隧道軟弱圍巖大變形監(jiān)控及免疫智能反分析.pdf

1、在新奧法（New Austrian Tunnelling Method-NATM）施工過(guò)程中對(duì)大埋深長(zhǎng)隧道圍巖開(kāi)挖進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)信息較為準(zhǔn)確地反演分析圍巖物理力學(xué)參數(shù)和初始應(yīng)力場(chǎng)，以及對(duì)圍巖類(lèi)別、巖體的變形和受力狀態(tài)進(jìn)行分析，是圍巖穩(wěn)定性分析的關(guān)鍵。智能算法在該研究領(lǐng)域表現(xiàn)出強(qiáng)大的功能，成為近些年巖土工程反分析以及相關(guān)研究的重點(diǎn)。
　　 免疫算法(Immune algorithm，簡(jiǎn)稱(chēng)IA)作為一種新的智能計(jì)算方法，其在

2、巖土工程的應(yīng)用尚處于摸索階段，然而生物免疫系統(tǒng)和地下工程的特點(diǎn)是具有很大可類(lèi)比性的，因此，在反演算法中引入了生物免疫系統(tǒng)信息處理機(jī)制，在地下工程分析中有著更為廣闊的應(yīng)用前景。本文立足工程實(shí)用性，在以下方面進(jìn)行了研究：
　　 1、由于地質(zhì)勘探單位給予設(shè)計(jì)、施工單位的都是綜合圍巖分類(lèi)的結(jié)果，導(dǎo)致設(shè)計(jì)施工單位在最不利條件下的圍巖來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)施工，造成很大的浪費(fèi)。本文對(duì)兩鄖斷裂帶的特點(diǎn)及其對(duì)云嶺隧道施工的影響進(jìn)行了分析，模擬行業(yè)專(zhuān)家在判斷

3、設(shè)計(jì)過(guò)程的動(dòng)態(tài)思考方式，形成了基于自組織競(jìng)爭(zhēng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及模糊推理的評(píng)判系統(tǒng)，根據(jù)不同地質(zhì)條件，快速提出圍巖分類(lèi)及不同的設(shè)計(jì)方案，符合現(xiàn)代動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)理念，體現(xiàn)了新奧法的思想精髓。
　　 2、在高應(yīng)力軟弱圍巖中構(gòu)筑長(zhǎng)大隧道，圍巖大變形必然是一個(gè)突出的問(wèn)題。通過(guò)合理布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)云嶺隧道圍巖進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析?？紤]到監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)誤差對(duì)分析結(jié)果將造成不利的影響，將未確知數(shù)學(xué)理論引入到位移觀測(cè)數(shù)據(jù)的誤差分析中，使用改進(jìn)的未確知濾波

4、法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
　　 3、對(duì)圍巖監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析和變形預(yù)測(cè)方法進(jìn)行了介紹，通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理，對(duì)云嶺隧道圍巖的收斂變形特點(diǎn)和軟弱圍巖的流變特性進(jìn)行分析；并通過(guò)數(shù)據(jù)建模，對(duì)圍巖進(jìn)行超前預(yù)報(bào)，獲取收斂趨于穩(wěn)定的值和趨于穩(wěn)定的時(shí)間，并在實(shí)際測(cè)量中得到驗(yàn)證。
　　 4、對(duì)生物免疫系統(tǒng)的工作機(jī)理進(jìn)行介紹，分析了人工免疫算法與生物免疫系統(tǒng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。設(shè)計(jì)了人工免疫算法的智能計(jì)算框架及計(jì)算流程，將所求解問(wèn)題特征的相關(guān)因素，相應(yīng)的計(jì)算模

5、型，設(shè)計(jì)的智能算法進(jìn)行綜合考慮，得到智能化的信息處理效果，并將效果進(jìn)行適當(dāng)評(píng)估總結(jié)。
　　 5、考慮到隧道工程的特點(diǎn)和目前免疫算法的研究方向，有針對(duì)性地分析研究了免疫遺傳算法、自適應(yīng)免疫算法設(shè)計(jì)方法以及實(shí)現(xiàn)方式，引入了相似性的矢量距的抗體選擇機(jī)制和自適應(yīng)免疫策略；把圍巖破壞模式作為一個(gè)復(fù)雜的非線性系統(tǒng)的辨識(shí)問(wèn)題進(jìn)行識(shí)別分析，結(jié)合免疫網(wǎng)絡(luò)識(shí)別自己、非己和抗體的多樣性以及處理抗原的機(jī)理，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、聚類(lèi)的特點(diǎn)，提出了通過(guò)免疫算法對(duì)

6、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化的分析模型，研究了免疫神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法設(shè)計(jì)步驟及實(shí)現(xiàn)方法。
　　 6、研究了圍巖物理力學(xué)參數(shù)的正演反分析的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，提出模塊化的基于自適應(yīng)免疫神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法；形成基于FLAC3D的正向計(jì)算—參數(shù)智能反分析—反分析結(jié)果驗(yàn)證的智能分析方法。在算法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中研究了如何用聚類(lèi)算法確定網(wǎng)絡(luò)的初始權(quán)值集合，如何進(jìn)行免疫選擇以及如何構(gòu)造免疫算子的方法；通過(guò)對(duì)云嶺隧道Ⅲ類(lèi)圍巖物理力學(xué)參數(shù)分析，反演得到的圍巖物理力學(xué)參數(shù)改進(jìn)了初勘