智能巖石力學的發(fā)展

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1、萬方數(shù)據(jù)2002焦中國釬攀挖院刊第4期尹?！薄啊啊啊薄薄啊薄?’“““?“””“”””““‘“““”?警；學科發(fā)展i瓤?‰p??F???川?¨

2、p?¨．"Ⅲ‘¨Pm隸智能巖石力學的發(fā)展馮夏庭(武漢巖土力學研究所武漢430071)摘要智能巖石力學是為突破“數(shù)據(jù)有限”和“變形破壞機理理解不清”的“瓶頸”而提出的一個新的交叉學科分支，在巖石力學專家系統(tǒng)、非線性動力學模型、參數(shù)反演、本構模型識別、開挖過程全局優(yōu)化、集成智能分析等研究方面已取得重要進展。指出多場耦合智能模型、多尺度模型、精細仿真、Internet模型、遙控試驗系統(tǒng)、綜合集成系統(tǒng)等研究是下一步的發(fā)展

3、方向。變革思維方式，加強原始創(chuàng)新和破壞性創(chuàng)新，建立智能巖石力學分析平臺是本學科發(fā)展的關鍵對策。關鍵詞智能巖石力學，進展，趨勢1引言巖石力學研究的對象是非均質(zhì)、非連續(xù)、各向異性的巖石(體)，其力學行為大多具有高度的不確定性與非線性，并受到地質(zhì)構造、地應力、水、溫度、壓力、開挖施工乃至水化學腐蝕的影響。目前主要采用的是以連續(xù)介質(zhì)力學為基礎的確定性研究方法，在特定的假設條件下求解。這種一對一的映射研究方法，使得巖石力學模型越來越復雜(例如，彈性、彈塑性、彈粘塑性、各向異性彈粘塑性、流變損傷斷裂力學、各向異性流變損傷斷裂力學模型等)，要確定的力學參數(shù)越來越多(有

4、的模型需要確定幾十個力學參數(shù))，支持模型所需的信息呈指數(shù)增長n]。然而，“數(shù)據(jù)有限”和“變形破壞機理理解不清”是這種確定性分·收稿日期：2002年6月20日析方法的“瓶頸”[2]。由于真實材料的理論體系尚未建立，許多巖石力學問題的數(shù)學力學描述要么不存在，要么是弱的或不完整的，目前還沒有一個被廣泛接受的普適性概念模型。因此，“沿用彈塑粘性理論等為基礎的確定性求解方法，并未得到恰如人意的效果”，“在將來，不敢斷言這種方法是否會對這樣一類問題的研究有新的突破，但至少在今天還不可能將這類問題的研究提高到一個新的高度”，“謀求新的、更為綜合的手段來解決問題，是迫待

5、研究的當務之急”舊J。為了突破“數(shù)據(jù)有限”和“變形破壞機理理解不清”的“瓶頸”，我們另辟蹊徑，提出了智能巖石力學的研究方法。它是自學習、非線性動態(tài)處理、演化識別、分布式表達等非一對一的映射研究方法以及多方法的綜合集成研究模式，是建立節(jié)理巖體真實特征的新型分析理論和方法，是涉及人工智能、非線性科學、系統(tǒng)科學、力學、地學與工程科學的交叉綜合研究方法。這種方法可從積累的實例中學習挖掘出有用的知識，非線性動態(tài)處理可使認識通過萬方數(shù)據(jù)4期智能巖石力學的發(fā)展257不斷的實踐來接近實際，演化識別可以在事先無法假定問題精確關系的情況下找到合理的模型，分布式表達使得尋找和

6、表達多對多的非線性映射關系成為可能。2研究現(xiàn)狀智能巖石力學的提出最早受人工智能專家系統(tǒng)解決經(jīng)驗問題的優(yōu)越性的影響，巖石分類專家系統(tǒng)的建立極大地推動了基于經(jīng)驗知識推理方法的應用，一些巖石力學問題的神經(jīng)網(wǎng)絡模型的出現(xiàn)又展示了自學習、非線性動態(tài)處理與分布式表達方法的強大生命力。這些研究啟發(fā)作者進行了深入的思考，并開展了卓有成效的研究工作。因此，智能巖石力學的學術思想雛形最早出現(xiàn)在文獻[3]，文獻[4]將智能巖石力學的學術思想介紹給國際同行。應國際巖石力學學會前主席SakuraiS．教授的特別邀請，作者在該學會會刊NewsJournalofIRSM上發(fā)表了有關智

7、能巖石力學研究的評述文章[5]，就該學科的發(fā)展提出了幾點思考。20世紀90年代以來的國際巖石力學學會大會以及各大洲的巖石力學大會都將其列為重要研究領域進行研討。一些大型研究計劃，如我國國家自然科學基金及一些西方國家的研究計劃等，也都將其列為重點課題予以支持，從而使智能巖石力學的學術思想不斷深化，新的模型和方法不斷涌現(xiàn)，研究隊伍不斷壯大，一些確定性分析方法無法解決的問題也得到了很好的解決?，F(xiàn)在，該學術思想已滲透到巖石力學與工程的許多方面，取得了一系列重要進展，《智能巖石力學導論》一書對智能巖石力學的理論和方法進行了階段性的系統(tǒng)總結[6]。這些進展包括：建立

8、了適用于圍巖分類、隧道(巷道)支護設計、邊坡破壞模式識別與安全性估計、采場穩(wěn)定性估計的專家系統(tǒng)，提出了基于范例推理(case．basedreasoning)的邊坡穩(wěn)定性評價方法。提出的可以考慮對負屬性的一種新的數(shù)據(jù)挖掘方法，能從硐室圍巖穩(wěn)定性的實例數(shù)據(jù)中挖掘出知識，并將得到的關聯(lián)規(guī)則輸入到專家系統(tǒng)，進行不確定性推理，對地下硐室圍巖的穩(wěn)定性進行合理的判別。發(fā)現(xiàn)邊坡、隧道、巷道的位移時間序列、巖石破裂過程的聲發(fā)射事件序列和煤礦頂板來壓序列等構成的非線性動力學系統(tǒng)，都可以用石?+。=ⅣⅣ(n，h。，h：，1)(x，+，，x：+P，．一，XⅢ)進行合理的描述。其

9、中x。+，為當前時刻的信息，(X。+，，X：??，瓦+。)為其先前n個時刻的信息