基于BP神经网络方法和有限差分法的边坡稳定反馈分析

摘要

随着计算机及智能化的发展，在进行边坡工程布局及方案设计和施工方案选择中，研究学者们热衷于选择数值模拟作为分析手段，而数值模拟的真实性很大程度上取决于岩体材料参数是否正确，使得边坡工程稳定性分析的关键就在于获取岩土体的力学参数。本文基于有限元差分数值计算方法，结合正交试验设计对边坡的变形及稳定性进行力学参数敏感性分析，确定主要影响因素和次要影响因素。采用基于Matlab编程的误差反向BP神经网络分析方法，以边坡实际监测点位移为依据，对边坡岩体主要力学参数进行反演。在实际监测值的基础上，旨在研究对边坡变形及稳定性影响大的力学参数，进而将数值模拟分析成果运用到实际边坡工程中，对该边坡施工过程中稳定性和位移进行分析、对该边坡今后运行进行预测分析，以及对拟建边坡施工、设计提供指导分析。
　　（1）结合某经典均质边坡，采用正交试验进行设计因素组合，对容重、黏聚力、抗拉强度、内摩擦角、泊松比和弹性模量6因素进行关于边坡变形及稳定性的敏感性分析。再结合非均质边坡进行敏感性分析验证，确定了影响边坡稳定性及变形的主要因素为容重、黏聚力、内摩擦角、弹性模量。
　　（2）选择了能够完成任意精度的非线性函数映射的BP神经网络作为反演训练方法，设计3层网络模型，采用Matlab语言实现BP神经网络反演编程。
　　（3）以锦屏一级电站左岸拱肩槽边坡4-4剖面为对象，根据待反演参数的取值范围，基于均匀设计试验方法设计不同的力学参数组合；采用FLAC3D分别计算不同力学参数组合下监测点位移，将监测点位移作为网络输入，参数组合作为网络输出，得到BP神经网络的训练样本；通过输入样本进行网络训练获得位移与各反演参数之间的函数关系；最后将实际监测位移输入训练好的网络反演出9个主要岩体力学参数，并将反演计算位移与监测位移进行对比，监测点位移的相对误差均小于5％，证明反演成果的合理性。
　　（4）基于反演获得的力学参数，对锦屏一级电站左岸拱肩槽边坡4-4剖面，分别进行无支护和边开挖边支护过程的数值模拟分析计算，分析开挖过程中边坡稳定性及位移的变化规律，对边坡施工过程中稳定性和位移变化进行预测分析，为其安全支护设计、施工提供理论依据，为其他拟建边坡工程设计、施工提供参考指导。

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1 绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 反馈分析方法

1.4 主要研究内容及技术路线

1.5 本章小结

2 力学参数对边坡稳定的敏感性分析

2.1 敏感性计算方法

2.2 均质边坡力学参数敏感性分析

2.3 非均质边坡力学参数敏感性验证分析

2.4 本章小结

3 基于BP神经网络方法的边坡力学参数反演

3.1 BP神经网络方法

3.2 均匀设计

3.3 边坡岩体主要力学参数反分析

3.4 本章小结

4 基于反演参数的边坡开挖支护稳定性分析

4.1 计算模型及参数

4.2 开挖计算方法及模拟步骤

4.3 无支护措施下计算结果及分析

4.4 有支护措施下计算结果及分析

4.5 动态监测位移分析

4.6 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文

致谢