岩土力学 ›› 2026, Vol. 47 ›› Issue (9): 3211-3224.doi: 10.16285/j.rsm.2025.0890CSTR: 32223.14.j.rsm.2025.0890
蔡浩然1,张巍1,徐文瀚1,吴云2,许文涛1,朱鸿鹄1
CAI Hao-ran1, ZHANG Wei1, XU Wen-han1, WU Yun2, XU Wen-tao1, ZHU Hong-hu1
摘要:
矿山开采、地下储能及深部隧道掘进等岩石工程中,岩石破裂行为突发性强、潜在破坏性大,精准感知岩石破裂所处的不同阶段是实现地质灾害预警与工程风险防控的关键。如何基于声发射等现有监测技术实现岩石破裂行为特征多元融合与状态判别仍有待深入。提出了一种知识与数据融合驱动的岩石破裂阶段智能识别框架。以花岗岩为例,首先依据岩石力学理论构建阶段分级规则知识进行声发射数据自动标注;再结合极限梯度提升(extreme gradient boosting,简称XGBoost)、随机森林(random forest,简称RF)与支持向量机(support vector machine,简称SVM)三种机器学习算法,分别实现了数据驱动下花岗岩破裂不同阶段的智能识别。比较3种模型的识别结果后发现,XGBoost模型综合性能最优,其加权F1-score(各类别F1值按样本数加权的平均)为0.860 3,宏平均召回率为80.16%,宏平均AUC值为0.97。宏平均AUC为所有类别AUC的算术均值;受试者工作特征(receiver operating characteristic,简称ROC)曲线以假正例率、真正例率为横纵轴,表征不同阈值下模型判别效果;AUC即ROC曲线下面积,取值0~1,数值越高二分类性能越好。识别可解释的关键特征包括累计能量、累计振铃数、振铃数与撞击数,其中前两者的SHAP值(用于量化各特征对模型预测结果的贡献程度)贡献最高。此研究为岩石破裂状态的自动识别与灾变预警构建了一种新范式。
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