Stability classification model of mine-lane surrounding rock based on distance discriminant analysis method

Based on the principle of Mahalanobis distance discriminant analysis (DDA) theory, a stability classification model for mine-lane surrounding rock was established, including six indexes of discriminant factors that reflect the engineering quality of surrounding rock: lane depth below surface, span of lane, ratio of directly top layer thickness to coal thickness, uniaxial comprehensive strength of surrounding rock, development degree coefficient of surrounding rock joint and range of broken surrounding rock zone. A DDA model was obtained through training 15 practical measuring samples. The re-substitution method was introduced to verify the stability of DDA model and the ratio of mis-discrimination is zero. The DDA model was used to discriminate 3 new samples and the results are identical with actual rock kind. Compared with the artificial neural network method and support vector mechanic method, the results show that this model has high prediction accuracy and can be used in practical engineering.

基于权重反分析方法的加权距离判别法及应用

距离判别分析法在应用过程中常将各评价指标的重要性视为一致,实际上各指标重要性是不同的,故需对各指标进行加权处理。权重的合理取值对最终的评判结果有着很大的影响,目前尽管确定权重的方法有很多,但都有其不足之处。鉴于此,在马氏距离的基础上,推导了加权马氏距离的求解公式,并采用一对多的分类方法建立了多总体加权马氏距离判别准则。在确定各指标权重时采用了基于优化理论权重反分析的新思路,把直接给权重问题转化为通过实际工程样本反求各影响因素权重问题,该方法不需先知经验,求解过程完全由实际样本驱动,具有很强的可操作性。将改进后的加权距离判别分析方法应用于实际工程中的围岩分类问题,结果表明,该方法的判别结果是可靠的。距离加权的方法完善了距离判别分析法理论,权重反分析方法是一种通用方法,可用于任何求解权重的问题,为权重的求解提供了一种新思路。

距离判别法在公路隧道围岩分类中的应用

将距离判别分析方法应用于公路隧道围岩类别判定问题中,结合前人研究经验,选用隧道洞室围岩岩石单轴饱和抗压强度σc、节理平均间距d、岩石质量指标RQD、地下水情况作为围岩类别判定的距离判别分析模型判别因子,以前人实际工程中公路隧道围岩实测数据资料作为训练样本进行分析计算,建立围岩类别判定的距离判别分析模型。采用回判估计方法对判别结果进行验证,误判率为零,将对样本数据的回判结果与前人应用神经网络方法判别结果对比,判别结果一致。运用距离判别分析模型对浙江省诸永高速公路枫树岭隧道围岩类别情况进行判别,将所选洞段围岩情况判定为Ⅳ类,与规范方法判定结果一致。

隧道围岩分级的距离判别分析模型及应用

隧道围岩的分级是隧道工程中的一项重要研究工作。将距离判别分析方法应用于隧道围岩分级问题中,建立隧道围岩分级的距离判别分析模型,选用岩石等级、风化程度、岩体弹性纵波波速、岩体结构、地质构造影响程度、节理裂隙发育程度和地下水情况7项指标作为距离判别分析模型的判别因子,以工程岩体实测数据作为学习样本进行训练,建立相应判别函数对待判样本进行分级,并利用回代估计方法进行检验。并将建立的模型运用到实际隧道工程的围岩分级判别中。研究结果表明距离判别分析模型分级性能良好,预测精度高,回代估计的误判率很低,是隧道围岩分级的一种有效方法,可以在实际工程中进行推广。

加权距离判别分析法在岩体质量等级分类中的应用

距离判别分析法是一种按多指标性能参数进行分类的方法,已被应用于工程岩体质量的等级分类中。但传统的距离判别法对各个指标的重要性同等对待,夸大一些微小变化指标的作用。因此,采用加权马氏距离对样本中各指标进行加权处理以区分其重要性。首先对工程岩体质量指标运用主成分分析思想,计算出一组新的指标参数和与之对应的反应原始指标信息的贡献率,以贡献率组成对角阵作为权值矩阵;然后把数据标准化处理,计算加权马氏距离判别岩体质量等级。将该方法应用于工程实践,并与人工神经网络法、距离判别法进行比较。研究结果表明,加权距离判别分析法具有更高的判别能力,是一种准确有效的岩体质量分级方法。

基于Fisher判别分析法的隧洞围岩分类

针对隧道围岩分类问题,基于Fisher判别分析理论,选用岩石质量指标、完整性指数、饱和单轴抗压强度、纵波波速、弹性抗力系数和结构面摩擦因数等6个指标作为判别因子,以30组隧洞围岩数据作为学习样本进行训练,建立相应的Fisher判别模型。利用回代估计方法对建模数据逐一进行检验,正确率达93.3%。将建立的判别模型应用于工程实例,预测结果与实际情况吻合良好,与Bayes判别法、神经网络模型判别结果一致。研究结果表明,Fisher判别分析用于围岩分类简便可行,正确率高,是解决隧洞围岩分类的一种有效方法。

公路隧道围岩分级的集对分析模型

针对隧道围岩分级问题的复杂性,基于集对分析理论,选取岩石单轴抗压强度Rc、岩体完整性指数Kv、洞轴线与主要结构面的夹角θ、结构面状况Ss和地下水流量W 5个因子建立隧道围岩分级的评价指标体系,将围岩分级的各个评价指标与评价标准构筑成一个集对,建立隧道围岩分级的集对分析模型,并引用围岩实测样本数据进行模型检验,运用集对分析法以实际的围岩为例进行级别判别.研究表明:集对分析法判断结果与实际围岩级别相符,由此证明该方法用于隧道围岩判别是可行的,具有较高的准确度.集对分析法原理简单、算法简捷、可操作性强,可作为一种有效的围岩分级方法.

软弱围岩大断面隧道相向施工围岩稳定性分析与掌子面加固研究

相向施工的软弱围岩隧道临近贯通时,两开挖面的扰动区将会叠加,围岩应力及变形异常复杂,存在掌子面大变形和失稳问题。结合狮子垄隧道,采用数值手段分别对单向、相向施工时的隧道围岩应力与位移场进行研究,分析临近贯通时围岩的稳定性。结果表明,相向施工时,随着掌子面前方土体长度的减小,围岩塑性区明显增大,变形加剧,拱效应逐渐减弱,稳定性大大降低;两开挖面间存在极限距离,当2个掌子面距离小于该值时,围岩大范围临近塑性破坏,必须采取有效应对措施,方可保证隧道施工安全。在对掌子面加固、提高初支强度等措施效果分析的基础上,采用竹锚管注浆对狮子垄隧道贯通段掌子面进行加固,并提高初支强度,保证了该软弱围岩大断面隧道顺利安全贯通。

岩爆发生和烈度分级预测的距离判别方法及应用

岩爆是深部高地应力区岩石地下工程中的主要工程地质灾害之一,对其发生的可能性及其烈度分级的预测是工程建设过程中所必须解决的重大问题。基于距离判别分析理论,建立岩爆发生和烈度分级预测的距离判别分析模型。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和弹性能量指数Wet,并把σθ/σc,σc/σt和Wet作为判别因子建立岩爆预测的距离判别分析模型,利用国内外一些重大深部岩石工程实例作为学习的样本进行训练。经过训练后的模型回判估计的误判率为0。利用该模型对国内西康铁路秦岭隧道工程和铜陵冬瓜山深埋硬岩矿山的岩爆情况进行预测,结果与实际情况符合较好,说明该模型在研究岩爆发生可能性及烈度分级预测中具有良好的实用性和有效性。该方法可为深部地下工程岩爆发生可能性及其烈度分级预测提供一种新思路。

距离判别分析法在岩体质量等级分类中的应用

将距离判别分析法应用于岩体质量等级分类问题中,建立岩体质量等级分类的距离判别分析模型,选用单轴抗压强度、岩体声波纵波速度、体积节理数、节理面粗糙度系数、节理面风化变异系数和透水性系数6项指标作为距离判别分析模型的判别因子,以工程岩体实测数据作为学习样本进行训练,建立相应线性判别函数对待判样本进行分类。研究结果表明,距离判别分析模型分类性能良好,预测精度高,回判估计的误判率很低,是岩体质量等级分类的一种有效方法,可以在实际工程中进行推广。

公路隧道围岩模糊信息分类的专家系统

符合实际的围岩分类是公路隧道设计和施工的重要依据,是准确进行施工地质超前预报的指南。目前的公路隧道围岩分类规范中,围岩类别与各评定指标间尚未建立起精确的本构关系,在具体应用时受人为因素影响较大。针对围岩分类中存在的这类“模糊性”问题,引入模糊信息分析模型,借助专家丰富经验和既有隧道围岩分类信息,创建了公路隧道围岩模糊信息分类的专家系统,在围岩定量分类方面取得新的进展。

黏质土隧道围岩分级指标的选取研究

以长序列黏质土围岩物理力学指标及埋深数据为基础,运用数理统计学原理和灰色关联度理论从定量的角度分析了黏质土围岩分级的指标选取。研究结果表明:选用力学指标的影响因素作为分级的基本指标是可行的;黏质土围岩分级预选物性指标可分为3组,根据综合分组分析和关联度分析,确定了各组内指标的综合相关系数,综合相关系数大小表明液性指数、天然密度及塑性指数的变化对黏聚力和内摩擦角参数有很大的影响,据此确定黏质土隧道围岩的分级指标为液性指数、天然密度和塑性指数。

基于Fisher判别分析法的井巷围岩质量分类研究

为建立在煤矿勘探阶段井巷围岩质量分类的判别模型,选取岩石的天然单轴抗压强度、饱和单轴抗压强度、软化系数、天然抗剪强度、饱和抗剪强度、含水率和岩石质量指标RQD值等7项因子作为分类指标,以新疆乌鲁木齐市某煤矿的2个煤层顶底板的40组岩样作为学习样本,采用Fisher判别分析方法对该40组岩样进行训练,建立了判别模型,采用回代估计方法对每个岩样进行验证,正确率达到97.5%,利用该判别分类模型对另一煤矿的8组岩样进行分类,其分类结果与实际分类结果完全相符。研究结果表明:Fisher判别分析方法是一种有效的围岩质量分类方法,该判别模型可在实际煤矿井巷围岩质量分类中进行推广应用。

基于改进的距离判别分析法的南水北调西线工程TBM施工围岩分级

对马氏距离判别法和层次分析法存在的不足进行改进,将改进的距离判别分析法应用于南水北调西线工程TBM施工围岩分级中。根据TBM施工特点和相关研究成果,将TBM施工围岩分级标准定为4级。选用岩石强度、岩组特征、结构面间距、结构面与洞轴线夹角以及石英含量5项指标作为判别因子,以南水北调西线工程杜柯河—玛柯河段实例数据作为学习样本进行训练,建立TBM施工围岩分级的改进的距离判别分析模型,利用得到的线性判别函数对待判样本进行分级。最后,将改进的距离判别分析法得到的判定结果与传统马氏距离判别法、RTBM法以及RMR方法得到的判别结果进行对比分析,验证了改进的距离判别分析法的有效性。研究结果表明,改进的距离判别分析法具有预测精度高等优点,为TBM施工围岩分级提供了一种新的有效方法。

基于因子分析与Fisher判别分析法的隧洞围岩分类研究

为快速有效地预测隧洞围岩的类别,提高地下工程的稳定性和安全性,应用因子分析与Fisher判别分析理论,选取岩石质量指标、完整性指标、饱和单轴抗压强度、纵波波速、弹性抗力系数和结构面摩擦因数等6个指标作为Fisher判别分析的判别因子。建立基于因子分析的隧洞围岩分类的Fisher预测模型。将现场勘测的30组隧洞围岩数据作为学习样本进行训练。利用回代估计法对模型效果进行检验,正确率为96.7%。将建立的判别模型应用于工程实例,以6组工程数据作为预测样本,进行隧洞围岩的分类预测,并与神经网络方法和Bayes方法进行对比。结果表明:因子分析可以有效提取围岩分类指标,去除冗余影响因素,基于因子分析的Fisher判别模型可有效地预测隧洞围岩的类别,所得预测结果的正确率为100%。

基于监控量测的围岩分级修正方法研究

基于大量隧道监控量测数据的统计分析,确定了隧道净空收敛值的影响因素,得到了隧道净空收敛值的主成分因子和权,根据概率统计理论提出了围岩动态分级的修正公式,工程应用结果表明,基于监控量测的隧道围岩动态分级方法与隧道开挖的实际情况十分吻合。

基于GA-SVM的隧道围岩分类研究

隧道工程围岩的类别是评价隧道工程地质条件的一个综合性量化指标,是进行隧道工程建设的基础。为快速、有效地判别围岩类型,提出了将因子分析(FA)与改进的支持向量机(GA-SVM)相结合的隧洞围岩分类模型。首先,根据岩体岩性、地质构造、岩体结构等特性,选取岩石质量指标、完整性系数、单轴饱和抗压强度、纵波波速、弹性抗力系数和结构面摩擦系数6个指标作为隧洞围岩分类的初始判别指标。其次,采用因子分析理论对原始指标变量进行属性约简,提取了公共因子,减少了判别指标之间信息冗余。最后,利用遗传算法(GA)优化支持向量机(SVM)的惩罚因子C和核函数参数σ,并将提取出的公共因子作为GA-SVM模型的输入变量,建立了基于因子分析的GA-SVM隧洞围岩分类模型。将现场勘测的29组围岩数据作为训练数据,另用7组数据作为测试数据,同时将该模型分类结果与SVM、BPNN、FDA模型分类结果进行了对比。结果表明:因子分析可以有效地提取围岩分类指标,降低指标间信息重复度;利用GA优化参数可以提高SVM模型的精度与泛化能力;用该模型预测隧洞围岩的类别与实际分类相吻合,其错误预测率为0,研究成果可为隧洞围岩快速分类提供一种新思路。

公路隧道围岩稳定性评价软件开发与应用

以公路工程中的隧道为研究对象、指导工程安全施工与合理运营为目的,实现快速化、系统化、简洁化和人性化的操作为设计思想,从隧道围岩分级、围岩应力应变计算、围岩监测3个结构方面入手,利用VisualBasic开发工具,结合Office系列环境的'宏'命令,以Access为数据库平台,以Mschart控件和AutoCad接口控制图形输出,开发了公路隧道围岩稳定性评价软件,实现了计算、监测、编辑、有限元分析等多种功能。通过该软件在于木匠沟双连拱隧道工程中的应用,给出了隧道右硐K46+014处围岩的级别为IV级,潜在破坏区域位于硐顶及硐底,围岩最终位移量为12.055mm,并得到收敛位移与速率随时间变化的回归曲线。

隧洞围岩稳定性评价的Bayes判别分析法及应用

提出了隧洞围岩稳定性评价的Bayes判别分析法。通过介绍Bayes判别分析法的理论,并考虑影响隧洞围岩稳定性的因素,建立具体的Bayes判别分析模型进行判别。以隧道工程中的大量实测资料作为学习样本进行训练,并利用回代确认估计法对训练后的模型进行检验,最后将该模型对隧洞的围岩情况进行预测。研究结果表明,经过训练后的Bayes判别分析模型误判率很低,判别准确率很高,可以在实际工程中应用。

非线性破坏准则下深埋小净距隧道围岩压力研究

围岩压力大小是影响隧道稳定性的重要因素,也是进行合理支护设计与安全施工的前提。考虑围岩破坏的非线性特征,基于极限分析上限法推导深埋小净距隧道围岩压力公式,给出优化求解的过程,并与规范法进行验证对比,最后就相关影响因素做参数分析。结果表明:该方法与公路隧道设计规范的方法计算结果相对误差较小,且表现的规律一致,即两隧道内侧围岩压力大于外侧的围岩压力,也即中夹岩受力大,验证了本文计算方法的合理性;增大水平方向支护力,可有效减少隧道顶部的压力,提高隧道稳定性;竖向平均围岩压力随着净距的增大而增大,两者大致呈非线性相关的关系,增大幅度逐渐减小;围岩压力随着非线性Hoek-Brown准则中参数GSI、m_(i)、σ_(ci)增大而减小,所以对于软弱围岩,可以进行加固,改善自身力学性质,从而提高围岩自身承载力,减少隧道承受的围岩压力。