(青島理工大學(xué)、山東省地質(zhì)環(huán)境與效應(yīng)工程技術(shù)研究中心 山東 青島 266033)

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在深基坑工程位移監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

牛肖賀可強(qiáng)信校陽(yáng)王通

(青島理工大學(xué)、山東省地質(zhì)環(huán)境與效應(yīng)工程技術(shù)研究中心山東青島266033)

隨著城市基本建設(shè)的蓬勃發(fā)展，深基坑技術(shù)的進(jìn)步，城市地下空間的開發(fā)利用比例不斷增大，尤其在一線城市中10m、20m、30m的基坑隨處可見?；娱_挖的深度在不斷增加，開挖的難度也越來(lái)越大，不僅要考慮基坑本身的安全和穩(wěn)定，還要考慮基坑所引起的變形和其對(duì)周圍環(huán)境的影響。目前用于基坑位移變形預(yù)測(cè)的方法有有限單元法和地層損失法。有限單元法是一種強(qiáng)有力的數(shù)值計(jì)算方法，不僅能計(jì)算土釘內(nèi)力、土體的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系、模擬開挖過(guò)程等，而且可以考慮土體的非均勻性和各向異性的復(fù)雜狀態(tài)，但是其理論研究仍不夠完善，缺乏真實(shí)反應(yīng)土體應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的本構(gòu)模型，計(jì)算參數(shù)也難以準(zhǔn)確確定，因而也就不能準(zhǔn)確計(jì)算出支護(hù)及土體位移，導(dǎo)致預(yù)測(cè)效果和實(shí)際變形有較大偏差；地層損失法是利用墻體水平位移和地表沉降相關(guān)的原理，采用桿系有限元或彈性梁法，求出地面垂直位移即地面沉降，然而該方法在軟土地區(qū)較為適用，在其他地區(qū)基本沒(méi)有應(yīng)用價(jià)值，上述兩點(diǎn)都制約了它在工程實(shí)際中的應(yīng)用。針對(duì)上述傳統(tǒng)方法所存在的問(wèn)題，本文提出一種對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)位移變形進(jìn)行預(yù)測(cè)的新方法，即運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模實(shí)時(shí)對(duì)基坑位移進(jìn)行預(yù)測(cè)的方法。

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；基坑位移；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

一、引言

隨著城市基本建設(shè)的蓬勃發(fā)展，深基坑開挖技術(shù)的進(jìn)步，城市地下空間的開發(fā)利用比例不斷增大，尤其在一線城市中10m、20m、30m的基坑隨處可見?；娱_挖的深度在不斷增加，開挖的難度也越來(lái)越大，不僅要考慮基坑本身的安全和穩(wěn)定，還要考慮基坑所引起的變形和其對(duì)周圍環(huán)境的影響[1]。此前以強(qiáng)度控制設(shè)計(jì)為主的方式逐漸被結(jié)構(gòu)變形控制設(shè)計(jì)為主的方式所取代。結(jié)構(gòu)變形控制設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形分析和預(yù)測(cè)，通過(guò)對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形的分析和預(yù)測(cè)，來(lái)判斷基坑邊坡的穩(wěn)定性。因此，如何對(duì)基坑位移變形進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值[2]。

二、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在基坑位移監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

(一)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的確立

基坑在水平和垂直方向上產(chǎn)生的變形，反應(yīng)在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上是其位移觀測(cè)序列隨開挖時(shí)間的變化，前后不再獨(dú)立而存在一定的依存關(guān)系，當(dāng)前的狀態(tài)是過(guò)去狀態(tài)的延伸，為一動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，因此，根據(jù)深基坑變形的特點(diǎn)，提出一種利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)隨著基坑不同開挖時(shí)刻位移數(shù)據(jù)的積累建模預(yù)測(cè)的方法。根據(jù)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)方法建模原理，確定BP網(wǎng)絡(luò)模型由3部分組成[3,4]：

(1)輸入單元:輸入單元的個(gè)數(shù)為一，可由時(shí)間向量組[T1,T2,…]表示；

(2)輸出單元:輸出單元個(gè)數(shù)為一，可由位移向量組[Y(T1),Y(T2),…]表示。

(3)隱層單元:可由多個(gè)單元組成，需要反復(fù)試驗(yàn)驗(yàn)算，直到權(quán)值和閾值不再變化，誤差最小時(shí)為止。

(二)基坑位移預(yù)測(cè)的步驟

(3)再根據(jù)前Tn+1時(shí)間段的實(shí)際監(jiān)測(cè)位移數(shù)據(jù)，重新建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型曲線，預(yù)測(cè)Tn+2時(shí)刻的位移均值，即重復(fù)1)～3)步；

這樣，建模過(guò)程和預(yù)報(bào)過(guò)程不斷地隨施工進(jìn)度重復(fù)下去，其中新的數(shù)據(jù)不斷補(bǔ)充進(jìn)來(lái)。所以這就能夠不斷地跟蹤基坑的變形，預(yù)報(bào)其發(fā)展趨勢(shì)，為信息化設(shè)計(jì)施工服務(wù)。

(三)基坑位移實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值的對(duì)比

表2 實(shí)測(cè)值與分布實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)值對(duì)比表

三、結(jié)論

本文結(jié)合BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)基坑的變形進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而預(yù)測(cè)基坑的穩(wěn)定性。該方法通過(guò)建立基坑位移-深度曲線模型來(lái)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)基坑下一步的位移，能夠?qū)?shí)際工程的施工實(shí)施嚴(yán)密的跟蹤監(jiān)測(cè)，并依據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行信息反饋，隨開挖深度調(diào)整施工參數(shù)，使得施工與預(yù)測(cè)同時(shí)進(jìn)行，具有自適應(yīng)、實(shí)時(shí)、精度高、實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，預(yù)測(cè)結(jié)果和實(shí)際變形較吻合。根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)建模功能，隨著施工進(jìn)展，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)建模預(yù)測(cè)不失為一種位移預(yù)測(cè)的有效方法，運(yùn)用該方法對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的位移進(jìn)行預(yù)測(cè)，在工程中具有很大的實(shí)用性。

[1]J.Ghaboussi，D.E.Sidasta，P.V.Lade.Neural Networks Based Modeling in Geomechanics，Computer Methods and Advances in Geotechnics[M].Sirimavdane&Zaman.USA，1994.

[2]賀可強(qiáng).神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法在深基坑變形實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)中的應(yīng)用研究[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2002(7)：28-30.

[3]曹紅林.用小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)深基坑周圍地表的沉降量[J].土工基礎(chǔ)，2003(4)：58-60.

[4]高廣運(yùn),黃誠(chéng),孫雨明.遺傳BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在深基坑開挖監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].地下空間,2002,22(4):290-294.

牛肖(1993.08-)，女，研究生在讀，土木工程專業(yè)。