基于神经网络模型的深基坑土层m值反演分析

摘要

软土地区的深基坑支护结构设计一直都是是一个十分复杂的岩土工程问题。目前，在国内基坑支护设计最常用的方法即为弹性地基梁理论的m法，且大部分规范也推荐此法。但是m法计算参数的选取到目前为止仍然是岩土工程界的一大难题，相关设计规范只是给出了m值的大致取值范围，由于不同地区地质条件千差万别，所以在m值的取值上差别也很大，因此，针对某个特定的工程来说，很有必要在实测资料的基础上对该区域基坑土层m值进行反演分析，为后开挖区域基坑或地层条件相近的基坑支护设计提供参考和依据，同时也能丰富地区土层m值取值经验。
　　本文结合上海舞蹈中心深基坑工程，基于现场支护结构水平位移实测资料分析了支护结构的变形规律及特点；根据正交试验原理并结合大型有限元模拟软件MIDAS GTS建立了3区基坑开挖阶段各土层参数敏感性分析的正交试验表，并分析了支护结构位移对各土层参数的敏感性；基于人工神经网络原理建立了BP神经网络反分析模型，并编制了与之相应的Matlab程序，利用正交试验数据表完成了对该网络模型的学习训练和检验；在此基础上，基于现场位移实测数据并运用已经建立的网络模型对3区基坑开挖阶段各土层m值进行了反演，并将反演结果用于下一工况支护结构位移预测。本文主要得出以下结论：
　　（1）根据上海舞蹈中心深基坑工程3区开挖阶段基坑支护结构位移监测数据，发现该基坑在两道混凝土内支撑条件下支护结构变形均呈现出“马鞍形”特点，且累计最大水平位移大都出现在-4m位置处；
　　（2）运用MIDAS GTS有限元模拟软件得到不同土层参数 mc、?、（m是根据经验公式计算得出）组合条件下支护结构产生的位移，并以此建立了正交试验表。以支护结构位移为评价指标，用极差法确定了各土层参数对支护结构位移的作用大小顺序依次为土体水平抗力系数m、摩擦角?、粘聚力c。并将敏感性最大的土体水平抗力系数m作为反演参数；
　　（3）根据本文研究内容的特点建立了由4个输入、4个输出单元的三层BP神经网络土层参数反演模型，并根据Matlab编制了网络误差测试程序，确定了隐含层神经元数目为10。用正交试验模拟的数据对该网络模型进行了学习训练和检验，得到了具有可靠仿真能力的网络模型；
　　（4）基于上海舞蹈中心3区基坑开挖阶段实测的支护结构位移数据，应用建立好的BP神经网络反演模型进行现场逐工况土层m值反演。反演得到的各土层m值比规范值更加准确；
　　（5）运用反演得到的土层参数对下一工况的基坑支护结构位移进行计算，其计算结果与现场监测数据基本吻合。为后施工区域基坑支护设计提供强有力的保证，并丰富该地区土层参数取值的经验。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 本文的研究背景

1.2 本文主要研究内容、技术路线及研究意义

1.3 创新点

第2章 深基坑工程反演分析的基本理论与研究现状

2.1 深基坑工程反演分析的基本概念

2.2 深基坑工程反演分析常用的方法

2.3 本章小结

第3章 上海舞蹈中心深基坑监测及变形规律研究

3.1 工程背景

3.2 现场监测方案

3.3 支护结构累计位移监测结果及其变形分析

3.4 本章小结

第4章 基于正交试验的基坑土层参数敏感性分析

4.1 土层参数的选取及参数敏感性分析概述

4.2 正交试验设计法

4.3 基于MIDAS GTS模拟的正交试验样本建立

4.4 土层参数敏感性分析

4.5 本章小结

第5章 基于BP神经网络模型的m值反演分析

5.1 神经网络的介绍

5.2 BP神经网络反演模型的建立

5.3 m值反演结果及分析

5.4 基于反演m值的支护结构变形计算与现场监测数据对比

5.5 本章小结

第6章 结论与展望

6.1主要结论

6.2存在不足及展望

参考文献

攻读硕士学位期间学术成果及科研情况

致谢