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隧道围岩位移智能计算方法与应用研究
| 论文题名： | 隧道围岩位移智能计算方法与应用研究 |
| 关键词： | 隧道围岩;位移量测;智能算法;预测模型 |
| 摘要： | 在地下工程中，为了确保安全、高效地完成建设任务，及时对工程环境的发展变化进行有效干预，必须及早对工程环境作出预判，掌握工程环境随时间的发展演化规律，但目前尚无理论方法能直接表达这一演化规律。隧道围岩位移量测是新奥法施工过程中的重要环节，隧道围岩位移量测时间序列中隐含了大量跟隧道工程环境随时间演化规律相关的的信息，将这些信息从量测位移时间序列中提取出来，有助于掌握隧道围岩工程环境发展演化规律，为隧道工程动态设计、施工和运营管理提供数值依据。目前，广大岩土工程研究者们对提取这些信息的智能方法进行了大量的相关研究，但针对隧道围岩量测位移时间序列的混沌特征、小样本特征及如何及早获取这些信息的问题亟待解决。本文重点研究了采用适用于小样本情况的智能算法进行隧道位移时间序列混沌预测的问题，针对早期位移发展预测模型的智能算法进行了研究，并为隧道围岩整体稳定性数值计算研究了开挖瞬间位移释放率及相关参数反分析方法。 论文的主要研究内容如下： (1)研究了适用于小样本情况的智能计算方法，引入了有明确数学基础的最小二乘支持向量机方法，并为增强其泛化性能和拟合能力引入了留一法和小波核函数，为更好地解决支持向量机参数选择问题，提出了一种新的混沌蚁群算法对最小二乘支持向量机的参数选择进行优化。 (2)对隧道位移量测数据中的离群点和缺损点进行了分析，并提出了合适的处理办法。对隧道位移量测数据的非严格等距问题，引入了时数分离技术，构造了同构的时间阶段序列和位移阶段序列，并对其分析过程中的耦合原则进行了研究。研究了传统智能方法中样本空间形成方法的不足，对隧道位移发展的混沌性进行了理论分析，引进了相空间重构方法对隧道位移时间序列进行样本空间生成，提出了基于相空间重构的单变量位移时序混沌预测模型。 (3)研究了同一断面多个位移时间序列进行耦合分析进行隧道位移时间序列混沌预测的可行性，提出了适用于极小数据量的基于相空间重构方法的多变量位移时间序列混沌预测模型，为隧道位移发展趋势的早期预测提供了方法，并对该方法进行了工程实例的验证。 (4)研究了二次衬砌对初期支护与其所支撑和加固的隧道周边围岩组成的自稳系统的影响，提出了基于隧道位移时序预测的针对二次衬砌与自稳系统整体分析，以二次衬砌允许最大位移为判据的二次衬砌最佳支护时机确定方法。对二次衬砌最佳支护时机智能计算中的关键问题——隧道开挖瞬间位移释放率的智能反分析方法进行了研究，并用工程实例对这一方法进行了验证。 |
| 作者： | 毛广湘 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 夏元友 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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