基于未确知均值分类理论的岩爆发生和分级预测方法

为解决岩爆预测中的不确定性问题,将未确知均值分类理论应用于岩爆综合评判中,建立了岩爆发生和分级预测的未确知均值分类理论分析模型.模型选用最大切应力、单轴抗压强度、单轴抗拉强度和弹性能量指数4个指标作为岩爆发生和分级预测的判别因子.将岩爆烈度分为4个等级并作为未确知均值分类理论分析的4个类别.以国内外岩爆工程实测数据作为建立分类标准和模型的样本,以各等级的指标均值作为分类标准.求取未确知测度函数.采用信息熵确定权重,用置信度识别准则进行等级判定.将本研究建立的模型应用到隧道和矿山工程的岩爆预测中,结果表明.未确知均值分类分级预测方法预测结果与实际情况吻合较好,预测精度高,因而是岩爆发生和分级预测的一种有效方法,可在岩爆工程判别中应用和推广.     

深部硬岩岩爆预测的FDA模型及其应用

将Fisher判别分析(FDA)理论应用到深部硬岩岩爆预测中,以最大切向应力σθ、单轴抗压强度σc、单轴抗拉强度σt和弹性能量指数Wet作为影响岩爆的因素,建立以σθ/σc,σc/σt及Wet为判别因子的岩爆预测的FDA模型.以国内外15个深部岩体实例为训练样本进行训练,利用训练好的模型对冬瓜山硬岩矿山和某煤矿三水平西大巷深部开拓巷道岩爆进行预测.研究结果表明:利用FDA模型进行深部硬岩岩爆预测,结果与工程实际岩爆结果相符合,说明该方法在深部硬岩岩爆预测中具有良好的工程实用性.     

基于粗糙集理论和支持向量机的岩爆预测

为了提高不同环境和地质条件下对岩爆预测的准确性,在综合岩爆影响因素的基础上,选取岩石取样处的埋深、岩石单轴抗压强度,岩石单轴抗压强度与抗拉强度比值、围岩最大切向应力与岩石单轴抗压强度比值、岩石弹性变形能指数作为评判指标建立岩爆烈度预测决策表,根据粗糙集理论中的属性约简算法,确定特定地质条件下岩爆的主要影响因素,删除冗余数据,再使用粒子群算法优化支持向量机的参数,通过核函数将岩爆主控因素映射到高维空间,拟合主控因素与岩爆烈度之间的非线性映射关系,建立基于粗糙集理论和粒子群支持向量机(RS-PSOSVM)的岩爆预测模型,并将该模型应用于大相岭隧道的岩爆预测。研究结果表明:该模型具有较高准确率和和较强稳定性;岩爆预测结果与实际结果一致,验证了该模型的可行性。     

基于集对分析法的岩爆烈度分级预测研究

集对分析方法是一种处理不确定性问题的系统分析方法,该方法数学表达简单,物理意义明确,所含意义深远.基于集对分析理论,选取影响岩爆的主要因素如最大切向应力σθ、单轴抗压强度σc、单轴抗拉强度σt、弹性能量指数Wet和岩石的脆性指数Is,并把σθ/σc,σc/σt,Wet和Is作为岩爆预测的主控因子,建立了岩爆预测的集对分析模型,对各个工程岩爆烈度级别进行预测.结合国内外一些典型深埋长大隧道工程实例进行分析计算,通过实际预测分析对比表明,集对分析法简便易行,评价结果准确,在隧道岩爆烈度级别的评判中具有广泛的实用价值.     

深部开采岩爆预测的神经网络方法

岩爆是深部高地应力岩石地下工程中的一种常见灾害,其影响因素之间存在着极其复杂的非线性关系。在综合分析基础上,选取开采深度、围岩最大切向应力与岩石单轴抗压强度比值、岩石单轴抗压强度和抗拉强度比值、岩石冲击性倾向指数作为岩爆预测的评判指标。应用人工神经网络方法,建立了岩爆预测的计算模型,利用国内外一些深部开采、岩石地下工程资料作为学习样本和测试样本对模型进行训练。该模型成功应用于某矿巷道的岩爆预测,预测结果与实际情况一致,此研究为深部开采岩爆预测提供了新的途径。     

岩爆分类的人工神经网络预测方法

采用人工神经网络原理，选取影响岩爆的一些主要因素，如地应力、岩石抗压强度、抗拉强度等作为输入参数，建立了岩爆分类与预测的神经网络模型．利用国内外一些工程实例作为学习和训练的样本，并用已经训练稳定的样本对某水电站地下厂房岩爆进行预测．研究表明，与其他岩爆预测方法比较，人工神经网络模型更具有客观性和有效性．     

地下工程岩爆灾害预测的属性综合评价模型

 针对地下工程岩爆灾害预测各种方法的局限性以及预报准确率低的现状,基于属性数学理论与方法,选取围岩最大切向应力与岩石单轴抗压强度之比、脆性系数和弹性能量指数作为岩爆灾害预测的主要评价指标,建立了岩爆灾害预测的属性综合评价模型,对岩爆的发生与否及其烈度进行了预测。应用属性数学理论,构造了各评价指标的属性测度函数,并利用相似数定义相似权的方法确定各指标的权重以计算综合属性测度,最后应用置信度准则进行属性识别,给出评价结果。以10 组典型地下工程为例,对该模型进行了验证,结果表明,该模型评价结果与实际情况有较好的一致性,验证了属性综合评价在岩爆灾害预测中的可行性和适用性,为地下工程岩爆灾害的预测提供了一种新途径。     

基于3种机器学习模型的岩爆类型预测

岩爆类型预测是防治和控制硬岩矿山岩爆灾害的有效方式。基于国内外397组岩爆案例数据，规范训练集与测试集的数据预处理方式，采用模型参数优化及交叉验证技术获得最近邻、支持向量机与决策树模型最佳参数；对比分析主成分分析法（PCA）与过采样SMOTE对3种机器学习算法预测准确率的影响，并采用准确率、精确率、召回率、F1等指标对模型预测性能进行评估。结果表明：主成分分析对3种机器学习模型的预测准确率并无提升，不同岩爆类型的样本之间不具有较为明显的决策边界；过采样SMOTE算法仅对决策树模型有明显的提升，基于过采样建立的SMOTE-DT模型预测准确率为77.50%，高于仅对原始数据集进行标准化处理的KNN、SVM模型的68.75%与57.50%；SMOTE-DT在高估与低估岩爆类型表现优于KNN与SVM模型，对于四种岩爆类型的F1值均大于0.7，岩爆预测性能稳定可靠。此外，采用本文构建的3种机器学习模型对山西紫金金矿进行了岩爆类型预测，模型预测结果与现场观测结果相一致。本文构建的三种用于岩爆类型预测的机器学习模型避免了训练集信息泄露对测试集造成影响，研究结果为岩爆类型预测及规范机器学习模型训练过程提供了理论支撑。     

深井硬岩岩爆倾向性评价

岩爆是深井硬岩矿山开采中的主要灾害,岩性是决定岩石能否发生岩爆的内在固有因素,根据岩石室内力学性质试验结果来评价岩爆的倾向性,是一种既有效又经济的方法·对取自凡口铅锌矿深部的矿岩石进行了单轴抗压强度、抗拉强度、全应力-应变曲线、加卸载曲线等试验研究,从岩性角度用脆性系数、应变能储存指标、岩爆能量比、DT法等方法评价了凡口铅锌矿矿石和岩石的岩爆倾向性,结果表明该矿矿石和岩石均具有明显的岩爆倾向性·     

粒度对红砂岩力学性质影响规律与机制试验研究

为研究颗粒粒度对岩石力学特性的影响规律,对不同粒度红砂岩进行了单轴压缩与巴西劈裂拉伸试验。研究表明:红砂岩试验试件密度、单轴抗压强度、弹性模量和单轴抗拉强度最大离散系数分别为0.74%、6.65%、1.12%、9.64%,试验所用红砂岩试件均质性良好;当砂岩颗粒粒度较大时,砂岩单轴抗拉强度、单轴抗压强度、弹性模量等都呈现偏低特征,细粒红砂岩单轴抗压强度、弹性模量、单轴抗拉强度分别是粗粒红砂岩1.28倍、1.19倍、1.62倍。颗粒作为砂岩最基本构成单位,其大小差异导致砂岩内部空间结构的改变,造成其矿物成分、微细观组构特征呈现差异性,进而影响其宏观物理性质,最终决定不同粒度红砂岩石具有相异力学特性。     

深埋地下工程岩爆烈度分级预测的RS-功效系数模型

岩爆是深埋地下工程施工过程中常见的动力破坏现象,易造成重大经济损失和人员伤亡,对其进行有效预测预报一直是地下工程界迫切需要解决的难题。在系统分析影响岩爆发生的相关因素的基础上,选取切向应力与岩石单轴抗压强度比??/?c、岩石单轴抗压强度与抗拉强度比?c/?t、弹性变形能指数Wet和岩石脆性指数Is建立评价指标体系,并基于粗糙集理论,将各指标的权重问题转换为由现场实测数据来求解各指标属性重要性问题。然后,基于社会经济学中广泛应用的功效系数法,针对各指标对岩爆的影响特征,构建其功效函数,最终建立岩爆烈度分级预测的RS-功效系数模型,对岩爆发生可能性及其烈度进行预测预报。运用所建模型对国内外一些典型地下工程岩爆实例进行分析计算,并与集对分析模型、物元可拓模型评判结果对比分析。研究表明:RS-功效系数模型评价结果可靠、精度较高且现场可操作性强,具有良好的工程应用前景。     

深部巷道岩爆加权距离判别法模型的分析和应用

根据距离判别理论,以巷道最大切向应力和岩石单轴抗压强度的比值、岩石单轴抗压强度和岩石单轴抗拉强度的比值以及弹性能量指数为判别因子,并应用主成分分析法计算权矩阵,建立加权距离判别模型。利用冬瓜山铜矿深部岩体工程实例为学习样本进行训练,通过判别模型的学习功能确定岩爆与其各影响因素之间的复杂关系。用该模型对金川深部岩体工程进行判别,其结果与实际情况基本一致,说明此模型对深部岩体工程岩爆的预测具有较强的实用性。     

冬瓜山铜矿深井开采岩爆危险区分析与预测

根据冬瓜山矿床典型岩石的抗拉试验、全应力应变试验和峰值强度变形状态下的松弛试验结果以及矿床构造、岩性分布,研究了该矿床岩层的岩爆倾向性分布特征,分析了已发生的井巷岩爆特征;采用数值模拟方法,以硐室周边最大切向应力与岩石的抗压强度之比为判别指标,对采场围岩岩爆危险区进行了预测.研究结果表明矿体和矿体上盘岩石具有中等岩爆倾向,矿体下盘岩石具有弱岩爆倾向,它们都属于诱导性的岩爆;岩爆发生于具有岩爆倾向、应力大且能够产生能量突然释放的区域,主要集中于工程的交叉处附近、不同岩层的接触带附近的较坚硬岩体以及采场顶板、矿柱和采场四角的局部区域.     

岩爆灾害的灰类白化权函数聚类预测方法

岩爆是高应力岩石地下工程中的地质灾害.将岩爆与其影响因素之间的关系作为灰色系统,提出采用灰类白化权函数聚类的预测方法对岩爆灾害进行预测.选取岩石弹性能量指数、脆性系数和围岩最大切向应力与岩石单轴抗压强度的比值作为岩爆灾害预测的主要影响因子,并构造了适于岩爆预测的各聚类指标的白化权函数.采用本文提出的方法对国内外一些岩石地下工程实例进行了分析,并与工程实际情况进行了对比,研究结果表明,本文提出的基于灰类白化权函数聚类的岩爆灾害预测方法具有较高的预测精度.     

基于机器学习可解释性算法的岩爆指标分析

为探究弹性能指数、应力系数、脆性系数、埋深四种岩爆指标与岩爆等级之间的相关关系,解决复杂机器学习算法的黑盒问题。本文引入LIME(local interpretable model agnostic explanations)算法,完善岩爆机器学习预测过程中的可解释性。文章搜集国内外190组岩爆实例工程构建数据集经过预处理后,通过9种机器学习算法比较获得最优算法并采用贝叶斯优化获得算法最优参数,建立岩爆预测模型。基于LIME可解释性算法,对四种岩爆指标进行相关、回归及阈值分析,最后采用弹性能指数及应力系数两种指标阈值对终南山隧道竖井工程进行岩爆预测。研究结果表明：(1) 岩爆等级与弹性能指数、应力系数呈线性相关,且弹性能指数线性关系更明显;(2) 岩爆等级与脆性系数、埋深呈非线性相关,且脆性系数非线性关系更明显;(3) 4个岩爆指标对岩爆等级影响程度依次为：弹性能指数、应力系数、埋深、脆性系数;(4) LIME算法可以准确地表达岩爆等级与岩爆指标之间的相关关系且得到的两种指标阈值与终南山隧道竖井工程实例具有一致性。     

粒子群投影寻踪算法在岩爆预测中的应用

对岩爆有影响的三项主要因子：洞室最大切向应力与岩石单轴抗压强度的比值、脆性系数和弹性能量指数作为岩爆灾害预测的主要判别指标,通过粒子群优化算法和投影寻踪算法建立了相应的岩爆预测分析模型.该模型采用粒子群算法优化投影指标函数,确保了模型参数的准确性;同时利用逻辑斯谛曲线函数建立投影值与经验等级之间的非线性关系.研究表明,用粒子群投影寻踪回归模型进行岩爆预测,避免了传统预测方法由于主观原因造成的误差,预测精度较高.通过将所建模型应用到秦岭隧道和冬瓜山铜矿的岩爆预测中,得到与实际情况较符合的预测结果.     

基于数字钻技术的岩石强度特性预测方法研究

【目的】快速准确地超前预报岩体力学参数。【方法】通过分析取芯钻头的受力特点,根据力学极限平衡原理建立钻进过程中机-岩相互作用的数学模型,提出一种基于数字钻技术的岩石主要强度参数（内摩擦角、单轴抗压强度和抗拉强度）的解析方法。利用自主研发的高精度数字钻系统预测4种岩石的内摩擦角并与室内试验测定值进行对比,验证该方法的可靠性。通过对岩石强度与内摩擦角、切削强度比（岩石无侧限抗压强度与切削强度之比）进行相关性分析,预测岩石强度并对预测结果进行验证。【结果】通过数字钻技术获得的岩石的内摩擦角与标准室内试验测定值之间的误差为1.0%～3.5%。岩石单轴抗压强度、抗拉强度均与切削强度比呈线性正相关,岩石强度的预测值与室内标准试验测定值之间的误差略超过20.0%。【结论】利用数字钻技术预测的岩石力学参数经过验证具有可靠性,该方法在实际工程中具有一定的应用价值。     

基于立方体抗压强度的塑性混凝土劈裂抗拉强度预测研究

为建立基于立方体抗压强度的塑性混凝土劈裂抗拉强度预测式,收集了106组关于塑性混凝土劈裂抗拉强度与立方体抗压强度试验数据,在此基础上对我国现行规范推荐的预测式进行误差分析和修正.结果表明,规范GB 50010和DLT 5057推荐的预测式计算得到的塑性混凝土劈裂抗拉强度较实测值偏大,规范DLT 5057推荐的预测式误差较规范GB 50010小;修正后的预测式方差和标准差均较规范推荐预测式小,可供工程计算参考.     

粉煤灰混凝土的单轴与劈裂抗拉强度研究

采用混凝土与螺纹钢筋组成的单轴抗拉试验装置及传统的劈裂抗拉试验装置,实施以早龄期为中心粉煤灰混凝土的单轴抗拉及劈裂抗拉强度试验,并与普通混凝土的试验结果作比较.试验结果表明,粉煤灰混凝土的抗拉强度随龄期的发展规律与普通混凝土存在较大差异,虽然粉煤灰在中长龄期抗拉强度有大幅增长,但其最终抗拉强度仍明显低于普通混凝土.另外,单轴抗拉强度明显高于劈裂抗拉强度,而劈裂抗拉强度与规范公式的计算结果基本接近.在对试验结果进行回归分析的基础上,分别建立劈裂、单轴抗拉强度与抗压强度的关系公式,以及劈裂-单轴抗拉强度关系式.     

裂隙倾角对泥质白云岩强度影响试验研究

地下岩体中普遍存在的裂隙是影响岩体拉压性能的重要因素之一。依托贵阳轨道交通工程,采集泥质白云岩,开展劈裂试验和单轴压缩试验,分析了不同裂隙角度对泥质白云岩拉、压性能的影响。结果表明:(1)劈裂试验中,泥质白云岩抗拉强度为3～7 MPa,平均值为5. 03 MPa,抗拉强度随裂隙角度的增大呈下降趋势,劈裂模量为0. 1～2. 84 GPa,整体呈幂函数下降趋势;(2)泥质白云岩的抗压强度较高,分布在60～130 MPa之间,平均抗压强度为87. 25 MPa;随裂隙角度的增大,试样抗压强度呈先减小后增大趋势;通过理论推导,得出岩体中最易破裂裂隙角度为22. 5°～45°,与试验结果相符;弹性模量随裂隙倾角整体呈上升趋势;(3)通过对泥质白云岩拉压强度对比,得出泥质白云岩抗压强度平均值与抗拉强度平均值之比为18. 97。