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水力发电学报 ›› 2025, Vol. 44 ›› Issue (4): 59-71.doi: 10.11660/slfdxb.20250407
摘要: 针对目前传统数值模拟方法在支护方案优化中的不足,为了兼顾隧洞支护方案的安全性和经济性,同时适用于多种地质条件,并且提高传统数值模拟方法的计算效率,本文提出基于代理模型和NSGA-III的隧洞支护方案多目标优化方法。首先,以支护参数和围岩力学参数作为输入参数,隧洞围岩变形和围岩塑性区深度作为输出参数,建立类别型特征梯度提升(CatBoost)代理模型,构建输入参数与输出参数之间的非线性映射关系,同时采用蜣螂优化算法(DBO)优化CatBoost的超参数,实现隧洞围岩稳定的高效预测,并采用沙普利加和解释模型(SHAP)分析输入参数对输出参数影响的贡献度;其次,以隧洞安全和支护成本为目标函数,支护参数为设计变量,支护参数取值范围为约束条件构建隧洞支护方案多目标优化模型,进而将代理模型结合第三代非支配排序遗传算法(NSGA-III)进行支护方案多目标优化求解;最后,将本方法用于工程实例中,结果表明,III类围岩和IV类围岩支护优化方案与原方案相比隧洞拱顶变形分别降低了1.23%,9.78%;塑性区深度分别降低了8.98%,10.53%;支护成本分别降低了17.39%,4.94%,与实际工程监测结果相符。比起传统支护优化方法,本方法更加高效智能,能够为隧洞支护方案的优化设计提供决策支持。
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