1.一种考虑滑床岩体结构特征的桩顶位移非线性预测方法,其特征在于,包括步骤如下:S1、对三峡库区所有采用抗滑桩支护的滑坡进行勘察统计,选择典型滑坡建立概化地质模型;利用三维离散元数值模拟软件-3DEC,建立所述概化地质模型的三维离散元数值模型;
S2、选取滑床岩体结构特征参数,包括有下述四个特征参数:岩层倾角α、岩层倾向与主滑方向夹角β、层厚比r、单组厚度d,其中r=hhard/hsoft,d=hhard+hsoft,hhard为硬岩单层真厚度,hsoft为软岩单层真厚度;确定参数单桩荷载q;
将上述五个参数带入步骤S1建立的概化地质三维离散元数值模型中,并进一步开展数值仿真试验进行单因素敏感分析,确定参数α、β、γ、d和q,对抗滑桩稳定性的影响程度及影响范围;其中,在进行单因素敏感分析时,为保证对滑坡进行全方位的勘测,所述参数α、β、γ、d和q,选取M个水平;所述参数具体为:α=[α1,α2...,αM]、β=[β1,β2...,βM]、γ=[γ1,γ2...,γM]、d=[d1,d2...,dM]和q=[q1,q2...,qM],M>0;
S3、根据步骤S2中分析得到的单因素敏感分析结果,选取对抗滑桩影响最大的n个水平;所述特征参数具体为:α=[α1,α2...,αn]、β=[β1,β2...,βn]、γ=[γ1,γ2...,γn]、d=[d1,d2...,dn]和q=[q1,q2...,qn];其中,M>n>0;
S4、采用正交设计方法,设计参数α、β、γ、d和q在内的N组试验;
S5、利用3DEC软件对步骤S4设计的N组实验开展数值仿真试验,监测并记录每一组实验方案下抗滑桩桩顶节点的位移值yi;经过N组实验后,建立含有五个自变量α=[α1,α2...,αN]、β=[β1,β2...,βN]、γ=[γ1,γ2...,γN]、d=[d1,d2...,dN]、q=[q1,q2...,qN]和一个目标变量y=[y1,y2...,yN]的数据库;其中i=1,2...,N;
S6、将所述数据库中的每一项数据进行归一化处理;
S7、采用支持向量机机器学习算法,将步骤S6归一化处理后的数据作为输入变量,带入到支持向量回归公式,建立支持向量回归机模型;
S8、采用粒子群优化算法,对步骤S7建立的支持向量回归机模型进行优化,建立最优化的桩顶位移预测模型;
S9、针对一具体滑坡案例,确定参数α、β、γ、d和q;对步骤S9确定的参数α、β、γ、d和q做归一化处理后,将其带入步骤S8中建立的桩顶位移预测模型,进一步得到桩顶位移归一化后的预测值,对所述桩顶位移归一化后的预测值做反归一化处理,得到的预测值即为实际的桩顶位移预测值。
2.根据权利要求1所述的一种考虑滑床岩体结构特征的桩顶位移非线性预测方法,其特征还在于,步骤S2在进行单因素敏感性分析时,岩层倾角选取10°、20°、30°、40°、50°、
60°、70°、80°、90°共9个水平,岩层倾向与主滑方向夹角选取0°、10°、20°、30°、40°、50°、
60°、70°、80°共9个水平,层厚比选取1:9、1:7、1:5、1:3、1:1、3:1、5:1、7:1、9:1共9个水平,单组厚度选取1m、2m、3m、4m、5m、6m、7m、8m、9m共9个水平。
3.根据权利要求1所述的一种考虑滑床岩体结构特征的桩顶位移非线性预测方法,其特征还在于,步骤S2中根据建立的概化地质模型的三维离散元数值模型,利用剩余推力法计算得到桩后推力F;进一步的,通过桩后推力F,求解得到抗滑桩后的单桩荷载 其中,S为抗滑桩自由端纵切面面积。
4.根据权利要求1所述的一种考虑滑床岩体结构特征的桩顶位移非线性预测方法,其特征还在于,步骤S6中在进行归一化处理时采用以下公式:x'=(x-xmin)/(xmax-xmin);
其中:x'为归一化后样本值,x为样本真实值,xmax为样本最大值,xmin为样本最小值;所述样本真实值包括从数据库中的带入数据。
步骤S9中在进行反归一化处理时采用以下公式:
x=x'(xmax-xmin)+xmin。
5.根据权利要求1所述的一种考虑滑床岩体结构特征的桩顶位移非线性预测方法,其特征还在于,步骤S7中由支持向量机理论可知拟合函数为:其中,l=N,τi和 为拉格朗日乘子,ζi=[αi、βi、γi、di、qi]为支持向量,为输入变量,b为常数,f(ζ)为归一化后的桩顶位移的预测值。
6.根据权利要求5所述的一种考虑滑床岩体结构特征的桩顶位移非线性预测方法,其特征还在于,步骤S7通过求解如下被约束的二次最优化问题分别得到待解参数τi、 和b:其中,约束条件为:
式中,p为不敏感损失参数,C为惩罚因子,K(ζi,ζj)为核函数。
7.根据权利要求6所述的一种考虑滑床岩体结构特征的桩顶位移非线性预测方法,其特征在于,支持向量机核函数选择RBF核函数,其形式为 g为核函数参数,j=1,2,...,N。
其中所述参数p、C和g为待优化参数。
8.根据权利要求1、5、6和7所述的一种考虑滑床岩体结构特征的桩顶位移非线性预测方法,其特征还在于,步骤S8中利用粒子群优化算法求解待优化参数:不敏感损失参数p,惩罚因子C,RBF核函数参数g的最优组合,通过所述最优组合(p,C,g),建立最优化的桩顶位移预测模型;具体包括以下步骤:S81、初始化粒子、种群速度,设定最大迭代次数Tmax=500、粒子种群数量为20,将初始迭代次数设为x=1,定义最小误差参数为MSEmin;
S82、根据粒子和种群速度,确定参数:交叉验证折数kx、损失参数px、惩罚因子Cx和RBF核函数参数gx;其中,kx∈N;
S83 、采 用k折交叉 验证方 法 ,将 参数p x、C x和gx 带入拟 合函数 :得到N组桩顶位移的预测值ωx=[ωx1,ωx2,...,ωxN];
S84、将步骤S83得到的N组桩顶位移的预测值ωx,与步骤S5通过3DEC软件记录得到的N组桩顶位移的实际值y,构建适应度函数:其中在第一次迭代过程中,令MSEmin=MSE1;
S85、更新粒子速度和粒子位置;令x=x+1,返回至步骤S82-S84,进行下一次迭代,并记录迭代次数;
其中,一方面在进行第x+1次迭代时,若有MSEx+1<MSEmin,则更新MSEmin,令MSEmin=MSEx+1;另一方面,当次数达到最大迭代次数时x=Tmax,则执行步骤S86;
S86、结束迭代,输出MSEmin,其中对应的参数组合(px,Cx,gx)即为当前适应于拟合函数f(ζ)的最优输出组合。