1-D2)σci100·10((GSI-10)/40)---(65)]]>等效内摩擦角和内聚力，φ′=sin-1[6amb(s+mbσ3n′)a-12(1+a)(2+a)+6amb(s+mbσ3n′)a-1]---(66)]]>c′=σci[(1+2a)s+(1-a)mbσ3n′](s+mbσ3n′)a-1(1+a)(2+a)1+(6amb(s+mbσ3n′)a-1)/((1+a)(2+a))---(67)]]>式中：σ3n＝σ3max′/σci′                             (68)当边界上产生的应力超过σc时，开挖边界上就会产生破坏。破坏从初始点向一个双轴应力区域传播，并当局部强度超过所引起的σ1′和σ3′时，最终达到稳定。
当对岩体的整体特性而非局部的破坏判定时，岩体的整体强度由下式得到：
σcm′=2c′cosφ′1-sinφ′---(69)]]>若等效内聚力c′、等效内摩擦角φ′是在σt＜σ3′＜σci的范围内得到的，则有式70：σcm′=σci·(mb+4s-a(mb-8s))(mb/4+s)a-12(1+a)(2+a)---(70)]]>σ3MAX′分如下两种情况取值：隧道——这里σ3MAX′给出了两种破坏准则对于深埋硐室的等效特性曲线或者浅埋硐室的等效沉降轮廓线；边坡——这里计算出来的安全系数、破坏面形状和位置均必须被等效。
在没有塌落发生的情况下，对于埋深小于3倍硐径的浅隧道，破坏发展的比较数值研究和地表沉降的大小都给出了与深埋隧道相同的关系：σ3max′σcm′=0.47(σcm′γH)-0.94---(71)]]>其中σcm′为岩体强度，γ是岩体的容重，H是硐室的埋深。
在水平应力比竖直应力高的部位，应该用水平应力值代替γh。
对于边坡，利用毕肖普Bishop原理，根据下式进行分析：σ3max′σcm′=0.72(σcm′γH)-0.91---(72)]]>其中H是边坡的高度。
通过在Hoek-Brown岩体经验准则的输入指标，地质强度指标GSI和扰动性指标D，人为判定过程中的实验，证明了本发明的方法能够有效地消除或大幅降低量化判定过程中个体的主观因素的负面影响。
对岩石表面条件的判定表面条件的主观判定            本发明成果被试平均值                        修正值
1              56.2                      55.22              68.6                      52.863              43.2                      48.66对岩体结构性指标的判定结构性的主观判定          本发明成果被试平均值                    修正值1              77.2                      67.722              83.2                      62.483              62.6                      64.45对岩体受扰动指标的判定对扰动性的主观判定        本发明成果被试平均值                    修正值1              0.38                      0.392              0.54                      0.423              0.24                      0.33岩体物理力学参数的系统预测成果
计算成果对比分析
由上表可以看出，常规状况下Hoek-Brown准则根据3个工程师各自对GSI和D的主观判定，计算出的各岩体参数，其不确定范围较大。当采用本发明的方法对3个被试各自的主观因素干扰进行削弱之后，计算出的岩体参数较传统的Hoek-Brown准则方法更加可靠，不确定范围分别减小了50％～80％。