边坡工程中的PSA-ANFIS反演设计方法

边坡工程反演设计方法的提出,对于解决岩土工程设计工作中所面临的实际工程问题具有重要的现实意义.针对边坡工程反演设计工作的特点,首先采用正交试验设计法和模式搜索算法(PSA)研究了自适应神经模糊推理系统(ANFIS)的训练参数和模型结构的优化方法,提出和建立了基于模式搜索算法的自适应神经模糊推理方法(PSA-ANFIS).进一步地,对一多峰函数Peaks进行离散,构建了训练数据对、检测数据对和预测数据对,并对PSA-ANFIS的拟合能力和预测能力进行了研究.结果表明,无论是在拟合精度和预测精度上,还是在训练参数的调整、模型结构的建立和训练过程上,PSA-ANFIS均适合于解决边坡工程反演设计这一高度非线性的映射问题.最后,还将该新方法应用于边坡工程的边坡设计问题中,对实例边坡的角度和高度进行了反演设计,从而证实了该方法具有较强的非线性处理能力,适用于处理边坡工程中的具有高度复杂的不确定性问题,是一种优异的反演设计新方法.     

考虑参数空间变异性的边坡模糊随机可靠度分析

提出考虑土性参数空间变异性的边坡模糊随机可靠度分析方法.按HassanWolff方法对土性参数进行组合,通过确定性分析得到一系列潜在滑面;利用随机场模型描述土性参数的空间变异性,沿各潜在滑面对土性参数进行方差折减;采用降半正态分布函数描述边坡失效状态的模糊性,基于概率积分计算各潜在滑面对应的的可靠度;搜索最小可靠度对应的潜在滑面作为边坡的临界滑面,以最小可靠度作为边坡的可靠度.结合算例分析了隶属函数的形状参数、土性参数相关距离及黏聚力和内摩擦角的变异性对边坡可靠度的影响.     

高土质边坡的稳定性分析研究与治理

在详细勘察的基础上,查明了南京栖霞油库边坡的岩土工程地质条件。采用垂直条分与斜条分两种边坡稳定分析的方法进行了稳定性分析研究;找出了潜在滑动面的深度。通过室内试验得到了该边坡岩土体的物理力学参数。利用室内试验参数通过计算得到了各个断面不稳定滑面的安全系数,对该边坡的稳定性进行了综合评价。在此基础上,提出了该边坡的治理措施。     

边坡可靠性的蒙特卡洛分析

边坡稳定性研究是岩土工程的热点问题之一，本文在极限平衡理论基础上，引入了蒙特卡洛模拟方法，通过建立边坡状态函数，生成随机变量，对边坡的稳定性进行了可靠性模拟，求出边坡的可靠指标与破坏概率，为边坡稳定性增加一种判断方法，与确定性计算结果综合对比分析，保证边坡设计参数更为可靠。     

基于参数模糊性分析的边坡稳定性研究

岩土工程参数中的各种信息都存在模糊性。通过对岩土样本力学参数试验值的研究，提出样本统计特征分析时应该充分考虑模糊不确定性因素对参数特征值的影响。在确定的参数隶属函数基础上，推导了岩土样本国学参数模糊统计特征值的计算公式。应用实例表明，由于文中提出的计算方法考虑了参数模糊性的影响，其计算结果比按常规统计方法得到的结果更具合理性。采用模糊均值和方差对边坡进行分析后的结果表明，边坡稳定性模糊分析方法是一种更为可靠的分析方法。     

多层边坡的加权位移反分析方法

利用传统反分析方法对边坡,尤其对含有软弱夹层或者多个土层的边坡进行参数反演研究时,易导致反演结果的不精确。针对分层边坡的位移特点,计算了每个土层的"宏观"位移,并将其用于参数反演。根据滑动面对边坡位移的影响,利用模糊数学中的隶属度概念,求得每个土层的位移权重。在此基础上,构建了新的目标函数,并利用工程实例计算了本文方法和传统方法的目标函数敏感度。结果表明,本文方法的目标函数敏感性较大,效果较好。     

露天煤矿边坡稳定性的随机森林预测模型

 边坡工程是露天煤矿中的重点工程,边坡的稳定性关系着煤矿的安全生产。边坡稳定性预测是边坡防治工作的前提,针对煤矿边坡工程稳定性预测的复杂性,为了快速、有效地判别煤矿边坡稳定性,利用随机森林算法建立煤矿边坡稳定性预测模型。通过选取与煤矿边坡工程密切相关的岩石重度、黏聚力、内摩擦角、边坡角、边坡高度、孔隙水压力6 个指标作为边坡稳定性的影响因素,即为随机森林预测模型的输入,边坡稳定性状态作为随机森林预测模型的输出,通过随机森林算法建立边坡稳定性影响因素与边坡稳定状态之间的非线性关系。利用煤矿实测30 组边坡稳定性数据作为随机森林预测模型的训练数据集,进行模型的学习训练;另用12 组边坡稳定性数据作为预测模型的测试数据,通过训练好的边坡稳定性预测模型进行测试;为了验证随机森林预测模型的准确率,同时与SVM 和BP 神经网络的测试数据进行比较。结果说明,选取煤矿边坡稳定性的6 个指标建立的随机森林预测模型,人工控制参数较少、结构简单、容易实现,且具有较高的准确度,边坡稳定状态预测结果与煤矿边坡工程实际状态相吻合,能有效预测边坡稳定性状态,指导煤矿边坡防治工作的开展。     

基于可靠度敏感性的神经网络法研究边坡稳定性

针对边坡工程结构功能函数不能显式表达的可靠性分析问题和非线性问题计算量大的弊端．研究结构可靠度敏感性,提出参数的相对敏感性分析方法,并基于该方法提出了神经网络法分析边坡稳定性。具体思路：由可靠指标对随机变量分布参数的相对敏感性分析,确定边坡可靠度主要影响参数;用神经网络模型近似替代响应量与基本变量间的隐式极限状态函数,根据蒙特卡罗模拟法,对网络模型进行可靠度分析,求解结构可靠度指标。基于可靠度敏感性的神经网络法．对均值和成层边坡进行稳定性分析,与传统可靠度计算方法相比．结果表明：该方法分析边坡稳定性是准确的且具有较高的计算效率。     

Bandis经验公式修正及其应用

针对三维离散元程序中刚度参数合理选取方法及其应用开展研究.通过理论分析,给出了结构面剪切刚度及法向刚度的理论公式;结合室内剪切试验研究和数值分析,得到了符合工程实际的剪切刚度修正Bandis经验公式及法向刚度参数经验公式,从而明确提出了一种结构面刚度参数的选取方法;通过实际工程边坡稳定性分析,探究了基于上述方法选取的参数对实际工程模拟的适用性.研究表明,岩体结构面刚度参数是应力的函数,修正Bandis经验公式能够较为完善地表征剪切破坏前结构面的剪切刚度变化规律;利用编制FISH程序使刚度参数随应力变化而改变的方法,使3DEC软件对工程岩体变形特征的模拟更加符合实际,从而验证了该方法的合理性.     

露天煤矿边坡稳定性的随机森林预测模型

边坡工程是露天煤矿中的重点工程,边坡的稳定性关系着煤矿的安全生产。边坡稳定性预测是边坡防治工作的前提,针对煤矿边坡工程稳定性预测的复杂性,为了快速、有效地判别煤矿边坡稳定性,利用随机森林算法建立煤矿边坡稳定性预测模型。通过选取与煤矿边坡工程密切相关的岩石重度、黏聚力、内摩擦角、边坡角、边坡高度、孔隙水压力6个指标作为边坡稳定性的影响因素,即为随机森林预测模型的输入,边坡稳定性状态作为随机森林预测模型的输出,通过随机森林算法建立边坡稳定性影响因素与边坡稳定状态之间的非线性关系。利用煤矿实测30组边坡稳定性数据作为随机森林预测模型的训练数据集,进行模型的学习训练;另用12组边坡稳定性数据作为预测模型的测试数据,通过训练好的边坡稳定性预测模型进行测试;为了验证随机森林预测模型的准确率,同时与SVM和BP神经网络的测试数据进行比较。结果说明,选取煤矿边坡稳定性的6个指标建立的随机森林预测模型,人工控制参数较少、结构简单、容易实现,且具有较高的准确度,边坡稳定状态预测结果与煤矿边坡工程实际状态相吻合,能有效预测边坡稳定性状态,指导煤矿边坡防治工作的开展。     

边坡稳定分析的模糊概率法

鉴于边坡工程中同时存在的随机性和模糊性 ,文章在可靠性分析的基础上提出了用模糊概率的方法来计算边坡的稳定性 ,得出了边坡失稳的模糊概率 ,并探讨了隶属函数的形式及有关参数对模糊概率的影响。计算表明 :降正态形分布及戒上形分布的隶属函数形式能较好地反应边坡失稳的模糊性 ,所求模糊概率 Pf 较为合理 ;功能函数的变异性越大 ,隶属函数形式对模糊概率 Pf的影响越小。     

边坡稳定可靠度替代模型分析

首先对多项式响应面、BP神经网络、径向基函数及支持向量机这4种替代模型的基本理论、适用范围及构造程序进行具体分析;然后,针对BP神经网络、径向基函数及支持向量机这3种替代模型中训练样本不易获取的情况,引入拉丁超立方试验抽取样本数据,并通过相应替代模型构建边坡可靠度求解的稳定极限状态功能函数近似表达式;最后,通过工程实例对各模型的计算工作量及计算精度进行评估。研究结果表明:对于地层结构较简单、随机参数较少的边坡可采用多项式响应面替代模型,而对于地层结构复杂、功能函数具有较强非线性的边坡建议采用支持向量机替代模型,这可为边坡稳定可靠度替代模型的甄选与构建提供重要依据。     

基于节理几何参数不确定性的边坡可靠度分析

基于岩质边坡可靠性受节理面的控制,节理面的随机分布导致边坡可靠系统具有高度不确定性,提出考虑节理几何参数不确定性的边坡可靠度分析方法。以厦蓉(厦门—成都)线高速公路某路堑边坡为例,通过概率图法和数理统计理论,对节理几何参数的概率分布类型进行研究,分析其不确定性,确定节理几何参数的概率密度和统计参数;考虑边坡双滑面破坏模式Sarma法分析安全系数的隐式函数式,根据响应面法重构安全系数近似显式解析表达式,建立以节理几何参数为随机变量的边坡可靠性分析模型,构建极限状态功能函数;以节理倾向、倾角和间距为随机变量,采用蒙特卡罗法产生符合随机变量分布类型的随机数,进行边坡可靠度分析。研究结果表明:所提出的分析模型和方法可反映构造控制的岩质边坡可靠性,为岩质边坡的可靠度分析和支护设计提供理论依据。     

基于PEM-JFEM方法的节理岩质边坡稳定性评价

以赞比亚一露天铜矿南帮边坡(矿体下盘)为研究对象,将Rosenbluth点估计方法与节理有限元方法相结合应用于该节理发育的岩质边坡稳定性评价中.建立以边坡岩体材料强度参数(内摩擦角和黏聚力)为输入变量,安全系数为输出变量的概率模型,点估计状态函数的求解过程引入节理有限元方法.通过现场节理及结构面调查,建立边坡节理有限元模型求解边坡安全系数,得到基于安全系数的边坡变形破坏概率统计指标,对边坡稳定性进行了概率分析,分析结果与现场失稳情况一致.该方法既考虑了岩体材料参数在赋值过程中实际存在的不确定性,同时也考虑了节理岩质边坡的节理属性,充分体现了岩层接触作用的非线性关系,使得对节理岩质边坡的稳定性评价更加合理.     

基于滑移线簇分析的边坡极限平衡有限差分法研究

将有限差分数值计算结果同刚体极限平衡分析方法相结合进行边坡稳定性评价,在工程实践中具有较好的理论及应用价值。基于该思想,将滑移线理论引入边坡滑弧的确定中,采用综合极限平衡方法计算其安全系数,建立安全系数与滑移线的函数关系,实现了最危险滑弧的搜索,并由算例验证了各力学参数对边坡滑面位置与安全系数的影响。结果表明,岩土介质的强度与变形参数对边坡稳定与滑面位置均有影响。该方法是现有边坡稳定计算体系的有效补充。     

爆破扰动下露天矿边坡岩体力学参数确定

 在矿山巷道工程和边坡工程稳定性分析中,岩体力学参数选取会对结果产生重大影响。通过现场大型原位试验方法可以确定出符合工程实际的岩体力学参数,但存在工程浩大、费用高昂,受到多种环境和技术条件限制。一般采用Hoek-Browm准则对室内岩块试验获得的力学参数进行工程处理,常用的Hoek-Brown准则在处理边坡岩石力学参数都是忽略爆破震动对露天矿边坡的影响,而爆破扰动是影响稳定性和岩体力学参数的主要因素。利用非线性方程来表征受扰动修正系数K_m、K_s与完整性系数K_v之间的关系,建立了Hoek-Brown准则经验参数m_b、s的一种改进取值方法。以新疆东戈壁露天矿东边坡为例,采用Hoek-Brown准则爆破扰动下的修正公式及前人公式进行分析计算,结果表明,由该方法确定的介于扰动和未扰动之间的岩体力学参数更符合实际。     

边坡稳定性的k-近邻估计

边坡稳定性估计的精度直接关系到边坡工程的成败.然而,边坡稳定性与其影响因素之间存在复杂的非线性关系.当目标函数很复杂时,如果只建立目标函数的局部逼近,并将其应用于待测实例的邻域,就能获得较高的预测精度.这种局部建模方法的典型代表就是k-近邻及其改进算法.在研究k-近邻算法的基本原理及其改进方法的基础上,提出了应用距离加权的k-近邻方法对由岩石容重、岩石内聚力、内摩擦角、边坡角、边坡高度和孔隙水压力6个特征参数组成的岩土参数进行建模,估计表征边坡稳定性的安全系数.实验中,用82个圆弧破坏边坡实例中的71个实例进行建模,对另外11个实例进行推广预测.实验结果表明:用k-近邻算法进行边坡稳定性预测有较高的精度.     

边坡稳定性预报的MEP分类预测算法

鉴于传统方法和数值分析方法的局限性,引入了密切影响边坡稳定性的若干参数,运用多表达式程序设计方法建立边坡稳定性评价模型.基于已有的边坡事例,对该模型进行训练和自我学习,然后用样本训练后的优化模型对新的土质边坡数据集进行预测评价.数值实验表明:多表达式程序设计算法在建立边坡稳定性评价模型中具有较高的可信度.     

天柱山某边坡稳定性分析

以天柱山景区边坡为实例进行边坡稳定性深入研究,选取该段具有代表性的存在安全隐患的不稳定结构,根据天柱山景区工程实际情况,分析地质勘察报告,对该段边坡进行力学稳定性分析。运用FLAC3D数值模拟软件,根据实际测定的边坡力学参数,分析了天柱山某段边坡,通过模拟得到该段边坡的强度折减系数,也就是安全系数。     

基于区间数理论的引水渠道边坡模糊评判方法研究

针对边坡的影响因素存在模糊性、不确定性的特点,基于引水渠道边坡实际情况及工程监测资料,确定影响其安全状态的主要因素,划分影响因素的安全等级,结合区间数理论和模糊综合评判方法的优势,构造各指标的区间隶属函数,并采用主观赋权法层次分析法与客观赋权法熵权法组合赋权的方式来确定各级指标的权值,进行区间数模糊综合评判,得到区间评判结果,再使用区间排序法对其进行排序,进而得到边坡综合评判结果,依据最大隶属度原则,确定实际安全状态。通过引水渠道边坡工程实例验证了该评判模型的合理性。