BP網(wǎng)絡(luò)非線性系數(shù)取值及其在巖土工程中的應(yīng)用

天然巖土體中都存在著不同成因的節(jié)理、裂隙和斷層等軟弱面,在對這種天然材料進(jìn)行理論研究與工程設(shè)計時,需要應(yīng)用非線性數(shù)值分析方法。介紹了幾種主要的非線性數(shù)值理論,并重點(diǎn)討論了有限元非線性分析和位移反分析法在邊坡工程和地下工程中的應(yīng)用

巖土工程主要研究巖體與土體的工程問題,包括地基基礎(chǔ)、邊坡和地下工程等,由于巖體和土體一般是不連續(xù)介質(zhì),目前非線性有限元已經(jīng)是研究工程中非線性問題較為有效的工具之一。

探討了應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)解決巖土工程問題的可行性，認(rèn)為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠模擬巖土工程問題中各參數(shù)之間的非線性關(guān)系．以預(yù)測混凝土面板堆石壩中面板最大順坡向拉應(yīng)力為例，說明了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過對有限元分析實(shí)例的“學(xué)習(xí)”，獲取了面板的最大順坡向拉應(yīng)力與其他各種參數(shù)的非線性關(guān)系，從而能夠較精確地對其進(jìn)行預(yù)測，而且這種方法能夠通過對其他分析實(shí)例或?qū)崪y數(shù)據(jù)的“再學(xué)習(xí)”，獲取更多的信息和更高的精度．

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)屬于一種對人腦結(jié)構(gòu)及功能進(jìn)行反映的數(shù)學(xué)抽象模型,對人的思維以及存儲知識等功能進(jìn)行模擬,從而完成某項(xiàng)工作。對于巖土工程來說,主要包括巖體和土體兩項(xiàng)內(nèi)容,且這兩項(xiàng)內(nèi)容均具備很高的復(fù)雜性。在巖土工程研究過程中,有必要借助人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),從而使巖土工程的研究得到有效進(jìn)步發(fā)展。本文在分析人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步對人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在巖土工程中的應(yīng)用進(jìn)行分析,以期為巖土工程研究的進(jìn)展提供一些具有價值的參考建議。

對人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在巖土工程中的應(yīng)用進(jìn)行了回顧與評述。大量研究表明神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于研究巖土工程問題是有效可行的,與傳統(tǒng)方法比較有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),這必將引起工程界特別關(guān)注.

近年來人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在巖土工程中的應(yīng)用越來越廣泛，給巖土工程建設(shè)帶來了發(fā)展的新局面。但是對于我國來說人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究起步晚，具體應(yīng)用的時間尚短，因此我們應(yīng)當(dāng)加大對其的研究力度，切實(shí)提高我國的研究水平。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在巖土工程中的應(yīng)用得到了良好的效果，與傳統(tǒng)的方法相比較有其獨(dú)特的優(yōu)勢，因而最近幾年受到了人們廣泛的關(guān)注。同時它涉及到的學(xué)科較為復(fù)雜，這就在一定程度上增加了研究難?；诖耍瑢θ斯ど窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)的歷史以及它在巖土工程中的具體應(yīng)用作了詳細(xì)地闡述，以供參考使用。

目的針對常規(guī)反演方法應(yīng)用于巖土工程參數(shù)反演時搜索效率低、計算量大的缺點(diǎn),提出了基于改進(jìn)nelder-mead算法的有限元優(yōu)化反分析法,為工程所需的計算參數(shù)提供參考.方法基于混合罰函數(shù)法,以測點(diǎn)的實(shí)測值與計算值建立誤差函數(shù),將有限元程序abaqus作為一個單獨(dú)模塊嵌入到改進(jìn)的nelder-mead算法中,編制了優(yōu)化反演分析程序.結(jié)果給出了具體的應(yīng)用實(shí)例,結(jié)果表明,改進(jìn)nelder-mead算法提高了參數(shù)的搜索效率,用較少的迭代次數(shù)就能得到滿足精度要求的結(jié)果,是一種可行的參數(shù)反演方法.結(jié)論筆者提出的優(yōu)化反演方法具有很強(qiáng)的實(shí)用性,可應(yīng)用于實(shí)際工程中復(fù)雜巖土體初始應(yīng)力場反演、滲流場以及位移反分析.

巖土工程受力變形演化是一個典型的非線性問題,其演化的高度非線性和復(fù)雜性,很難用簡單的力學(xué)、數(shù)學(xué)模型描述,但可用粒子群優(yōu)化徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對巖土工程應(yīng)力、位移非線性時間序列進(jìn)行動態(tài)實(shí)時預(yù)測。網(wǎng)絡(luò)徑向基層的單元數(shù)通過均值聚類法確定后,所有其它參數(shù):中心位置、形狀參數(shù)、網(wǎng)絡(luò)權(quán)值,均通過粒子群優(yōu)化算法在全局空間優(yōu)化確定。工程實(shí)例應(yīng)用表明,該模型預(yù)測結(jié)果準(zhǔn)確、精度高,有良好的應(yīng)用前景。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在巖土工程觀測數(shù)據(jù)優(yōu)化中的應(yīng)用——利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和處理信息的方法，以實(shí)際工程為背景，編制了巖土工程觀測數(shù)據(jù)優(yōu)化程序，結(jié)合德興銅礦2號尾礦壩b-b測線浸潤線觀測實(shí)例進(jìn)行分析研究，使得優(yōu)化的結(jié)果與實(shí)際相吻臺。

支持向量機(jī)及其在巖土工程中的應(yīng)用——在智能巖石力學(xué)的研究方法中，專家系統(tǒng)方法是基于專家和經(jīng)驗(yàn)判斷進(jìn)行問題求解的非數(shù)值分析方法，因?yàn)轭I(lǐng)域知識獲取的困難，限制了其發(fā)展；而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法是基于大樣本的一種方法，其推廣能力較差．為了克服專家系統(tǒng)知識獲取...

femlab軟件是以偏微分方程(pdes)為基礎(chǔ),建立模型來解決科學(xué)及工程問題的功能強(qiáng)大的有限元分析軟件。該軟件的一個重要特征是,用戶可以集中于模型本身,而不必花太多時間考慮方程求解和結(jié)果可視化問題。文中首先介紹了femlab多物理場模型,然后給出了在巖土工程中的具體應(yīng)用實(shí)例,實(shí)例表明,分析結(jié)果和已有結(jié)果或解析解具有很好的一致性,說明femlab是個解決巖土工程問題的強(qiáng)大、富有彈性的工具,具有廣泛的應(yīng)用前景。

在介紹邊界元法基本原理的基礎(chǔ)上,著重對邊界元法在巖土工程領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀作了敘述和分析,并對起其發(fā)展趨勢作了探討。所得結(jié)論可供相關(guān)研究人員參考。

femlab軟件及其在巖土工程中的應(yīng)用——femlab軟件是以偏微分方程(pdes)為基礎(chǔ)，建立模型來解決科學(xué)及工程問題的功能強(qiáng)大的有限元分析軟件。該軟件的一個重要特征是，用戶可以集中于模型本身，而不必花太多時間考慮方程求解和結(jié)果可視化問題。文中首先介紹了fem...

對巖土工程中隨機(jī)變量的空間概率特征進(jìn)行了統(tǒng)計分析,介紹了確定β分布各參數(shù)的迭代方法,提出了經(jīng)驗(yàn)公式簡化迭代過程,有效地處理了隨機(jī)變量分布范圍的估計問題,并闡明了β分布在可靠度領(lǐng)域中的適用性。作為對比,對同一樣本采用了其他分布進(jìn)行擬合。分析結(jié)果表明,β分布擬合精度高于其他分布。

在智能巖石力學(xué)的研究方法中,專家系統(tǒng)方法是基于專家和經(jīng)驗(yàn)判斷進(jìn)行問題求解的非數(shù)值分析方法,因?yàn)轭I(lǐng)域知識獲取的困難,限制了其發(fā)展;而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法是基于大樣本的一種方法,其推廣能力較差.為了克服專家系統(tǒng)知識獲取的“瓶頸”問題和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的推廣能力差的問題,基于統(tǒng)計學(xué)習(xí)理論的支持向量機(jī)方法為巖土工程的智能化研究提供了新的途徑.主要介紹了支持向量機(jī)方法及其在巖土工程領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀,并指出其理論存在的問題和未來的發(fā)展方向.

本文基于筆者多年從事巖土工程相關(guān)工作的經(jīng)驗(yàn),以巖土工程中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用為研究對象,在參考大量相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,分析探討了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法在巖土工程中應(yīng)用的淵源,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本特征和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在巖土工程中的應(yīng)用和建模方法,全文是筆者長期工作實(shí)踐基礎(chǔ)上的理論升華,相信對從事相關(guān)工作的同行有著重要的參考價值和借鑒意義。

從巖土工程研究思維方式轉(zhuǎn)變的觀點(diǎn)出發(fā),對巖土工程領(lǐng)域中在巖石力學(xué)工程、反分析、樁基工程、邊坡工程、基坑工程、隧道工程、本構(gòu)關(guān)系等七個方面應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的情況給予簡要的介紹,并對應(yīng)用情況進(jìn)行簡要評述。

bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有自適應(yīng)機(jī)制,通過訓(xùn)練和學(xué)習(xí),達(dá)到對知識進(jìn)行分類、模式判別、聯(lián)想記憶等能力,巖土工程的災(zāi)害預(yù)測問題可以看作是一個模式識別問題,而巖土工程中變形情況的監(jiān)測和預(yù)測模型的研究是礦山、建筑、水利等工程的一項(xiàng)重要課題,近年來安全監(jiān)測技術(shù)發(fā)展有了巨大的飛躍,呈現(xiàn)出"實(shí)時"、"遠(yuǎn)程"、"非接觸"的特點(diǎn)。針對bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型監(jiān)測在巖土工程方面的應(yīng)用,應(yīng)用bp人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了對巖土工程安全監(jiān)測數(shù)據(jù)的預(yù)測預(yù)報,并對預(yù)測結(jié)果進(jìn)行了分析,說明了隱含層數(shù)對預(yù)測結(jié)果誤差的影響。通過比對,選擇了誤差最小的較優(yōu)組合對巖土工程進(jìn)行預(yù)測。

依據(jù)昆明軌道交通三號線東標(biāo)段二工區(qū)省博物館站在施工過程中基坑開挖所產(chǎn)生的深層水平位移問題,基于matlab神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱仿真并建立bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,預(yù)測位移曲線可以通過輸入已知數(shù)據(jù)建立。在實(shí)際工程中對該模型的合理性進(jìn)行檢測,實(shí)測數(shù)據(jù)表明,此bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對于深層水平位移問題有很好的預(yù)測能力。

依據(jù)昆明軌道交通三號線東標(biāo)段二工區(qū)省博物館站在施工過程中基坑開挖所產(chǎn)生的深層水平位移問題,基于matlab神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱仿真并建立bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,預(yù)測位移曲線可以通過輸入已知數(shù)據(jù)建立。在實(shí)際工程中對該模型的合理性進(jìn)行檢測,實(shí)測數(shù)據(jù)表明,此bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對于深層水平位移問題有很好的預(yù)測能力。

　第31卷第2期 　2008年2月 合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版) journalofhefeiuniversityoftechnology vol.31no.2　 feb.2007　 　　 收稿日期:2007201219;修改日期:2007203223 基金項(xiàng)目:合肥工業(yè)大學(xué)科學(xué)研究發(fā)展基金資助項(xiàng)目(040702f) 作者簡介:吳道祥(1975-),男,湖北洪湖人,同濟(jì)大學(xué)博士生,合肥工業(yè)大學(xué)講師; 王國強(qiáng)(1951-),男,安徽涇縣人,合肥工業(yè)大學(xué)教授,碩士生導(dǎo)師. 靜力觸探的發(fā)展及其在巖土工程中的應(yīng)用 吳道祥1,2,　單燦燦 2 ,　鐘軒明 2 ,　王國強(qiáng) 2 (1.同濟(jì)大學(xué)地下建筑與工程系,上海　200092;2.合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)

雙剪統(tǒng)一強(qiáng)度準(zhǔn)則改進(jìn)及其在巖土工程中的應(yīng)用——在分析mohr-coulomb強(qiáng)度準(zhǔn)則和雙剪統(tǒng)一強(qiáng)度準(zhǔn)則的基礎(chǔ)上提出了主剪面應(yīng)力對和主剪面應(yīng)力對的作用這2個新概念并以此為出發(fā)點(diǎn)通過考慮十二面體單元主剪面上所有3個主剪面應(yīng)力對的共同作用在雙剪強(qiáng)度準(zhǔn)則的基礎(chǔ)上...