基于Stacking集成算法的岩爆等级预测研究

岩爆是地下工程面临的一个巨大灾害，岩爆预测可以降低岩爆带来的危害。机器学习是岩爆预测方法的研究热点和发展方向，但现阶段各机器学习算法表现不同，并且相互独立工作，没有融合，不能优势互补，导致各机器学习算法的准确率、泛化性和稳定性较低。本文采用Stacking集成算法，融合现阶段使用较多的8个机器学习算法(4个集成算法和4个基本算法)，充分发挥各算法的优势，实现优势互补；为保证新特征信息具有多样性，结合各种机器学习算法的原理和岩爆样本库的特点，提出3组考虑多个岩爆预测指标的Stacking集成算法，每组算法拥有不同基模型和多个元模型，解决了传统Stacking集成算法接受特征信息受限和元模型选择困难的难题。对比分析各组Stacking集成算法与独立算法的准确率、精确率、召回率和F1值，结果表明构建的Stacking集成算法可以有效融合各机器学习算法，预测性能显著提升。在3组Stacking集成算法中，Stacking集成算法二的基模型由Random Forest Classifier,Extra Trees Classifier,Gradient Boosting Classifier和L...     

煤矿开采中的岩层应力分布与变形移动的DDA模拟

应用DDA数值方法模拟分析了深部煤矿开采中上覆岩层的应力场变化和变形移动规律,并与相似物理模型试验进行了对比。结果表明:DDA法可以有效地模拟出上覆岩层的应力场变化趋势和变化范围、不连续块体的变形和位移、岩层垮落和“离层”现象。数值模拟结果与模型实验结果相吻合。     

温度压力耦合作用下的岩石屈服破坏研究

以深部开采为背景,讨论了温度和压力对深部岩石变形和破坏规律的影响。将岩石的屈服破坏过程视为能量释放和能量耗散的过程,根据最小耗能原理导出了温度和压力耦合作用下的深部岩石屈服破坏准则。该准则具有明确的物理意义,即当岩石的塑性耗散能及温度梯度引起热传导的耗散能累积耗散到一定程度时,岩石就会发生破坏失稳。     

用于纤维编织网增强混凝土的早强基体材料

为实现纤维编织网增强混凝土(textile-reinforced concrete,TRC)快速加固盾构隧道的目的,开发了一种用于TRC的磷酸无机复合类早强型基体材料.通过单轴压缩、坍落流动度、界面拉伸和剪切试验,对比分析了这种早强型基体材料与TRC传统基体材料——精细混凝土的工作性能;采用扫描电镜分析了其作用机理,并提出了力学作用模型.结果表明:与精细混凝土相比,早强型基体材料具有更优异的自密实、黏结以及渗透纤维编织网的能力;采用早强型基体材料的TRC加固方法可实现快速加固,在2h内即可发挥加固作用,具有广泛的应用前景.     

混杂纤维延性水泥基材料单轴受压力学特性

针对纤维增强延性水泥基材料(ECC)在高强度等级下的抗压韧性退化问题,在传统ECC体系中附加微细钢纤维,制备混杂聚乙烯醇(PVA)-钢纤维增强延性水泥基材料.通过圆柱体抗压试验研究混杂纤维延性水泥基材料的单轴受压力学特性.结果表明:随着钢纤维掺量的增加,材料受压应力-应变曲线的上升段斜率呈增大趋势,而曲线下降段逐渐平缓,残余应力水平显著提升;混杂纤维延性水泥基材料的单轴抗压强度、弹性模量和峰值应变随钢纤维掺量增加小幅提升,而材料抗压韧性指标的提升效果较为显著;PVA纤维与钢纤维混杂在改善ECC抗压韧性方面具有独特优势,实现了高强ECC的抗压韧性.     

爆破对邻近巷道背爆侧倾斜裂纹影响实验研究

基于常被忽略的爆炸荷载对邻近巷道背爆侧围岩缺陷的扰动问题,采用爆炸加载数字激光动态焦散线试验系统,探究了爆炸荷载作用下邻近巷道背爆侧不同倾角裂纹缺陷的扩展规律。试验结果表明:爆炸荷载作用下,直墙拱形巷道背爆侧倾角θ=30o(逆时针方向为正)的预制裂纹最终扩展位移最大,之后随着倾角增大或者减小,裂纹扩展位移均逐渐减小;弧形断面对应力波的削弱作用小于矩形断面,这导致斜向上预制裂纹扩展位移为关于水平方向对称的斜向下裂纹的2~3倍;能量释放率对裂纹的扩展具有驱动效应,且其随时间基本呈现先振荡增加达到峰值,然后振荡减小为零的规律,但这种振荡幅度随裂纹最终扩展位移的减小而变小。上述的研究为邻近巷道背爆侧经济安全合理的支护提供了理论依据。     

煤岩体破裂过程中声发射行为及时空演化机制

 利用MTS 815试验机和声发射监测系统对单体岩石、单体煤和煤岩组合体进行单轴试验下的声发射测试,找出三者之间破坏机制的差异,从而为现场微震监测提供指导。试验结果表明,随着荷载的增加,单体岩石、单体煤及煤岩组合体的累积声发射数都增加,并且煤及煤岩组合体单位体积的声发射数要比岩石的声发射数高1个数量级,这主要是煤的强度较低且内部结构松软破碎所致。通过区分不同时段的声发射特征,得出三者破坏存在本质差异：随着荷载的增加,岩石的时段声发射数逐渐增多,煤的时段声发射数逐渐减少,而煤岩组合体的时段声发射先逐渐增加后逐渐减少。岩石的抗拉强度最高,煤的最低,而煤岩组合体的位于单体岩石和煤之间。对于煤岩组合体,岩石内部的声发射数约占声发射总数的10%～30%,煤体占70%～90%;并且声发射的空间分布主要受煤体结构及原生裂隙的影响。     

煤岩组合体破坏行为的能量非线性演化特征

利用MTS 815试验机对煤岩组合体进行单轴和循环加卸载试验,研究了煤岩组合体的能量演化特征及规律。试验结果表明:输入能密度与应力关系可分为3个阶段,即缓慢增长阶段、非线性增长阶段、峰后跌落阶段;单轴压缩下输入能密度和弹性能密度均随着应力的增大而增大,耗散能密度与应力关系比较复杂,其增长率逐渐减小,并趋于0,而后迅速增大,体现出明显的非线性特征;循环加卸载下输入能密度、弹性能密度和耗散能密度随着应力的增大而增大。当试样发生屈服时,耗散能比例增加,弹性能比例降低;研究结论为煤矿动力灾害的能量驱动机制提供一定的理论参考。