[發明專利]一種基于BAS-BP的樁基水平承載力預測方法

在審

• 申請號: 202110228273.1
• 申請日: 2021-03-01
• 公開（公告）號: CN112926117A
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 張四化;劉云龍;雷雪;李晨光;朱思源
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/27;G06N3/00;G06N3/04;G06N3/08;G06F119/14
• 代理公司: 鄭州華隆知識產權代理事務所(普通合伙) 41144
• 代理人: 經智勇

本發明涉及一種基于BAS?BP的樁基水平承載力預測方法，包括以下步驟：a、獲取樁基水平承載力試驗數據，處理形成數據集，將數據集隨機劃分為訓練集和測試集；b、初始化BP神經網絡模型參數和天牛須算法參數，構建BAS?BP神經網絡模型；BAS算法通過迭代更新尋找到最優初始連接權值和閾值，并得到最優適應度值，構建最優BAS?BP神經網絡模型；c、訓練BAS?BP神經網絡模型的初始連接權值和閾值，將訓練樣本和測試樣本導入到訓練好的BAS?BP神經網絡模型進行樁基水平承載力預測。本發明方法改善了BP神經網絡易陷入局部極值的問題，并與BP神經網絡模型、GA?BP神經網絡模型和PSO?BP神經網絡模型進行預測效果相比，具有更好地預測效果，對于樁基水平承載力預測有很好的適用性。

技術領域

本發明屬于樁基承載力預測領域，具體涉及一種基于BAS-BP的樁基水平承載力預測方法。

背景技術

樁基礎在橋梁、輸電線路和海洋工程建筑中具有廣泛應用，樁基不僅承擔上部結構的豎向荷載，還會承擔由風力、波浪力、交通荷載以及地震作用等因素引起的水平荷載。現有樁基水平承載力理論分析方法主要有：極限地基反力法、彈性理論法、彈性地基反力法和復合地基反力法，有限元模擬也在實際工程分析中常常應用，但上述方法均有一定的缺點：極限地基反力法假設地基土抗力系數為深度的函數，不考慮樁身變形，因此極限地基反力法并不適用于中長樁，只適應于埋深較淺的剛性樁；彈性理論法假設土體為半無限空間體，土體彈性模量E和泊松比μ沿深度變化或保持不變，彈性理論法可以定性分析樁體參數和土體參數對樁基水平承載形狀的影響，但無法計算得到樁的內力變形參數；彈性地基反力法假設地基土抗力系數隨深度呈線性變化，適用于水平受荷樁的小位移計算，并不適應于大位移情況下樁基水平承載力計算；復合地基反力法主要針對長樁，p-y曲線法是復合地基反力法的代表方法，該法假定土體為一系列非線性彈簧，由于其可以綜合考慮樁土相互作用的非線性特征，因此廣泛應用于各種情況下的水平受荷樁承載力計算，但p-y曲線法的建立通常基于現場試驗結果并結合理論分析進行修正，對與類似工程條件下樁基水平承載力預測具有很好地效果，但對與其他工程條件并不適應；數值模擬需要得到準確的土體參數以及正確建立模型，并且有限元模擬通常需要耗費大量時間，并不適用于實際工程。因此構建一個簡單高效的樁基水平承載力的預測方法對實際工程設計建造具有重要的實踐意義。

發明內容

針對傳統設計分析方法存在計算繁瑣且無法考慮巖土參數的空間變異性，現有分析方法計算樁基水平承載力值與實際真實值存在一定誤差，不能準確得到樁基水平承載力的問題，本專利提出一種針對樁基水平承載力預測的新方法，即運用BAS-BP神經網絡模型對樁基水平承載力進行預測的方法。

一種基于BAS-BP的樁基水平承載力預測方法，具體包括以下步驟：

a、獲取樁基水平承載力試驗數據，并對所述樁基水平承載力試驗數據進行歸一化處理形成數據集，并將數據集隨機劃分為訓練集和測試集；

b、初始化BP神經網絡模型參數和天牛須算法參數，構建用于樁基水平承載力預測的BAS-BP神經網絡模型；隨機生成神經網絡初始連接權值和閾值作為天牛的初始空間位置，并計算此時的適應度值，BAS算法通過迭代更新尋找到最優初始連接權值和閾值，并得到最優適應度值，構建最優BAS-BP神經網絡模型；并設定神經網絡的輸入層與隱含層之間的傳遞函數為tansig，隱含層與輸出層之間的傳遞函數為purelin，設定神經網絡采取trainlm作為訓練函數調整計算過程中的閾值和權值；

c、采取訓練集訓練BAS-BP神經網絡模型的初始連接權值和閾值，直至訓練誤差達到預設精度，獲得最優神經網絡連接權值和閾值，再將訓練集中的訓練樣本和測試集中的測試樣本導入到訓練好的BAS-BP神經網絡模型進行樁基水平承載力預測。

優選的，所述步驟a中，樁基水平承載力試驗數據包括：樁長、樁徑、荷載偏心距和土體不排水抗剪強度，并對所述樁基水平承載力試驗數據進行歸一化處理形成數據集，歸一化處理公式如下：