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基于优化集成算法的隧道超前钻探定量解译

公路交通科技 2023年第8期40卷 136-145页

作者：梁铭彭浩宋冠先朱孟龙解威威广西路桥工程集团有限公司广西南宁530011 广西大学土木与建筑工程学院广西南宁530004

为解决隧道超前钻探数据解译过程中存在的主观判断性强、数据利用率低、评判标准不统一等问题,通过引入机器学习中的极限梯度提升了集成算法模型(XGBoost)。依托积累的广西某隧道8893条超前钻探原始数据,针对破碎围岩、软弱夹层与泥质... 详细信息

为解决隧道超前钻探数据解译过程中存在的主观判断性强、数据利用率低、评判标准不统一等问题,通过引入机器学习中的极限梯度提升了集成算法模型(XGBoost)。依托积累的广西某隧道8893条超前钻探原始数据,针对破碎围岩、软弱夹层与泥质填充溶洞3类不良地质体开展了定量解译研究。在原始钻探数据预处理方面,根据定性与定量分析结果,通过数据降噪及二级指标计算等措施实现了原始钻探数据的规律发掘及质量提升。在解译模型的建模方面,采用随机搜索算法(RS)有效解决了XGBoost模型大量超参数的高效寻优问题,最终构建了隧道超前钻探不良地质体定量解译模型(RS-XGBoost)并进行了模型训练。选取该隧道YK73+491—YK73+516段15 m的钻探数据进行了模型应用,并与常规超前钻探地质预报解译及实际开挖结果进行了对比。结果表明:RS-XGBoost模型在数据集的98例预测样本中出现了3例错判,总体预测准确率为96.94%,与未进行数据预处理的原始钻探数据集模型训练结果相比,准确率、精准率、召回率与F1分数4项评估指标平均提升17.08%;所提出的定量解译技术不仅可提供更为详尽的解译结果(0.5 m间距),且预报准确率满足隧道现场施工需求,可为隧道制订开挖方法及支护措施提供可靠且重要的不良地质体超前地质预报信息。

关键词：隧道工程超前钻探定量解译机器学习不良地质体算法优化

基于超前钻探及优化集成算法的隧道围岩双层质量评价

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隧道建设（中英文） 2022年第8期42卷 1443-1452页

作者：梁铭彭浩解威威宋冠先朱孟龙张亚飞广西路桥工程集团有限公司广西南宁530000

为解决隧道超前钻探地质预报在解译过程中存在的主观判断性强、定量数据利用率低、评判标准不统一等问题,通过引入机器学习中的极限梯度提升集成算法模型(extreme gradient boosting,XGBoost),结合钻探数据开展隧道围岩完整程度与围岩... 详细信息

为解决隧道超前钻探地质预报在解译过程中存在的主观判断性强、定量数据利用率低、评判标准不统一等问题,通过引入机器学习中的极限梯度提升集成算法模型(extreme gradient boosting,XGBoost),结合钻探数据开展隧道围岩完整程度与围岩级别的双层质量评价研究。一方面,采取数据降噪、等距分割、二级指标计算等数据预处理手段对11 233条原始钻探采样数据进行规律发掘和质量提升;另一方面,结合遗传算法(genetic algorithm,GA)与分类器链(classifier chains,CC)构建GA-CC-XGBoost模型,实现复杂机器学习模型的超参数组合自动寻优以及多标签分类的内在相关性考虑。最终所构建训练集的完整程度与围岩级别2项标签的分类准确率分别为95.91%、97.95%,综合分类准确率为93.88%。经过实际隧道工程应用表明,该模型预测结果满足现场超前钻探地质预报的解译需求。

关键词：隧道工程超前地质预报水平钻探模型优化多标签分类

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基于数字钻探与多尺度模型融合的隧道岩体完整性自动解译技术研究及应用

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岩土工程学报 2024年第2期46卷 396-405页

作者：梁铭彭浩解威威韩玉宋冠先朱孟龙黄能豪周邦鸿卢振龙广西路桥工程集团有限公司广西南宁530000 广西大学土木与建筑工程学院广西南宁530004

在多岩性与多指标钻探数据收集的基础上,综合考虑解译精度与预报效果,借助机器学习工具,提出一种基于数字钻探与多尺度模型融合的隧道岩体完整性自动解译技术。首先,对原始钻探数据有针对性的进行降噪与等距分割(0.5,1,2 m)等预处理,形... 详细信息

在多岩性与多指标钻探数据收集的基础上,综合考虑解译精度与预报效果,借助机器学习工具,提出一种基于数字钻探与多尺度模型融合的隧道岩体完整性自动解译技术。首先,对原始钻探数据有针对性的进行降噪与等距分割(0.5,1,2 m)等预处理,形成多尺度、高质量机器学习数据集;然后,进行模型参数自动寻优、训练、评估与可解释性等操作,验证模型的准确性与可靠性;最后,采用加权平均的方法进行多尺度模型解译结果的融合,以增强该技术的工程实用效果。为方便实际工程应用,以上述技术为核心开发轻量化数字钻探智能解译平台,经多条灰岩与砂岩隧道应用结果表明:对比地质雷达与常规钻探解译,多尺度模型融合解译在解译效率、预测效果等方面总体表现优异,可为隧道施工的开挖与支护提供可靠的岩体完整性信息。

关键词：隧道工程超前钻探预报岩体质量评价机器学习模型可解释性

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叠锥构造的特征及其成因机制:进展与实例

古地理学报 2017年第6期19卷 1049-1062页

作者：曹梦春钟建华刘闯孙宁亮宋冠先贺雪晶中国石油大学(华东)地球科学与技术学院山东青岛266580

叠锥构造是纤维状矿物呈锥状嵌套分布的一类特殊沉积构造,自20世纪90年代以来一直是国际研究的热点,但中国对于叠锥构造的研究起步较晚,研究程度较低。文中详细总结了叠锥构造研究进展,并简要介绍了笔者于新疆托克逊凹陷、准噶尔盆地东... 详细信息

叠锥构造是纤维状矿物呈锥状嵌套分布的一类特殊沉积构造,自20世纪90年代以来一直是国际研究的热点,但中国对于叠锥构造的研究起步较晚,研究程度较低。文中详细总结了叠锥构造研究进展,并简要介绍了笔者于新疆托克逊凹陷、准噶尔盆地东部以及哈密盆地3处新发现的叠锥构造。叠锥构造的发育层系广泛,二叠纪末—三叠纪初以及三叠纪末—侏罗纪初发现的叠锥占绝大多数,揭示其可能与生物大灭绝有关;叠锥构造的形成环境较广,不能简单地将叠锥构造作为湖泊相或海相等的相标志。对新发现的叠锥构造初步分析后认为,叠锥构造为与生物(化学)作用有关的原生沉积构造,但对叠锥构造成因机制的深层次研究还需建立在叠锥构造纤维状矿物生长习性及其与形成环境和发育层系的耦合关系研究之上。

关键词：叠锥构造形态学成因机制地质意义

基于多源信息融合的隧道施工综合安全动态评估技术研究

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岩土工程学报 2024年

作者：彭浩韩玉梁铭解威威朱孟龙宋冠先黄能豪吴梦岚曾农键解韫泽广西路桥工程集团有限公司广西大学土木与建筑工程学院中国地质大学(武汉)工程学院

针对当前隧道施工安全评估体系静态割裂、安全信息多源性不足以及评估方法可靠度难以保障等现状，提出一种基于多源信息融合的隧道施工综合安全动态评估技术及工程应用体系。整体以多维多尺度为理念，将隧道施工周期划分形成勘察设计、... 详细信息

针对当前隧道施工安全评估体系静态割裂、安全信息多源性不足以及评估方法可靠度难以保障等现状，提出一种基于多源信息融合的隧道施工综合安全动态评估技术及工程应用体系。整体以多维多尺度为理念，将隧道施工周期划分形成勘察设计、超前预测与开挖监测三个逐一嵌套尺度，以及各自尺度下地质、施工和预测三个安全信息来源维度以形成多源信息评估指标体系，该体系可满足匹配施工进度的勘察设计、超前预测尺度下的两项总体安全评估以及开挖监测尺度下的多种专项施工安全评估需求。同时为提高安全评估结果的合理性与可靠度，以D-S证据理论为融合框架，分别利用区间欧氏距离法以及平均证据法，对其过程涉及的分配概率计算及证据冲突合成进行优化。最后以实际隧道工程为例，阐述了该综合安全动态评估方法及体系的实施过程，结果显示评估结果与实际现场情况吻合，且通过讨论、对比与检验进一步论证了其合理性与可靠度，可为隧道施工安全评估与管控提供参考和实践指导。

关键词：隧道工程施工安全评估多源信息融合证据理论多策略优化

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考虑岩体非均质性的隧道掌子面图像分级方法

公路 2023年第12期68卷 399-406页

作者：卢振龙宋冠先梁铭韩玉朱孟龙彭浩严胜杰卢晓晓董宏源广西路桥工程集团有限公司南宁市530000

针对隧道掌子面围岩等级识别主观性强、依赖技术人员经验,且同一隧道掌子面某一区域地质情况可能存在差异等问题,通过引入深度学习方法,结合掌子面图像滑窗识别技术,开展掌子面围岩等级自动识别研究。通过现场采集隧道掌子面图像共1192... 详细信息

针对隧道掌子面围岩等级识别主观性强、依赖技术人员经验,且同一隧道掌子面某一区域地质情况可能存在差异等问题,通过引入深度学习方法,结合掌子面图像滑窗识别技术,开展掌子面围岩等级自动识别研究。通过现场采集隧道掌子面图像共1192张,建立隧道掌子面图像数据库,采用图像预处理技术对掌子面图像进行预处理以满足模型训练要求;构建AlexNet、ResNet34和ResNet50共3类卷积神经网络模型,并对比其性能优劣与适用性,获得识别准确率为85.2%的ResNet50最优模型;最后结合ResNet50模型建立掌子面图像滑窗识别技术,解决了非均质掌子面岩体分级效果差的问题,进一步提高识别准确率,实现隧道掌子面围岩等级自动识别。经过实际隧道工程应用,验证了该方法的可行性与适用性。

关键词：隧道工程围岩等级深度学习滑窗识别 ResNet50

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黄河下游与黄河三角洲现代非地震变形层理的研究

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沉积学报 2019年第2期37卷 239-253页

作者：钟建华宋冠先倪良田孙宁亮郝兵葛毓柱薛纯琦孙景耀刘闯曹梦春中国石油大学(华东)地球科学与技术学院山东青岛266580 海洋国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室山东青岛266071 中国海洋石油总公司渤海分公司河北唐山063000

变形层理是软沉积变形构造(SSDS)研究中的重要内容,而SSDS的研究又是沉积学、工程地质、地震学及构造地质学等近期的研究热点。但是,目前人们对地震SSDS和非地震SSDS的精确辨识还存在一定的困难,所以建立起地震与非地震SSDS的辨识标准... 详细信息

变形层理是软沉积变形构造(SSDS)研究中的重要内容,而SSDS的研究又是沉积学、工程地质、地震学及构造地质学等近期的研究热点。但是,目前人们对地震SSDS和非地震SSDS的精确辨识还存在一定的困难,所以建立起地震与非地震SSDS的辨识标准是非常重要的,变形层理又是SSDS研究中的重中之重,因此,对变形层理的研究具有重要意义。研究表明,黄河下游现代沉积中发育了大量的变形层理,确凿的证据证明这些变形层理与地震毫无关系,因此详细地研究这些变形层理对于建立识别地震SSDS和非地震SSDS标准具有较重要意义。黄河下游(包括黄河三角洲分流河道)发育的变形层理类型及成因多样,既有典型的包卷层理,也有极不规则的一般变形层理;从成因上,既有密度或重力倒置形成的、也有波浪作用引起的滑动滑塌形成的、还有水牵引和滑动沉积物牵引形成的、甚至还有冰块拖移或压刻形成的变形层理。不同成因的变形层理具有其独特的几何学特征,可以作为其成因的可靠标志,同样也可以作为区别于地震成因的可靠标志。黄河下游发育的变形层理与黄河下游复杂的水动力条件和气候条件及沉积物粒度极细有密切关系。

关键词：变形层理包卷层理成因非地震黄河

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砂脉的研究现状与进展

古地理学报 2018年第1期20卷 119-132页

作者：钟建华曹梦春倪良田孙宁亮刘闯郝兵杨冠群宋冠先葛毓柱中国石油大学(华东)地球科学与技术学院山东青岛266580

近年来国内外对砂脉的研究非常重视,尤其是近期国外含油气盆地大型砂脉(砂注入体,sand injectite)的发现更加刺激了人们的研究热情。笔者主要从5个方面简要阐述了砂脉的研究现状与进展:(1)砂脉几何学特征;(2)砂脉的物质成分;(3)砂脉的成... 详细信息

近年来国内外对砂脉的研究非常重视,尤其是近期国外含油气盆地大型砂脉(砂注入体,sand injectite)的发现更加刺激了人们的研究热情。笔者主要从5个方面简要阐述了砂脉的研究现状与进展:(1)砂脉几何学特征;(2)砂脉的物质成分;(3)砂脉的成因;(4)砂脉的分类;(5)砂脉的地质意义。尽管中国不少学者已经做了一些相关工作,但与砂脉的复杂性和国际同类研究的先进水平和关注度相比,尚存在许多问题亟待解决。因此,有必要基于中国丰富且复杂的砂脉资源,精细解剖典型实例,阐明砂脉的三维几何特征,并探讨其与地震的关系和成因动力机制,为丰富和完善沉积学基础理论提供素材。

关键词：几何学特征物质成分砂脉成因砂脉分类地质意义

河流相辫—曲河型转换控制因素与控制机理——以东营凹陷青西地区馆陶组为例

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河南科学 2018年第5期36卷 776-784页

作者：贺雪晶钟建华曹梦春王雅琳宋冠先中国石油大学(华东)地球科学与技术学院山东青岛266555

为探讨辫状河向曲流河转换的控制因素和控制机理,以东营凹陷青西地区馆陶组为例,在层序地层学和沉积学的理论指导下,在层序划分与沉积相特征研究的基础上,通过测井相模式的建立,利用岩屑录井资料研究岩性,对馆陶组辫状河—曲流河(辫—曲... 详细信息

为探讨辫状河向曲流河转换的控制因素和控制机理,以东营凹陷青西地区馆陶组为例,在层序地层学和沉积学的理论指导下,在层序划分与沉积相特征研究的基础上,通过测井相模式的建立,利用岩屑录井资料研究岩性,对馆陶组辫状河—曲流河(辫—曲)转换进行了成因分析与特征总结,研究表明,基准面旋回、构造和地形坡度及古气候4个方面控制着河流辫—曲转换的过程,明确了辫—曲转换的沉积特征.在沉积早期研究区发育辫状河,后期转变为曲流河并逐渐萎缩,研究区馆陶沉积期早期地形高差大,断层少量发育,且气候温暖湿润,地表径流大且水流能量大,向源侵蚀强烈,再加上物源供给充足,形成辫状河沉积,砂体粒度粗分选差,到了晚期地势逐渐变缓,气候干旱,河道下切能力增强,基准面上升,加上物源区变远,物源供应不足,逐渐转化为曲流河,砂体粒度变细分选变好.

关键词：沉积特征馆陶组河型转换辫状河曲流河