anfis在中兴隧道围岩力学参数反演中的应用

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1、ANFlS在中兴隧道围岩力学参数反演中的应用莫勇刚(重庆工程职业技术学院重庆400037)摘要本文采用自适应神经模糊推理系统(ANFIS)对公路隧道施工过程中围岩的内聚力、内摩擦角、围岩侧压力系数等力学参数的反演进行了研究；通过数据正交试验以及FLAC3D正演计算得到数据样本，建立围岩力学参数的ANFIs结构，同时，对现场围岩位移进行监测，最后将模拟计算结果与检测结果进行比较，结果表明，模拟计算结果与实测数据吻合h二兰二一一良好，说明该反演分析方法具有良好的工程适用性，可在工程图1隧道设计断面图2断面测线布置示意图实践中推广应用。表1隧道宴测数据也罄力学

2、参数关键词隧道工程围岩ANFIS反演分析拱顶下沉周曲位移弹性筷量泊梧比内采力内摩接角压力秉缸1概述(era)E(卿f凹f)在计算隧道重要地段和部位的变形数值以及进行稳定性分析和支护设计时，需要已知围岩的力学参数，如弹性模量、泊松3围岩力学参数的反演比、围岩侧压力系数等，这些力学参数的确定直接影响着数值分3．1反演参数及其取值范围的确定析的结果。对于重要工程，可以通过室内试验和原位试验等方法围岩待反演的力学参数主要有弹性模量E、泊松比、内取得较为符合实际的岩体力学参数。但是，原位试验受时间和资聚力c、内摩擦角、侧压力系数入等。由于篇幅所限，本文金限制，不可

3、能大量进行；由于天然岩体中普遍存在裂隙、层只论述c、、的反演过程。综合考虑地质勘察资料及目前理、节理等不连续结构面，室内试验得出的结果与实际情况有较国际上流行的经验方法_g，反演参数的取值范围及取值水大的出入。因此，结合围岩变形实测数据，反演围岩的力学参数平如表2。为解决这一问题提供了十分有前途的手段_4I。参教岩体力学参数反演是将外荷载作为输入，结构的弹性位移取值水平【G}神f计算值作为输出，然后通过弹性位移观测值与数学模型输出值的差异最小化过程来反演岩体力学参数。但是，反问题常常是不适定的。不适定性一般可由被反演参数的不存在、不唯一和不稳定来表征。因

4、此，如何保证反演参数的唯一性和稳定性成为围岩力学参数反演最重要的问题I5]。研究表明，将人工神3．2围岩力学参数的反演经网络和模糊逻辑推理相结合，所构成的自适应神经模糊推理3．2．1围岩力学参数与围岩位移之间映射关系的建立系统ANFIS具有收敛快、稳定性好、网络训练具有唯一性等特通过正交试验确定模拟计算方案，把模拟计算方案输入隧征。这些正是研究和建立收敛速度快、解的稳定性好、优化性道FLAC。。模型进行计算，输出的计算结果如表3所示。表3中的能好的位移反分析方法所需要的。u、u即为拱顶下沉、周边位移。2工程概况袭3模拟计算方案及计算结果参赣计算结果⋯⋯中

5、兴隧道位于重庆至长沙高速公路彭水至武隆段C21合同⋯一’‘c时妒拱嘎下沉If_用边位移”I；1t1l段。中兴2号隧道里程为K11+267～K11+730，长463m，隧道围岩2；I2223I35，主要为Ⅲ、Ⅳ类围岩，埋深3o～50m，Ill类围岩最大开挖宽度414445I555‘2jl2315m，最大开挖高度9m。隧道采用锚喷联合支护作为初期支护，’2’23482345锚杆长度3m，纵、环向按lm×lm梅花形布置，Ⅱ级螺纹钢筋，92{45l1025l2l131，5喷射C20混凝土，厚度为25cm，复合式衬砌。隧道施工监控量测12，2●ln3352周边位移

6、和拱顶下沉均采用SWJ一111型收敛计。根据设计资料及“34：I51S35-24地质勘查资料，隧道里程为K11+438处设计断面如图1，断面测I64l；●2I742531845fl4线布置如图2，现场监测位移及实测的力学参数如表1。I，44252O453l215I542252l5基金项目：重庆工程职业技术学院院级重点课题235132l24543225554，(KJA201225)作者简介：3．2．2反演内聚力C的ANFIS模型的建立．莫勇刚，男，2007年毕业于南华大学岩土工程专业，讲师，主要以拱顶下沉u、周边位移u为输入，内聚力C为输出，构建从事路桥方

7、面的教学工作。数据对。采用25个数据对，对ANFIS进行训练，得到预测内聚力2014．No1c的ANFIS模型，如图3所示。ANFIS模型训练误差的变化过程如图8所示，经150步训练。15误差基本收敛。采用所建立的ANFIS模型，输入表1中实际测得O1．的拱顶位移及周边位移，得到侧压力系数=0．7325，与实测值Ⅲl0．12磐¨0．68的相对误差为7．72％。‘84结论0060510152D箱30本文采用自适应神经模糊推理系统对中兴隧道围岩力学参训练次数数进行了反演，并结合隧道里程为K11+438处的现场监测位移及图4AIqFI$模型训练误差的变化实测的

8、力学参数，检验了反演结果。经检验表明，围岩内聚力ANFIs模型训练误差的变化过程