学术前沿 | RMRG 人工智能驱动的岩土工程:增强岩体分类以实现更安全的工程实践

学术   2024-11-19 09:01   陕西  


摘要:岩体分类是评估岩体质量的基础,对于稳定性分析和岩土工程设计至关重要。传统的分类方法受限于节理观测技术,通常从一维或二维角度收集节理信息,无法全面捕捉三维节理分布。这通常需要使用经验公式进行节理分布,导致节理参数计算不够精确。本文回顾了44篇关于建筑和地下工程岩体分类的重要文章,追溯了从基础方法如岩石质量指标、岩体评分、Q系统、基本质量和水利分类到现代技术的演变。它强调了数据科学,特别是人工智能,对岩体工程的变革性影响。分析揭示了文献中使用了162次的73种不同算法,其中支持向量机、支持向量回归、K均值聚类、K近邻、人工神经网络和随机森林最为成功。本文探讨了每种方法的优点和局限性,讨论了算法在科学界部署的挑战。研究结果强调了机器学习和元启发式优化方法在岩体分类中的整合,为未来的研究和应用提供了宝贵的见解。

1. 引言

- 背景:介绍了岩石工程分类自20世纪40年代以来的发展历程,以及它在评估岩石质量、稳定性分析和地质工程设计中的重要性。

- 挑战:讨论了传统岩石质量分类方法的局限性,特别是在处理复杂的地质变化时。

- AI的潜力:强调了机器学习(ML)和深度学习(DL)在岩石工程中的潜力,尤其是在模式识别和数据驱动决策方面。

2. 研究意义

- AI技术的影响:探讨了将AI、ML、DL和元启发式方法整合到岩石质量分类中的重要性,以及这些技术如何从传统的经验方法转变为更精确的技术。

- 预测准确性和精度:讨论了AI技术如何提高岩石质量分类的预测准确性和精度。

3. 材料和方法

- 岩土工程的作用:强调了地质工程在确保土木工程项目稳定性和安全性中的关键作用,特别是在岩石质量分类方面。

- 传统方法与AI方法的融合:讨论了如何将传统的岩石质量分类方法与AI驱动的方法相结合,以提高分类的准确性和效率。

4. 岩石质量分类的主要系统

- RQD、RMR、Q系统、GSI和BQ:详细介绍了这些主要的岩石质量分类系统,包括它们的历史发展、关键概念和计算方法。

- AI在分类系统中的应用:探讨了AI技术如何被应用于这些分类系统,以及它们如何提高岩石质量评估的性能。

5. 结论

- AI技术的优势:总结了AI技术在岩石质量分类中的优势,包括提高准确性、数据利用和算法的先进性。

- 挑战和未来方向:讨论了在岩石质量分类中整合AI技术面临的挑战,如数据质量和可用性、计算强度和模型可解释性,并提出了未来研究的方向。

文章通过综合分析AI技术在岩石质量分类中的应用,强调了这些技术在提高地质工程实践安全性和效率方面的潜力,并指出了未来研究和实践的发展方向。

参考文献

Saadati G, Javankhoshdel S, Najm Abad JM, Mett M, Kontrus H, Schneider-Muntau B. AI-Powered Geotechnics: Enhancing Rock Mass Classification for Safer Engineering Practices. Rock Mech Rock Eng. 2024;1-31. https://doi.org/10.1007/s00603-024-04189-7


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