基于机器学习的土壤不排水抗剪强度模型研究

土壤抗剪强度在岩土工程中扮演着重要的角色,通常需要结合原位试验和实验室试验来进行测定。为了减少大型工程项目对繁琐且昂贵的实验室试验的依赖,探究了5种机器学习模型(人工神经网络、支持向量机、高斯过程回归、随机森林、XGBoost),利用静力触探试验数据来预测土壤不排水抗剪强度,以评估机器学习技术对减少实验室试验需求的潜力。结果表明,在5种模型中,XGBoost(R²=0.76,MAE=10.79,RMSE=15.45)与ANN(R²=0.76,MAE=10.87,RMSE=15.49)表现最出色,具有预测土壤不排水抗剪强度的潜力。然而,模型在组10折交叉验证中表现不佳,这表明尽管模型在训练时能够很好地处理特定场地数据,但在没有特定场地数据的情况下,泛化能力受到限制,凸显了准确描述土壤异质性的挑战。     

基于XGBoost算法的胶凝砂砾石劈拉强度预测分析

将水泥质量浓度、砂率、水胶比和粉煤灰质量浓度设为输入变量，28 d劈拉强度设为输出变量，用极端梯度提升树(XGBoost)算法对胶凝砂砾石(CSG)的劈拉强度进行预测，并与随机森林(RF)算法的预测结果进行对比，以决策系数(R²)、均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)和平均百分比误差(MAPE)作为评估标准对2种算法进行对比分析.结果表明：XGBoost算法的R²为0.968 1，具有高度的预测准确性；相比表现良好的RF算法，XGBoost算法测试集的RMSE和MAE均降低了0.003, MAPE降低了0.32%，表明XGBoost算法能够对CSG劈拉强度进行更为精准的预测.     

基于GA-Bi-LSTM的盾构隧道下穿既有隧道沉降预测模型

为了对盾构隧道下穿既有隧道的安全控制提供支撑，以既有地铁隧道的沉降预测误差为目标，采用遗传算法(GA)对双向长短期记忆网络(Bi-LSTM)结构中的时间序列的长度、隐藏层的单元数、隐藏层层数、LSTM的层数以及dropout进行参数优化，并在综合考虑工程地质参数、空间参数和盾构施工参数的基础上，构建GA-Bi-LSTM既有隧道沉降预测模型。以长沙轨道交通3号线平行下穿长沙轨道交通1号线区间工程为依托，基于该区间内的既有隧道沉降监测值以及对应的输入参数数据，对模型进行训练和测试。研究结果表明：提出的GA-Bi-LSTM模型对既有隧道沉降预测的平均绝对误差(MAE)、均方根(RMSE)、样本回归值(R²)分别为0.42,0.45,0.90，平均相对误差仅为10.78%，相较于BP,SVM,LSTM,Bi-LSTM神经网络模型拥有更好的预测精度，说明该模型具有较好的可靠性和实用性，可为新建隧道下穿既有隧道的沉降预测提供一种新的思路和方法。     

集料表面纹理构造波长SSD分布规律及特征参数

为定量表征集料表面纹理构造，采用激光纹理扫描仪获取单档集料及其混合集料的表面纹理构造信息，对单档集料及其混合集料的表面纹理构造波长斜率谱密度(SSD)曲线的分布规律、特征参数及相互关系进行研究.结果表明：单档集料及其混合集料的表面纹理构造波长SSD曲线均符合Gaussmod函数方程，决定系数R²均高于0.99；提出了通过单档集料SSD曲线预测混合集料构造波长SSD曲线的预测方程，预测方程对SSD曲线峰面积、峰值的预测准确度不足，但对18.3 mm以下节点波长面积比的预测精度较高.实践表明，SSD曲线特征参数中节点波长面积比、峰面积与路面车内噪音具有良好的线性关系，其决定系数R²达到0.957 1、0.887 6.     

塑胶跑道抗老剂BHT在非固体原料中含量与成品中释放量关系探究

建立了气相色谱-质谱法测定塑胶跑道非固体原料中2,6-二叔丁基对甲苯酚(BHT)含量的测试方法,在(1～100)mg/L范围内,方法线性相关系数R²=0.99795,检出限为0.012g/kg,定量限为0.040g/kg,RSD在(1.29～2.56)%。将含有BHT的非固体原料制作成塑胶跑道成品,用GB 36246-2018中总挥发性有机化合物(TVOC)释放量测试方法测试BHT释放量。建立非固体原料中BHT含量与成品中BHT释放量的相关性,二者具有较好的线性关系,线性相关系数R²=0.96965。     

单取代乙硅烷交叉式构象稳定性本质的DFT研究

探讨8种常见单取代乙硅烷交叉式(R-Si_2H_5)和重叠式稳定性差异的物理作用本质。尝试采用密度泛函理论(DFT/B3LYP)优化分子骨架结构,结合Aug-cc-p VDZ基组计算了8种单取代乙硅烷分子交叉式与重叠式的电子能量。结果发现,相关能差值(ΔE_c)与总能量差值(ΔE)的相关回归系数最高(R²=0.95),交换能差值(ΔE_x)与ΔE相关回归系数次之(R2=0.95),交换能差值(ΔE_x)与ΔE相关回归系数次之(R²=0.93)。选择ΔE_c与ΔE_x对ΔE进行多元线性拟合,得到其相关回归系数(R2=0.93)。选择ΔE_c与ΔE_x对ΔE进行多元线性拟合,得到其相关回归系数(R²=0.95),再用拟合公式计算ΔE实际,并与计算得到的ΔE理论进行线性拟合,得到其相关回归系数R2=0.95),再用拟合公式计算ΔE实际,并与计算得到的ΔE理论进行线性拟合,得到其相关回归系数R²=0.95。由此认为,8种代表性单取代交叉式乙硅烷的构象稳定性主要起源于其分子内的相关能(E_c)和交换能(E_x)的分别而独立的作用,它们不同于乙烷旋转位垒的C-H西格玛键电子受-授超共轭相互作用。自然键轨道(NBO)分析图及其电子云密度相关图(LOL)也支持了上述观点。     

渝黔铁路梯子岩隧道台阶法施工爆破技术研究

梯子岩隧道是新建渝黔铁路的重要控制性工程,隧址区地质条件复杂。该隧道能否顺利安全施工,关系到渝黔铁路的如期竣工通车。文章在详细分析隧址区工程地质条件的基础上,研究总结该隧道台阶法施工的爆破技术,提出针对梯子岩隧道不同围岩性质的光面爆破参数,包括周边眼间距、周边眼抵抗线、炮孔深度、相对距离和装药集中度等。根据该隧道的实际情况,文章提出爆破施工放线布眼时要考虑预留下沉量,为了严格控制超欠挖,提出正确的炮眼位置和开挖周边轮廓线。     

基于随机森林的高性能混凝土抗压强度预测

高性能混凝土抗压强度的准确预测是配合比设计优化的关键步骤之一,基于机器学习算法的预测结果容易受到输入变量的影响。提出一种经过特征筛选的抗压强度随机森林预测模型。以水胶比、水泥用量、水泥强度、砂石、粉煤灰掺量和外加剂用量作为原材料指标,通过试验收集56份数据样本。通过变量重要性度量剔除重要性较低的特征,再利用优化后的输入指标进行强度预测,并与未经过特征筛选的随机森林模型和BP神经网络模型的性能进行比较。结果表明,水泥掺量对于高性能混凝土强度的贡献最大,而外加剂的影响较小;随机森林模型的预测精度较高(R²=0.969 09),误差较小(RMSE=0.014 922);基于变量重要性度量的特征筛选对于提高预测精度具有重要意义。     

铁改性生物质炭对水体中硝态氮的吸附特性

为提高生物质炭对水体中硝态氮(NO₃^--N)的吸附潜力,在高温限氧条件(600℃)制备花生壳基生物质炭的基础上,利用铁(Fe³⁺)对其进行金属负载改性,通过批量吸附试验探讨其对NO₃^--N的吸附机制。结果表明,改性生物质炭(FeHBC)在铁炭质量比为0.672时的吸附效果最好,改性后对NO₃^--N的吸附能力得到显著提升(P<0.05),与未改性生物质炭(HBC)相比提高了近16倍;准二级动力学方程(R²=0.986)能较好地拟合FeHBC对NO₃^--N的吸附动力学过程,其吸附行为更加符合Freundlich等温吸附模型(R²=0.994),热力学参数ΔG<0、ΔH>0、ΔS>0,表明FeHBC对NO₃^--N是自发的吸热过程,反应的自发性随温度升高而增大;酸性环境更有利于FeHBC对...     

电缆隧道光面爆破施工方法

济南奥体文博片区220 kV电缆隧道位于奥陶系石灰岩中,采用光面爆破进行隧道开挖。重点介绍了Ⅲ类、Ⅳ类围岩时隧道的施工方法,施工中通过对钻爆参数和掏槽方式的及时调整,使爆后围岩表面平整,无欠挖,炮孔利用率90%左右;特别在软岩中,裂隙发育、有夹土层的地段,光面爆破施工技术使超挖控制在10 cm以内,创造了良好的经济效益。该施工方法,对类似工程施工具有一定的参考意义。     

内蒙古岗更湖瓦氏雅罗鱼年龄结构及生长特征

为研究岗更湖(岗更诺尔湖)瓦氏雅罗鱼Leuciscus waleckii渔业资源利用的可持续性，2017年7月和9月在内蒙古自治区赤峰市岗更湖采集224尾样本，以其耳石为鉴定材料，对瓦氏雅罗鱼的年龄结构和生长特征进行研究。结果表明：渔获物中瓦氏雅罗鱼雌性体长范围为120～264 mm,体质量范围为31.9～367.8 g,雄性体长范围为100～253 mm,体质量范围为16.7～310.9 g;雌性群体年龄组成为1～7 a,雄性群体年龄组成为1～6 a;体长与体质量关系式为W_雌=2.333×10^(-5)L(-5)L^(2.973)(R(2.973)(R²=0.961,n=120),W_雄=1.220×102=0.961,n=120),W_雄=1.220×10^(-5)L(-5)L^(3.084)(R(3.084)(R²=0.949,n=104);Von Bertalanffy生长方程显示，瓦氏雅罗鱼雌性和雄性的渐进体长(L_∞)分别为497.370、415.926 mm,渐进体质量(W_∞)分别为2 427.41、1 456.82 g,生长系数(k)分别为0.199、0.270,理论上体长等于零时的年龄(t_0)分别为-0.216、-0.149a;通过生长加速度方程估算出雌、雄个体的拐点年龄分别为5.3、4.0 a,对应的体长分别为330.1、281.0 mm。研究表明，岗更湖瓦氏雅罗鱼生长属于快速生长类型，为合理开发及可持续性利用岗更湖该鱼的种群资源，建议捕捞规格在5 a以上。     

渤海金州湾放流海域中国明对虾生长特性研究

为研究渤海金州湾海域放流中国明对虾Fenneropenaeus chinensis的生长特性,于2016年7—10月共计回捕中国明对虾2195尾,并对其头胸甲长(L_T)、体长(L_t)及体质量(W_t)进行测量和分析。结果表明:中国明对虾头胸甲长与体长呈线性关系,即雌虾L_t=2.8737L_T+28.905 (R²=0.8914),雄虾L_t=3.067 L_T+22.209 (R2=0.8914),雄虾L_t=3.067 L_T+22.209 (R²=0.8427);体长与体质量成幂函数关系,即雌虾W_t=0.546402×102=0.8427);体长与体质量成幂函数关系,即雌虾W_t=0.546402×10^(-5)L_t(-5)L_t^(3.131265)(P=2.2×10(3.131265)(P=2.2×10^(-16)),雄虾W_t=1.180508×10(-16)),雄虾W_t=1.180508×10^(-5)L_t(-5)L_t^(2.969245)(P=2.2×10(2.969245)(P=2.2×10^(-16));采用Von Bertallanffy生长方程拟合体长、体质量的生长方程,即雌虾L_t=220.2139×[1-e(-16));采用Von Bertallanffy生长方程拟合体长、体质量的生长方程,即雌虾L_t=220.2139×[1-e^{(-0.018(t-52.4)})]、W_t=118.4623×[1-e(-0.018(t-52.4))]、W_t=118.4623×[1-e^{(-0.018(t-52.4)})](-0.018(t-52.4))]^(3.131265),雄虾L_t=153.5412×[1-e(3.131265),雄虾L_t=153.5412×[1-e^{(-0.0409(t-59.71)})]、W_t=36.6021×[1-e(-0.0409(t-59.71))]、W_t=36.6021×[1-e^{(-0.0409(t-59.71)})](-0.0409(t-59.71))]^(2.969245);体长、体质量生长速度方程,雌虾dL_t/dt=3.9639e(2.969245);体长、体质量生长速度方程,雌虾dL_t/dt=3.9639e^{(-0.018(t-52.4)})、dW_t/dt=6.6769e(-0.018(t-52.4))、dW_t/dt=6.6769e^{(-0.018(t-52.4)})[1-e(-0.018(t-52.4))[1-e^{(-0.018(t-52.4)})](-0.018(t-52.4))]^(2.131265),雄虾dL_t/dt=6.2798e(2.131265),雄虾dL_t/dt=6.2798e^{(-0.0409(t-59.71)})、dW_t/dt=4.445e(-0.0409(t-59.71))、dW_t/dt=4.445e^{(-0.0409(t-59.71)})[1-e(-0.0409(t-59.71))[1-e^{(-0.0409(t-59.71)})](-0.0409(t-59.71))]^(1.969245)。研究表明:雌虾与雄虾的体长和体质量在生长过程中表现出明显差异,在体质量生长方面,雌虾体质量生长拐点是115.8 d(约8月29日),雄虾体质量生长拐点是86.3 d(约7月30日),此时中国明对虾仍处于生长期;建议今后在渤海海域可适当延后开捕时间,以期实现资源的最大利用。     

深层隧道排水系统中深隧泵站的设计与优化

武汉市大东湖核心区污水传输系统工程采用深层隧道排水系统,隧道末端为北湖深隧泵站,其设计规模为100×10⁴m³/d,为压力流泵站,地下深度为46.35 m,净提升高度为16.1~22.4 m。泵组采用6台离心泵(4用2备),单泵流量Q=2.79~3.87 m³/s,水泵扬程H=196.3~304.4 k Pa。在北湖深隧泵站的设计过程中,采用了计算流体动力学(CFD)模拟分析、物理模型试验、水锤分析及结构振动分析等方法,并根据分析结果对其设计方案进行了优化。     

基坑开挖及上盖荷载对下卧隧道结构的影响分析

广州珠江新城核心区市政交通项目金穗路以北地下空间基坑位于地铁隧道正上方,基坑开挖、工程(人工挖孔)桩及上盖荷载施工对地铁隧道结构的影响为该工程的关键问题。为此,利用MIDAS/GTS建立有限元模型,对实际的施工工况进行模拟。研究结果表明:隧道结构处于中风化地层的变形量仅为强风化地层的1/3;近距离人工挖孔桩、隧道上方上盖荷载施工及增大转换梁的刚度均能在一定程度上约束隧道的水平和竖向变形;土体偏压开挖对隧道结构水平方向变形影响较大。根据研究结果,提出对下方既有隧道的保护措施,以确保地铁结构安全和正常运营,为设计和施工提供指导意见。     

典型金属屋面板的抗风承载能力研究

依托乌鲁木齐机场改扩建工程机场工程交通中心项目，运用数值模拟的方法建立三维模型，研究金属屋面板厚度、宽度和肋高对其抗风承载力的影响，各个影响因数的对比工况均为5种。结果表明，随着金属屋面板厚度的增加，其抗风能力不断增加，拟合两者之间的关系为线性关系，其拟合决定系数R²为0.987 9；随着金属屋面板宽度的增加，其抗风能力呈非线性降低趋势，拟合两者之间的关系为指数关系，其拟合决定系数R²为0.963 3；随着金属屋面板肋高的增加，其抗风能力呈现非线性增加趋势，拟合两者之间的关系为幂指数增加关系，其拟合决定系数R²为0.9536。     

基于DA-DE-SVM智能模型的煤岩体SC-CO2压裂效果预测

煤岩体压裂效果是超临界CO₂(SC-CO₂)压裂工程设计的主要依据。为准确预测煤岩体SC-CO₂压裂效果，基于多孔相向裂缝动态扩展模拟，筛选确定影响煤岩体SC-CO₂压裂效果的6个地质因素和4个施工因素，提出了一种集成支持向量机(SVM)、蜻蜓算法(DA)、差分进化算法(DE)的混合人工智能模型，利用支持向量机构建SC-CO₂压裂效果与其影响因素之间的关系，并利用蜻蜓算法、差分进化算法联合优化支持向量机的超参数。以相关系数、均方根误差、平均绝对误差为评价指标对混合人工智能模型性能进行了评估，并采用MIV方法对模型输入变量进行了敏感性分析，结果表明：本文提出的DA-DE-SVM智能模型能很好预测煤岩体SC-CO₂压裂效果，其训练集的R值为0.9572，测试集的R值为0.9316。SC-CO₂压裂效果影响因素的重要程度从高到低依次为：相邻压裂钻孔水平距离>垂直地应力>压裂液注入速率>相邻压裂钻孔垂直距离>煤体抗拉强...     

面向隧道掘进机可掘性评价的多算法融合优化模型及其工程应用

开展隧道掘进机(TBM)可掘性评价对于科学规划施工要素具有重要意义。在Karaj输水隧道、Zagros输水隧道和西秦岭铁路隧道的219组数据基础上,建立一种基于贝叶斯优化算法和早停策略改进的深度信念网络TBM可掘性评价模型。该模型以岩石单轴抗压强度(UCS)、岩石质量指标(RQD)、优势结构面与隧道轴向的夹角(α)和岩体可切削性指数(RMCI)作为输入变量,以现场贯入度指数(FPI)作为输出变量。在数据预处理阶段,分别采用Kriging插值和改进的CRITIC算法补全数据库中的缺失值并实现数据加权。以引松供水工程和辽西北引水工程为例检验模型的工程实用性：对于引松供水工程的37组测试数据,模型的均方根误差(RMSE)、平均绝对百分比误差(MAPE)和决定系数(R~2)分别为2.18,8.25%和0.926 2;对于辽西北引水工程的49组测试数据,模型的RMSE,MAPE和R~2分别为2.83,8.14%和0.981 7。进一步地,通过定量比较数据加权前、后模型的RMSE,MAPE和R~2,发现数据加权可以有效改善模型预测性能。最后,从预测精度和运行速度2个方面开展了本文模型与BP神经网络...     

基向量引导的支持向量机RC框架抗震韧性评估

机器学习方法能通过建立以建筑信息、地震动参数为输入,韧性指标为输出的非线性映射关系,对建筑结构进行抗震韧性评估,但当训练数据规模较大时,其训练过程由于涉及求解大规模逆矩阵致使计算效率低下且极其占用计算机内存。为此,提出基向量引导的支持向量机(basis vectors-guided support vector machines for regression, BVLS-SVMR)模型,从大规模训练样本中提取小规模子样本,并将其映射到高维特征空间里作为基向量,替代大规模原基向量用于建立预测模型。为了验证BVLS-SVMR模型的准确性和高效性,基于9 356个钢筋混凝土(RC)框架(教学楼)抗震韧性的数据,分别与支持向量机(least squares support vector machines for regression, LS-SVMR)模型和传统有限元法(FEM)进行对比。结果表明：BVLS-SVMR模型的测试集预测精度与LS-SVMR模型的测试集预测精度(决定系数R²)相差0.011,但计算时间是LS-SVMR模型的1/10,是传统FEM的1/21 70...     

基于HGA-ANN驱动边坡稳定评价T-S型模糊推理系统

边坡工程的分析评价会因人脑在思维判断上存在的模糊性,而导致整个分析和设计过程带有一定的模糊不确定性。因此,边坡工程实际上是一个动态的、模糊的、开放的复杂非线性系统,传统的分析方法有时难以对复杂边坡的稳定性做出符合实际的评价。模糊方法和人工神经网络(ANN)都已分别用于边坡稳定性评价中,此2种方法具有很多优点,但也存在各自的局限性。采用人工神经网络(ANN)模型构建T-S型模糊推理系统,利用混合遗传算法(HGA)训练ANN模型,得到了基于混合遗传算法人工神经网络驱动的T-S型模糊推理系统模型,探讨了该模型在边坡稳定性评价中的应用。根据广泛收集的80个边坡实例,建立了一个由HGA-ANN驱动的评价边坡稳定性的T-S型模糊推理系统模型。对实际边坡预测结果表明,该模型的预测精度明显高于目前同类方法。     

小净距隧道围岩的爆破振动影响规律研究

小净距隧道后行隧道爆破施工会引发相邻先行隧道围岩振动,振动强弱与隧道净距和单次炸药量相关,通过工程现场监测和数值模拟相结合的方式,对隧道净距的影响规律展开研究。结果表明,小净距隧道后行隧道掌子面起爆时,相邻先行隧道迎爆面拱腰处围岩爆破振动速度最大,最大振速随隧道净距的增大而不断减小,随单次炸药量的增大而增大。当Q/R³＜1×10^-3时,后行隧道掌子面爆破对先行隧道围岩的爆破振动影响可忽略不计。对先行隧道围岩最大振速进行萨道夫斯基公式拟合,得到小净距隧道相邻先行隧道Ⅲ级围岩最大振速预测方程中的场地系数K=8.73,衰减系数α=0.83。