中国工程论文网
代写工程论文
当前位置:工程论文网 > 铁路工程论文 > 基于遗传算法优化支持向量机的改进 PBA 工法研究

基于遗传算法优化支持向量机的改进 PBA 工法研究

时间:2016-10-10 19:30来源:www.e-lunwen.com 作者:lgg 点击:
本文是铁道工程论文,本文结合遗传算法的全局寻优和支持向量机高效回归的特点,用遗传算法筛选支持向量机的参数,建立合理的支持向量机模型,在该模型的基础上。
第 1 章 绪论
 
1.1 研究背景及意义
随着我国轨道交通的迅猛发展,城市地铁施工工法也在不断优化和改进,目前应用较为成熟的有盖挖法、明挖法、浅埋暗挖法和盾构法等。为了实现地铁自身的最大优势,地铁多数建于城市商业中心,地上高楼林立,地下管线交错复杂,为了有效控制既有构筑物的沉降以及管线损伤等,学者们提出了浅埋暗挖洞桩法,简称 PBA 工法。PBA 工法是在盖挖逆作法基础上进行改良的施工方法,结合了盖挖逆作法的特点,将盖挖法施工中的挖孔桩、梁、柱等的施工转入地下进行,并将扣拱、人工挖孔桩、导洞和钻孔灌注桩等技术结合起来。PBA 工法工期短,造价低,且施工沉降容易控制,多适用于无水、地层相对较好、周边环境较为复杂的地区。近几年,PBA 工法已经广泛应用于城市地铁建设当中,带来了良好的经济和社会效益,但是 PBA 工法的导洞施工方案等细节问题还有待于深层次的优化。PBA 工法的施工技术发展先于理论研究,具体的施工步序、开挖方法、支护措施以及受力情况等方面的研究还有待于进一步补充。以施工过程中各结构部件的受力转换模式为依据设置支护措施,是保障施工安全、高效进行和避免人财损失的首要条件。鉴于初支扣拱阶段在整个施工过程中的关键性,为了提高施工过程的安全性,对 PBA 工法初支扣拱阶段的施工方案进行完善具有深刻的意义。大多数施工方案比选都采用有限元计算和数值分析相结合的方法,综合各类影响因素最终确定最优方案。但是即使在同一地区也会存在不同岩层深度,岩土类型差异较大,地质条件复杂的情况,原位测试和室内试验难以精准得到各岩层的力学特性参数,通过累积叠加不同地层的沉降得到最终沉降不仅计算量庞大,且最终所得结果的可信度不高。经过广大学者的探索和研究,一种根据现场实测位移数据反演岩土力学参数的方法,已受到岩土工程领域的普遍重视,该法可以为理论研究和数值模拟在岩土工程中的应用提供符合实际的参数,改善了室内试验和原位测试花费较高和操作复杂的缺点。
.......
 
1.2 国内外研究现状分析
岩体力学参数反演的常用方法是位移反分析法(Back Analysis of Displacement),该法由 Kirsten[1](1976)首次提出,即运用现场实测位移反推岩体力学参数。位移反分析法的岩体力学参数反演主要以岩土力学理论为基础,高度还原现场测量情况,因此具有较强的理论性和可行性。Goida G[2](1980)将单纯形法等优化方法应用到岩体的弹性及弹塑性力学参数求解问题中,并分析了不同优化方法的优劣性和适用性。Aiai R[3](1984)将二次梯度法引入传统求解方程中,解得岩体的弹性模量和泊松比。杨林德[4](1989)介绍了反分析法的基本原理并分析了位移量测信息在反演计算应用中的局限性,以及反分析法的工程应用和研究发展方向。张玉军[5](1990)指出反分析法常用的三单元及开尔文模型流变参数的途径和方法,可以在较一般的情况下由量测反演初始地应力及岩体流变参数,但是此方法没有考虑洞室周边有支护、浅埋及岩体产生塑性变形等情况,仅适用于岩体能够被近似看成均质连续的粘弹性体,且洞室处于深埋时的情况。王冬松、张弥等[6](1992)研究了迭代收敛准则(直接法)、位移量测时机和舍入误差等因素对于反分析参数的影响,提出了逆问题解的置信概率区间估计方法。刘维宁[7](1993)以信息论为基础,建立了针对岩土工程逆问题的数学信息理论基本框架,揭示了逆问题的信息本质,为反分析方法的理论研究探索了新的途径。朱伯芳[8](1994)以减少回归变量,提高回归精度为目的,利用开挖过程中的检测位移反演周围岩体的初始地应力;又运用现场实测的初始地应力值反演大范围内岩体的初始地应力值,具有很高的实用价值。袁勇、孙钧[9](1994)提出了一种基于 Bhattacharya 信息不等式为基础的更具一般意义的目标函数,解决了由常规方法建立的目标函数因实测位移值离散性强而得不到有效估计值的问题。
.......
 
第 2 章 基于遗传算法优化支持向量机的岩土力学参数反演
 
2.1 支持向量机概述
支持向量机(Support Vector Machine,SVM)首先由 Vapnik 于 1995 年提出,可用于非线性回归和模式分类,作用方式类似于径向基函数网络和多层感知器网络。支持向量机是以实现结构风险最小化为理论基础的;为了大幅度扩大正、反两例间的边缘间距,支持向量机在边缘建立了一个分类超平面(即决策曲面)将两者隔离。这个原理基于这样的一个事实:学习机器以某一依赖 VC 维数的项和训练误差率的和作为测试数据的泛化误差率。SVM 在模式分类条件下计算时,将前一项的值默认为零,同时保证第二项值的最小化。所以,即使支持向量机并不运用问题领域的内部问题解决问题,也可以在可分模式下达到很好的泛化性能。
.......
 
2.2 核函数概述
核函数是 SVM 学习算法的核心组成部分,忽略计算高维空间中的两点内积,转而求解两个原始输入空间中的模式简单函数(核函数)的值。核函数方法的优点如下:(1)核函数方法依托于统计学学习理论,具备夯实的理论基础;(2)采用核函数方式训练的学习机器,以结构风险最小化为训练准则,具备良好的适应性和实用性;(3)抗干扰能力强;(4)核函数方法具有非常强大的降维能力和非线性处理能力,利用核函数解决类似问题时,可以很好地处理高维空间中维数过大的问题。在支持向量机的研究中,经常通过一定的规律、原则和定理使用核函数。在满足Mercer 条件的情况下,选择不同的内积核函数,就建立了不同类型的支持向量机。径向基函数是单值函数。这说明,该点的最终输出值被样本点邻域的加权均值所替换,并且关于邻域样本点的权重和与中心点的距离的函数为单调递减函数。这一性质至关重要,可以保障平滑运算仅对算子中心附近的样本点有较强的控制,不涉及距离较远的样本,保障了平滑运算的精度。径向基函数本身等同于径向基函数的傅立叶变换,由此可知,其变换频谱是单瓣的,反演建立的岩体参数和位移模型不希望被其他因素干扰,径向基函数傅立叶变换的单瓣意味着平滑模型不会被不需要的因素所污染,同时保留了大部分所需样本点。
...........
 
第 3 章 改进 PBA 工法施工技术研究..... 25
3.1 PBA 工法车站概述....25
3.2 施工顺序对比分析..........28
3.3 开挖方法及支护措施对比分析.... 29
3.3.1 优化前开挖方法及支护措施........ 29
3.3.2 优化后开挖方法及支护措施........ 29
3.4 工程量对比分析.......30
3.5 结构受力对比分析..........31
3.5.1 优化前结构受力分析......31
3.5.2 优化后结构受力分析......32
3.6 综合对比分析.......... 33
3.7 本章小结.... 34
第 4 章 改进 PBA 工法数值模拟研究..... 35
4.1 数值模型概述.......... 35
4.2 沉降对比分析.......... 37
4.3 受力情况对比分析..........55
4.3.1 优化前受力分析.......56
4.3.2 优化后受力分析.......60
4.4 本章小结.... 65
第 5 章 结论与建议.... 67
5.1 结论.....67
5.2 建议.....67
 
第 4 章 改进 PBA 工法数值模拟研究
 
4.1 数值模型概述
本节数值模拟分析采用有限差分程序 FLAC3D,根据优化前后 PBA 工法不同施工方案,建立相应的数值模型。由于工程地质情况良好,假定地表和各土层均匀水平分布,且不考虑地下水的影响,选取弹性模型模拟混凝土材料,选取摩尔库伦本构模型模拟土体材料。将小导洞注浆加固层和导洞超前支护管棚简化成厚度为 2 米的注浆加固层。由自重应力自动生成地应力场,并且材料和地层的应力和应变变化范围均在弹塑性范围内。将地层结构简化为 4 个土层,从上到下依次为填土层、黏土层、粗砂层和泥岩层,其中填土层厚度为 2m,黏土层厚度为 8m,粗砂层厚度为 2m,其余为泥岩层。根据 2.2 节优化前后 PBA 工法在初支扣拱阶段不同的施工方案,分别建立优化前后PBA 工法的数值模型。整体模型的宽度取为 80m,高度取为 60m 进行计算。其中车站主体净宽度为 27.4m,覆土厚度为 9.5m,底板埋置深度为 29m。车站主体结构如图 4.1所示,优化前 PBA 工法数值模型如图 4.2 所示,优化后 PBA 工法数值模型如图 4.3 所示。为直接准确地获得各土层材料的力学性能参数,本文采用基于遗传算法优化支持向量机的方法对各土层力学性能参数进行反演,所得参数结果经检验合理且满足精度要求,具体分析方法和过程见第 2 章所述,所得各土层力学性能参数值见表 4.1。
..........
 
结论
 
本文依托长春地铁解放大路站工程,对 PBA 工法初支扣拱阶段的施工方案进行调整,对优化前后方案施工技术的各个方面进行详细分析,并从安全、质量、进度、效益、受力情况以及可操作性 6 个方面对优化前后施工方案进行综合对比分析;采用基于遗传算法优化支持向量机的方法进行岩土力学参数反演,根据现场实测位移数据反演各层岩土力学参数;应用参数反演得到的力学参数结果,采用有限差分程序 FLAC3D 对优化前后 PBA 工法施工方案进行数值模拟分析,分析施工过程中地表沉降和拱顶沉降的变化情况,以及对施工过程中拱顶受力情况和关键节点受力情况进行验证。研究表明:
(1)反演得到的岩土力学参数接近理论值,相对误差均在 5%以内,直接反映出该方法的可行性。RBF 函数的收敛能力和逼近能力更强,其结果更加准确。基于遗传算法优化支持向量机的参数反演精度随着学习样本数量的增大而提高;其中,粘聚力的反演精度对学习样本数量的敏感度最小,其次是泊松比和弹性模量,内摩擦角的敏感度最高。
(2)在初支扣拱阶段,优化后方案施工工序更简单,土方开挖量、格栅量以及喷射混凝土量均小于优化前方案,在安全、质量、效益、施工进度和可操作性等施工技术方面均优于优化前方案。
(3)沉降控制方面:在初支扣拱阶段,优化前方案的地表沉降量和拱顶沉降量均明显大于优化后方案。当整体施工完成时,优化后方案地表最大沉降量和最大拱顶沉降量均略小于优化前方案,优化后方案地表最大沉降量比优化前减少 2.8%,优化后方案最大拱顶沉降量比优化前减少 3.2%。
(4)结构受力方面:在初支扣拱阶段,优化前后方案均有明显的受力转换过程,最大拱顶应力出现的阶段和位置不同,应力值均小于混凝土抗压强度设计值;优化前后关键节点最大压应力、最大拉应力和最大剪应力均小于混凝土强度设计值。拱顶应力和关键节点应力均在结构承受范围内,符合结构安全性要求。
.........
参考文献(略)
(责任编辑:gufeng)
顶一下
(0)
0%
踩一下
(0)
0%
------分隔线----------------------------
发表评论
请自觉遵守互联网相关的政策法规,严禁发布色情、暴力、反动的言论。
评价:
栏目列表
点击提交代写需求
点击提交代写需求
点击提交代写需求
推荐内容