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）施工過程中對大埋深長隧道圍巖開挖進行動態(tài)監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測信息較為準確地反演分析圍巖物理力學參數(shù)和初始應力場，以及對圍巖類別、巖體的變形和受力狀態(tài)進行分析，是圍巖穩(wěn)定性分析的關鍵。智能算法在該研究領域表現(xiàn)出強大的功能，成為近些年巖土工程反分析以及相關研究的重點。
　　 免疫算法(Immune algorithm，簡稱IA)作為一種新的智能計算方法，其在

2、巖土工程的應用尚處于摸索階段，然而生物免疫系統(tǒng)和地下工程的特點是具有很大可類比性的，因此，在反演算法中引入了生物免疫系統(tǒng)信息處理機制，在地下工程分析中有著更為廣闊的應用前景。本文立足工程實用性，在以下方面進行了研究：
　　 1、由于地質(zhì)勘探單位給予設計、施工單位的都是綜合圍巖分類的結(jié)果，導致設計施工單位在最不利條件下的圍巖來進行設計施工，造成很大的浪費。本文對兩鄖斷裂帶的特點及其對云嶺隧道施工的影響進行了分析，模擬行業(yè)專家在判斷

3、設計過程的動態(tài)思考方式，形成了基于自組織競爭神經(jīng)網(wǎng)絡及模糊推理的評判系統(tǒng)，根據(jù)不同地質(zhì)條件，快速提出圍巖分類及不同的設計方案，符合現(xiàn)代動態(tài)設計理念，體現(xiàn)了新奧法的思想精髓。
　　 2、在高應力軟弱圍巖中構(gòu)筑長大隧道，圍巖大變形必然是一個突出的問題。通過合理布置監(jiān)測點，對云嶺隧道圍巖進行監(jiān)控量測，并對數(shù)據(jù)進行處理分析。考慮到監(jiān)測數(shù)據(jù)誤差對分析結(jié)果將造成不利的影響，將未確知數(shù)學理論引入到位移觀測數(shù)據(jù)的誤差分析中，使用改進的未確知濾波

4、法對數(shù)據(jù)進行處理。
　　 3、對圍巖監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析和變形預測方法進行了介紹，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)處理，對云嶺隧道圍巖的收斂變形特點和軟弱圍巖的流變特性進行分析；并通過數(shù)據(jù)建模，對圍巖進行超前預報，獲取收斂趨于穩(wěn)定的值和趨于穩(wěn)定的時間，并在實際測量中得到驗證。
　　 4、對生物免疫系統(tǒng)的工作機理進行介紹，分析了人工免疫算法與生物免疫系統(tǒng)的對應關系。設計了人工免疫算法的智能計算框架及計算流程，將所求解問題特征的相關因素，相應的計算模

5、型，設計的智能算法進行綜合考慮，得到智能化的信息處理效果，并將效果進行適當評估總結(jié)。
　　 5、考慮到隧道工程的特點和目前免疫算法的研究方向，有針對性地分析研究了免疫遺傳算法、自適應免疫算法設計方法以及實現(xiàn)方式，引入了相似性的矢量距的抗體選擇機制和自適應免疫策略；把圍巖破壞模式作為一個復雜的非線性系統(tǒng)的辨識問題進行識別分析，結(jié)合免疫網(wǎng)絡識別自己、非己和抗體的多樣性以及處理抗原的機理，神經(jīng)網(wǎng)絡優(yōu)化、聚類的特點，提出了通過免疫算法對

6、神經(jīng)網(wǎng)絡進行優(yōu)化的分析模型，研究了免疫神經(jīng)網(wǎng)絡的算法設計步驟及實現(xiàn)方法。
　　 6、研究了圍巖物理力學參數(shù)的正演反分析的實現(xiàn)過程，提出模塊化的基于自適應免疫神經(jīng)網(wǎng)絡的算法；形成基于FLAC3D的正向計算—參數(shù)智能反分析—反分析結(jié)果驗證的智能分析方法。在算法的實現(xiàn)過程中研究了如何用聚類算法確定網(wǎng)絡的初始權值集合，如何進行免疫選擇以及如何構(gòu)造免疫算子的方法；通過對云嶺隧道Ⅲ類圍巖物理力學參數(shù)分析，反演得到的圍巖物理力學參數(shù)改進了初勘