Assessment of the impact of soil characteristics on crack formation and their prediction using machine learning

openaccess, Vol. 637 (9) 2025 / piątek, 19 września, 2025

Ocena wpływu cech gruntu na powstawanie pęknięć i ich prognozowanie z wykorzystaniem uczenia maszynowego

(Open Access)

DOI: 10.15199/33.2025.09.21

citation/cytuj: Wyborski P. Assessment of the impact of soil characteristics on crack formation and their prediction using machine learning. Materiały Budowlane. 2025. Volume 637. Issue 09. Pages 160-167. DOI: 10.15199/33.2025.09.21

The aim of the article was to develop a model identifying soil characteristics and environmental factors that determine its susceptibility to cracking. Additionally, a predictive algorithm was developed to forecast the intensity of soil cracking. The random forest method was used, based on 261 cases. The most significant variables influencing crack intensity were found to be soil moisture, specific density, and soil sample size. The developed algorithm demonstrated high predictive accuracy.

W artykule zaprezentowano model identyfikujący cechy gruntu oraz właściwości środowiskowe decydujące o jego podatności na pękanie. Dodatkowo opracowano algorytm predykcyjny służący do prognozowania intensywności pęknięć gruntu. Wykorzystano metodę lasu losowego na bazie 261 przypadków. Najistotniejszymi zmiennymi wpływającymi na intensywność pęknięć okazały się: wilgotność gruntu, gęstość właściwa i wymiary próbki. Opracowany algorytm charakteryzuje się bardzo dużą dokładnością.
soil cracking; soil desiccation; random forest; machine learning in geotechnics.

pęknięcia gruntu; wysychanie gruntu; las losowy; uczenie maszynowe w geotechnice.
  1. Tang CS, Shi B, Cui YJ, Liu C, Gu K. Desiccation cracking behavior of polypropylene fiber-reinforced clayey soil. Canadian Geotechnical Journal. 2012;49; https://doi.org/10.1139/t2012-067.
  2. Tang CS, Zhu C, Cheng Q, Zeng H, Xu JJ, Tian BG, Shi B. Desiccation cracking of soils: A review of investigation approaches, underlying mechanisms, and influencing factors. Elsevier B.V. 2021; https://doi.org/10.1016/j. earscirev.2021.103586.
  3. Trabelsi H, Jamei M, Zenzri H, Olivella S. Crack patterns in clayey soils: Experiments and modeling. Int J Numer Anal Methods Geomech. 2012;36; https://doi.org/10.1002/nag.1060.
  4.  Tang CS, Shi B, Liu C, Zhao L, Wang B. Influencing factors of geometrical structure of surface shrinkage cracks in clayey soils. Eng Geol. 2008;101; https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2008.05.005.
  5. Cui YJ, Tang CS, Tang AM. Investigation of soil desiccation cracking using an environmental chamber. Rivista Italiana di Geotecnica, 2014;48.
  6.  Li JH, Lu Z, Guo LB, Zhang LM. Experimental study on soil-water characteristic curve for silty clay with desiccation cracks. Eng Geol. 2017;218; https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2017.01.004.
  7. Tang CS, Zhu C, Leng T, Shi B, Cheng Q, Zeng H. Three-dimensional characterization of desiccation cracking behavior of compacted clayey soil using X-ray computed tomography. Eng Geol. 2019;255; https://doi. org/10.1016/j.enggeo.2019.04.014.
  8. Tang CS, Cui YJ, Tang AM, Shi B, Liu C. Quantification and Characterization of Temperature Effect on Desiccation Crack Network in Soil. 2013; doi:10.1061/9780784412787.076.
  9. Tollenaar RN, van Paassen LA, Jommi C. Observations on the desiccation and cracking of clay layers. Eng Geol. 2017;230, https://doi. org/10.1061/9780784412787.076.
  10. Lomeling D, Kenyi MC, Lodiong MA, Kenyi MS, Silvestro GM, Yieb JLL. Characterizing Dessication Cracking of a Remolded Clay (Eutric Vertisol) Using the Fractal Dimension Approach. Open Journal of Soil Science. 2016;06; https://doi.org/10.4236/ojss.2016.64008.
  11. Luo Z, Wang S, Ou Q, Hamka MQ, Li X, Xu C, Ding X. Multi-effect investigation on desiccation crack evolution and mechanical behavior of swelling clay. Acta Geotech. 2023;18; https://doi.org/10.1007/s11440-023- 01910-8.
mgr inż. Piotr Wyborski, Politechnika Wrocławska, Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego
ORCID: 0000-0003-1831-8300

mgr inż. Piotr Wyborski, Politechnika Wrocławska, Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego ORCID: 0000-0003-1831-8300

Correspondence address: piotr.wyborski@pwr.edu.pl

Full paper:

DOI: 10.15199/33.2025.09.21

Article in PDF file

Received: 17.04.2025 / Artykuł wpłynął do redakcji: 17.04.2025 r.
Revised: 04.06.2025 / Otrzymano poprawiony po recenzjach: 04.06.2025 r.
Published: 19.09.2025 / Opublikowano: 19.09.2025 r.