基于工程模糊集理論的邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)及預(yù)測(cè).pdf

1、我國是個(gè)滑坡災(zāi)害頻發(fā)的國家，滑坡對(duì)人民的生命財(cái)產(chǎn)安全和經(jīng)濟(jì)建設(shè)構(gòu)成了極大的威脅。隨著我國現(xiàn)代化建設(shè)事業(yè)的迅速發(fā)展，在水利水電、礦山、港口、公路、鐵路和能源等工程領(lǐng)域逐步形成了越來越多的高陡邊坡與深凹邊坡，如何安全、可靠、有效地分析與評(píng)價(jià)邊坡的穩(wěn)定性，并進(jìn)而實(shí)現(xiàn)滑坡預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)具有重大的理論和現(xiàn)實(shí)意義。該文回顧了邊坡的穩(wěn)定性研究的發(fā)展現(xiàn)狀，指出了各種分析方法存在的不足及發(fā)展趨勢(shì)，提出了該文的研究?jī)?nèi)容，并取得如下成果： (1)邊坡穩(wěn)定性

2、模糊評(píng)價(jià)是個(gè)很有前途的方法，但許多有關(guān)文獻(xiàn)存在著將隸屬函數(shù)的概念與定義絕對(duì)化的缺陷，致使隸屬函數(shù)的確定非常困難且?guī)в休^大的主觀隨意性，影響了這類方法在工程中的廣泛應(yīng)用。為此，該文將陳守煜教授創(chuàng)立的工程模糊集理論引入到邊坡穩(wěn)定性分析中，對(duì)一些主要的理論和方法在邊坡穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。 (2)大量邊坡工程實(shí)例為邊坡穩(wěn)定性分析提供了豐富的知識(shí)，且具有一定的類聚性。該文應(yīng)用陳守煜教授提出的模糊聚類循環(huán)迭代模型對(duì)大量邊坡工程實(shí)例

3、進(jìn)行了聚類分析，指出了模糊聚類迭代模型中存在的不完全收斂性，并基于模糊優(yōu)選理論，提出了模糊相似聚類模型。實(shí)例分析表明，模糊相似聚類方法可以對(duì)聚類樣本進(jìn)行自然分類，避免了模糊聚類迭代模型中存在的不完全收斂性問題。 (3)基于實(shí)例推理(Case-basedReasoning,，CBR)是近些年來發(fā)展起來的一項(xiàng)人工智能新技術(shù)，為邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)提供了一條可行的新途徑。根據(jù)實(shí)例類比推理思想，作者將模糊優(yōu)選理論應(yīng)用于邊坡相似性對(duì)比中，提出了

4、邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的模糊相似優(yōu)選方法。該方法能考慮多種不確定因素的影響，適用于從工程實(shí)例中提取特征、獲得知識(shí)，并從這些實(shí)例中找出與待評(píng)價(jià)邊坡特征最相似的邊坡樣本，從而對(duì)邊坡穩(wěn)定性做出評(píng)價(jià)。實(shí)際計(jì)算結(jié)果表明，模糊相似優(yōu)選模型是一種評(píng)判邊坡穩(wěn)定性的有效方法。 (4)在邊坡穩(wěn)定性模糊評(píng)價(jià)中，指標(biāo)權(quán)重一般都是依靠分析者根據(jù)自身的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和智慧來確定，對(duì)于影響因素眾多的邊坡穩(wěn)定性分析來說這是不夠的，具有較多的主觀隨意性。因此，需要從已知的決

5、策矩陣信息中獲取隱含的客觀信息，確定權(quán)重的客觀值，但是所謂的客觀權(quán)重又往往忽視了分析者的偏好程度。這就迫切需要尋找一種既可考慮決策的客觀性，又可考慮分析者的主觀能動(dòng)性的決策模型，以達(dá)到正確評(píng)價(jià)邊坡穩(wěn)定性的目的。為此，該文將陳守煜教授提出的主、客觀權(quán)重模糊模式識(shí)別方法應(yīng)用在邊坡穩(wěn)定性分析中，取得了較好的效果。 (5)針對(duì)邊坡穩(wěn)定性模糊評(píng)價(jià)中影響因素眾多、直接確定權(quán)重困難的問題，該文對(duì)多層模糊模式識(shí)別理論與模型在邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)中的應(yīng)

6、用進(jìn)行了研究。整個(gè)評(píng)價(jià)系統(tǒng)分為三層，第一層由各影響因素組成，為輸入層；第二層由若干子系統(tǒng)組成，每個(gè)子系統(tǒng)包括若干相近的影響因素；第三層為輸出層，由一個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成。通過比較子系統(tǒng)內(nèi)各因素的重要性和各子系統(tǒng)的重要性可分別確定子系統(tǒng)內(nèi)各因素的權(quán)重和各子系統(tǒng)的權(quán)重。采用這種方式定權(quán)比直接比較所有影響因素確定權(quán)重相對(duì)容易、合理。第一層和第二層的作用函數(shù)采用二級(jí)模糊模式識(shí)別模型，第三層的作用函數(shù)為多級(jí)模糊模式識(shí)別模型。實(shí)例分析表明，應(yīng)用該模型進(jìn)行邊

7、坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)能取得較好的效果。 (6)滑坡是一個(gè)極其復(fù)雜的發(fā)展演化過程，需要采用幾種方法進(jìn)行分析，為此對(duì)目前國內(nèi)外常用的位移一時(shí)間關(guān)系統(tǒng)計(jì)模型進(jìn)行了探討，發(fā)現(xiàn)修復(fù)后的蠕變曲線具有正態(tài)特性，據(jù)此提出了基于正態(tài)特性的邊坡穩(wěn)定性分析的位移—時(shí)間正態(tài)、半正態(tài)模型和相應(yīng)的時(shí)間—位移對(duì)數(shù)模型，以及二者集成的綜合統(tǒng)計(jì)模型。與典型的多元非線性回歸模型和生物增長曲線模型進(jìn)行的對(duì)比分析表明，所提模型對(duì)于文中實(shí)例能夠給出滿意的預(yù)報(bào)結(jié)果。 同時(shí)

8、，考慮到邊坡問題的模糊性，利用模糊優(yōu)選理論對(duì)有關(guān)數(shù)學(xué)模型計(jì)算中權(quán)的確定問題進(jìn)行了研究，給出了確定數(shù)據(jù)樣本權(quán)重的實(shí)用數(shù)學(xué)模型。 (7)隨著眾多滑坡位移模型的提出，必然需要建立一個(gè)合適的準(zhǔn)則或方法來評(píng)價(jià)已有模型，以便選取一個(gè)最佳的評(píng)價(jià)模型，常用的方法是利用統(tǒng)計(jì)性質(zhì)對(duì)模型進(jìn)行評(píng)估。事實(shí)上，任何一種數(shù)學(xué)模型與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)之間的符合程度都是相對(duì)的，既有隨機(jī)性，也有模糊性。為此，將模糊優(yōu)選理論應(yīng)用于滑坡位移模型的選取，提出了邊坡位移曲線模糊相似

9、優(yōu)選方法。該方法簡(jiǎn)單易行，為滑坡位移模型的選取提供了又一個(gè)有效的途徑。 (8)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)中得到了廣泛的應(yīng)用，但該方法存在著收斂速度慢和局部極小的缺點(diǎn)。而徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)無論是逼近、分類，還是學(xué)習(xí)速度方面都比BP網(wǎng)絡(luò)要好，但同時(shí)該網(wǎng)絡(luò)常用的k均值算法也存在一定的不足。為此，將徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊優(yōu)選理論和模糊聚類分析理論相結(jié)合，提出了模糊相似聚類RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊相似聚類識(shí)別神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)兩種邊坡穩(wěn)定性智能評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)模型