地球科学|李海波,李旭等:TBM破岩关键参数跨工程转换关系

学术   科学   2024-07-03 00:00   湖北  

   点击蓝字关注我们哦


TBM信息化施工中采集了海量数据,通过数据挖掘建立机器学习模型,是实现TBM智能化的前提.然而在TBM新建工程初期,由于数据量稀少导致机器学习模型预测效果不佳;同时由于TBM设备结构和刀盘直径存在差异,基于历史工程训练得到的机器学习模型也并不适用于新建工程.为了解决这一瓶颈问题,基于单刀受力分析、经验方法和扭剪实验模型等多种换算关系推导得到了仅与刀具数量和刀盘直径有关的物理不变量,利用由不变量组成的转换方案,可以对新建工程数据进行转换;之后针对围岩分类和机器学习模型上的应用效果,比选出最佳的破岩关键参数转换方案;进而采用遗传算法,以比选得到的转换方案不变量作为初值,迭代搜索出适合当前工程的最优转换方案不变量.研究结果表明,引绰工程(新建工程)数据经过不变量的转换后输入到引松工程(历史工程)机器学习模型,其刀盘扭矩T和刀盘推力F预测结果的拟合优度R2分别达到了0.84和0.70.本研究采用该转换方案不变量,可将不同工程的TBM施工数据归一化,将其统一到同一个框架下进行分析,实现了基于历史工程数据训练得到的机器学习模型指导新建工程施工.研究结果可为TBM机器学习模型跨工程应用提供参考.
本文对TBM破岩关键参数在不同工程之间的转换关系进行推导,采用多种模型推导了仅与刀盘直径和刀具数量有关的物理不变量和相应的破岩关键参数转换方案,对比了不同破岩关键参数转换方案在围岩分类和机器学习模型上的应用效果,并采用遗传算法,求解出最优的转换不变量,主要结论如下:
(1)根据不同换算关系推导得到的关键破岩参数转换不变量,仅与不同工程的TBM设备刀盘直径D和刀具数量N有关,而与其他因素无关;
(2)基于围岩分类和机器学习预测效果比选得到的转换不变量结论一致,(2)基于围岩分类和机器学习预测效果比选得到的转换不变量结论一致,其中刀盘转速n的转换不变量为𝑛𝑉,其转换关系为:(𝑛1/𝑛2=𝐷2/𝐷1),刀盘推力F的转换不变量为𝑆𝐹,其转换关系为(𝐹1/𝐹2=𝑁1/𝑁2),刀盘扭矩T的转换不变量为𝑓𝑟𝑘,其转换关系为(𝑇1/𝑇2=𝐷12/𝐷22);不变量比选值与遗传算法进一步优化得到的不变量优选值在转换应用上预测效果相差不大,转换不变量具有合理性;
(3)在引绰工程用于研究的桩号之外随机挑选300个循环段进行实践验证,相较于直接泛化应用预测的极大误差,不变量转换后的预测效果得到大幅提升,不变量转换效果良好,可以将不同工程的数据统一到同一个框架下进行分析,实现知识继承.
1 不同转换方案条件下的机器学习模型预测效果对比
2  转换关系在引绰工程刀盘推力F预测模型中的应用效果


文章刊登在《地球科学》第49卷第5期

李海波, 李旭, 王双敬, 陈祖煜, 荆留杰, 2024. TBM破岩关键参数跨工程转换关系. 地球科学, 49(5): 1722-1735. doi: 10.3799/dqkx.2022.331

Li Haibo, Li Xu, Wang Shuangjing, Chen Zuyu, Jing Liujie, 2024. Cross Project Conversion Relationship of Key Parameters of TBM Rock Breaking. Earth Science, 49(5): 1722-1735. doi: 10.3799/dqkx.2022.331

更多论文信息,请点击左下方(阅读原文


加入学术交流群

备注“姓名+单位+ES”



扫码添加小编微信,拉你进入《地球科学》编辑部学术交流群,群内不定期开展答疑会、分享学术研究、学术直播等高质量活动。


往期回顾

矿物学·岩石学·矿床学

   →近70年中国变质岩石学-变质地质学的研究进展

造山带橄榄岩岩石学与构造过程:以松树沟橄榄岩为例

片麻岩穹窿与伟晶岩型锂矿的成矿规律探讨

岩浆作用与地球深部过程

从岩浆岩看青藏高原地壳的生长演化

地壳生长及深部物质架构研究与问题:以中亚造山带(北疆地区)为例

→辽东白云-小佟家堡子矿集区控矿构造及成矿有利区预测

→晶粥储存、侵入体累积组装与花岗岩成因

→交代岩石圈地幔与金成矿作用

实验地球科学的前沿与发展战略

实验地球化学的发展历史和研究展望

实验岩石学发展现状与趋势

实验矿床学的发展现状和前景展望

实验流变学的发展现状与趋势

高温高压装置研制和技术创新的发展现状与趋势


构造地质学

纪念马杏垣先生

关于大陆构造研究的一些思考与讨论

秦岭造山带是印支碰撞造山带吗?

关于发展洋板块地质学的思考

大陆俯冲带壳幔相互作用

增生型造山带结构解析与时空制约

洋板块地质与川藏铁路工程地质关键区带

华北克拉通太古宙构造热事件时代及演化

中条山地区涑水杂岩新太古代烟庄正长花岗岩年龄及成因:对华北克拉通地壳演化的制约

→俯冲带结构演变解剖与研究展望


地学与健康

"同一健康"视角下医学地质学的创新发展

优化生态环境保障人民健康


古生物学

地史时期生物对冰室气候形成的作用


沉积和盆地动力学

下扬子地区早古生代晚期前陆盆地沉积特征与盆山过程

陆相断陷盆地陆源碎屑与碳酸盐混合沉积研究进展

渤海海域秦南凹陷东南缘沙一段混积岩优质储层成因及勘探意义


石油地质学

非常规源岩层系油气形成分布与前景展望

→”双碳”目标下我国油气产业发展的思考

→我国陆上未来油气勘探领域探讨与攻关方向


地球物理学

从高分辨率地震层析成像看青藏高原软流圈的物质运动


《地球科学》

青年学者论坛回放

→黄康俊|金属稳定同位素示踪地球增氧事件

→张   文|激光微区锆石Zr同位素分析测试技术及参考物质研发

→Marize Muniz da Silva|巴西São Francisco地块 Mineiro带后碰撞岩浆作用

→Dionatan Ferri Padilha|巴西南部Dom Feliciano带后碰撞玄粗质和超钾质岩浆作用

→王选策|地球系统中的挥发分和物质循环——对非俯冲带岩浆的新观点

→陈   印|中国北方砂岩型铀成矿作用及其与构造演化和油气藏的联系

→荣   辉|基性岩侵入对铀储层成岩-成矿作用的影响:以松辽盆地钱家店铀矿床为例

→兰中伍|南秦岭岩浆作用与浅表环境响应

→余文超|贵州遵义下石炭统九架炉组铝土矿物源:来自地球化学与锆石U-Pb同位素年代学的证据

→岳  汉|从2021年青海玛多地震到松潘-甘孜块体的长期形变模式

→王  墩|2021年Mw7.4青海玛多地震的震级、地震动场及破裂过程

→邓阳凡|华北东南缘综合地球物理特征及其对徐淮弧形构造带的启示

→谢国治|胶东半岛高Ba-Sr牙山侵入体的成因及其与华北克拉通破坏的关系

→白江昊|长江中下游地区A型花岗岩成因:放射性成因Ca-Nd同位素制约

→李振洪|川藏交通廊道重大灾害防控专题

→王   栋|川藏交通廊道冰雪灾害风险评价

→汤高明|青藏高原典型地表地质灾害机理及分类

→崔一飞|川藏交通廊道泥石流级联调控风险防控原理与方法

→刘金高|金伯利岩与碱性玄武岩的成因联系及深部地幔演化

→丁   兴|富氟流体活动及其成岩成矿效应 

柳保军,雷超,郑金云 | 专题十:南海陆缘盆地动力学及其能源效应

施小清,杨晓帆,戴恒 | 专题十一:地下水环境的刻画与模拟

高晓英,罗涛 |专题十二:微区分析在地球科学中的应用

梁琛岳,刘博 | 专题十中亚造山带南缘构造与成矿

Alexander Humphreys ,Johann Hohenegger | 专题十四:热带大型底栖有孔虫

 付伟 ,李登峰,李占轲,等 | 专题十五:战略性矿产资源研究与勘查进展

雷宏武,张晓博 | 论坛专题十六:地热能地球科学

李斌 ,张志遥 | 专题十七 :深层油气论坛

李博 ,吴琼,李严严 | 专题十八:强震区滑坡崩塌灾害防治技术方法研究

程晓敢,石许华,林秀斌 | 专题十九:盆山过程与动力学

黄发明,张东明,李旭 | 专题二十 :机器学习与灾害风险

郑义,虞鹏鹏 | 专题二十一:华南大地构造演化与关键金属成矿

黄发明,李为乐,谭道远 | 专题二十二:地质灾害风险智能评价

陈红汉,罗群,李文正,王海学,唐大卿 | 专题二十三:走滑断裂与油气

侯晓坤,贾智杰 | 专题二十四 :工程地质与防灾减灾

王全荣,杜尧 | 专题二十五:地下水系统参数获取与污染成因

董志文,王欢业,蒋宏忱 | 专题二十六:青藏高原环境-地质-微生物

喜欢就点个在看吧!

地球科学编辑部
《地球科学》(中文版)和Journal of Earth Science(英文版)是由教育部主管,中国地质大学主办的综合性地球科学学术刊物。中文版被EI 等数据库收录,英文版被SCI收录。
 最新文章