岩土力学 ›› 2020, Vol. 41 ›› Issue (S1): 319-328.doi: 10.16285/j.rsm.2019.0860

• 数值分析 • 上一篇    下一篇

支持向量回归算法在地应力场反演中的应用

刘泉声1,王栋1,朱元广2,杨战标3,伯音1   

  1. 1. 武汉大学 土木建筑工程学院,湖北 武汉 430072;2. 中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验,湖北 武汉 430071; 3. 中国平煤神马集团 炼焦煤资源开发及综合利用国家重点实验室,河南 平顶山 467099
  • 收稿日期:2019-04-13 修回日期:2019-09-11 出版日期:2020-06-19 发布日期:2020-06-09
  • 作者简介:刘泉声,男,1962年生,博士,教授,主要从事岩土工程方面的教学与研究工作。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No.51874275);炼焦煤资源开发及综合利用国家重点实验室开放课题(No.4104022017110603)。

Application of support vector regression algorithm in inversion of geostress field

LIU Quan-sheng1, WANG Dong1, ZHU Yuan-guang2, YANG Zhan-biao3, BO Yin1   

  1. 1. School of Civil Engineering, Wuhan University, Wuhan, Hubei 430072, China; 2. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan, Hubei 430071, China; 3. State Key Laboratory of Coking Coal Resources Development and Comprehensive Utilization, China Pingmei Shenma Group, Pingdingshan, Henan, 467099
  • Received:2019-04-13 Revised:2019-09-11 Online:2020-06-19 Published:2020-06-09
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China(51874275) and Open Issue of State Key Laboratory of Coking Coal Resources Development and Comprehensive Utilization (4104022017110603).

摘要: 地应力场是煤矿深部巷道开挖支护设计的基础数据。针对煤矿深部地层地应力实测值有较大随机误差的特点,提出基于支持向量回归(SVR)优化算法的地应力场反演方法。该方法以特征向量结构风险最小化为原则,将经验风险和置信范围最小化,减小实测地应力随机误差对参数反演的干扰。基于平煤一矿地质及地应力实测资料,建立三维有限元计算模型,引入侧压力系数,使用均匀设计表试验设计方法构造应力边界条件。根据计算分析结果建立学习样本,进而通过支持向量回归算法对边界条件参数进行优化,确定最佳应力边界条件,施加到模型上计算分析得到整个模型的地应力场。地应力测点反演值与实测值对比分析结果表明,反演值与实测值误差在合理范围,反演值比实测值随机性更小;反演地应力场分布规律与平顶山矿区地应力场分布规律一致;反演结果准确可靠。

关键词: 地应力场, 反演, 支持向量回归(SVR), 优化算法, 有限元

Abstract: The geostress field is the basic data for the excavation and support design of deep mine roadways. Aiming at the large random errors of geostress measurements in the deep strata of the coal mine, a geostress field inversion method based on support vector regression(SVR) optimization algorithm is proposed. The optimization algorithm takes the feature vector structure risk minimization as the principle, making the empirical risk and confidence range minimized to reduce the interference of random errors of measured geostress on parameter inversion. A three-dimensional finite element calculation model is established based on the geological and geostress data of Pingmei No.1 mine. The lateral pressure coefficient is introduced and the uniform design table test method is used to construct the stress boundary condition. The learning samples are created based on the calculation results. Then the support vector regression algorithm is used to optimize the boundary condition parameters, and the optimal stress boundary condition is determined. The optimal stress boundary condition is applied to the model to obtain the geostress field of the whole model. The comparisons between the inversion value and the geostress measurement point show that the errors are within a reasonable range, and the inversion values are less random than the measured values. The distribution of geostress field is consistent with that of inversion results in Pingdingshan mining area, revealing that the inversion results are accurate and reliable.

Key words: geostress field, inversion, support vector regression(SVR), optimization algorithm, finite element

中图分类号: TF311
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