地下工程結(jié)構(gòu)巖體力學(xué)參數(shù)與損失位移的高效反分析方法研究.pdf

1、近年來，地下工程結(jié)構(gòu)得到了快速的發(fā)展，巖體作為一種結(jié)構(gòu)材料，是地下工程結(jié)構(gòu)的承載主體，對(duì)巖體行為的有效分析是解決地下工程施工過程安全問題的重要方法。地下工程結(jié)構(gòu)施工過程中安全問題主要是由于很難用科學(xué)有效的手段對(duì)巖體的非線性行為進(jìn)行預(yù)測(cè)與識(shí)別并指導(dǎo)實(shí)際應(yīng)用，地下工程巖體參數(shù)與損失位移作為巖體非線性行為分析與識(shí)別的關(guān)鍵因素，很難用室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)獲取，巖土體反分析方法作為求取地下工程巖體參數(shù)與損失位移的方法，成為了巖土領(lǐng)域熱點(diǎn)問題。

2、>　　本文在國(guó)家自然科技基金項(xiàng)目（“高地溫梯度水工高壓隧洞THM耦合作用下的承載特性研究”51369007）支撐下，做了以下幾個(gè)方面的研究工作:
　　1.針對(duì)復(fù)雜函數(shù)優(yōu)化問題，傳統(tǒng)的解析優(yōu)化方法往往只能獲得局部最優(yōu)解，而采用隨機(jī)全局優(yōu)化方法時(shí)，需進(jìn)行大量的數(shù)值計(jì)算才能獲取全局最優(yōu)解。提出了一種基于高斯過程局部代理模型-粒子群協(xié)同優(yōu)化算法，該算法實(shí)現(xiàn)了局部尋優(yōu)階段采用高斯過程回歸代理模型替代真實(shí)適應(yīng)度函數(shù)評(píng)價(jià)，加速了算法局部尋優(yōu)，并

3、采用動(dòng)態(tài)更新學(xué)習(xí)樣本的策略不斷的提高高斯過程回歸代理模型的擬合精度，實(shí)現(xiàn)了算法快速高效求解復(fù)雜函數(shù)問題，通過對(duì)benchmark函數(shù)測(cè)試結(jié)果表明，對(duì)比粒子群算法，本文方法的計(jì)算代價(jià)明顯更低，尋優(yōu)效果更好。
　　2.地下工程結(jié)構(gòu)巖體的復(fù)雜性決定了求取其力學(xué)參數(shù)的優(yōu)化問題是高度復(fù)雜的，而其目標(biāo)函數(shù)值的確定往往需要借助數(shù)值計(jì)算，這就決定了計(jì)算函數(shù)是隱式的。在求解這類問題時(shí)，將機(jī)器學(xué)習(xí)、優(yōu)化算法與數(shù)值計(jì)算相結(jié)合，提出了基于高斯過程全局代理

4、模型-粒子群優(yōu)化算法的優(yōu)化反分析方法，該方法的反分析效率明顯優(yōu)于基于粒子群優(yōu)化算法的優(yōu)化反分析方法。通過對(duì)簡(jiǎn)單的工程算例與某水電工程的參數(shù)進(jìn)行反分析，驗(yàn)證了該方法比粒子群優(yōu)化算法的尋優(yōu)能力好，計(jì)算代價(jià)低。
　　3.基于高斯過程全局代理模型-粒子群優(yōu)化算法在求解復(fù)雜的目標(biāo)函數(shù)時(shí)，其結(jié)果依賴于初始樣本點(diǎn)的設(shè)置，且該方法適用于優(yōu)化變量維數(shù)較低的目標(biāo)函數(shù)，但不能很好的解決高維度問題。對(duì)此，提出了一種基于高斯過程局部代理模型-粒子群協(xié)同優(yōu)化

5、算法。通過與基于高斯過程全局代理模型-粒子群優(yōu)化算法、基于粒子群優(yōu)化算法對(duì)簡(jiǎn)單的算例與實(shí)際工程的對(duì)比分析，驗(yàn)證了該方法的可行性與先進(jìn)性。
　　4.工程隧洞圍巖開挖過程中難以觀測(cè)但影響較大的因素，是合理的評(píng)價(jià)開挖隧洞安全等級(jí)并指導(dǎo)圍巖安全施工的關(guān)鍵，采用隨機(jī)全局優(yōu)化方法對(duì)損失位移進(jìn)行求解時(shí)需要進(jìn)行大量的數(shù)值計(jì)算，計(jì)算代價(jià)高，耗時(shí)大。本文提出了基于高斯過程局部代理模型-粒子群協(xié)同優(yōu)化算法對(duì)損失位移進(jìn)行求解，并與粒子群算法對(duì)簡(jiǎn)單的算例求