【摘要】：隨著經(jīng)濟(jì)的飛速增長(zhǎng),地下工程的規(guī)模越來越大、施工環(huán)境越來越復(fù)雜,各種不確定因素越來越多,這就要求與信息化時(shí)代相吻合的新的理論與分析方法的提出。鑒于此,本文圍繞地下工程巖體非線性行為預(yù)測(cè)識(shí)別與動(dòng)態(tài)智能反饋分析這一主題,將當(dāng)前流行的高斯過程機(jī)器學(xué)習(xí)方法應(yīng)用到地下工程當(dāng)中,提出地下工程非線性系統(tǒng)預(yù)測(cè)、識(shí)別的高斯過程模型,接著與粒子群優(yōu)化算法相結(jié)合,提出粒子群-高斯過程協(xié)同優(yōu)化算法,并將該算法應(yīng)用到地下工程智能優(yōu)化反分析,最后在上述研究工作的基礎(chǔ)上,綜合集成智能優(yōu)化技術(shù)和數(shù)值計(jì)算方法,融入動(dòng)態(tài)智能反饋分析思想,提出大型地下洞室群動(dòng)態(tài)智能反饋分析方法,為大型地下洞室群的合理開挖支護(hù)設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)�？傮w來說,本文主要做了以下幾方面研究工作： 1.針對(duì)傳統(tǒng)方法在地下工程巖體非線性系統(tǒng)預(yù)測(cè)和識(shí)別問題上的局限性,研究建立基于高斯過程機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的地下工程非線性系統(tǒng)預(yù)測(cè)和識(shí)別模型,為實(shí)現(xiàn)地下工程非線性系統(tǒng)行為演化過程的準(zhǔn)確可靠預(yù)測(cè)和識(shí)別提供一條新的途徑。 2.由于巖體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,反分析優(yōu)化問題是典型的復(fù)雜、非線性全局優(yōu)化問題,采用傳統(tǒng)的基于梯度信息的解析優(yōu)化方法只能獲得局部最優(yōu)解,采用隨機(jī)性全局優(yōu)化算法時(shí),為了評(píng)價(jià)隨機(jī)解的優(yōu)劣,往往需要借助三維精細(xì)仿真對(duì)大量的隨機(jī)解進(jìn)行成千上萬次地適應(yīng)度評(píng)價(jià),難免存在計(jì)算耗時(shí)過高、計(jì)算代價(jià)過大的問題。針對(duì)上述問題,提出一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)與粒子群優(yōu)化算法的地下工程巖體力學(xué)參數(shù)智能優(yōu)化反分析方法,為地下工程巖體力學(xué)參數(shù)合理獲取提供一種新途徑。 3.開挖后圍巖壓力的釋放情況直接反映了巖體應(yīng)力卸載程度。在工程實(shí)踐中,依據(jù)新奧法施工理念,當(dāng)了解圍巖壓力釋放程度時(shí),更有利于發(fā)揮圍巖的自承載能力,對(duì)于判定圍巖穩(wěn)定性和施作支護(hù)提供重要依據(jù)。為此,將全局尋優(yōu)性能優(yōu)異的粒子群算法(PSO)與高斯過程機(jī)器學(xué)習(xí)方法(GP)相融合,結(jié)合FLAC3D數(shù)值計(jì)算軟件,提出地下工程巖體力學(xué)參數(shù)與圍巖壓力釋放率聯(lián)合反分析的PSO-GP-FLAC3D方法,為巖體力學(xué)參數(shù)和圍巖壓力釋放率的獲取提供一種高效、低成本的方法。 4.隧洞施工過程中,監(jiān)測(cè)斷面的布置一般滯后于掌子面開挖,監(jiān)測(cè)儀器到位前圍巖發(fā)生的位移可稱為損失位移。損失位移的求取對(duì)于圍巖穩(wěn)定性的合理評(píng)價(jià)具有重要意義,此外,在信息化施工過程中,如果忽視損失位移信息,將給施工安全帶來不利影響,并會(huì)導(dǎo)致圍巖反分析結(jié)果出現(xiàn)較大誤差。因此,如何獲取損失位移成為隧洞圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和安全施工的關(guān)鍵問題。為此,提出隧洞圍巖損失位移求取的PSO-GP-FLAC3D方法,為損失位移的合理獲取提供一條新的途徑。 5.大型地下洞室群動(dòng)態(tài)智能反饋分析的研究對(duì)象是復(fù)雜的多空間、多維度耦合系統(tǒng),這種系統(tǒng)存在著數(shù)值模型優(yōu)化、支護(hù)方案優(yōu)化等多種優(yōu)化問題,這些問題多是全局優(yōu)化問題。此外,由于巖體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,決策變量與優(yōu)化指標(biāo)之間常常存在復(fù)雜的非線性隱式關(guān)系,借助數(shù)值計(jì)算技術(shù)進(jìn)行大規(guī)模三維精細(xì)仿真是解決該問題的常用方式。然而,全局優(yōu)化問題求解時(shí),大量的數(shù)值計(jì)算耗時(shí)難以令人接受。如何高精度、快速地進(jìn)行大型地下洞群動(dòng)態(tài)反饋分析,提出合理、實(shí)用的動(dòng)態(tài)反饋分析方法,是當(dāng)前大型地下洞室群施工領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)難題。另外,現(xiàn)行的動(dòng)態(tài)反饋分析方法多是將本期反演優(yōu)化后的參數(shù)用來預(yù)測(cè)后期開挖,未將其代入本期開挖進(jìn)行正算,進(jìn)而指導(dǎo)對(duì)開挖后圍巖的局部補(bǔ)強(qiáng)；同時(shí),現(xiàn)有的方法僅對(duì)優(yōu)化后的工程效果進(jìn)行評(píng)價(jià),忽略了優(yōu)化前信息對(duì)工程施工的預(yù)測(cè)、指導(dǎo)作用。此外,在動(dòng)態(tài)反饋過程中如何對(duì)圍巖容易失穩(wěn)的高邊墻做出簡(jiǎn)便、直觀地判斷,從而為現(xiàn)場(chǎng)施工提供及時(shí)的參考,也是當(dāng)前地下洞室群工程施工過程中亟待解決的問題。針對(duì)上述問題,提出一種基于高斯過程的大型地下洞室群動(dòng)態(tài)智能反饋分析方法,為大型地下洞室群安全施工提供一條新途徑。 6.將上述研究成果應(yīng)用于某水電站地下廠房大型洞室群動(dòng)態(tài)智能反饋分析,主要針對(duì)地下圍巖的穩(wěn)定性分析和支護(hù)優(yōu)化,利用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)反饋信息及時(shí)優(yōu)化數(shù)值模型和支護(hù)方案,實(shí)現(xiàn)地下洞室群施工期的反饋分析過程。結(jié)果表明：本文提出的大型地下洞室群動(dòng)態(tài)智能反饋分析方法是科學(xué)可行的,為大型地下洞室群的科學(xué)設(shè)計(jì)和安全施工提供了參考。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：廣西大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TU45

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