工程扰动岩体灾变精细模拟与智能预警关键技术

该项目属于岩体工程灾变监测预警领域。

“向地球深部进军”、“川藏铁路建设”等重大工程关系到国民经济的快速可持续发展和国家战略，与岩体工程密切相关。重大岩体工程建设和深部矿产资源开发都面临着大规模塌方、岩爆、冲击地压等岩体灾害问题，给岩体工程的安全造成严重威胁，制约了工程建设。建立科学的扰动岩体灾变模拟及预警关键技术符合中国重大岩体工程建设需求。

微震监测技术能够及时发现岩体内部微破裂的发生和发展过程，是对扰动岩体灾变内在本质的监测。然而，该技术仍被三大瓶颈所制约，亟需突破：(1)岩体结构复杂，致灾机理分析难；(2)监测数据庞大，灾变前兆识别难；(3)无有效的工程灾变判据，可靠预警难。

该项目历经十余年克难攻坚，取得岩体灾变模拟和预警技术的重大突破，构建了扰动岩体灾变“高性能精细模拟→自动化灾变前兆信息识别→人工智能灾变预警”的整体技术和分析平台。

主要的创新成果包括：

(1) 研发了具有自主知识产权的亿级自由度高性能岩体灾变精细模拟系统，提升了岩体灾变分析方法。创新了岩体灾变分析的基础理论，实现了破裂路径的精细模拟；研发了自主知识产权的大规模亿级自由度岩体工程灾变分析的并行模拟系统，克服了模型精细构建及计算的技术难题，提升了重大岩体工程灾变模拟方法；解决了大规模岩体工程模型的高速显示及低延时的人机交互技术难题，消除了岩体工程灾变大规模科学计算推广应用的障碍。

(2) 构建了工程尺度岩体灾变预警前兆信息的智能感知系统，突破了岩体灾变前兆信息识别关键技术。首次提出了层级注意力机制的微震事件高精度智能识别与分类方法(精度高达99.3％)，解决了微震监测大数据处理的难题；首创了“分割整合多头自注意力机制”和“软标签机制”的微震到时人工智能处理技术，实现了与人工专家级别相当的“到时”高精度智能拾取；形成了微破裂精细定位的成套技术，将监测系统原来的10-15米误差缩短至3-5米。

(3) 创立了灾变的人工智能预警模型及迁移学习框架，攻克了岩体灾变预警技术难题。揭示了微震活动与岩体灾变之间的内在机理，提出了基于能量耗散原理的微震损伤演化模型，建立了门控循环神经网络的岩体灾变预警模型，首创了微震数据的三级半监督领域自适应的迁移学习框架，实现了86.2％的岩爆高精度人工智能预警，显著提高了岩体灾变的人工智能预警应用水平，拓展了该技术的应用领域。

项目授权知识产权36项，其中发明专利20项，软件著作权和实用新型专利等16项，出版专著1部，发表论文78篇，SCI收录46篇，成果得到了多国院士和知名学者的正面评价。

成果已应用于多个重大岩体工程中，包括山东省境内亚洲唯一的特大型海底金矿——三山岛金矿、临沂会宝岭铁矿、青岛地铁，以及省外如锦屏二级水电站、引汉济渭工程等多个重大岩体工程。近三年新增产值6.33亿元，利润1.82亿元，经济社会效益显著。项目成果经鉴定，达到了国际先进水平，有力提升了中国岩体工程灾变的预警水平。

该项目属于岩体工程灾变监测预警领域。 “向地球深部进军”、“川藏铁路建设”等重大工程关系到国民经济的快速可持续发展和国家战略，与岩体工程密切相关。重大岩体工程建设和深部矿产资源开发都面临着大规模塌方、岩爆、冲击地压等岩体灾害问题，给岩体工程的安全造成严重威胁，制约了工程建设。建立科学的扰动岩体灾变模拟及预警关键技术符合中国重大岩体工程建设需求。微震监测技术能够及时发现岩体内部微破裂的发生和发展过程，是对扰动岩体灾变内在本质的监测。然而，该技术仍被三大瓶颈所制约，亟需突破：(1)岩体结构复杂，致灾机理分析难；(2)监测数据庞大，灾变前兆识别难；(3)无有效的工程灾变判据，可靠预警难。 该项目历经十余年克难攻坚，取得岩体灾变模拟和预警技术的重大突破，构建了扰动岩体灾变“高性能精细模拟→自动化灾变前兆信息识别→人工智能灾变预警”的整体技术和分析平台。主要的创新成果包括： (1)研发了具有自主知识产权的亿级自由度高性能岩体灾变精细模拟系统，提升了岩体灾变分析方法。创新了岩体灾变分析的基础理论，实现了破裂路径的精细模拟；研发了自主知识产权的大规模亿级自由度岩体工程灾变分析的并行模拟系统，克服了模型精细构建及计算的技术难题，提升了重大岩体工程灾变模拟方法；解决了大规模岩体工程模型的高速显示及低延时的人机交互技术难题，消除了岩体工程灾变大规模科学计算推广应用的障碍。 (2)构建了工程尺度岩体灾变预警前兆信息的智能感知系统，突破了岩体灾变前兆信息识别关键技术。首次提出了层级注意力机制的微震事件高精度智能识别与分类方法(精度高达99.3％)，解决了微震监测大数据处理的难题；首创了“分割整合多头自注意力机制”和“软标签机制”的微震到时人工智能处理技术，实现了与人工专家级别相当的“到时”高精度智能拾取；形成了微破裂精细定位的成套技术，将监测系统原来的10-15米误差缩短至3-5米。 (3)创立了灾变的人工智能预警模型及迁移学习框架，攻克了岩体灾变预警技术难题。揭示了微震活动与岩体灾变之间的内在机理，提出了基于能量耗散原理的微震损伤演化模型，建立了门控循环神经网络的岩体灾变预警模型，首创了微震数据的三级半监督领域自适应的迁移学习框架，实现了86.2％的岩爆高精度人工智能预警，显著提高了岩体灾变的人工智能预警应用水平，拓展了该技术的应用领域。 项目授权知识产权36项，其中发明专利20项，软件著作权和实用新型专利等16项，出版专著1部，发表论文78篇，SCI收录46篇，成果得到了多国院士和知名学者的正面评价。 成果已应用于多个重大岩体工程中，包括山东省境内亚洲唯一的特大型海底金矿-三山岛金矿、临沂会宝岭铁矿、青岛地铁，以及省外如锦屏二级水电站、引汉济渭工程等多个重大岩体工程。近三年新增产值6.33亿元，利润1.82亿元，经济社会效益显著。项目成果经鉴定，达到了国际先进水平，有力提升了中国岩体工程灾变的预警水平。