BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法工程建設(shè)中對(duì)邊坡穩(wěn)定性預(yù)測(cè)

文章介紹了根據(jù)巖土邊坡的力學(xué)特性和幾何尺寸,將遺傳算法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有機(jī)結(jié)合在一起,建立了基于進(jìn)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的巖土邊坡穩(wěn)定性預(yù)測(cè)方法。

針對(duì)邊坡穩(wěn)定性工程地質(zhì)評(píng)價(jià)方法過(guò)分強(qiáng)調(diào)經(jīng)驗(yàn)和難以定量的缺點(diǎn)，提出了一種基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的邊坡穩(wěn)定性工程地質(zhì)評(píng)價(jià)方法，詳細(xì)介紹了它的建模方法和應(yīng)用實(shí)例，結(jié)果表明該方法不僅有效，而且有定量，簡(jiǎn)便，實(shí)時(shí)，自適應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

用改進(jìn)后的bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)黃土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性——首先介紹了改進(jìn)bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)性能的幾種方法；在此基礎(chǔ)上，考慮影響黃土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析的各種自然因素，包括坡高，坡比，強(qiáng)度指數(shù)，土體內(nèi)摩擦角，土體容重，空隙水壓力系數(shù)以及地震烈度等，以典型黃土地區(qū)邊坡工程...

文章介紹了bp網(wǎng)絡(luò)模型的計(jì)算過(guò)程并對(duì)其性能進(jìn)行了改進(jìn)。在此基礎(chǔ)上,分析了影響黃土高邊坡穩(wěn)定性的因素,包括土體的容重γ、粘聚力c、內(nèi)摩擦角φ、孔隙水壓力比γu,地震烈度,邊坡坡比和邊坡高度h。在對(duì)西部四省地區(qū)上百個(gè)黃土高邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行調(diào)查的基礎(chǔ)上,結(jié)合典型的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),應(yīng)用改進(jìn)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)bp模型對(duì)其進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)研究。結(jié)果表明:改進(jìn)的bp模型具有收斂快、數(shù)據(jù)輸入方便等優(yōu)點(diǎn),預(yù)測(cè)結(jié)果相對(duì)傳統(tǒng)方法來(lái)說(shuō)更準(zhǔn)確、可靠,具有一定的推廣的價(jià)值。

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性預(yù)測(cè)中的應(yīng)用——針對(duì)巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析中存在的問(wèn)題，提出了運(yùn)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ann)預(yù)測(cè)巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的新方法，并構(gòu)造了相應(yīng)的bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。預(yù)測(cè)結(jié)果表明，該模型具有很高的預(yù)測(cè)精度，能夠滿足實(shí)際工程需要?！　?/p>

由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性映射、自適應(yīng)及自學(xué)習(xí)的能力,已越來(lái)越多地被應(yīng)用于邊坡的穩(wěn)定性分析和變形預(yù)測(cè)中。文章建立了一個(gè)三層rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,模擬了公路土質(zhì)邊坡各種地質(zhì)影響因素與邊坡穩(wěn)定性之間的非線性關(guān)系;通過(guò)廣泛收集原位測(cè)試數(shù)據(jù)、室內(nèi)巖土實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練及測(cè)試樣本,并做歸一化處理后作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入;利用訓(xùn)練好后的網(wǎng)絡(luò)對(duì)公路邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析。

采用剩余推力法與bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),以貴州省畢節(jié)地區(qū)宋陰公路k5＋170~k5＋220段玄武巖殘坡積土邊坡作為工程研究對(duì)象,對(duì)該邊坡穩(wěn)定性展開了計(jì)算和預(yù)測(cè)。選取現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)剖面作為計(jì)算剖面,設(shè)置4個(gè)計(jì)算工況,由剩余推力法得到邊坡天然狀態(tài)（工況1）穩(wěn)定性系數(shù)為1.0851,當(dāng)邊坡處于16m地下水位＋暴雨（工況2）、16m→8m地下變化水位（工況3）和16m→8m地下變化水位＋暴雨（工況4）時(shí),邊坡穩(wěn)定性系數(shù)均小于1。邊坡穩(wěn)定性敏感因素分析顯示,滑帶土黏聚力敏感系數(shù)平均值為15.9%,內(nèi)摩擦角為48.3%,地下水位為34.0%,表明滑帶土內(nèi)摩擦角對(duì)邊坡穩(wěn)定影響最大,其次是地下水位。選擇同一路段其他玄武巖殘坡積土滑坡作為訓(xùn)練樣本,通過(guò)matlab神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)ann工具箱分步驟設(shè)計(jì)了bp網(wǎng)絡(luò),選擇加動(dòng)量學(xué)習(xí)速率自適應(yīng)traingdx函數(shù)作為訓(xùn)練函數(shù),采用多次預(yù)測(cè)求均值的方法獲取預(yù)測(cè)結(jié)果。bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)結(jié)果表明,邊坡工況1的穩(wěn)定性系數(shù)平均值為1.095~1.139,工況3為0.988~1.021,考慮到暴雨對(duì)邊坡坡穩(wěn)定性的影響,工況4時(shí)邊坡可能發(fā)生滑動(dòng)破壞。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)各次預(yù)測(cè)結(jié)果之間誤差較大,最大達(dá)到45.87%,但求均值后的bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)結(jié)果與剩余推力計(jì)算結(jié)果的相對(duì)誤差大大降低,僅為0.4%~5.2%。將bp網(wǎng)絡(luò)的輸入?yún)?shù)減少為5個(gè)后,預(yù)測(cè)精度反而較高,表明黏聚力、內(nèi)摩擦角、坡高、坡角、濕重度等因素對(duì)邊坡穩(wěn)定性有著實(shí)質(zhì)性的影響,其他因素影響權(quán)重則較低。

從人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本原理出發(fā),建立了邊坡抗震抗滑穩(wěn)定性評(píng)判的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型.選擇四川和云南地區(qū)的70個(gè)邊坡實(shí)例作為學(xué)習(xí)樣本,對(duì)bp算法進(jìn)行了學(xué)習(xí)和檢驗(yàn).實(shí)例計(jì)算表明,bp網(wǎng)絡(luò)性能良好,所建立的模型預(yù)測(cè)精度高,具有一定的工程實(shí)用價(jià)值.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法是一種有效可行的新方法

本文以非飽和土力學(xué)理論為基礎(chǔ),考慮了降雨入滲過(guò)程中的滲流-應(yīng)力耦合過(guò)程,采用geo-studio軟件對(duì)非飽和土邊坡進(jìn)行數(shù)值模擬分析,得出不同降雨歷時(shí)對(duì)邊坡孔隙水壓力和位移的影響規(guī)律,以及邊坡穩(wěn)定性系數(shù)的變化。該研究成果為正確認(rèn)識(shí)降雨條件下滑坡發(fā)生的機(jī)理提供了科學(xué)依據(jù),為降雨型滑坡的監(jiān)測(cè)預(yù)警分析提供了基礎(chǔ)。

隨雨水入滲和蒸發(fā),土質(zhì)邊坡的含水率在逐漸增加,基質(zhì)吸力也在不斷變化,這對(duì)土質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性會(huì)產(chǎn)生較大影響。本文利用geostudio軟件以三峽庫(kù)區(qū)典型滑坡樹坪滑坡為模型,分析了不同時(shí)步浸潤(rùn)線的位置變化及孔隙水壓力變化,說(shuō)明滑坡所經(jīng)歷的降雨過(guò)程、降雨量大小、蒸發(fā)量及其變化規(guī)律,也相應(yīng)影響了邊坡體內(nèi)部地下水滲流的變化以及滲流場(chǎng)浸潤(rùn)線的變化,因此,可以依據(jù)降雨量和蒸發(fā)量的變化情況對(duì)堆積層滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。

為研究近斷層地震動(dòng)特性及其入射方向?qū)吰碌卣痦憫?yīng)的影響,首先,考慮邊坡對(duì)地震波的散射規(guī)律,提出了一種能夠考慮地震波任意角度入射的地震動(dòng)輸入方法,該方法能夠準(zhǔn)確考慮模型邊界兩側(cè)的動(dòng)力相互作用且簡(jiǎn)單易操作。其次,運(yùn)用提出的地震動(dòng)輸入方法,通過(guò)有限元參數(shù)分析研究了地震波入射角對(duì)邊坡地震響應(yīng)的影響規(guī)律。結(jié)果表明:當(dāng)同時(shí)考慮p波及sv波入射時(shí),由于兩種波形的疊加作用,邊坡的放大效應(yīng)較一種波形單獨(dú)作用時(shí)更加顯著,且坡面上加速度分布更不均勻。地震波的入射角能夠顯著影響邊坡的地震響應(yīng),隨著地震波入射方向與坡面間夾角的增加,邊坡對(duì)地震動(dòng)的放大效應(yīng)越明顯,坡面上加速度分布越不均勻。

影響邊坡穩(wěn)定的因素有靜力的動(dòng)力的，內(nèi)在的和外在的。爆破振動(dòng)作為動(dòng)力影響因素之一，主要表現(xiàn)了它的人為性和可控性特點(diǎn)。爆破振動(dòng)對(duì)邊坡的影響基本上可以由爆破技術(shù)（方式）和爆破規(guī)模加以控制。本文初步討論了爆破振動(dòng)動(dòng)對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響的分析方法，探討了適于邊坡穩(wěn)定性分析的爆破振動(dòng)破壞判據(jù)，提出減小爆破振動(dòng)對(duì)邊坡破壞的措施和方法。

提出降雨對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響研究的意義,指出降雨入滲是導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)的主要誘發(fā)因素,從理論研究、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和室內(nèi)試驗(yàn)3方面綜述了降雨入滲對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響的研究現(xiàn)狀。歸納和總結(jié)了飽和-非飽和理論和邊坡穩(wěn)定性分析方法、邊坡穩(wěn)定性變化規(guī)律及影響因素。其中,重點(diǎn)介紹了極限平衡法﹑極限分析法﹑有限元法等相關(guān)方法,并且指出了它們的優(yōu)點(diǎn)和存在的相關(guān)問(wèn)題,在此基礎(chǔ)上綜述了相關(guān)試驗(yàn)研究現(xiàn)狀,并指出其中的不足。最后針對(duì)目前研究中所存在的問(wèn)題就今后的發(fā)展方向提出了自己的看法。

針對(duì)汶川地震區(qū)邊坡,介紹了邊坡的工程背景和滑坡現(xiàn)狀,研究了地震和降水耦合條件作用對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響。探索了加筋擋土墻在地震區(qū)邊坡應(yīng)用的可能性,使用基于極限平衡法的slide軟件進(jìn)行不同工況條件下邊坡穩(wěn)定性的計(jì)算,分析了不同的加筋方案對(duì)加筋擋土墻性能的影響。研究表明:在地震作用下,邊坡土體原有的結(jié)構(gòu)體系遭到破壞,土體變得較松散,甚至產(chǎn)生張拉裂縫,為雨水的滲入提供了通道,對(duì)邊坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。數(shù)值模擬計(jì)算得出,邊坡在排水條件下基本處于極限平衡狀態(tài),最危險(xiǎn)滑動(dòng)面位于邊坡下部,但滑動(dòng)區(qū)域相比飽水條件下明顯減小,危險(xiǎn)滑動(dòng)面面積也隨之減小,而合理的削坡、建立有效的坡表排水系統(tǒng)和加筋擋土墻加固可較大程度的提高坡體穩(wěn)定性。

影響邊坡穩(wěn)定的因素有靜力的動(dòng)力的，內(nèi)在的和外在的。爆破振動(dòng)作為動(dòng)力影響因素之一，主要表現(xiàn)了它的人為性和可控性特點(diǎn)。爆破振動(dòng)對(duì)邊坡的影響基本上可以由爆破技術(shù)（方式）和爆破規(guī)模加以控制。本文初步討論了爆破振動(dòng)動(dòng)對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響的分析方法，探討了適于邊坡穩(wěn)定性分析的爆破振動(dòng)破壞判據(jù)，提出減小爆破振動(dòng)對(duì)邊坡破壞的措施和方法。

從降雨入滲對(duì)邊坡土體吸力的影響、降雨對(duì)邊坡地下水位的影響、降雨對(duì)邊坡土體強(qiáng)度的影響以及對(duì)坡面沖蝕四個(gè)方面，分析了降雨誘發(fā)邊坡失穩(wěn)的作用機(jī)理，并以此為基礎(chǔ)介紹了降雨邊坡穩(wěn)定性的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)分析模型。

從降雨入滲對(duì)邊坡土體吸力的影響、降雨對(duì)邊坡地下水位的影響、降雨對(duì)邊坡土體強(qiáng)度的影響以及對(duì)坡面沖蝕四個(gè)方面,分析了降雨誘發(fā)邊坡失穩(wěn)的作用機(jī)理,并以此為基礎(chǔ)介紹了降雨邊坡穩(wěn)定性的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)分析模型。

結(jié)合重慶地區(qū)的地質(zhì)條件和高速公路的建設(shè)實(shí)踐,分析了影響重慶地區(qū)高速公路土質(zhì)和巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的主要因素。運(yùn)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法,以重慶地區(qū)大量高速公路邊坡實(shí)例為樣本對(duì)其進(jìn)行學(xué)習(xí)和預(yù)測(cè)。研究表明,運(yùn)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立的各類邊坡穩(wěn)定性預(yù)測(cè)模型具有很好的適應(yīng)性和較高的精度,用此方法來(lái)預(yù)測(cè)重慶地區(qū)高速公路邊坡的穩(wěn)定性是可行的。

通過(guò)引入動(dòng)量項(xiàng)和自適應(yīng)學(xué)習(xí)率對(duì)傳統(tǒng)bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行改進(jìn),建立改進(jìn)bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)邊坡穩(wěn)定性預(yù)測(cè)公式,并將其應(yīng)用于湖南安化某高速公路邊坡工程,將其預(yù)測(cè)結(jié)果與傳統(tǒng)bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)結(jié)果和實(shí)際安全系數(shù)進(jìn)行比較,分析邊坡的穩(wěn)定性并提出針對(duì)性的建議。

通過(guò)引入動(dòng)量項(xiàng)和自適應(yīng)學(xué)習(xí)率對(duì)傳統(tǒng)bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行改進(jìn),建立改進(jìn)bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)邊坡穩(wěn)定性預(yù)測(cè)公式,并將其應(yīng)用于湖南安化某高速公路邊坡工程,將其預(yù)測(cè)結(jié)果與傳統(tǒng)bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)結(jié)果和實(shí)際安全系數(shù)進(jìn)行比較,分析邊坡的穩(wěn)定性并提出針對(duì)性的建議.

邊坡穩(wěn)定性分析方法

能夠?qū)吰路€(wěn)定性產(chǎn)生影響的有多個(gè)因素,其中高陡邊坡一旦失去穩(wěn)定性很有可能造成極為嚴(yán)重的后果,故需要對(duì)其相關(guān)變化以及產(chǎn)生這一變化的原因加以分析,并且探究邊坡失穩(wěn)發(fā)生的概率、出現(xiàn)的時(shí)間以及相應(yīng)的位置,文章結(jié)合高陡邊坡穩(wěn)定性監(jiān)控預(yù)防的有關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了探究,并分析相關(guān)控制手段所具有的優(yōu)缺點(diǎn)。