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基于Stacking集成学习策略的滑坡花岗岩残积土抗剪强度预测研究

郭芳

郭芳. 基于Stacking集成学习策略的滑坡花岗岩残积土抗剪强度预测研究[J]. 地质科技通报. doi: 10.19509j.cnki.dzkq.tb202603032
引用本文: 郭芳. 基于Stacking集成学习策略的滑坡花岗岩残积土抗剪强度预测研究[J]. 地质科技通报. doi: 10.19509j.cnki.dzkq.tb202603032
Prediction of Shear Strength of Landslide Granite Residual Soil Based on Stacking Ensemble Learning Strategy[J]. Bulletin of Geological Science and Technology. doi: 10.19509j.cnki.dzkq.tb202603032
Citation: Prediction of Shear Strength of Landslide Granite Residual Soil Based on Stacking Ensemble Learning Strategy[J]. Bulletin of Geological Science and Technology. doi: 10.19509j.cnki.dzkq.tb202603032

基于Stacking集成学习策略的滑坡花岗岩残积土抗剪强度预测研究

doi: 10.19509j.cnki.dzkq.tb202603032
基金项目: 湖南省教育厅科学研究项目(24C0903);湖南省教育厅科学研究优秀青年项目(20B205)

Prediction of Shear Strength of Landslide Granite Residual Soil Based on Stacking Ensemble Learning Strategy

  • 摘要: 针对滑坡介质——花岗岩残积土抗剪强度试验成本高昂及单一机器学习模型预测精度有限的问题,提出一种基于Stacking集成策略的抗剪强度预测方法。该方法融合随机森林(RF)、支持向量机(SVM)和BP神经网络(BPNN)三种异构基学习器,采用五折交叉验证构建二层Stacking框架,元学习器选用逻辑回归。基于土工试验数据,选取细粒含量、孔隙比、含水率、液限、塑限和比重作为输入参数,粘聚力与内摩擦角作为输出参数,系统评估了模型性能,并通过SHAP方法揭示了模型的决策机制。研究表明:Stacking集成学习模型在验证集上粘聚力和内摩擦角的R²分别达到0.88和0.90,RMSE分别为3.60 kPa和2.46°,较最优单一模型(BPNN、SVM)的R²分别提升1%和4%;测试集预测偏差范围:粘聚力为0~1.91 kPa,内摩擦角为0°~0.67°,均优于对比模型。SHAP分析表明粘聚力的关键影响因素依次为含水率、液限、细粒含量;内摩擦角的关键影响因素依次为细粒含量、孔隙比、含水率,与土力学理论高度一致。利用Stacking集成学习策略可有效融合多模型优势,显著提升花岗岩残积土抗剪强度的预测精度与泛化能力,为花岗岩残积土分布区的滑坡灾害防治提供快速、低成本的技术手段。

     

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出版历程
  • 收稿日期:  2026-03-21
  • 录用日期:  2026-04-19
  • 修回日期:  2026-04-06
  • 网络出版日期:  2026-04-29

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     《地质科技通报》编辑部