岩土力学 ›› 2021, Vol. 42 ›› Issue (4): 1156-1169.doi: 10.16285/j.rsm.2020.1317

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岭回归在岩体初始地应力场反演中的应用

蒙伟1,何川1,陈子全1,郭德平2,周子寒1,寇昊1,吴枋胤1   

  1. 1. 西南交通大学 交通隧道工程教育部重点实验室,四川 成都 610031;2. 叙镇铁路有限责任公司,云南 昭通 657900
  • 收稿日期:2020-08-26 修回日期:2020-10-29 出版日期:2021-04-12 发布日期:2021-04-26
  • 通讯作者: 陈子全,男,1989年生,博士,讲师,主要从事隧道与地下工程方面的教学和研究工作。E-mail: chenziquan@swjtu.edu.cn E-mail: 13028317521@163.com
  • 作者简介:蒙伟,男,1990年生,博士研究生,主要从事隧道与地下工程方面的研究工作
  • 基金资助:
    高铁联合基金重点项目(No. U1734205);国家自然科学基金(No. 52008351);中国博士后科学基金(No. 2020TQ0250)

Application of ridge regression in the inversion analysis of the initial geo-stress field of rock masses

MENG Wei1, HE Chuan1, CHEN Zi-quan1, GUO De-ping2, ZHOU Zi-han1, KOU Hao1, WU Fang-yin1   

  1. 1. Key Laboratory of Transportation Tunnel Engineering of Ministry of Education, Southwest Jiaotong University, Chengdu, Sichuan 610031, China; 2. Xuzhen Railway Co., Ltd., Zhaotong, Yunnan 657900, China
  • Received:2020-08-26 Revised:2020-10-29 Online:2021-04-12 Published:2021-04-26
  • Supported by:
    This work was supported by the High Speed Railway and Natural Science United Foundation (U1734205), the National Natural Science Foundation of China (52008351) and the Postdoctoral Science Foundation of China (2020TQ0250).

摘要: 为使反演得到的岩体初始地应力场更加符合实际,提出岩体初始地应力场应采用压缩应力场进行叠加,反演得到边界构造荷载的大小不应过大,反演得到应力场的组成应与实测原位地应力的组成一致。依据多元线性回归相关理论,在岩体初始地应力场反演中,首先揭示了负回归系数、过大回归系数以及不显著回归系数的原因,即若采用最小二乘法求解回归系数,自变量之间的多重共线性可能会导致负的、过大的以及不显著的回归系数;然后给出了出现多重共线性的来源,即测得原位地应力的范围过窄会导致自变量之间存在多重共线性,以及采用多元多方程表示岩体初始地应力场易导致自变量之间接近完全多重共线性;最后给出了检验以及避免多重共线性的一些方法,并通过斑竹林隧道岩体初始地应力场的反演进行应用,发现在岩体初始地应力场的反演过程中,若自变量之间存在多重共线性,则岭回归可有效替代最小二乘法求解回归系数。

关键词: 岭回归, 多重共线性, 初始地应力场, 反演, 岩体

Abstract: To make the initial geo-stress field of rock masses obtained by the inversion analysis more realistic, three conditions are proposed, which are the initial geo-stress field of rock masses should be superposed by compressive stress fields, the tectonic load of boundary obtained by the inversion analysis should not be too large, and the constituent of stress fields obtained by the inversion analysis should be consistent with the constituents of the stresses field measured by the in-situ test. Based on the theory of multiple linear regression, in the inversion analysis of the initial geo-stress field of rock masses, the reason leads to negative, too large and insignificant regression coefficient is uncovered firstly. It is the multicollinearity between independent variables that may lead to negative, excessive and insignificant regression coefficient when the least square method is adopted to obtain the regression coefficients. Then, two sources of multicollinearity are given. The one is that a narrow range of measured in-situ stresses can lead to multicollinearity among independent variables. The other one is that using multiple equations to express the initial geo-stress field of rock masses which commonly leads to nearly completely multicollinearity between independent variables. Finally, some methods for detecting and avoiding multicollinearity are proposed, and applied in the inversion analysis of the initial geo-stress field of rock masses for the Banzhulin tunnel. Based on the results of this inversion analysis, it is found that ridge regression can replace the least square method to solve regression coefficients effectively if independent variables suffer from the multicollinearty.

Key words: ridge regression, multicollinearity, initial geo-stress field, inversion, rock mass

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