本發(fā)明涉及地質(zhì)災(zāi)害治理，具體涉及預(yù)留鎖固段和大直徑超深孔爆破在高陡坡地質(zhì)災(zāi)害治理中的應(yīng)用，特別涉及基于svr回歸模型的高陡坡深孔爆破方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在治理高陡坡危巖體的過程中，傳統(tǒng)的臺階式治理方法因其施工工序繁多、施工時間長、排險無法一次完成等缺點(diǎn)，已不適用。此外，臺階式治理還面臨著渣石運(yùn)輸困難以及危巖體不穩(wěn)定帶來的極大安全風(fēng)險。因此，需要探索新的治理工藝。

2、預(yù)留鎖固段大孔徑超深孔爆破排險方法被認(rèn)為是一個比較理想的解決方案。由于危巖體巖石的不完整性，大孔徑鉆孔更易于實(shí)施。同時，超深孔爆破施工可以減少施工工序，降低施工中的安全風(fēng)險。而預(yù)留鎖固段的設(shè)計則可以保障后續(xù)危巖體的相對穩(wěn)定，為后續(xù)的排險施工提供更大的安全保障。

3、但是在高陡坡地質(zhì)災(zāi)害治理中，高陡坡地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域的地質(zhì)條件通常較為復(fù)雜，巖土體的物理力學(xué)性質(zhì)差異大，導(dǎo)致滑坡體的穩(wěn)定性和治理難度增加。傳統(tǒng)的折線型傳遞系數(shù)法考慮這些復(fù)雜的地質(zhì)條件，因?yàn)檎劬€型傳遞系數(shù)法本身是一種簡化的計算模型，它假設(shè)了滑坡體各條塊之間的力傳遞是線性的，忽略了實(shí)際中可能存在的非線性關(guān)系。這種簡化在復(fù)雜地質(zhì)條件下可能導(dǎo)致計算結(jié)果與實(shí)際情況存在較大偏差，從而影響治理工程的設(shè)計精度。

4、在不同地質(zhì)條件和滑坡體形態(tài)下，巖土體的物理力學(xué)性質(zhì)(如內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角等)表現(xiàn)出明顯的非線性特征。如果忽略這些非線性關(guān)系，折線型傳遞系數(shù)法的適用性將受到限制，無法準(zhǔn)確反映滑坡體的真實(shí)穩(wěn)定性狀態(tài)。忽略自變量和因變量之間的非線性關(guān)系可能導(dǎo)致穩(wěn)定性評估結(jié)果偏于樂觀或悲觀，從而給治理工程帶來潛在的安全風(fēng)險。例如，過高的穩(wěn)定性系數(shù)可能導(dǎo)致對滑坡體的危險性估計不足，而過低的穩(wěn)定性系數(shù)則可能增加不必要的治理成本。

5、為此，本發(fā)明提出基于svr回歸模型的高陡坡深孔爆破方法及系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明希望提供基于svr回歸模型的高陡坡深孔爆破方法及系統(tǒng)，以解決或緩解現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，即如何在傳統(tǒng)的折線型傳遞系數(shù)法的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步使其能夠處理自變量和因變量之間的非線性關(guān)系，得出一個經(jīng)非線性處理后的穩(wěn)定性系數(shù)；本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

2、第一方面，基于svr回歸模型的高陡坡深孔爆破方法：

3、(一)概述：

4、本方案旨在解決上述技術(shù)問題。通過引入svr回歸模型評估滑坡體的穩(wěn)定性，通過rbf(徑向基函數(shù))核函數(shù)執(zhí)行點(diǎn)積操作，將自變量映射到高維空間，并在此空間中尋找一個超平面，然后將其與滑坡體的力學(xué)約束進(jìn)行比較。通過捕捉和模擬復(fù)雜的非線性行為，變量通過非線性映射轉(zhuǎn)換到高維空間，使得模型能夠?qū)W習(xí)并預(yù)測出更加精確的穩(wěn)定性系數(shù)kf；這個預(yù)測值比傳統(tǒng)方法更加準(zhǔn)確，因?yàn)樗紤]了自變量和因變量之間的非線性關(guān)系。

5、(二)折線型傳遞系數(shù)法：

6、根據(jù)《滑坡防治工程設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》(dzt0219-2006)，采用折線型傳遞系數(shù)法的計算方法為：

7、

8、式中：ψj是第i塊的剩余下滑力傳遞至第i+1塊時的傳遞系數(shù)(j＝i)：

9、ψj＝cos(ai-ai+1)-sin(ai-ai+1)tgφi+1；

10、ψj是第i塊的剩余下滑力傳遞至第i+1；wi是第i條塊的重量(kn/m)；ci是第i條塊內(nèi)聚力(kpa)；φi是第i條塊內(nèi)摩擦角(°)；li是第i條塊滑面長度(m)；ai是第i條塊滑面傾角(°)；a是地震加速度(重力加速度g)；ru是巖土體的水下容重比；rdn和tdn分別是在第n條塊底部或側(cè)面的阻力(錨固力)，tdn代表作用在第n條塊上的水平力(切向力)；tg是正切函數(shù)；kf是穩(wěn)定性系數(shù)。

11、而基于本方案所要解決的技術(shù)問題，需將折線型傳遞系數(shù)法的計算形式視為一種約束項(xiàng)，即抽象出一些關(guān)鍵力學(xué)參數(shù)，并將它們作為本方案所要建立的模型輸入特征的一部分，間接地體現(xiàn)滑塊的總下滑力與總抗滑力之間的平衡的力學(xué)約束：

12、

13、上式表示滑坡體應(yīng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，作為評估滑坡治理方案時的一個標(biāo)準(zhǔn)，并參與經(jīng)處理穩(wěn)定性系數(shù)kf非線性關(guān)系。

14、(三)技術(shù)方案：

15、為實(shí)現(xiàn)處理自變量和因變量之間的非線性關(guān)系，本方案選擇采用svr回歸模型。采用折線型傳遞系數(shù)法分段計算滑坡體時，執(zhí)行如下步驟：

16、3.1步驟s1，讀取svr回歸模型：

17、輸入自變量x，自變量x的形式為：

18、x＝{ψj,wi,ci,φi,li,ai,a,ru,(rdn,tdn)}；

19、其中，ψj是第i塊的剩余下滑力傳遞至第i+1；wi是第i條塊的重量(kn/m)；ci是第i條塊內(nèi)聚力(kpa)；φi是第i條塊內(nèi)摩擦角(°)；li是第i條塊滑面長度(m)；ai是第i條塊滑面傾角(°)；a是地震加速度(重力加速度g)；ru是巖土體的水下容重比；rdn和tdn分別是在第n條塊底部和側(cè)面的阻力(錨固力)。

20、使用rbf核函數(shù)對支持向量xi和自變量x執(zhí)行點(diǎn)積操作，進(jìn)而處理自變量x和因變量y之間的非線性關(guān)系，并通過回歸函數(shù)f(x)獲取作為穩(wěn)定性系數(shù)kf的因變量y；

21、3.1.1步驟s100，使用回歸函數(shù)f(x)：

22、

23、其中：αi和αi*是拉格朗日乘子。k(x,xi)是rbf核函數(shù)，用于處理輸入數(shù)據(jù)之間的非線性關(guān)系。b是偏置項(xiàng)。xi是第i個支持向量，其總數(shù)為m。

24、3.1.2步驟s101，執(zhí)行點(diǎn)積操作：

25、rbf核函數(shù)將自變量x映射到一個高維空間并與支持向量xi進(jìn)行點(diǎn)積，從而處理非線性關(guān)系：

26、

27、其中：υ是超參數(shù)；σ是寬度參數(shù)。||x-xi||2是自變量x和支持向量xi之間的歐氏距離平方。

28、3.2訓(xùn)練svr回歸模型的方法：

29、雖然上述步驟s1使用了svr回歸模型，但是該模型仍需進(jìn)行訓(xùn)練才能使用；其訓(xùn)練方法包括：

30、3.2.1第一步，數(shù)據(jù)工程：

31、收集歷史數(shù)據(jù)，記錄不同的自變量x和因變量y；并構(gòu)成數(shù)據(jù)集d：

32、d＝[(x1,y1),(x2,y2),...,(xn,yn)]；

33、其中，(xi,yi)是第i個樣本，n是樣本數(shù)量。

34、然后還可以對數(shù)據(jù)集d進(jìn)行常規(guī)的數(shù)據(jù)清洗與歸一化技術(shù)。

35、3.2.2第二步，設(shè)定凸優(yōu)化問題：

36、本方案的目標(biāo)是，找到一個超平面來劃分?jǐn)?shù)據(jù)集d中的數(shù)據(jù)點(diǎn)，形成步驟s1中所述的支持向量xi；同時，引入rbf核函數(shù)執(zhí)行核技巧，即隱式地執(zhí)行點(diǎn)積運(yùn)算；

37、然后基于本方案的回歸問題，引入如下約束目標(biāo)：

38、1)希望找到的超平面的法向量w的模越小越好，讓超平面盡可能簡單。

39、2)在超平面的法向量w的模越小越好的基礎(chǔ)上，希望所有的支持向量盡可能地接近超平面；

40、3)在所有的支持向量盡可能地接近超平面的基礎(chǔ)上，我們應(yīng)當(dāng)允許一些數(shù)據(jù)點(diǎn)在一定程度上偏離超平面進(jìn)而增加模型的魯棒性。

41、3.2.3第三步，訓(xùn)練：

42、訓(xùn)練即是不斷地求解上述凸優(yōu)化問題，期間引入k-fold交叉驗(yàn)證法；整體的訓(xùn)練步驟為：

43、(1)劃分：將數(shù)據(jù)集d隨機(jī)分成k個大小相等的子集；

44、(2)循環(huán)執(zhí)行：

45、(2.1)選擇di作為測試集dtest，其余子集合并作為訓(xùn)練集dtrain；

46、(2.2)在訓(xùn)練集dtrain中，使用qp算法來求解上述優(yōu)化問題，每解決一次優(yōu)化問題，就獲取到一組拉格朗日乘子αi和αi*，進(jìn)而可通過這對乘子找到超平面w的位置；同時，也可以通過這對乘子找到對應(yīng)的那個支持向量xi，然后通過該支持向量xi來直接得出偏置項(xiàng)b的值；

47、(2.3)使用測試集dtest測試訓(xùn)練好的svr模型，并記錄召回率。

48、(2.4)計算k次測試結(jié)果的平均值，作為模型性能的最終評估。

49、(2.5)選擇使均方誤差mse結(jié)果最小的那一輪訓(xùn)練得出的模型超參數(shù)作為最優(yōu)模型超參數(shù)；即拉格朗日乘子αi和αi*、法向量w、偏置項(xiàng)b、懲罰系數(shù)c和超參數(shù)υ；

50、(3)模型收斂或到達(dá)預(yù)定循環(huán)迭代次數(shù)后，停止訓(xùn)練。

51、3.2步驟s2，執(zhí)行力學(xué)約束：

52、對預(yù)測的因變量y執(zhí)行約束修正，判斷該段滑坡體的總抗滑力是否能夠平衡總下滑力：

53、

54、其中，它是通過比較滑坡體上的總抗滑力與總下滑力來計算的。具體來說，該表達(dá)式描述的是滑坡體處于穩(wěn)定狀態(tài)時所必須滿足的條件，即穩(wěn)定性系數(shù)kf必須大于或等于1。

55、計算的是滑坡體上所有條塊的總抗滑力。其中：

56、wi是第i條塊的重量。

57、(1-ru)考慮了巖土體的水下容重比，用于調(diào)整條塊在水下時的有效重量。

58、cosaitanφi反映了條塊由于內(nèi)摩擦角φi產(chǎn)生的抗滑分量。cili是條塊內(nèi)聚力對抗滑力的貢獻(xiàn)。是傳遞系數(shù)的連乘，用于考慮前面條塊對后續(xù)條塊抗滑力的影響。

59、部分計算的是滑坡體上所有條塊的總下滑力。其中：

60、wi(sinai)是條塊重力沿滑面方向的分量。

61、wi(acosai)是地震加速度對下滑力的貢獻(xiàn)。

62、同樣是傳遞系數(shù)的連乘。

63、本步驟的力學(xué)約束的意義在于：當(dāng)步驟s1預(yù)測的因變量y≥1時，說明滑坡體的總抗滑力至少能夠平衡總下滑力，滑坡體處于穩(wěn)定狀態(tài)或至少不會立即發(fā)生滑動。反之則表明滑坡體的總下滑力大于總抗滑力，存在失穩(wěn)的風(fēng)險，需要采取相應(yīng)的治理措施來增加抗滑力或減小下滑力。

64、2.4步驟s3，執(zhí)行深孔爆破：

65、對于滑坡體的不同分段及其所計算出的因變量y，判斷該段滑坡體的因變量y是否大于或等于1。如果是，則可布置爆破孔、炸藥類型、藥量以及起爆順序；

66、如該段的因變量小于1，則該滑坡體存在失穩(wěn)風(fēng)險，需進(jìn)一步增加預(yù)留鎖固段數(shù)，直至使該段滑坡體的因變量y大于或等于1。

67、當(dāng)滑坡體所有段的因變量y大于或等于1后，實(shí)施爆破。

68、(四)解決技術(shù)問題的機(jī)制：

69、svr模型是一種強(qiáng)大的機(jī)器學(xué)習(xí)方法，它通過核函數(shù)將輸入數(shù)據(jù)映射到高維空間，在這個高維空間中尋找一個最優(yōu)的超平面來擬合自變量和因變量之間的非線性關(guān)系。因此，它能夠捕捉和模擬復(fù)雜的非線性行為。使用已知滑坡或高陡坡案例的穩(wěn)定性系數(shù)作為目標(biāo)輸出(即因變量)，svr模型通過訓(xùn)練數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)輸入變量與目標(biāo)輸出之間的映射關(guān)系。經(jīng)過訓(xùn)練的svr模型能夠接收新的滑坡或高陡坡的物理參數(shù)作為輸入，并輸出一個經(jīng)非線性處理后的穩(wěn)定性系數(shù)kf。這個預(yù)測值比傳統(tǒng)方法更加準(zhǔn)確，因?yàn)樗紤]了自變量和因變量之間的非線性關(guān)系。

70、第二方面，基于svr回歸模型的高陡坡深孔爆破系統(tǒng)：

71、如圖3所示，所述系統(tǒng)包括處理器、與所述處理器連接的存儲器，所述存儲器中存儲有程序指令，所述程序指令被所述處理器執(zhí)行時，使所述處理器執(zhí)行如上述所述的高陡坡深孔爆破方法。

72、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

73、一、提高治理精度與可靠性：本發(fā)明通過svr模型處理非線性關(guān)系，可以更精確地計算滑坡或高陡坡的穩(wěn)定性系數(shù)，從而更準(zhǔn)確地評估治理效果和安全風(fēng)險?？梢源_保在爆破過程中進(jìn)一步確定預(yù)留鎖固段的設(shè)計，使危巖體保持相對穩(wěn)定，減少了因整體失穩(wěn)而導(dǎo)致的安全風(fēng)險。同時，svr模型的應(yīng)用可以幫助預(yù)測和評估不同治理方案下的潛在風(fēng)險，為施工提供更為安全的指導(dǎo)。

74、二、簡化施工工序：與傳統(tǒng)的臺階式治理方式相比，svr模型的應(yīng)用可以幫助優(yōu)化預(yù)留鎖固段+大直徑超深孔爆破方法，可以一次性消除更多的危巖體，從而縮短施工周期，提高施工效率。

75、三、增強(qiáng)治理效果：本發(fā)明通過綜合應(yīng)用預(yù)留鎖固段、大直徑超深孔爆破技術(shù)和svr模型，可以更加有效地治理高陡坡地質(zhì)災(zāi)害，降低災(zāi)害發(fā)生的可能性和危害性。這種綜合治理方案不僅注重短期效果，還考慮到了長期的穩(wěn)定性和安全性。