露天矿边坡变形监测与预测预报系统研究

摘要

由于我国独特而复杂的地形地质条件和社会发展需求,使得滑坡及高边坡稳定性问题成为20世纪中后期以来一个非常具有中国特色的重大工程问题。露天矿边坡作为大型的人工边坡,其稳定性直接关系到生产和人民的生命财产安全,影响国民经济的发展。因此,对露天矿边坡进行变形监测,并根据监测结果进行边坡变形分析与预测预报,是一项十分重要的技术工作,深入开展此方面的研究,具有重要的理论意义和应用价值。露天矿边坡的变形受到众多因素的影响,是一个复杂的非线性过程。BP神经网络是一种具有自组织、自适应泛化能力强等特点的智能算法,有很强的非线性逼近能力,因此其被大量应用到边坡的预测中来。由于经典BP神经网络自身有着收敛速度慢,易陷入局部极值等局限性,制约了这种预测方法的进一步推广。为了提高BP神经网络的性能,可以采取一定的措施,对其进行改进。应用单一的判据进行露天矿边坡的时间预报,预报精度低,且容易出现误判,因此需要一种方法综合多种判据的信息,以提高露天矿边坡预报的精度和可靠性。本文研究的主要内容包括,分析BP神经网络的算法特点,然后利用具有强大全局寻优能力的改进人工鱼群算法(AFSA)来优化BP神经网络的初始连接权值和阈值以及网络结构;同时通过建立露天矿边坡监测系统,监测边坡的表面位移和内部岩体的受力变化,然后应用改进的AFSA-BP神经网络模型对边坡的位移进行预测,应用基于模糊物元理论的多判据综合预报模型进行边坡变形预报,从而建立露天矿边坡变形监测和预测预报系统模型。通过对实例的验证,发现改进的AFSA-BP模型比经典BP模型有更高的运算速度和预测精度,模糊物元多判据综合预报模型也能正确的为边坡变形作出预报。该系统模型适用于露天矿边坡的预测预报。

目录

致谢

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 边坡变形监测技术的研究现状

1.2.2 边坡变形预测预报的研究现状

1.3 本文主要研究内容

2 露天矿边坡变形预测预报的理论和方法研究

2.1 预测预报的概念

2.2 边坡变形预测预报模型研究

2.3 人工神经网络

2.3.1 人工神经网络的基本原理

2.3.2 BP 神经网络

2.3.3 BP 神经网络的局限性

2.3.4 BP 神经网络的改进思路

2.4 本章小结

3 露天矿边坡监测系统研究

3.1 露天矿边坡监测方案设计

3.1.1 GPS 变形监测网设计

3.1.2 边坡岩体应力监测系统设计

3.2 变形监测数据的采集

3.3 数据预处理

3.4 本章小结

4 露天矿边坡预测预报模型研究

4.1 基于改进 AFSA-BP 神经网络的露天矿边坡预测模型

4.1.1 人工鱼群算法理论

4.1.2 人工鱼群算法改进

4.1.3 AFSA 改进 BP 神经网络

4.1.4 露天矿边坡预测模型的建立

4.2 露天矿边坡变形多判据的综合的预报模型

4.2.1 边坡变形时间预报判据分析

4.2.2 基于模糊物元理论的边坡预报模型

4.3 本章小结

5 实例分析

5.1 工程概况

5.2 边坡位移预测

5.2.1 确定样本数据

5.2.2 AFSA-BP 神经网络训练及预测

5.3 露天矿边坡变形时间预报

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 展望

参考文献

附录 A 露天矿边坡监测数据

作者简历

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