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深埋硬岩隧道围岩参数概率反演方法

工程科学学报 2019年第1期41卷 78-87页

作者：吴忠广吴顺川北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 交通运输部科学研究院标准与计量研究中心北京100029 昆明理工大学国土资源学院昆明650093

在贝叶斯理论框架下,提出了一种基于多源数据融合的深埋硬岩隧道围岩参数概率反演方法.首先,分析硬岩隧道常用的启裂—剥落界限本构模型中围岩单轴抗压强度、启裂强度与抗压强度比及抗拉强度三个参数不确定性来源,确定其概率统计特征;其... 详细信息

在贝叶斯理论框架下,提出了一种基于多源数据融合的深埋硬岩隧道围岩参数概率反演方法.首先,分析硬岩隧道常用的启裂—剥落界限本构模型中围岩单轴抗压强度、启裂强度与抗压强度比及抗拉强度三个参数不确定性来源,确定其概率统计特征;其次,利用粒子群算法优化多输出支持向量机,建立反映反演参数与隧道监测数据间非线性映射关系的智能响应面;最后,结合贝叶斯分析方法构建概率反演模型,运用马尔科夫链蒙特卡洛模拟算法实现了围岩参数的动态更新.将该方法应用到某深埋硬岩隧道中,利用反演的围岩参数计算隧道拱顶下沉点、周边收敛点变化值及开挖损伤区深度,与监测数据吻合较好.结果表明,该方法可以实现围岩多参数快速概率反演,更新后的参数可用于硬岩隧道施工安全风险评估与结构可靠性设计.

关键词：硬岩隧道概率反演多源数据融合贝叶斯理论多输出支持向量机

基于贝叶斯方法的盾构隧道参数概率反演及可靠度分析

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基于贝叶斯方法的盾构隧道参数概率反演及可靠度分析

作者：尧睿智南昌大学

学位级别：硕士

随着我国城市化进程的加快,规划和构建城市地铁网络是国家城市交通建设项目的重点。近年来,由于盾构施工场地土体参数不确定性引起的地面坍塌、管道涌水、涌砂等安全事故越来越多。传统的参数反演分析方法基本属于确定性分析范畴,不能... 详细信息

随着我国城市化进程的加快,规划和构建城市地铁网络是国家城市交通建设项目的重点。近年来,由于盾构施工场地土体参数不确定性引起的地面坍塌、管道涌水、涌砂等安全事故越来越多。传统的参数反演分析方法基本属于确定性分析范畴,不能有效考虑盾构隧道参数不确定性的影响。为此,本文提出采用贝叶斯更新(BUS)方法进行盾构隧道参数概率反演分析,并基于经概率反演分析得到的参数后验统计特征对盾构施工开挖引起的地表沉降进行可靠度分析。主要研究内容如下:(1)论述了基于BUS的盾构隧道参数概率反演分析方法基本原理,给出了基于子集模拟的BUS方法计算流程。为提高盾构隧道参数序列概率反演分析效率,基于随机响应面法建立了盾构隧道输出响应量代理模型。从而为推进贝叶斯理论在盾构隧道工程实践中的应用奠定了基础。(2)依托杭州地铁7号线盾构隧道工程,根据现场地勘资料建立了盾构隧道开挖有限差分数值模型,采用4阶Hermite多项式展开构建了盾构隧道拱顶沉降量代理模型。采用BUS方法概率反演分析盾构隧道黏土混角砾层弹性模量及内摩擦角,并通过参数敏感性分析探讨了子集模拟每层样本数目、监测数据可信度、监测位移量值以及监测样本量对盾构隧道参数概率反演分析的影响规律。(3)依托南昌地铁1号线盾构隧道工程,利用收集的现场获取的时间序列地表沉降监测数据,提出采用BUS方法序列概率反演分析盾构隧道不同土层弹性模量及路面行车荷载。在此基础上,基于序列概率反演分析得到的参数后验统计特征评估盾构施工开挖引起的地表沉降可靠度,从而可实现利用现场实测数据并考虑参数不确定性实时预警盾构隧道失稳破坏事故发生。

关键词：盾构隧道概率反演可靠度分析随机响应面法贝叶斯更新

基于随机多项式展开的边坡稳定性参数概率反演

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基于随机多项式展开的边坡稳定性参数概率反演

作者：吴芳上海交通大学

学位级别：硕士

滑坡危害影响深远,开展边坡稳定性分析研究具有重要意义。非饱和土坡稳定性分析需考虑渗流场和应力场的耦合作用,模型具有高度非线性的特点,一般采用数值方法模拟。基于现场监测数据进行岩土体参数反演是研究岩土工程不确定性问题的有... 详细信息

滑坡危害影响深远,开展边坡稳定性分析研究具有重要意义。非饱和土坡稳定性分析需考虑渗流场和应力场的耦合作用,模型具有高度非线性的特点,一般采用数值方法模拟。基于现场监测数据进行岩土体参数反演是研究岩土工程不确定性问题的有效方法,但数值模型计算量大已成为概率反演的重要制约因素。为提高边坡稳定性随机反分析计算效率,本文提出一种基于随机多项式展开(PCE)的参数概率反演方法,通过非饱和土坡数值试验验证所提出方法的可行性,并研究了不同因素对参数后验估计的影响。主要研究内容及成果如下:(1)提出了基于随机多项式展开的非饱和土边坡稳定性参数概率反演方法。通过随机多项式展开方法建立边坡响应和反演参数的显式函数,采用谱投影法和Smolyak稀疏网格配点法来计算展开系数,利用贝叶斯理论和马尔可夫链蒙特卡罗(MCMC)模拟方法对土体力学参数进行反演,抽样计算方法采用自适应差分演化Metropolis算法。(2)通过数值试验比较了所提出方法和直接采用数值模型反演的效果。以降雨入渗条件下一非饱和土坡为例,利用有限元软件ABAQUS建立流固耦合数值模型。权衡逼近精度和计算效率,孔压响应的代理模型采用2阶PCE,位移响应的代理模型采用3阶PCE。基于孔压和水平位移监测数据,分别采用PCE代理模型和数值模型进行边坡水力特性参数和本构模型参数反演。与直接采用数值模型的随机反分析相比,单个PCE代理模型计算效率比数值模型提高7000倍以上。两种方法在参数后验分布统计值、95%置信区间等结果非常接近。结果表明基于PCE的概率反演计算效率显著提高,结果可靠。(3)通过参数分析研究了先验信息、监测时长、监测数据类型、监测点位对边坡概率反演的影响。比较了粘聚力c’为正态分布和对数正态分布两种情况下的参数后验估计效果。降雨条件下随着孔压监测时间变长,水力特性参数的不确定性显著降低,表明不确定性缩减效果与该监测时间段内响应变化量有关。使用孔压监测数据反演能显著降低渗透系数k和SWCC参数α的不确定性,使用位移监测数据能显著降低弹性模量E、内摩擦角?’和粘聚力c’的变异性。基于位移监测数据反演能反映土性参数之间更合理的相关性。靠近坡顶位于相对较深位置监测点的孔压实测值能更好地降低水力特性参数的不确定性,并反映水力特性参数间更强的正相关性。对于边坡不同监测点位的响应量(孔压、水平位移、竖向位移),置信区间对于实测值的覆盖率均在90%以上,基于PCE代理模型的模型校准效果都很好。

关键词：非饱和土边坡稳定随机多项式展开贝叶斯概率反演

融合观测信息的降雨诱发斜坡失稳机理及可靠度分析

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岩土工程学报 2022年第8期44卷 1367-1375,I0003页

作者：蒋水华刘贤黄发明黄劲松张婉彤南昌大学建筑工程学院江西南昌330031 武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室湖北武汉430072

目前降雨诱发滑坡机理及可靠度研究不仅很少同时考虑土体水力参数和抗剪强度参数空间变异性的影响,而且忽略了“天然工况下斜坡基本上不会发生失稳破坏”这一客观事实。以无限长斜坡模型为例,融合观测信息提前对空间变异抗剪强度参数进... 详细信息

目前降雨诱发滑坡机理及可靠度研究不仅很少同时考虑土体水力参数和抗剪强度参数空间变异性的影响,而且忽略了“天然工况下斜坡基本上不会发生失稳破坏”这一客观事实。以无限长斜坡模型为例,融合观测信息提前对空间变异抗剪强度参数进行概率反演分析,再建立非平稳随机场模型模拟土体渗透系数的空间变异性及非平稳分布特征,在蒙特卡洛模拟框架下评估不同降雨历时下斜坡失效概率及最危险滑动面分布特征。在此基础上,探讨同时考虑土体水力参数和抗剪强度参数空间变异性的降雨诱发斜坡失稳机理。结果表明:利用概率反演获得的抗剪强度参数后验信息,计算的斜坡失效概率由先验的28.1%降至7.2%。不同降雨阶段斜坡失稳的诱因不同,如果忽略“天然工况下斜坡不会失稳破坏”这一观测信息,将会造成对降雨诱发斜坡失稳机理和失效概率的错误估计,特别是在降雨初期。

关键词：斜坡降雨入渗失稳机理空间变异性概率反演可靠度分析

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改进的MCMC方法及其应用

水利学报 2009年第8期39卷 1019-1023页

作者：朱嵩毛根海刘国华黄跃飞浙江大学建筑工程学院浙江杭州310058 清华大学水利水电工程系北京100084

概率反演中,马尔科夫链蒙特卡罗是一类重要的后验概率抽样方法,但由于该算法的搜索往往会陷入局部最优解,因而限制了其在具有非唯一解反问题中的应用。鉴于此,本文对基于Metropolis-Hastings算法的多链搜索的方法进行了改进,改进后的方... 详细信息

概率反演中,马尔科夫链蒙特卡罗是一类重要的后验概率抽样方法,但由于该算法的搜索往往会陷入局部最优解,因而限制了其在具有非唯一解反问题中的应用。鉴于此,本文对基于Metropolis-Hastings算法的多链搜索的方法进行了改进,改进后的方法可以根据搜索结果实时调整链的个数,因而可以在搜索到尽可能多的解的同时节省了多链搜索的时间。最后将该算法应用于一个地下水污染源反问题的求解,计算结果表明改进后的算法对求解非唯一性反问题具有较好的效果。

关键词：马尔科夫链蒙特卡罗概率反演 Metropolis-Hastings算法非唯一性环境水力学