基于動(dòng)態(tài)遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及相空間重構(gòu)理論的深基坑工程變形預(yù)測(cè)研究.pdf

1、近年來，隨著上海城市軌道交通迅速發(fā)展，地鐵建設(shè)工程的要求和難度越來越高，地鐵深基坑受到地質(zhì)條件、施工條件和外界其他因素的影響，成為了一個(gè)灰色、模糊、隨機(jī)的系統(tǒng)。特別是在上海軟土地區(qū)，地鐵深基坑工程不僅涉及土力學(xué)中的基本強(qiáng)度、穩(wěn)定、變形理論，還包含了土與結(jié)構(gòu)的相互作用、滲流等水力學(xué)范疇的問題，此外，開挖時(shí)還會(huì)產(chǎn)生時(shí)空效應(yīng)，所以這些因素給深基坑工程安全施工帶來了不小的難度，而基坑變形控制作為控制基坑安全的一個(gè)重要措施，因此，準(zhǔn)確而合理的預(yù)測(cè)

2、基坑下一階段的變形，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工有著很好的實(shí)際意思。 由于基坑工程動(dòng)態(tài)非線性特點(diǎn)，加之內(nèi)部和外部參數(shù)的不確定性，致使為基坑工程系統(tǒng)選擇合適的建模預(yù)測(cè)方式是一個(gè)十分困難的事。因此，人們不得不尋求解決問題的新途徑。 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由于具有自適應(yīng)性、非線性和容錯(cuò)性強(qiáng)等特點(diǎn)，特別適合于處理各種非線性問題。它可以通過大量樣本的學(xué)習(xí)來抽取出隱含在樣本中的因果關(guān)系。由于深基坑工程具有高度非線性動(dòng)態(tài)特性，各類監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)間的聯(lián)系也較為復(fù)雜，難以用具

3、體的數(shù)學(xué)公式表示出，因此神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論為深基坑預(yù)測(cè)工作提供了一條十分有效的途徑。不同于數(shù)學(xué)建模的是，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不需要建立數(shù)學(xué)模型，而是直接通過現(xiàn)場(chǎng)獲得的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來建立模型，從而避開了復(fù)雜的數(shù)學(xué)分析過程；同時(shí)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以處理含有噪聲和許多不確定因素的數(shù)據(jù)，以建立高度非線性的函數(shù)關(guān)系，事先不需要假設(shè)輸出變量與輸入變量之間的關(guān)系，而是通過樣本的學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)輸入與輸出的非線性映射。 本文選擇動(dòng)態(tài)遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來建立預(yù)測(cè)模型，同以前常用的靜態(tài)網(wǎng)

4、絡(luò)(例如BP、RBF等)相比，更貼近深基坑動(dòng)態(tài)非線性系統(tǒng)的特點(diǎn)，預(yù)測(cè)精度和效果明顯優(yōu)于靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)。 此外，由于基坑開挖會(huì)使得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)突變值，網(wǎng)絡(luò)必須重新訓(xùn)練以適應(yīng)新的樣本數(shù)據(jù)，因此，本文還引入了混沌序列理論中的相空間重構(gòu)技術(shù)，對(duì)動(dòng)態(tài)遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型的短期預(yù)測(cè)進(jìn)行優(yōu)化修正，建立新的預(yù)測(cè)模型，提出了基坑工程預(yù)測(cè)確定嵌入滯時(shí)τ和嵌入維數(shù)m二個(gè)重要參數(shù)的方法，并經(jīng)工程實(shí)例分析，短期預(yù)測(cè)誤差明顯減小，整個(gè)新模型對(duì)基坑的短期預(yù)測(cè)得到了

5、較好的效果。 本文以上海地鐵車站深基坑工程為背景，主要研究了以下內(nèi)容： (1)從工程應(yīng)用的角度，結(jié)合動(dòng)態(tài)遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，探討了基坑工程變形預(yù)測(cè)建模的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，闡述了Elman網(wǎng)絡(luò)的基本原理、與靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)相比的優(yōu)勢(shì)及特點(diǎn)，重點(diǎn)討論了Elman動(dòng)態(tài)遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備、訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)及評(píng)價(jià)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)性能等內(nèi)容； (2)研究神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)方法在基坑變形上的適用性，總結(jié)了影響預(yù)測(cè)效果的幾個(gè)因素，特別是數(shù)據(jù)樣本的