改进的密度峰值聚类算法在岩体结构面优势分组中的应用

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作者 王述红 高晨翔 侯钦宽 《东北大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期130-137,共8页

岩体稳定性评价依赖于合理的结构面分组,但传统方法存在易受边缘点与异常点影响的弊端.为此,提出一种改进的密度峰值聚类算法用于结构面优势分组.首先,将结构面产状转换为空间坐标,并以单位法向量夹角正弦值的平方作为相似性度量.随后,... 岩体稳定性评价依赖于合理的结构面分组,但传统方法存在易受边缘点与异常点影响的弊端.为此,提出一种改进的密度峰值聚类算法用于结构面优势分组.首先,将结构面产状转换为空间坐标,并以单位法向量夹角正弦值的平方作为相似性度量.随后,基于有效性评价指标构建目标函数,并利用乌鸦算法优化截断距离以获取最佳分组结果.通过模拟数据集验证了该算法能够有效减少人为干预,避免异常点干扰,确保聚类结果更加可靠和合理.结果表明,所提方法不仅与传统方法一致性良好,还具有更高的适用性,为工程中结构面优势分组提供了可靠的参考. 展开更多

关键词 密度峰值聚类 乌鸦算法 有效性评价指标 结构面 优势分组

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震后危岩体边坡力学参数反演及余震动力响应分析

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作者 卢栋 富国凯 +3 位作者 孙正军 代吉才 高晨翔 侯钦宽 《矿冶工程》 北大核心 2025年第2期34-40,46,共8页

以新疆金川矿业京希-巴拉克采区南帮边坡为工程背景,针对震后边坡力学参数弱化及余震下边坡稳定性评估问题,提出了基于乌鸦算法(CSA)优化的BP神经网络模型(CSA-BP),用于震后边坡力学参数反演,并结合离散元法对余震状态下危岩体边坡稳定... 以新疆金川矿业京希-巴拉克采区南帮边坡为工程背景,针对震后边坡力学参数弱化及余震下边坡稳定性评估问题,提出了基于乌鸦算法(CSA)优化的BP神经网络模型(CSA-BP),用于震后边坡力学参数反演,并结合离散元法对余震状态下危岩体边坡稳定性进行评价。结果表明,CSA-BP模型反演震后边坡力学参数,定量揭示了岩体弱化特征;5级余震下边坡中上部凝灰质砂岩位移显著,x方向位移远超竖向(z方向)位移,边坡失稳以水平滑移为主。CSA-BP模型能通过参数-动力耦合机制精准定位高风险区,可为震后边坡防护提供理论支撑。 展开更多

关键词 危岩体 边坡稳定性 岩石力学 参数反演 乌鸦算法 BP神经网络 地震响应 机器学习

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基于GeoSMA-3D的岩质边坡异形滑动面搜索方法

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作者 王述红 李忠 +1 位作者 侯钦宽 李友明 《东北大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期1159-1166,共8页

针对岩体结构面发育特征的不确定性,提出一种岩质边坡异形滑动面搜索方法 .以Ⅲ,Ⅳ结构面岩体为研究对象,结合GeoSMA-3D(geotechnical structure and model analysis-3D)程序中块体切割和关键块体判别模块,将滑坡体设定为几何多面体.岩... 针对岩体结构面发育特征的不确定性,提出一种岩质边坡异形滑动面搜索方法 .以Ⅲ,Ⅳ结构面岩体为研究对象,结合GeoSMA-3D(geotechnical structure and model analysis-3D)程序中块体切割和关键块体判别模块,将滑坡体设定为几何多面体.岩体的内部块体组合形成多面体,以多面体的表面表征滑动面.引入层次分析法,建立滑动面准定量化评价准则.以小盘岭边坡为例,将异形滑动面判定准则导入GeoSMA-3D程序中,研究表明边坡存在6个关键块体,组合滑动面有3个,潜在滑动面安全系数为1.046,滑动面几何形态与实际边坡拟合度高达95%,验证了岩质边坡滑动面搜索方法的合理性. 展开更多

关键词 岩质边坡 滑动面 GeoSMA-3D 关键块体 层次分析法

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不同活化方式下硅质铁尾矿的粉磨特性与胶凝活性

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作者 王述红 刘长宇 +1 位作者 侯钦宽 曹莹 《东北大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期1028-1036,共9页

机械活化是提高尾矿活性的常用方法,将化学活化剂加入粉磨体系中的机械-化学活化方式是更为有效的手段.使用5种活化剂,采用了单掺和复配的方式对硅质铁尾矿(iron ore tailings,IOTs)粉磨特性及早期胶凝活性的影响进行对比分析.通过机械... 机械活化是提高尾矿活性的常用方法,将化学活化剂加入粉磨体系中的机械-化学活化方式是更为有效的手段.使用5种活化剂,采用了单掺和复配的方式对硅质铁尾矿(iron ore tailings,IOTs)粉磨特性及早期胶凝活性的影响进行对比分析.通过机械活化、机械-化学活化2种方式制备铁尾矿粉,测定2种活化方式磨细后IOTs的粉磨特性——比表面积、颗粒粒径分布(PSD)及3,7,28 d胶凝活性,利用XRD和SEM分析水化产物.结果表明:在相同的粉磨时间内,各活化剂的加入均能提高IOTs比表面积,粉磨90 min时添加复合活化剂的机械-化学活化与机械活化相比最多提高30.43%;活化剂的加入提高IOTs粉磨效率使PSD区间更窄;水化早期胶凝体系的强度提高主要是活化剂可促进钙矾石形成,后期强度提高是因为尾矿活性提高.本研究对硅质铁尾矿的高效利用具有重要意义. 展开更多

关键词 硅质铁尾矿 机械-化学活化 粉磨特性 胶凝活性 水化产物

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基于t-SNE的多参数岩体结构面分步聚类方法 被引量：1

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作者 李新正 王述红 +1 位作者 侯钦宽 董福瑞 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1540-1550,共11页

结构面聚类是进行岩体稳定性评价的重要步骤。常用聚类方法多以产状作为分组依据,忽略了结构面物理特性指标对岩体稳定性的影响。针对分组依据单一化的不足,综合考虑结构面倾向、倾角、迹长、张开度、填充状态和粗糙度的影响,提出一种... 结构面聚类是进行岩体稳定性评价的重要步骤。常用聚类方法多以产状作为分组依据,忽略了结构面物理特性指标对岩体稳定性的影响。针对分组依据单一化的不足,综合考虑结构面倾向、倾角、迹长、张开度、填充状态和粗糙度的影响,提出一种基于学生分布随机邻近嵌入(student-distributed stochastic neighbor embedding,简称t-SNE)的多参数岩体结构面分步聚类方法。首先,利用t-SNE算法对除产状外的结构面特征进行数据降维;进而利用模拟退火算法搜索K-means算法的全局最优初始值,并采用分步聚类思想完成聚类。研究表明:所提方法有效地解决了高维空间样本稀疏的问题,同时保留了数据的局部结构与全局结构。新方法相比于传统方法能对空间分布相似区内结构面的物理特性进行精确划分,分组精度更高,且在避免复杂权重值计算的条件下,能有效区分产状与物理特性参数对岩体稳定性的影响差异。最后,将所提方法应用于中国新疆某露天矿坡结构面实测数据分析中,所得分组结果合理可靠,进一步证明该方法在实际工程中的有效性。研究方法可为多参数岩体结构面的分步聚类提供参考。 展开更多

关键词 岩体结构面 多参数 分步聚类 t-SNE K-MEANS算法

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不同开挖状态下高陡边坡破坏特征及稳定性研究 被引量：1

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作者 卢栋 富国凯 +3 位作者 董贤阳 刘得昌 庄贤鹏 侯钦宽 《矿冶工程》 CAS 北大核心 2024年第6期1-5,15,共6页

为了探究边坡整体稳定性受其局部破坏前后状态及开挖方法的影响,以新疆金川京希-巴拉克采区北侧边坡工程为研究对象,采用离散元法对边坡局部破坏特征和不同开挖状态下的边坡稳定性进行研究。结果表明:最大主应力的分布对边坡稳定性影响... 为了探究边坡整体稳定性受其局部破坏前后状态及开挖方法的影响,以新疆金川京希-巴拉克采区北侧边坡工程为研究对象,采用离散元法对边坡局部破坏特征和不同开挖状态下的边坡稳定性进行研究。结果表明:最大主应力的分布对边坡稳定性影响很大,边坡安全系数在边坡破坏前、中、后期表现为先减小后增大的变化趋势;随着台阶开挖级数增加,边坡安全系数表现为先增大后减小的趋势,当开挖台阶级数大于1时,边坡整体安全系数均满足要求;当坡角小于等于60°时,边坡整体安全系数满足要求,适宜的坡角为60°。 展开更多

关键词 高陡边坡 露天边坡 边坡稳定性 安全系数 离散元法 台阶开挖 台阶坡角 破坏特征

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基于多约束DSI算法的GeoSMA-3D程序改进 被引量：2

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作者 王述红 李友明 +1 位作者 尹宏 侯钦宽 《东北大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期251-257,共7页

针对传统边坡体建模精确度不高的问题,引入多约束离散平滑插值(discrete smooth interpolation,DSI)算法,通过改进团队自主研发的三维数值分析系统GeoSMA-3D,获得多约束DSI拟合建模新模块.利用原始钻孔和物探数据辅以离散结构面信息对... 针对传统边坡体建模精确度不高的问题,引入多约束离散平滑插值(discrete smooth interpolation,DSI)算法,通过改进团队自主研发的三维数值分析系统GeoSMA-3D,获得多约束DSI拟合建模新模块.利用原始钻孔和物探数据辅以离散结构面信息对边坡整体进行插值,通过互异的约束条件对不同特征的地质对象进行标定,进而采用改进的修正函数对边坡体进行拟合建模,通过高精度的三维边坡体模型获取结构面信息并进行聚类分组.结果表明:该方法提高了离散介质岩体分析的准确性,具有较好的理论意义及工程应用价值. 展开更多

关键词 多约束DSI算法 三维拟合建模 GeoSMA-3D 结构面 块体分析

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结构面粗糙度统计测量最小样本数确定方法 被引量：10

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作者 侯钦宽 雍睿 +2 位作者 杜时贵 徐敏娜 曹泽敏 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第4期1259-1269,共11页

由于结构面粗糙度具有各质异性、各向异性、非均一性和尺寸效应等特征,结构面粗糙度系数(JRC)取值具有不确定性,工程中广泛采用统计方法来分析结构面粗糙度性质,然而以往研究往往忽略样本数不足对统计结果的影响。针对结构面粗糙度统计... 由于结构面粗糙度具有各质异性、各向异性、非均一性和尺寸效应等特征,结构面粗糙度系数(JRC)取值具有不确定性,工程中广泛采用统计方法来分析结构面粗糙度性质,然而以往研究往往忽略样本数不足对统计结果的影响。针对结构面粗糙度统计测量时无法确定合理样本数的问题,分别提出基于变异系数级比分析及简单随机抽样原理的最小样本数确定方法。以实际工程岩体结构面表面数据为研究对象,对比分析两种方法在系列尺寸下确定的统计测量最小样本数。实例分析表明:小尺寸样本的变异系数(CV)值明显大于大尺寸样本,且CV值随取样尺寸的增大而减小,取样尺寸为10~50cm的CV值基本稳定在0.31~0.47之间,取样尺寸为60~100cm的CV值基本稳定在0.21~0.31之间;最小样本数与取样尺寸基本满足幂函数关系,且最小样本数随取样尺寸的增大而减少;系列尺寸下级比分析方法在允许误差为±2%时确定的最小样本数与简单随机抽样原理在最大允许误差为10%、置信度为95%时计算的最小样本数是一致的,相似度大于0.997。该研究方法可为工程岩体中定量获取结构面粗糙度统计测量最小样本数提供依据,保证了JRC(结构面粗糙度系数)统计测量结果的准确性,对工程岩体稳定性评价中结构面力学参数的准确获取具有重要意义。 展开更多

关键词 结构面粗糙度系数 级比分析 简单随机抽样原理 最小样本数

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基于主成分分析的多参数岩体结构面优势分组方法研究 被引量：10

9

作者 董福瑞 王述红 侯钦宽 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期2457-2470,共14页

对赋存于岩体内的结构面进行统计分析、分组聚类,是进行岩体工程稳定性分析的基础。考虑到结构面的力学和水力学性质受产状、迹长、张开度、粗糙度和充填状态等诸多因素共同影响,提出一种基于主成分分析的多参数岩体结构面优势分组方法... 对赋存于岩体内的结构面进行统计分析、分组聚类,是进行岩体工程稳定性分析的基础。考虑到结构面的力学和水力学性质受产状、迹长、张开度、粗糙度和充填状态等诸多因素共同影响,提出一种基于主成分分析的多参数岩体结构面优势分组方法。首先,利用主成分分析法选取多参数岩体结构面优势分组的判据,并计算其参与相似性度量的权重值。进而,基于退火遗传算法搜寻模糊C均值聚类算法的全局最优初始聚类中心。最后,以待分组结构面与聚类中心的距离加权和最小的方式建立目标函数,实现多参数岩体结构面优势分组。对计算机模拟的200个结构面进行多参数优势分组并与其他方法对比,计算结果表明,该方法具有较高的分组精度。将该方法用于重庆市三环高速花阳隧道实测结构面多参数优势分组中,分组结果合理、可靠,进一步验证了该方法具有较好的工程应用价值。 展开更多

关键词 岩体结构面 优势分组 主成分分析 退火遗传算法 聚类分析

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引入因子分析的结构面粗糙度RBF复合参数模型 被引量：6

10

作者 尹宏 王述红 +1 位作者 董卓然 侯钦宽 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期721-730,I0007,共11页

结构面粗糙度的表征是预测峰值剪切强度的基础性工作,单一参数无法全面反映结构面的形貌特征,而由各表征参数并列构成的指标系统是一个存在信息重叠的非线性系统,为此引入因子分析通过正向标准化实现参数降维可有效剥离交叉信息,同时将... 结构面粗糙度的表征是预测峰值剪切强度的基础性工作,单一参数无法全面反映结构面的形貌特征,而由各表征参数并列构成的指标系统是一个存在信息重叠的非线性系统,为此引入因子分析通过正向标准化实现参数降维可有效剥离交叉信息,同时将正向标准化的指标系统通过RBF神经网络结构实现非线性参数的线性映射,实际运行过程中选取6个反映结构面粗糙度的统计参数并建立JRC反算关系,构建76组训练样本和37组测试样本,建立了一个反映结构面形貌起伏高、起伏角、接触度的多指标复合参数模型,同时固定隐含层神经元的数目从而提高运算速度,通过实测数据计算相对误差和决定系数进行性能评价。利用样本数据和岩石结构面直剪实验验证了模型的预测精度。最后讨论了因子分析的适用性和可能的误差分析。 展开更多

关键词 岩石 结构面 粗糙度 RBF神经网络 因子分析

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下层管线破坏情况下上覆平行管线受力特征研究

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作者 李朝旺 雍睿 +2 位作者 侯钦宽 陈欢欢 沈飞 《科技通报》 2019年第12期135-143,共9页

刚性埋地管道在发生渐进破坏的过程中必然导致局部管身强度降低,不可避免地导致邻近土体发生位移,破坏土体内部初始应力平衡状态,进而导致上覆平行管线出现管身应力集中、变形过大等现象。然而,目前就下层管线破坏扰动土体平衡,导致上... 刚性埋地管道在发生渐进破坏的过程中必然导致局部管身强度降低,不可避免地导致邻近土体发生位移,破坏土体内部初始应力平衡状态,进而导致上覆平行管线出现管身应力集中、变形过大等现象。然而,目前就下层管线破坏扰动土体平衡,导致上层管线承受不均匀力而发生受力变形等问题尚缺乏深入系统研究。下层管线的埋深、破坏范围、破坏程度以及地面车辆荷载会对上层管线的应力、位移产生潜在影响,开展以PVC-U管道为例的多工况管土相互作用有限元仿真模拟,分析得到上层管线最大应力、位移的变化规律。采用数理统计方法对影响上层管线应力、位移的因素进行敏感性分析,结果表明:影响上层管线最大应力的各因素敏感性由大到小的次序为:地面静止车辆荷载,下层管线的破坏范围、埋深、破坏程度;影响上层管线最大位移的各因素敏感性由大到小的次序为:地面车辆荷载,下层管线的破坏程度、破坏范围、埋深。 展开更多

关键词 埋地管线 管土相互作用 PVC-U 数值模拟 数理统计

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