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隧道建设(中英文) ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (7): 1286-1297.DOI: 10.3973/j.issn.2096-4498.2025.07.005
张金戈1, 2, 3, 杜岩1, 2, 蒋宇静3, 陈红宾3, *, 张孙豪3, 刘敬楠2, 3, 尚栋琦3
ZHANG Jinge1, 2, 3, DU Yan1, 2, JIANG Yujing3, CHEN Hongbin3, *, ZHANG Sunhao3, LIU Jingnan2, 3, SHANG Dongqi3
摘要: 为准确预测节理岩体的剪切强度,进而实现隧道施工中围岩稳定性的智能评估,提出一种基于元启发式算法优化的XGBoost(eXtreme Gradient Boosting)模型。首先,在分析节理岩体剪切机制的基础上,选取节理粗糙度系数(JRC)、岩石单轴抗压强度(UCS)、岩石弹性模量(YM)、法向应力(NS)和剪切面长度(SSL)作为输入参数,峰值剪切强度(PSS)作为输出参数,相关性分析显示法向应力是峰值剪切强度的主控因子。然后,采用平衡优化器(EO)、灰狼优化算法(GWO)和黏菌算法(SMA)对 XGBoost 的超参数进行优化,确定初始种群数量的最优设置。最后,将3种优化模型的预测性能与随机搜索优化的 XGBoost 模型、随机森林(RF)模型和支持向量回归(SVR)模型进行对比分析。结果表明, 3种基于元启发式算法优化的模型整体性能均优于随机搜索优化模型,且SMA 优化的 XGBoost 模型表现最优(RMSE=0.393 21,R2=0.996 24,MAE=0.256 89,VAF=0.996 25),验证了元启发式算法在提升模型性能方面的有效性。此外,SHAP分析也确认法向应力在模型预测中的主导作用。本研究为隧道工程中围岩稳定性的智能动态评估提供了一种高效可靠的机器学习方法。