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基于光纤传感的隧道管片结构形态感知试验及数值模拟研究
1
作者
宋明
刘继国
+3 位作者
舒恒
彭文波
邢荣军
李铮
《隧道建设（中英文）》
CSCD
北大核心
2024年第10期1993-2004,共12页
为精确感知环境荷载作用下隧道管片的结构形态,采用光纤传感技术,构建表贴式光纤传感元件纤芯层-防护层-基体层-被测层的多层力学模型,分析光纤应变传递机制,推导表贴式光纤传感元件的应变传递率公式,验证光纤传感元件对隧道管片结构形...
为精确感知环境荷载作用下隧道管片的结构形态,采用光纤传感技术,构建表贴式光纤传感元件纤芯层-防护层-基体层-被测层的多层力学模型,分析光纤应变传递机制,推导表贴式光纤传感元件的应变传递率公式,验证光纤传感元件对隧道管片结构形态感知的精度。采用1∶20缩尺模型开展试验研究,测量不同水压、土压力下管片的应变变化。结合ANSYS数值模拟,对比分析在有水压与无水压2种荷载工况下隧道管片结构的应变响应,揭示水-土耦合压力对隧道管片结构变形的影响机制。结果表明:1)在10 mm光栅长度下,光纤传感元件的平均应变传递率可达到95.1%;2)均布水压的存在对隧道管片结构变形具有一定的稳定效果;3)水-土耦合压力作用下,隧道管片结构拉、压应变变化呈现不同步现象,其中拱腰处压应变变化较拱顶处拉应变变化更为提前,表明拱腰区域对水-土耦合压力的作用更为敏感;4)有水压地层环境下,当地层荷载为0~1.6 MPa时,隧道管片结构位移呈现波动变化趋势;5)当荷载进一步达到1.6~2.4 MPa时,隧道管片结构位移呈线性增加趋势。
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关键词
隧道管片
光纤传感
应变传递
数值模拟
缩尺模型
结构形态感知
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职称材料
基于机器学习的隧道地质勘察岩性识别分析及应用研究
被引量：
4
2
作者
程勇
王琛
+3 位作者
刘夏临
刘继国
陈世纪
黄胜
《隧道建设（中英文）》
CSCD
北大核心
2023年第9期1549-1557,共9页
为提高水平定向钻勘察中岩性识别的效率,基于机器学习算法采用钻进参数识别围岩岩性。以新疆某隧道工程为例,通过对水平定向钻的工作原理进行分析,采用钻进速度、校正后的钻孔底部压强、泥浆压力和进浆流量作为输入特征预测围岩岩性。对...
为提高水平定向钻勘察中岩性识别的效率,基于机器学习算法采用钻进参数识别围岩岩性。以新疆某隧道工程为例,通过对水平定向钻的工作原理进行分析,采用钻进速度、校正后的钻孔底部压强、泥浆压力和进浆流量作为输入特征预测围岩岩性。对KNN(k-nearest neighbor)算法和随机森林算法各设置48个超参数,测试集的平均准确率分别为83.28%和93.04%,模型不存在欠拟合和过拟合问题。将五分类问题转化为5个二分类问题,2种算法的准确率、精确率、召回率、F_(1)值基本均在90.00%以上,受试者工作特征(receiver operating characteristic,ROC)曲线中曲线下面积(area under curve,AUC)也接近于1。使用Smote过采样后的KNN算法和随机森林算法都具有良好的鲁棒性和泛化能力,但综合各项评价指标可知,使用随机森林模型预测围岩岩性的效果更佳。
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关键词
隧道
地质勘察
水平定向钻
岩性识别
KNN算法
随机森林算法
机器学习
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职称材料
基于机器学习的水平定向钻钻孔围岩智能分类探讨
被引量：
5
3
作者
张晟斌
舒恒
+2 位作者
刘夏临
黄胜
周浩
《人民长江》
北大核心
2023年第12期156-165,共10页
将水平定向钻技术应用于超长距离隧道地质勘察,可避免传统竖直勘察的诸多局限性,改变当前隧道工程地质勘察现状。通过新疆天山胜利隧道现场采集的随钻参数构建围岩预测数据集,经过数据不平衡处理后将泥浆压力、钻进速度及修正孔底钻进...
将水平定向钻技术应用于超长距离隧道地质勘察,可避免传统竖直勘察的诸多局限性,改变当前隧道工程地质勘察现状。通过新疆天山胜利隧道现场采集的随钻参数构建围岩预测数据集,经过数据不平衡处理后将泥浆压力、钻进速度及修正孔底钻进压力作为围岩分类评估指标,引入多种机器学习算法构建分类模型并采取网格搜索交叉验证的方法调参优化,以准确率、精确率、召回率、F1值等指标对各模型分类性能进行评估验证与探讨。结果表明:①大部分算法对碳质板岩与片麻状花岗岩具有较好的分类性能,对石英片岩的预测准确率则较低;②随机森林、决策树与梯度提升决策树分类性能最好,AdaBoost分类器表现最差;③机器学习分类方法相对传统方法在处理非线性问题时更有优势,建立数据-物理双驱动的围岩智能分类理论与模型是今后发展趋势之一。研究结果可为水平定向钻钻孔围岩预测分类问题提供指导。
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关键词
水平定向钻
围岩分类
地质勘察
机器学习
模型评价
天山胜利隧道
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职称材料
题名
基于光纤传感的隧道管片结构形态感知试验及数值模拟研究
1
作者
宋明
刘继国
舒恒
彭文波
邢荣军
李铮
机构
中
交
第二公路勘察设计研究院有限公司
中国交建隧道与地下空间工程技术研发中心
重庆
交
通大学
中国
路桥
工程
有限责任公司
出处
《隧道建设（中英文）》
CSCD
北大核心
2024年第10期1993-2004,共12页
基金
新疆维吾尔自治区重大科技专项(2020A03003-4)
湖北省重点研发计划项目(2023BCB048)
中交集团重大科技研发项目(KJFZ-2023J-038)。
文摘
为精确感知环境荷载作用下隧道管片的结构形态,采用光纤传感技术,构建表贴式光纤传感元件纤芯层-防护层-基体层-被测层的多层力学模型,分析光纤应变传递机制,推导表贴式光纤传感元件的应变传递率公式,验证光纤传感元件对隧道管片结构形态感知的精度。采用1∶20缩尺模型开展试验研究,测量不同水压、土压力下管片的应变变化。结合ANSYS数值模拟,对比分析在有水压与无水压2种荷载工况下隧道管片结构的应变响应,揭示水-土耦合压力对隧道管片结构变形的影响机制。结果表明:1)在10 mm光栅长度下,光纤传感元件的平均应变传递率可达到95.1%;2)均布水压的存在对隧道管片结构变形具有一定的稳定效果;3)水-土耦合压力作用下,隧道管片结构拉、压应变变化呈现不同步现象,其中拱腰处压应变变化较拱顶处拉应变变化更为提前,表明拱腰区域对水-土耦合压力的作用更为敏感;4)有水压地层环境下,当地层荷载为0~1.6 MPa时,隧道管片结构位移呈现波动变化趋势;5)当荷载进一步达到1.6~2.4 MPa时,隧道管片结构位移呈线性增加趋势。
关键词
隧道管片
光纤传感
应变传递
数值模拟
缩尺模型
结构形态感知
Keywords
tunnel segment
optical fiber sensing
strain transfer
numerical simulation
scale model
structural shape perception
分类号
U45 [建筑科学—桥梁与隧道工程]
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职称材料
题名
基于机器学习的隧道地质勘察岩性识别分析及应用研究
被引量：
4
2
作者
程勇
王琛
刘夏临
刘继国
陈世纪
黄胜
机构
中
交
第二公路勘察设计研究院有限公司
中国
交
建
总承包经营分公司
中国交建隧道与地下空间工程技术研发中心
中山大学土木
工程
学院
出处
《隧道建设（中英文）》
CSCD
北大核心
2023年第9期1549-1557,共9页
基金
新疆维吾尔自治区科技重大专项(2020A03003-1)
中交集团重点专项(2020-ZJKJ-ZDZX01)。
文摘
为提高水平定向钻勘察中岩性识别的效率,基于机器学习算法采用钻进参数识别围岩岩性。以新疆某隧道工程为例,通过对水平定向钻的工作原理进行分析,采用钻进速度、校正后的钻孔底部压强、泥浆压力和进浆流量作为输入特征预测围岩岩性。对KNN(k-nearest neighbor)算法和随机森林算法各设置48个超参数,测试集的平均准确率分别为83.28%和93.04%,模型不存在欠拟合和过拟合问题。将五分类问题转化为5个二分类问题,2种算法的准确率、精确率、召回率、F_(1)值基本均在90.00%以上,受试者工作特征(receiver operating characteristic,ROC)曲线中曲线下面积(area under curve,AUC)也接近于1。使用Smote过采样后的KNN算法和随机森林算法都具有良好的鲁棒性和泛化能力,但综合各项评价指标可知,使用随机森林模型预测围岩岩性的效果更佳。
关键词
隧道
地质勘察
水平定向钻
岩性识别
KNN算法
随机森林算法
机器学习
Keywords
tunnel
geological survey
horizontal directional drilling
lithology identification
k-nearest neighbor algorithm
random forest algorithm
machine learning
分类号
U45 [建筑科学—桥梁与隧道工程]
在线阅读
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职称材料
题名
基于机器学习的水平定向钻钻孔围岩智能分类探讨
被引量：
5
3
作者
张晟斌
舒恒
刘夏临
黄胜
周浩
机构
中
交
第二公路勘察设计研究院有限公司
中国交建隧道与地下空间工程技术研发中心
中山大学土木
工程
学院
出处
《人民长江》
北大核心
2023年第12期156-165,共10页
基金
新疆维吾尔自治区科技重大专项项目(2020A03003-1)
中交集团重点专项项目(2020-ZJKJ-ZDZX01)。
文摘
将水平定向钻技术应用于超长距离隧道地质勘察,可避免传统竖直勘察的诸多局限性,改变当前隧道工程地质勘察现状。通过新疆天山胜利隧道现场采集的随钻参数构建围岩预测数据集,经过数据不平衡处理后将泥浆压力、钻进速度及修正孔底钻进压力作为围岩分类评估指标,引入多种机器学习算法构建分类模型并采取网格搜索交叉验证的方法调参优化,以准确率、精确率、召回率、F1值等指标对各模型分类性能进行评估验证与探讨。结果表明:①大部分算法对碳质板岩与片麻状花岗岩具有较好的分类性能,对石英片岩的预测准确率则较低;②随机森林、决策树与梯度提升决策树分类性能最好,AdaBoost分类器表现最差;③机器学习分类方法相对传统方法在处理非线性问题时更有优势,建立数据-物理双驱动的围岩智能分类理论与模型是今后发展趋势之一。研究结果可为水平定向钻钻孔围岩预测分类问题提供指导。
关键词
水平定向钻
围岩分类
地质勘察
机器学习
模型评价
天山胜利隧道
Keywords
horizontal directional drilling
rock classification
geological survey
machine learning
model evaluation
Shengli Tunnel through of Tianshan Mountain
分类号
TU45 [建筑科学—岩土工程]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
基于光纤传感的隧道管片结构形态感知试验及数值模拟研究
宋明
刘继国
舒恒
彭文波
邢荣军
李铮
《隧道建设（中英文）》
CSCD
北大核心
2024
0
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2
基于机器学习的隧道地质勘察岩性识别分析及应用研究
程勇
王琛
刘夏临
刘继国
陈世纪
黄胜
《隧道建设（中英文）》
CSCD
北大核心
2023
4
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职称材料
3
基于机器学习的水平定向钻钻孔围岩智能分类探讨
张晟斌
舒恒
刘夏临
黄胜
周浩
《人民长江》
北大核心
2023
5
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