基于人工神经网络的岩爆烈度预测研究

岩爆是高地应力岩石地下工程中的一种常见灾害,岩爆预测是岩爆研究中的重要研究课题。本文选取围岩最大切向应力与岩石抗压强度的比值σθ σc、岩石抗压和抗拉强度的比值σc σt和岩石弹性能量指数Wet作为评判指标,采用人工神经网络理论,根据给定的岩爆烈度分级标准构造学习样本集,建立了一种新的岩爆烈度预测模型。工程实例表明,所建议的模型预测精度高、通用性强,在岩爆烈度预测中具有良好的应用前景。     

基于灰关联投影法的岩爆烈度分级预测研究

岩爆是高应力区开挖过程中常见的地质灾害，具有突发性和极强的破坏性，因此岩爆烈度分级预测一直是岩爆课题研究的重点。基于灰关联投影法的基本理论，综合分析影响岩爆发生的主要因素以及现有的岩爆评价指标体系，选取最大切应力与单轴抗压强度比值σθ/σc、岩石脆性系数σc/σt(单轴抗压强度与单轴抗拉强度比值)、围岩弹性储能系数Wet及岩石完整性系数Kv 4个指标，采用熵权理论确定指标权重，并运用灰关联投影法进行灰关联投影值计算和分级，从而预测出岩爆烈度等级。利用国内外多组典型工程实例对方法的可行性及适用性进行验证，将所得结果与熵权－正态云模型、RS－TOPSIS模型及实际情况进行对比。研究结果表明： 灰关联投影法用于岩爆烈度分级预测具有较高的准确性，且原理简单，运用方便，具有一定的工程应用前景。     

模糊数学在岩爆预测中的应用

岩爆是高应力区硬岩处地下工程的一种常见地质灾害。岩爆的产生受到许多因素的影响,如地应力、埋深、岩石脆性指数等,采用模糊综合评判的方法可以预测岩爆可能发生的等级。     

基于GWO-SVM岩爆分级预测模型

引入灰狼算法（GWO）优化支持向量机(SVM)模型，构建GWO-SVM岩爆分级预测模型。选取围岩最大切向应力、岩石单轴抗压强度、岩石单轴抗拉强度等，组成3种不同的输入指标组合，构建岩爆分级预测指标体系。将153组岩爆案例作为数据集输入4种模型进行训练、测试，比较不同输入组合下模型的预测效果。结果表明：GWO-SVM比标准SVM模型预测准确率提升7.41%～18.52%，在输入指标组合2下，GWO-SVM模型预测准确率最高达92.59%，基于GWOSVM的岩爆分级预测方法优于其他方法。     

基于模糊和突变理论的岩溶区桩端溶洞顶板稳定性分析方法研究

首先根据岩溶区桩端溶洞顶板系统的工程特点,引入突变理论和模糊理论,对岩溶区桩端溶洞顶板系统进行多层次目标分解,建立出符合其工程特点的岩溶区桩端溶洞顶板稳定性评判层次结构模型;其次,依据突变理论基本原理,对各评判指标进行突变类型确定和突变类型归一化公式的推导,在此基础上,根据归一化公式进行量化递归运算得到岩溶区桩端溶洞顶板稳定性评判的总突变隶属函数值的计算方法;然后,引入模糊隶属函数构造方法,利用初始模糊隶属函数和突变级数将突变理论和模糊分析结合起来,建立出岩溶区桩端溶洞顶板稳定性分析的突变评判新方法;最后将本文方法应用于工程实例,分析结果验证了该方法的可行性与合理性。     

基于交叉验证的XGBoost算法在岩爆烈度分级预测中的适用性探讨

为解决机器学习算法在样本较少时，所得岩爆烈度等级的预测结果存在可靠性不足的问题，采用一种基于交叉验证的XGBoost算法，并讨论其适用性。先选取岩石单轴抗压强度σc、单轴抗拉强度σt、洞室围岩最大切应力σθ、岩石弹性变形指数Wet以及岩体完整性系数KV等5个评价指标； 再以国内外岩爆实例数据为样本，通过多次交叉验证计算XGBoost算法岩爆预测准确率，与支持向量机算法、随机森林算法所得准确率比较； 最后对评价指标重要性进行分析。结果表明： 1）在样本较少时，样本划分和排序的随机性对预测结果影响较大，通过多次交叉验证求取预测结果平均值，可提高结果可靠性； 2）评价指标中KV与σθ重要性最大，σc重要性最小； 3）XGBoost算法具有较高的预测准确率，在岩爆烈度分级预测中具有一定适用性。     

基于洞壁实测信息的FA-PP岩爆预测模型应用研究

为了给岩爆隧道提供更加符合现场实际规律的岩爆预测结果，针对岩爆预测评价中应力判据界限值的多样性以及单一判据预测结果准确性低的特点，提出采用投影寻踪（PP）与萤火虫算法相结合的方法进行岩爆预测评价，解决了岩爆预测中采用多种应力判据时多项指标的模糊性和不兼容性等问题。此方法根据岩爆等级划分标准，构建了以实测数据、现场岩爆信息为基础的能够根据各项指标判定岩爆等级的投影指标函数，选取σ_θ/R_c，σ_t，σ₁三个岩爆评价中常用的指标，并采用萤火虫算法（FA）优化投影指标函数，寻求投影指标函数的最佳投影方向并求得最佳投影值，保证了此方法的精确性。研究结果表明：采用萤火虫投影寻踪算法（FA-PP）进行岩爆等级预测可避免传统预测方法中由于主观原因造成的误差，判定精度高，也免去了利用多项判定指标与现场实际情况进行对比而选择一个相对接近实际情况判据的繁杂过程；此方法可利用目标隧道的已知岩爆发生信息掌握其岩爆发生特点及对3个评价指标的敏感度，构建出符合目标隧道岩爆发生规律的FA-PP岩爆预测模型；以拉林铁路桑珠岭隧道为研究对象，将此方法应用到岩爆预测中，得到的预测结果与现场实测结果较为符合，验证了该方法的可靠性。     

改进的突变评价法在干线公路过境方案决策中的应用

提出了一种基于突变理论的公路过境方案评价方法,并将其应用于对过境公路方案进行决策.该方法对多层评价目标进行分解,将底层评价指标进行标准量化后,运用不同突变模型的归一公式进行计算, 得到总突变级数值,从而实现对方案的综合评判.评价实例表明,该方法可避免人为确定权重的主观性,且计算简单、可靠性高.针对突变评价分值偏高的缺点,设计了分值变换方法,使得该评价方法具有实用价值.     

深埋隧道岩爆预测及防治技术现状综述

为对岩爆现有预测及防治技术进行整理和总结,搜集深埋岩爆隧道的大量资料,统计分析已建、在建隧道发生大面积岩爆现象的原因、过程和特征,对岩爆规律、预测方法以及处置措施进行总结和分析。得出结论如下:1)在岩爆预测阶段,基于岩体物理力学性质的岩爆等级判别式具有一定通用性,判别标准的数值可应用于岩性、埋深相近的隧道;采用多个判别式可相互检验隧道的预测岩爆的准确性及特征,现场监控量测为制定判别标准提供了重要参考和有效性验证。2)细化岩爆防治阶段不同岩爆等级的应力解除方法:在轻微岩爆段,采用洒水或者灌水;在严重岩爆段,利用应力孔进行应力释放。3)总结提出不同等级围岩段落的初期支护参数,针对钻爆方法,通过对比总结,提出不同岩爆段落的开挖方法、进尺长度以及相应的等待时间。4)提出利用机器学习、大数据库、无人机、机器视觉、信号采集、多光谱兼热成像技术,实现岩爆预测信息采集及岩爆过程位移场、应变场的全过程监测;提出利用离散元能量迭代算法模拟岩爆过程的新技术。     

基于BP神经网络隧道施工岩爆预测研究

通过综合分析和对以往岩爆判据的研究,将影响岩爆的因素分为三类:围岩岩性、初始地应力、开挖扰动。选取能反映以上三类岩爆因素的4种指标作为岩爆的预测参数,实现了岩爆的多因素预测:利用BP神经网络方法对信息进行大规模处理的能力及很强的鲁棒性和容错性,解决隧道岩爆及其多种影响因素之间关系复杂难以表达、各因素权重的分配不合理问题,实现了根据先验岩爆案例预测未来岩爆情况的目的。在预测模型计算方法的实现上,利用已相当完善的数学软件——Matlab及其神经网络工具箱。计算结果与施工实践对比表明:用该方法及模型进行岩爆预测是可行有效的。     

基于地应力测试的高地压硬质围岩隧道岩爆分析研究

初始应力场对高地压隧道围岩变形和岩爆分析有着重要的控制作用.采用了目前技术较为成熟的空心包体应变计法,成功测量出高黎贡山隧道的原岩地应力,并将该地应力测试成果应用于隧道岩爆预测数值模型中.有限元计算表明：该隧道埋深在400～480 m时有轻微岩爆发生,埋深大于480 m有中等岩爆发生;拱顶是岩爆的危险区域,施工时需格外注意.计算结果和现场岩爆发生位置具有较好的相似性.最后针对该隧道岩爆状况提出了相应的防治对策.     

闽西南某隧道高地应力特征及隧道岩爆预测研究

为了更方便地进行闽西南某隧道的岩爆预测与预防工作,首先,阐述了Heok-Brown岩体强度估算理论和基于修正的Sheorey模型的工程区地应力场预测方法。在此基础上结合隧道工程地质调查资料和地应力实测结果,分析了隧道围岩强度,预测了隧道工程区沿线的地应力大小,评价了工程区的地应力状态,结果表明该隧道大部分处于高地应力区。同时,利用强度应力比法对高应力作用下围岩中可能发生的岩爆进行了预测,并且与已发生的岩爆情况进行对比,表明该预测与实际情况一致性较好,证明了本文所采用方法的可靠性。     

闽西南某隧道高地应力特征及隧道岩爆预测研究

为了更方便地进行闽西南某隧道的岩爆预测与预防工作,首先,阐述了Heok-Brown岩体强度估算理论和基于修正的Sheo-rey模型的工程区地应力场预测方法.在此基础上结合隧道工程地质调查资料和地应力实测结果,分析了隧道围岩强度,预测了隧道工程区沿线的地应力大小,评价了工程区的地应力状态,结果表明该隧道大部分处于高地应力区.同时,利用强度应力比法对高应力作用下围岩中可能发生的岩爆进行了预测,并且与已发生的岩爆情况进行对比,表明该预测与实际情况一致性较好,证明了本文所采用方法的可靠性.     

隧道施工岩爆安全评价量化指标体系研究

岩爆是隧道施工中发生频率较高的突发性地质灾害,可能造成严重后果,必须通过形成岩爆安全评价量化指标体系对岩爆风险进行评估和控制。对事故的机理和分类进行了较为细致的总结,并对岩爆安全指标进行识别。利用以层次分析法为基础并加以改进的乘积标度法处理岩爆安全指标,确定多项目多层次各项指标的相对重要性,形成一套完整的施工岩爆安全评价量化指标体系,并应用于工程实例,得到该工程岩爆总体风险评价等级。     

二郎山隧道岩爆岩石力学试验研究

试验研究表明，二郎山隧道岩石（体）只有在岩爆倾向性指数Wet和高地应力这两个内、外因条件均满足要求时才有可能发生岩爆活动，单轴压缩试验结果则表明，发生岩爆的岩石峰值后区变形阶段均出现非稳定的Ⅱ型破坏，这为岩爆预测提供了重要的科学依据。     

雪峰山公路隧道岩爆问题的分析预测研究

雪峰山隧道为上海~瑞丽国道主干线湖南省邵阳~怀化高速公路上最大的控制性工程,全长约7 km,最大埋深约850 m,为典型的长大越岭公路隧道,曾一度担心岩爆问题突出,目前已全线贯通。本次研究通过现场洞壁应力测试、MTS岩石力学特性实验、隧道内地质观测分析并结合课题组以往总结的经验判据(σθ/Rb)对其岩爆问题从岩石材料本身的内在力学机制和外部条件两方面进行综合分析预测得出:围岩岩石材料本身虽具备发生岩爆的内部条件,但最终发生岩爆还是取决于外部应力状况和外部条件,这与实际相符,并为今后类似工程提供了一套研究方法和借鉴作用。     

二郎山公路隧道岩爆岩石力学试验研究

试验研究表明，二郎山公路隧道岩石（体）只有岩爆倾向性指数（Ｗｃｔ）和高地应力这两个内、外因条件均满足要求时才有可能发生岩爆活动；单轴压缩试验结果则表明，发生岩爆的岩石峰值后区变形段出现了非稳定的Ⅱ型破坏，这为岩爆预测提供了重要的科学依据。     

应力解除法在某山岭隧道地应力测量中的应用及岩爆预测

为了解某山岭隧道的地应力状态及为岩爆预测提供依据,在该隧道沿线选择了2个有代表性的位置,采用空芯包体应力计进行地应力测量。测量结果表明：该区域最大主应力近于水平,最大主应力量值为16.14MPa,方向为S65。E,测量结果与现今区域构造应力场相吻合。最后在实测地应力和岩石力学试验的基础上,对该山岭隧道的岩爆强度进行了预测,并提出了相应的防治措施。     

深埋特长隧道水压致裂法地应力测量与分析

对于深埋特长隧道,岩体的地应力状态直接关系到工程的稳定性。准确地测量地应力,对于预测岩爆等工程地质灾害有着重大意义。基于水压致裂法和室内岩体力学试验,研究了隧道围岩地应力状态,最后基于隧道地应力对岩爆发生的部位和等级进行了预测,为隧道的开挖与支护方案设计提供依据。     

硫酸盐渍土路基盐胀等级的模糊评判

结合现有盐渍土盐胀等级评判方法与标准，提出以硫酸钠含量、含水量、氯化钠含量、初始干容重和上覆荷载等五因素对硫酸盐渍土盐胀率的单因素作用规律为依据，运用层次分析法确定各因素的权重。结合硫酸盐渍土盐胀特性各因素间交互作用的规律，提出了路基盐胀等级的模糊评判模型，并计算分析了该方法的可靠性。该模型可定性地预测路基的盐胀程度，为施工采用合理的处治措施提供依据，有较大的实用性。