Uncertainty quantification of deep-buried tunnels rock system under seismic disturbances based on the GPR-(T)NRBO-Bayesian method

不确定度量化 可靠性(半导体) 贝叶斯概率 替代模型 理论(学习稳定性) 高斯过程 噪音(视频) 后验概率 非线性系统 概率逻辑 敏感性分析 反问题 测量不确定度 不确定度分析 贝叶斯推理 计算机科学 高斯分布 不确定性传播 算法 克里金 数学优化 高斯噪声 概率分布 估计理论 反向 应用数学 差异(会计) 白噪声 过程(计算) 张量(固有定义) 地震噪声 数据挖掘 观测误差 先验概率 回归 统计 数学 背景(考古学) 地质学 替代数据
作者
Zejie Feng,ShaoJun Li,Hongbo Zhao,Manbin Shen,Minzong Zheng,Yaxun Xiao,Xiang Huang
出处
期刊: [Figshare (United Kingdom)]
标识
DOI:10.6084/m9.figshare.31346191
摘要

The stability of deep-buried tunnels under seismic disturbances depends on uncertain surrounding-rock parameters and dynamic responses, yet high-fidelity numerical simulations are computationally expensive for repeated uncertainty analyses. This study proposes a systematic uncertainty quantification framework that couples a Gaussian Process Regression (GPR) surrogate with a Tensor-Newton–Raphson Based Optimiser (GPR-(T)NRBO) and Bayesian inference. The GPR surrogate provides both the predictive mean and variance, and NRBO adaptively selects informative samples by maximising the predictive variance. A fourth-order tensor correction is further introduced to refine the Newton update and improve exploration in high-dimensional nonlinear parameter spaces. The resulting emulator provides response predictions along with epistemic uncertainty, which is explicitly propagated into the Bayesian inverse analysis via a likelihood that accounts for measurement noise and surrogate uncertainty. The framework is applied to the D2 laboratory at CJPL-II across multiple seismic-intensity scenarios. Results indicate that the surrogate achieves an average displacement-prediction accuracy of 86.8%, and the posterior mean errors for inferred parameters and displacements remain below 10% and 8%, respectively, even under extended prior ranges. Finally, failure probability under increasing seismic loading is quantified using First-Order Reliability Method (FORM), demonstrating the applicability of the proposed framework for risk-informed stability assessment of deep-buried tunnels.
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