基于PSO-SVM模型软岩动压巷道围岩变形预测与控制机理研究

针对软岩动压巷道围岩发生严重变形与破坏的问题，研究软岩强度及变形特征的微细观力学机理，建立软岩微细观变化和宏观破坏之间的联系，通过软岩三轴流变实验，建立软岩非线性损伤流变模型。通过对监测区数据的分析，查明影响软岩动压巷道围岩大变形的主要因素，提出各种诱发因素等相关参数的量化理论及方法，综合考虑与软岩大变形灾害发生有关的各种因素，建立一个体现各因素作用的数学力学模型。结合软岩大变形预测，采用粒子群-支持向量机（PSO-SVM）非线性方法，建立软岩动压巷道大变形灾害评价的指标体系和评价模型，实现软岩动压巷道大变形灾害的定量综合评价与预测。运用PSO-SVM方法，建立巷道围岩支护体系的非线性力学模型，并对支护参数进行合理优化。通过本项目的研究，能有效解决软岩动压巷道围岩大变形预测与控制机理问题。因此，深入研究软岩动压巷道围岩变形预测与控制机理具有重要的理论价值和现实意义。

动压条件下软岩巷道变形预测与破坏机理是深部矿井重点研究对象，但结合可靠性计算、最小二乘支持向量机（LSSVM）、人工蜂群算法（ABC）研究甚少。不确定性可靠性理论是考虑不确定性的重要工具，LSSVM和ABC算法是解决复杂非线性问题一个有力工具。通过研究，理论上揭示不确定性对动压下软岩巷道稳定影响，阐明动压条件下软岩巷道锚杆支护失稳机理，建立基于LSSVM巷道支护可靠性计算方法。研究动压条件下软岩巷道变形预测与失稳机理难题主要是岩石破坏准则和岩土参数难以确定，准确与否直接影响巷道失稳和变形预测结果。本文通过砂岩三轴流变实验，建立软岩非线性流变模型，研究砂岩三轴蠕变特性。依据给定实验数据，构建一个基于巷道围岩力学特性与巷道破坏行为之间非线性关系LS-SVM模型，用Mohr-Coulomb和Hoek-Brown破坏准则验证实验结果，表明LS-SVM建立岩石破坏判据和预测巷道开挖过程中岩体破坏是可行的，通过它分析围岩体的力学行为。基于人工蜂群算法（ABC）反分析监测位移确定岩土参数，用LSSVM建立ABC算法获得地质力学参数和位移之间的非线性关系，获得精确的岩土力学参数。结合室内试验，用三线性内聚力模型（CZM）模拟锚杆砂浆界面行为，用塑性损伤模型模拟灌浆材料，研究注浆锚杆破坏模式。基于蒙特卡罗模拟（MCS）和一次二阶矩法（FOSM）的LS-SVM算法，建立结构可靠性分析模型，评价支护结构可靠性。通过对巷道顶板、两侧位移监测，研究动压条件下软岩巷道变形破坏规律。.本项目研究为可靠性理论在深部矿井巷道稳定性评价、预测、设计与控制中应用奠定重要理论基础，有效解决软岩动压巷道围岩大变形预测与控制机理问题。针对动压条件下软岩巷道变形破坏，本文成功申请了5个发明专利，在一定程度上能解决巷道支护难题，为类似条件支护奠定基础。因此，本文研究具有重要的理论价值和现实意义，但由于本文现场取样和监测效果不理想，原基金的研究内容有适当调整，希望今后的工作能弥补本文的缺陷。