基于集成学习与贝叶斯优化的岩石抗压强度预测

岩石抗压强度是评估岩体工程稳定性的重要力学参数,传统统计回归方法对于岩石抗压强度预测存在一定的局限性.为此,提出了一种利用简单岩石力学参数实现岩石抗压强度智能预测的方法,首先收集了620组含不同类型岩石的三轴试验数据,然后分别采用随机森林(Random Forest,RF)、极限梯度提升树(XGBoost,XGB)和轻量梯度提升机(LightGBM,LGB)3种主流的集成学习算法建立了岩石抗压强度预测模型,使用贝叶斯优化算法在模型训练过程中进行超参数优化,最后利用决定系数(R²)、平均绝对百分比误差(MAPE)和均方根误差(RMSE)对优化后模型的泛化能力进行了综合评估和对比分析.此外,利用LGB模型对输入特征进行重要性分析,以评估不同输入特征对模型泛化性能的影响重要程度.研究结果表明：所建立的3种模型对岩石抗压强度均取得了较好的预测结果,其中LGB模型泛化性能优于另外两种模型(R²=0.978,RMSE=5.58,MAPE=9.70%),且运行耗时相对最少.弹性模量(E)、围压(σ₃)和密度(ρ)对模型的泛化性能影响较...     

基于生物地理优化的人工神经网络模型预测软土的固结系数

软土固结系数C_v是岩土工程结构设计中的重要参数,测试固结系数需要花费大量的时间和成本。基于生物地理学优化算法(biogeographical optimization algorithm,BBO)来改进人工神经网络(artificial neural network,ANN)模型,使用生物地理优化的人工神经网络(ANN-BBO)模型对软土固结系数进行计算。基于连淮高速公路改扩建项目的路基软土数据对计算模型进行了训练和测试。通过相关系数矩阵和主成分分析对软土的11个物理力学参数进行了统计分析,确定了7个参数作为计算模型的输入参数,并对计算模型进行了训练和测试;模型通过相关系数、均方根误差和方差比进行检验,并对误差进行了统计分析;采用蒙特卡罗模拟对计算模型的鲁棒性进行了分析。结果表明：ANN-BBO模型可以用于估计软土的固结系数,相关系数R²=0.947 1,均方根误差RMSE=0.165 7×10^-3 cm²/s,方差比VAF=94.54%;ANN-BBO模型预测精度明显优于ANN模型;ANN-BBO...     

海河流域大清河平原区地下水化学特征及演化规律分析

地下水超采引发大清河流域范围内一系列生态环境负效应,地下水与地表水关系密切,厘清大清河流域平原区地下水化学特征及演化规律,对大清河流域水资源合理开发利用具有重要意义,然而目前尚缺乏对大清河流域地下水化学特征特别是其历史以来的演变规律作系统的分析。本文以海河流域大清河平原区地下含水系统为例,采集浅层含水层组47个水样和深层含水层组32个水样,测试了主要阴离子(Cl^-、SO■、NO^-₃)和阳离子(K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺)等指标,利用水化学类型、吉布斯模型、离子比值关系等方法,研究其水化学特征及演化规律。测试结果显示：浅层含水层组受到气象和人为因素影响较大,浅层和深层含水层组pH值(7.35～8.92)差异不大,偏碱性;浅层含水层组由于农业活动等影响,造成局部地区的硝酸盐和硫酸盐污染。水岩相互作用分析显示：硅酸盐矿物风化是研究区主要的矿物来源,硅酸盐矿物溶解、阳离子交换为主要的水化学作用。研究区浅层地下水水化学特征总体上受地形和水...     

采用支持向量回归从测井曲线定量计算油页岩含油率

获取油页岩含油率是油页岩资源评价的重要步骤,传统从测井曲线计算油页岩含油率多采用回归模型,但存在误差大或过拟合的局限性和弱点.本文尝试结合大数据概念的数据挖掘算法和测井应用知识进行油页岩含油率定量计算,提高含油率计算的精度以及模型的泛化性.利用改进的ΔlogR技术获得DT_s、DEN_s、GR_s作为解释变量.采用数据挖掘算法——支持向量回归进行定量计算油页岩含油率能够大幅提高泛化性和精度,获得模型训练样本R²得分为0.82,测试样本R²得分可达0.70,拟合精度较高.支持向量回归模型比传统回归模型泛化能力更强,能够避免过拟合问题,具有广泛的应用性.     

基于格尔木河流域的SWAT模型水文特征情景模拟研究

以2008—2016年格尔木河流域实测径流量数据为基础,构建SWAT分布式水文模型,采用SUFI-2算法进行参数率定、验证及不确定性分析,并设置不同的气候情景(RCP2.6、RCP4.5和RCP6.0),预测流域2022—2050年的径流变化趋势,分析了研究区未来降水、气温的变化趋势并探究了这些气候要素对格尔木河流域径流的影响。结果表明：(1)SWAT模型在格尔木河流域径流过程的模拟中具有较好的适用性,率定期R²和E_NS分别为0.84和0.73,验证期R²和E_NS分别为0.74和0.70;(2)径流预测不确定性较小;(3)未来流域降水呈现增加趋势而气温降低;(4)未来时段流域径流增加显著,且降水是控制流域径流的主要因素。     

基于GF-2影像的武汉市九峰山国家森林公园地上碳储量估算

探究国产高分辨率数据在森林碳储量估算研究中的潜力,为构建森林碳储量估算模型提供新思路。选取武汉市九峰山国家森林公园为研究对象,以GF-2遥感影像为数据源,结合地面实测信息,对研究区森林地上碳储量进行估算,共提取6个植被指数、4个波段值、8种纹理特征,筛选出9个与实测碳储量相关的遥感变量,运用线性与非线性方程对单个高相关变量和多个相关变量进行建模,选出最优模型,为进一步提高预测精度,将模型代入4种纹理窗口(3×3、5×5、7×7、9×9)。结果表明：通过遥感图像提取的植被指数之间,具有较强的共线性,单变量建立的模型精度低于多变量模型;利用均方根误差RMSE与决定系数R²对4个窗口下模型的预测精度进行评价,模型在5×5窗口下预测效果最好(R²=0.73,RMSE=0.5),3×3窗口下预测效果最差(R²=0.64,RMSE=0.8),将所有估测模型进行比较,在纹理窗口下模型精度提高了0.11。利用5×5窗口下构建的多变量模型对研究区碳储量进行估算,九峰山国家森林公园碳储总量为1.06×10⁴ t,总体平...     

沿海地区地下水水质特征及其对地下水源热泵系统潜在性危害

沿海地区地下水化学条件复杂,为查明地下水水质对地下水源热泵系统(GWHP)的危害,对危害机理进行了研究。通过对江苏省盐城地区潜水和第Ⅰ承压水的水化学分析,确定主要离子来源以及成因作用,重点分析了Mg²⁺、Ca²⁺、Fe²⁺的危害性,最终利用水文地球化学软件PHREEQC计算饱和指数I_s,分析了地下水越流混合作用、地下水回灌叠加对地下水源热泵的潜在危害。结果表明：盐城地区地下水TDS(溶解性总固体)质量浓度高,硬度高,Na⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Fe²⁺、HCO₃^-、Cl^-是主要质量浓度异常的离子;潜水ρ(TDS)为180.42～4 497.00 mg/L,ρ(Na⁺)、ρ(Mg²⁺)、ρ(Ca²⁺)分别为278.16、72.91、72.74 mg/L,ρ(HCO₃     

基于同位素和水化学的北京平谷盆地地下水循环研究

通过在区域开展地下水同位素、水化学取样分析，研究了平谷泃河和洳河冲洪积扇地下水循环演化特征。分析结果显示：本次所取水样pH值为7.6～8.1，为中性水；阳离子含量均以Ca²⁺、Mg²⁺为主，占70%以上，阴离子含量以HCO₃^-为主，占82%以上，所取水样地下水水化学类型均为HCO₃·Ca·Mg型。研究区浅层第四系松散孔隙水δ²H值和δ¹⁸O值分别为64.9‰、9.08‰，深层第四系松散孔隙水δ²H值和δ¹⁸O值分别为67.6‰、δ₁₈O值，基岩岩溶水δ²H值和δ¹⁸O值分别为64.5‰、9.36‰。基岩岩溶水稳定同位素含量均值与浅层地下水比较接近；浅层第四系松散孔隙水¹⁴C含量为46.7%～93.1%，深层水第四系松散孔隙水¹⁴C含量为40.23%～61.13%，基岩岩溶水^...     

基于图像法的多孔介质双分子反应溶质运移模拟

采用图像分析法确定溶质浓度,以硫酸铜和EDTA二钠作为双分子反应物,在多孔介质模型中开展了不同粒径(1.52.0,2.53.0,3.54.0 mm)和流量(1.0,1.5,2.0 mL/s)下反应性溶质运移实验,探讨了应用不完全混合的对流弥散模型(IM-ADRE)对双分子反应溶质运移的模拟和预测,并进行了参数敏感性分析。结果表明:图像分析法可准确获取多孔介质中显色反应性溶质的浓度,灰度值与浓度的决定系数R²大于0.96;用IM-ADRE模型能够准确预测双分子反应性溶质硫酸铜和EDTA二钠在3种不同多孔介质中的运移过程,误差低于3.71%;实验条件的改变对IM-ADRE模型参数D、m和β₀的影响显著,说明模型参数依赖于环境条件,其变化规律需要根据实际环境条件进一步率定,便于IM-ADRE模型的进一步推广应用。     

基于PSO-DSRVM的边坡变形预测

为了建立高精度的边坡位移预测模型,文章采用基于粒子群优化(PSO)的双稀疏相关向量机(DSRVM)建立边坡稳定性和影响因素之间的非线性关系。双稀疏相关向量机是在变分和相关向量机(RVM)框架下提出的一种多核组合优化的方法,相比于RVM和其他多核学习方法,DSRVM不仅有更少的训练时间,并且能够得到更高的预测精度。由于DSRVM的核参数对预测效果的影响较大,文章采用粒子群算法实现多个核参数的优化选取并应用于边坡位移预测。最后将本文提出的基于粒子群优化的双稀疏相关向量机(PSO-DSRVM)预测结果与极限学习机(ELM)和小波神经网络(WNN)预测结果进行对比,通过均方根误差(RMSE)、复相关系数(R²)和平均相对预测误差(ARPE)进行评价,验证了PSO-DSRVM模型在边坡变形预测上的可行性。     

西天山伊耳曼得型金矿流体特征及成矿环境

西天山一种以伊耳曼得和恰布坎卓它等金矿为代表的金矿类型,其成矿流体液相成分以K⁺离子为主,其次是Na⁺、Cl^-、SO₄^2-及少量的Ca²⁺、Mg²⁺.流体气相成分以H₂O为主,其次是CO₂、H₂,少量的O₂、N₂、CH₄和CO.流体的矿化度平均为8.28g/L,盐度比较低,其范围为1.5%~0.39%(NaCl),流体的pH值在2.8~5.5之间.流体离子强度为0.146~0.18.氧逸度为lgf o₂=-35.2~-38.9,流体的pH-lgf o₂稳定范围与冰长石-绢云母型和酸性硫酸盐型金矿床的稳定范围不一致.流体温度范围为93~151.4℃.流体压力范围为5.6~17 MPa.表明成矿流体具有低温、低压和低盐度的特点.流体属于H₂O-NaCl-CO₂体系,来自大气降水.大气降水渗滤到地下,受到火山和地温梯度的影响,形成了沿一定深度运动的热循环流体.成矿流体的物理化学环境是一种过渡类型.成矿流体沿火山碎屑岩孔隙和微裂隙多次渗透交代而成矿.     

白洋淀渗漏对周边地下水的影响

为查明受污染的白洋淀地表水渗漏范围,对周边地下水主要离子水化学的影响,并评价地下水是否适用于灌溉,在该区域现场测定了地表水及地下水pH、EC(Electric Conductivity)和ORP(Oxidation-Reduction Potential)等参数,采样分析各水体D、¹⁸O和主要离子组成,结合判别分析和钠吸附比R_SA(Sodium Adsorption Ratio)讨论。结果表明,淀水渗漏使浅层地下水电导率升高,氧化还原电位值降低,且更加富集重同位素;唐河污水库周边浅层地下水SO₄^2-和Na⁺含量明显增大。浅层地下水的δ¹⁸O值结合水位埋深有效地标记了淀水渗漏影响地下水的范围。浅层地下水主要受到白洋淀渗漏的影响,唐河污水库附近的浅层地下水受污水库渗漏影响。污染地表水渗漏使得浅层地下水水质普遍下降,白洋淀西部和唐河污水库周边浅层地下水不适宜用于灌溉。     

黑龙江省砂宝斯金矿床成矿流体性质研究

砂宝斯金矿床产于中侏罗统陆相碎屑岩中,金矿体严格受S-N向和NNW向断裂构造控制.矿体石英中流体包裹体较为发育,以气液包裹体为主.通过流体包裹体的研究认为:成矿流体属于Ca²⁺(K⁺、Na⁺)-SO₄^2-(F^-、Cl^-)型,具有低盐度(0.8%~9.2%)、低密度(0.895g/cm³)、偏碱性(pH8.05~8.26)、高硫低氧(LogfO₂值为-39.4~-39.2)和相对还原环境(E_h值为-0.71~-0.68)的特点:成矿温度为200~230℃、成矿压力为17.24MPa,成矿深度为0.575km;成矿流体主要来源于深部岩浆,有部分大气降水加入,是岩浆热液和大气降水的混合流体;Au主要是以Au-S配合物的形式迁移,成矿流体的压力、pH值降低和E_h值升高是导致Au沉淀的重要因素.     

松嫩平原黑土区西北部阿荣旗地下黑土稀土元素特征及环境指示

东北黑土的形成长期备受学者们的关注,然而人类活动不同程度影响着表层黑土的自然特征。地下黑土能较为真实地反映客观属性,但其研究仍然匮乏,由此本文选择松嫩平原黑土区阿荣旗钻孔内的地下黑土为研究对象,进行稀土元素地球化学测试,采用地质统计学分析地下黑土层ΣREE、HREE、LREE的分布特征,结合Ce异常、Eu异常、(La/Yb)_N、(La/Sm)_N、(Gd/Yb)_N、Al₂O₃/TiO₂图解、Ce_anom讨论了黑土的物源特征与环境记录。结果显示,阿荣旗地下黑土ΣREE含量较高,平均值为141.45×10^-6。球粒陨石标准化曲线表现为向右倾斜,轻稀土富集,δEu微弱负异常,δCe明显负异常。(La/Yb)_N平均值7.58,(La/Sm)_N平均值为1.14,(Gd/Yb)_N平均值为3.54,表明地下黑土重、轻稀土元素分异程度大,轻稀土元素相比重稀土元素分馏...     

江西宜黄强过铝质S型花岗岩成因及其对华南早古生代陆内造山运动的制约

宜黄花岗岩位于江西省中部宜黄县东南部,属武夷地块,主要岩石类型为二云母二长花岗岩。锆石U-Pb同位素测年表明,宜黄岩体形成于448 Ma。岩石具有高的SiO₂、K₂O、稀土元素总量(ΣREE=164.29×10^-6～256.66×10^-6)、CaO/Na₂O值、A/CNK(1.23～1.45)、Rb/Sr值,以及低的P₂O₅、TiO₂、TFeO/MgO、Al₂O₃/TiO₂、Nb、Sr等值;轻稀土元素相对富集((La/Yb)_N=12.02～34.43),具有中等负Eu异常(δEu=0.38～0.77),低ε_Nd(t)值(-8.22～-13.93),高(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_i=(0.71283～0.72410)。锆石¹⁷⁶     

郴州市许家洞地区地热资源特征及资源量评价

为查明郴州市地下热水资源的特征及储量,本文选取许家洞地区两个典型地热田,通过地热地质调查、水质测试等方法调查了研究区的地质条件、地热流体场特征、地下热水水化学类型。基于上述研究开展了许家洞地区地热资源储量的分析评价。研究结果表明：(1)区内地下热水受断裂构造控制,是入渗地下水沿着断裂构造在深部循环过程中吸收隐伏岩体中的热能形成的;(2)地下热水水化学类型主要为HCO₃-Ca型、HCO₃-Ca·Na型或HCO₃·SO₄-Ca·Mg型,为低温、无色透明的弱碱性水;(3)热水的主要补给来源为大气降水,水分入渗后主要沿区内发育的北东向断裂构造(F₂₄、F₇、F₂₅、F₈)运移到一定深度,地下水逐渐增温变成地下热水,在断裂交汇处沿着不均匀发育的岩溶裂隙系统向上运移,以温泉形式出露于地表;(4)研究区地下热水每年可提供热能约3.23×10⁸MJ,每年可节约标准煤资源约1.18×10⁴     

基于天气预报的参考作物腾发量LS-SVM预测模型

利用最小二乘支持向量机(LS-SVM)方法,建立了基于天气预报的参考作物腾发量(ET₀)的预测模型.对广利灌区1997~2006年逐日气象信息中的天气类型和风速等级进行量化后,以不同天气预报信息作为输入量,建立10种验证方案,对2007年的逐日ET₀进行预测.经验证,方案1~方案7精度均令人满意,其中方案1精度最高.方案1的输入量为气温、天气类型、风速等级3项的预测值,该方案的模型预测值与计算值的统计参数分别为:均方根偏差E_RMS为0.5182 mm,相对偏差E_R为0.1878,决定系数R2为0.864 8,认同系数I_A为0.966 9,回归系数R_C为0.9867;方案7精度亦较好,且以上指标统计参数依次为0.6576 mm、0.2332、0.986 6、0.774 7及0.986 6,该方案输入量只有气温项,实用性很强.     

苏打盐碱土对氮转化的影响

以苏打盐碱土中的主要成分NaHCO₃作为主要影响因素,通过室内培养方法,研究不同苏打盐碱化条件对氮的吸附、矿化、硝化及反硝化作用的影响。结果表明,在不同NaHCO₃质量浓度影响下：NH⁺₄-N吸附符合Langmuir吸附等温式;矿化模型符合一阶动力学方程,随着NaHCO₃质量浓度的增大,潜在矿化势(M₀)和矿化速率常数(k_m)分别由358.48 mg/kg和0.088 d^-1降低到337.08 mg/kg和0.059 d^-1;硝化作用符合“S”形曲线模型,随着NaHCO₃质量浓度的增大,最大速率（k_max）由22.56 mg/(kg·d)降低到16.68 mg/(kg·d);反硝化作用符合零阶动力学方程,但NaHCO₃与Na₂CO₃混合质量浓度变化对反硝化速率常数(k_d)影响不显著。随着NaHCO₃质量浓度的增大,苏打盐碱土中NH⁺₄-N吸附、有机氮矿化和硝化作用均受到抑制。     

活性TiO2的制备与去除地下水中氟离子（F－)性能的研究

通过静态和动态(柱)吸附实验,探讨了活性TiO₂去除地下水中氟离子（F^－）时活性TiO₂的投加量、处理时间、酸度等影响因素。实验结果表明：在静态实验中,在50 mL,F^-浓度为10 mg/L的地下水样中,加入0.3 g活性TiO₂,处理15 min,F^-的去除率可达90%以上,且处理前后水样的pH值不变。在动态实验中,0.3 g的活性TiO₂和120 g砾石可使150 mL水样的除氟率达到90%以上。处理后均可达到饮用水的标准。     

东坪金矿床的围岩蚀变和流体特征

东坪金矿床围岩蚀变特征、流体包裹体特征与氢氧同位素特征研究表明,成矿流体富集K⁺、Na⁺、Au⁺、Cl^-和CO₂、H₂S,成矿溶液以岩浆热液为主,但有天水的混合。金在溶液中以Au(HS)₂^-和AuCl₂^-形式存在,构造活动引起的压力突变和流岩反应是引起金沉淀的主要因素。围岩蚀变以钾化为主,其次是硫化、钠化和硅化、碳酸盐化。金矿化与K/Al值呈反相关,与Na/Al值和S/Fe呈正相关。K/Al值的最高点与Na/Al值的最低点的对应关系可以用于圈定矿体。