分数阶算子提升隧道围岩变形预测精度

本文主要探讨了在利用新奥法（New Austrian Tunneling Method, NATM）开挖隧道的过程中，如何通过分数阶算子灰色理论进行隧道围岩变形的预测。分数阶算子灰色理论作为一种先进的数据分析工具，它结合了分数阶微积分和灰色系统理论，能够在处理复杂地质环境和围岩力学效应时提供更为精确的数据处理方法。 分数阶算子灰色理论的核心原理在于其非局部性和时间变化性，这使得它在处理非线性和时变性问题上具有优势。传统的GM(1,1)模型通常用于一阶微分处理，而在分数阶算子中，通过引入不同的阶数，能够更好地适应围岩应力重分布引起的动态变化。具体操作步骤包括数据预处理、分数阶算子的选择、模型构建以及参数估计等环节。 作者刘鹏程、包太等人以实际工程项目为案例，将分数阶算子应用于围岩位移的预测模型中，通过对比分析发现，分数阶算子灰色预测模型相较于经典的GM(1,1)模型具有显著的优势，其预测精度得到了显著提升。这意味着在处理隧道开挖过程中产生的实时监测数据时，分数阶算子灰色模型能够更准确地反映围岩的动态变形趋势，从而为工程决策提供有力支持。 这种模型的应用对于确保施工安全、优化施工方案、预防潜在的工程风险具有重要意义。同时，它也为其他类似地质工程领域的变形预测提供了新的思路和技术参考。因此，分数阶算子灰色理论在隧道工程中的应用研究，不仅有助于提升工程项目的管理水平，也有助于推动岩土工程领域内的科技进步。