journal article·2026-02

Shear strength parameters prediction of rock materials using hybrid machine learning model

Yanhui Cheng, Dongliang He, Hongwei Liu, Guoxian Wang

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Abstract

Cohesion and internal friction angle are critical parameters for evaluating the suitability of stone. To build a reliable model to predict the cohesion and internal friction angle of rock, dataset containing 597 rock samples were collected and their petrological characteristics were investigated. In this study, artificial neural network (ANN) and particle swarm optimisation (PSO) algorithm are hybridised to establish a new hybrid machine learning (ML) model for predicting cohesion and internal friction angle based on petrological features. By comparing other five ML models, the efficiency of this model are assessed. Four statistical metrics such as correlation coefficient (R2) and root-mean-square error (RMSE) were used to evaluate the model. The results show that the hybridisation of ANN and PSO significantly improves the prediction and generalisation ability of the hybrid ML model. Compared with other models, this model was the most effective model for predicting cohesion and internal friction angle, with R2 value of 0.976 (Cohesion), 0.942 (Internal friction angle), RMSE of 0.697 (Cohesion), 0.935 (Internal friction angle). In addition, feature importance analysis showed that density and P-wave velocity were the most influential factors on cohesion, and uniaxial compressive strength, tensile strength and P-wave velocity were the most influential factors on internal friction angle.
Source: openalex_inverted_index · Quality: baseline

Research context

OpenAlex topics: Rock Mechanics and Modeling · Tunneling and Rock Mechanics · Mineral Processing and Grinding

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

Hunan City University

Central South University

Yunnan Agriculture University

Funding

Key Project of Hunan Provincial Department of Education

References (92)

Show source-provided references
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