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基于随钻参数和掌子面图像信息融合的大断面隧道围岩智能分级模型
1
作者 王明年 夏覃永 +2 位作者 林鹏 孙鸿强 易文豪 《中国铁道科学》 北大核心 2025年第3期103-115,共13页
为在施工阶段快速、准确地判识隧道围岩级别,提出一种利用随钻参数和掌子面高清数码图像2类多源异构数据进行信息融合的围岩分级模型。以位于山区的2座钻爆法大断面隧道工程为背景,采集随钻参数和掌子面高清数码图像样本各807份,对2类... 为在施工阶段快速、准确地判识隧道围岩级别,提出一种利用随钻参数和掌子面高清数码图像2类多源异构数据进行信息融合的围岩分级模型。以位于山区的2座钻爆法大断面隧道工程为背景,采集随钻参数和掌子面高清数码图像样本各807份,对2类样本信息进行针对性处理;利用处理后的数据,基于随机森林模型和Inception-v3模型训练,分别建立随钻参数围岩智能分级模型和掌子面高清数码图像围岩智能分级模型;运用信息融合技术对2类数据进行特征融合,构建随钻参数和掌子面高清数码图像信息融合的围岩分级模型;依托背景工程对3种模型进行验证与对比。结果表明:在相同的样本条件下,融合分级模型的性能最好,准确率为94.48%,平均召回率为91.52%,平均精确率为91.13%,平衡F分数为91.20%;通过现场试验进一步对比3种模型在全新样本上的性能表现,融合分级模型准确率达到92.31%,已具有工程应用价值,能够实现对现场各掌子面随钻参数和掌子面图像的自动处理与信息提取,并对围岩级别做出智能判识。 展开更多
关键词 大断面隧道 围岩分级 随钻参数 掌子面高清数码图像 信息融合
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受载煤岩随钻参数测定试验装置及耦合关系分析
2
作者 范超军 孙其旺 +2 位作者 罗明坤 张佳绩 赖鑫峰 《中国安全科学学报》 北大核心 2025年第8期118-128,共11页
为解决煤矿采掘过程中围岩力学参数非均质和获取困难问题,利用自主研制受载煤岩随钻参数测定试验装置,实时感知岩层强度及结构;分析围压、钻速、转速和旋转扭矩对模拟岩石试样强度的影响,并对采集的随钻参数灰色关联度耦合分析;在受载... 为解决煤矿采掘过程中围岩力学参数非均质和获取困难问题,利用自主研制受载煤岩随钻参数测定试验装置,实时感知岩层强度及结构;分析围压、钻速、转速和旋转扭矩对模拟岩石试样强度的影响,并对采集的随钻参数灰色关联度耦合分析;在受载条件下,通过钻进不同组合类型的分层试件,还原真实环境下钻进煤岩层的效果,验证随钻参数对试件抗压强度识别的准确性。结果表明:试件强度与围压呈正相关,旋转扭矩与钻进速度呈正相关。旋转速度不同时,试件强度基本不变。旋转扭矩、围压、钻进速度、旋转速度与抗压强度关联度分别为0.996、0.831、0.739和0.347。试件强度与旋转扭矩成线性关系。通过分析旋转扭矩曲线的变化特征,可以识别岩层强度,进而定位分界位置。 展开更多
关键词 受载煤岩 随钻参数 试验装置 灰色关联度 分层试样 分界面
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考虑随钻参数的隧道围岩智能分级预测模型
3
作者 林志 吴逸飞 +3 位作者 杨滢 瞿培栋 苟小英 罗伟 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第15期6510-6519,共10页
围岩分级是隧道工程建设中的核心要素。随着中国机械化和智能化建造技术的迅速发展,基于随钻参数的围岩智能分级方法已成为推动隧道智能化机械施工的关键保障。尤其在西部山区,由于地形复杂、施工难度大,再加上山区隧道机械化施工经验不... 围岩分级是隧道工程建设中的核心要素。随着中国机械化和智能化建造技术的迅速发展,基于随钻参数的围岩智能分级方法已成为推动隧道智能化机械施工的关键保障。尤其在西部山区,由于地形复杂、施工难度大,再加上山区隧道机械化施工经验不足,且现有智能围岩分级方法实用性有限,机械化建造对提升工程质量和有效控制施工风险至关重要。提出一种基于随钻测量参数的智能隧道围岩分级预测方法。以多条特长隧道为研究对象,采集现场随钻参数并进行围岩力学性能测试,构建随钻参数样本库,并通过支持向量回归(support vector regression,SVR)和粒子群优化-反向传播(particle swarm optimization-back propagation,PSO-BP)智能算法构建围岩智能分级预测模型。研究表明,随钻参数与围岩分级指标的相关系数绝对值|r_(s)|>0.6,显示出显著相关性,其中扭矩和旋转速度与围岩分级指标的相关性最强。使用数据清洗工具建立了包含574份理想样本的标准化参数指标数据库。对比分析智能算法的预测精度,结果表明PSO-BP预测模型的表现最佳。经瞬变电磁(transient electromagnetic,TEM)和隧道地震(tunnel seismic prediction,TSP)超前地质预报验证,基于PSO-BP神经网络的围岩智能分级预测模型能够准确预测围岩分级,为隧道机械化开挖提供可靠的分级支持。 展开更多
关键词 围岩分级 随钻参数 相关性 机器学习 PSO-BP预测模型
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数字钻探随钻参数与岩石单轴抗压强度关系 被引量：58
4
作者 王琦 秦乾 +5 位作者 高松 李术才 高红科 何满潮 江贝 章冲 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第5期1289-1295,共7页
针对常规的现场岩石单轴抗压强度测试方法周期长、成本高的问题,提出一种基于数字钻探测试岩石单轴抗压强度的方法。根据岩石钻进过程中的受力特点,基于能量分析法,推导了岩石单位切削能与随钻参数的关系式。同时,基于自主研发的多功能... 针对常规的现场岩石单轴抗压强度测试方法周期长、成本高的问题,提出一种基于数字钻探测试岩石单轴抗压强度的方法。根据岩石钻进过程中的受力特点,基于能量分析法,推导了岩石单位切削能与随钻参数的关系式。同时,基于自主研发的多功能岩石钻探测试系统,开展了砂岩及不同强度砂浆试件等完整岩石的数字钻探试验,通过试验结果分析,建立了随钻参数与岩石单轴抗压强度的定量关系模型(DP-UCS模型),并对其进行了验证,结果表明:DP-UCS模型预测的单轴抗压强度与单轴压缩试验测定的单轴抗压强度的差异率平均值小于10%,证明了该模型的有效性。 展开更多
关键词 数字钻探 岩石单位切削能 单轴抗压强度 随钻参数 关系模型
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防冲钻机钻测智能化试验平台研制及初步应用
5
作者 谭健 刘学生 +3 位作者 耿艳峰 付彪 王洪磊 许珂 《岩土力学》 北大核心 2025年第2期673-684,共12页
为研究钻机钻进参数与围岩参数定量关系,实现冲击地压卸压钻进与预警评价同步,自主研发一套防冲钻机钻测智能化试验平台。该平台由智能钻测试验钻机、大尺度真三轴应力加载系统、计算机控制系统和其他辅助装置等组成。平台能够较好地还... 为研究钻机钻进参数与围岩参数定量关系,实现冲击地压卸压钻进与预警评价同步,自主研发一套防冲钻机钻测智能化试验平台。该平台由智能钻测试验钻机、大尺度真三轴应力加载系统、计算机控制系统和其他辅助装置等组成。平台能够较好地还原现场环境下的岩体力学参数与结构特征,实现随钻参数的实时测量与收集;利用该平台初步开展验证性试验。结果表明:真三轴应力加载系统通过电液伺服系统控制横向与竖向加载液压缸,实现大尺度试件的精确均匀真三轴加载,最大压力达6000kN,可真实再现千米深井围岩应力状态;智能钻测试验钻机在导轨式液压钻机基础上,设计新型高精度传感装置及信号传输模块,实现复杂工况下钻杆钻进过程中近钻头处随钻参数的实时测量与传输;计算机控制系统具有真三轴加载、钻机钻进控制、钻进参数收集等功能,实现钻进与参数采集同步;平台整体结构设计合理,操作简单。研发的试验平台可开展真三轴应力状态下大尺度试件钻进试验,对于研究建立钻机钻进参数与围岩参数定量关系,研发钻进过程中冲击危险性同步智能预警技术,实现围岩稳定性评估并进行同步预警等具有重要意义。 展开更多
关键词 试验平台 冲击地压 真三轴加载 随钻参数 实时测量
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基于数字钻探的岩石c-φ参数测试方法 被引量：23
6
作者 王琦 秦乾 +2 位作者 高红科 江贝 许硕 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期915-922,共8页
岩石黏聚力c和内摩擦角φ(以下简称c-φ参数)的准确测试是进行地下工程支护设计优化及信息化施工的基础。传统的岩石室内试验方法测试步骤繁琐,周期长、成本高,无法进行原位测定。数字钻探技术为现场准确测定岩石力学参数提供了新的途径... 岩石黏聚力c和内摩擦角φ(以下简称c-φ参数)的准确测试是进行地下工程支护设计优化及信息化施工的基础。传统的岩石室内试验方法测试步骤繁琐,周期长、成本高,无法进行原位测定。数字钻探技术为现场准确测定岩石力学参数提供了新的途径,实现该技术的关键在于建立随钻参数与岩石c-φ参数间的定量关系。基于此,本文根据岩石切削破碎特征,建立了一种不预设破坏面的岩石切削力学模型,弥补了现有岩石切削力学模型将破坏面假设为平面,从而与岩石受切削时实际的破坏面特征存在差异的不足。基于滑移线理论推导了岩石极限切削力,得到了随钻参数DP(Drilling Parameters)与岩石c-φ参数关系式(DP-cφ关系式)。将利用自主研发的岩体数字钻探测试系统开展室内试验所得到的随钻参数与理论计算得到的结果进行对比分析,两者平均差异率为8.44%,验证了所建立的岩石切削力学模型和DP-cφ关系式的合理性和正确性。在此基础上,提出了岩石c-φ参数数字钻探测定方法,并通过室内试验进行了该方法与传统三轴试验方法测定结果的对比分析,结果表明:两种方法得到的岩石黏聚力和内摩擦角平均差异率均小于10%,证明了本文所提出的数字钻探测定方法的有效性和可行性。该方法实施方便、快捷,可实现现场工程岩体c-φ参数的原位测定。 展开更多
关键词 数字钻探 c-φ参数 随钻参数 滑移线
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锚固钻孔软弱夹层结构特征智能识别方法 被引量：2
7
作者 高丹 岳中文 +4 位作者 王鹏 岳小磊 闫逸飞 周星源 李杨 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期200-210,共11页
【目的】锚固孔钻进作成孔质量深受岩体内存在的软弱夹层结构面的影响,这些软弱夹层往往是岩体中的隐患,影响钻进的稳定性和效率,关系到整个支护结构的稳定性和安全性。当钻头钻进软弱夹层时,其动态响应特征会变得明显起来,这种响应反... 【目的】锚固孔钻进作成孔质量深受岩体内存在的软弱夹层结构面的影响,这些软弱夹层往往是岩体中的隐患,影响钻进的稳定性和效率,关系到整个支护结构的稳定性和安全性。当钻头钻进软弱夹层时,其动态响应特征会变得明显起来,这种响应反映了钻进过程中岩体结构的变化情况。【方法】基于钻进比能的研究视角,利用自主研发的随钻测量系统,开展含有软弱夹层的类岩体试件数字钻探试验。这一系统能够实时、准确地监测并记录随钻过程中的各项参数,如钻压、扭矩、转速以及钻进速度等。通过对这些参数的敏感度分析、主成分分析和熵值分析,评估不同参数对软弱夹层响应特征的反馈程度,从而确定了影响最为显著的参数指标。其次,基于显著参数指标,建立钻进功率比识别法,实现类岩体软弱夹层智能化识别。【结果和结论】研究结果表明:(1)扭矩参数在随钻破岩和软弱夹层特性识别中起主要作用,其权重最大,反馈度效果最佳。(2)以扭矩参数变化为主要识别特征而建立的钻进功率比识别法,成功将软弱夹层厚度识别的平均准确率由原先的72.943%提高至88.268%,同时基于钻进功率比提出的倾角识别法,经计算倾角识别平均准确率高90.833%,软弱夹层特性识别精确度得到显著提高。这一显著的提升不仅证明了新方法的有效性,也为实际工程中的岩体软弱夹层识别与处理提供了准确和可靠的依据。 展开更多
关键词 随钻参数 软弱夹层 钻进比能 智能识别 锚固支护
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基于数字钻探和支持向量机预测岩体单轴抗压强度的方法 被引量：21
8
作者 王琦 孙会彬 +3 位作者 江贝 高松 李术才 高红科 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期1221-1228,共8页
针对常规的现场岩体单轴抗压强度(UCS)测试方法周期长、成本高的问题,提出一种基于数字钻探测试技术预测岩体UCS的方法。利用自主研发的岩体数字钻探测试系统,开展了不同强度岩石试件的数字钻探试验和单轴压缩试验,基于支持向量机(SVM)... 针对常规的现场岩体单轴抗压强度(UCS)测试方法周期长、成本高的问题,提出一种基于数字钻探测试技术预测岩体UCS的方法。利用自主研发的岩体数字钻探测试系统,开展了不同强度岩石试件的数字钻探试验和单轴压缩试验,基于支持向量机(SVM)建立了随钻参数与UCS的关系模型。作为模型输入参量的随钻参数,包括由传感器测定的钻进速率、转速、扭矩、推进力,也包括通过能量分析推导的岩石单位切削能ηc。结果显示,验证集中关系模型预测的UCS和单轴压缩试验测得的UCS相近,拟合优度R2为0.977,平均绝对误差MAE为3.037 MPa,表明基于SVM方法建立的随钻参数与UCS关系模型,在岩体UCS预测方面取得了较好的效果;同时表明数字钻探测试技术可实现对岩体UCS的有效预测。 展开更多
关键词 数字钻探测试技术 SVM 单轴抗压强度 随钻参数
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不同地层比功阈值优化的统计方法及其应用 被引量：1
9
作者 刘先珊 张同乐 牛万保 《土木建筑与环境工程》 CSCD 北大核心 2017年第2期58-64,共7页
采用在线监测系统监测进行随钻参数的采样与分析,建立了派生参数与直测参数的理论表达式,提出了多因素组合的地层比功模型,实现了地层地质条件与随钻参数的有机结合。以重庆市某高压变电站施工场地为依托,建立了不同地层如素填土层、粉... 采用在线监测系统监测进行随钻参数的采样与分析,建立了派生参数与直测参数的理论表达式,提出了多因素组合的地层比功模型,实现了地层地质条件与随钻参数的有机结合。以重庆市某高压变电站施工场地为依托,建立了不同地层如素填土层、粉质粘土层、砂岩层及泥岩层的地层比功演化曲线,对比地勘信息可知,不同地层的比功值存在显著差异。可见,合理的地层比功阈值是辨识地层类型的重要参量。运用统计学原理对勘测孔附近不同地层的比功值阈值进行保值优化,通过地勘获得的地层信息来验证阈值区间的可靠性。进一步采用如上地层比功阈值对该区域的其他桩位所在地层进行分析验证,说明了地层比功阈值优化的统计方法可行,其阈值区间合理,可用于其他赋存环境的地层比功阈值确定及地层识别。 展开更多
关键词 旋挖钻机 随钻参数 比功模型 统计分析 阈值优化
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