基于WPNN與數(shù)據(jù)融合技術(shù)的樁基承載力預(yù)測方法研究

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1、基于WPNN與數(shù)據(jù)融合技術(shù)的樁基承載力預(yù)測方法研究基于WPNN與數(shù)據(jù)融合技術(shù)的樁基承載力預(yù)測方法研究摘要：為了能夠快速并較準(zhǔn)確的預(yù)測樁基的承載能力，達(dá)到在施工過程中減少或不做試樁的效果，以單樁為例，分析了影響豎向承載能力的量化因素及非量化的因素，利用小波概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(WPNN)與數(shù)據(jù)融合技術(shù)的聯(lián)想和預(yù)測功能，得出承載力和這些因素的關(guān)系。通過對鉆孔灌注樁的靜載試驗數(shù)據(jù)分析，選擇了WPNN與數(shù)據(jù)融合技術(shù)的方法對試驗數(shù)據(jù)進行分析，建立了合理的模型進行承載力預(yù)測，6根單樁的承載力的預(yù)測值與實測值吻合較好，證明了該方法在預(yù)測樁基豎向承載能力時可以滿足工程實際的需要。

2、　　　　隨著大跨度橋梁結(jié)構(gòu)的迅速發(fā)展，樁基礎(chǔ)的應(yīng)用日趨廣泛。近年來，由于成樁工藝、檢測手段的不斷完善，樁基礎(chǔ)已經(jīng)成為了目前高層建筑和大跨度橋梁的最主要基礎(chǔ)形式之一。但由于影響單樁豎向承載力的因素很多，而且這些因素很不確定，因此，如何合理的確定出承載力，充分發(fā)揮樁基礎(chǔ)的技術(shù)經(jīng)濟效益，使工程技術(shù)人員一直考慮和關(guān)心的主要問題。目前，確定單樁豎向承載力的方法主要有靜荷載試驗與動側(cè)法，靜荷載試驗作為最基本的方法，其可靠性最高，但它也有一定的缺陷，如費用高，時間、人力消耗大，試樁數(shù)量有限等。作為靜載試驗的補充，目前廣泛采用動測法，但是動測方法主要是以一定的計算模型及經(jīng)

3、驗公式為基礎(chǔ)，由于這些模型和公式都對實際情況做一些簡化和假設(shè)，而且技術(shù)難度較大，影響實驗結(jié)果的因素又較復(fù)雜，所以承載力測試的結(jié)果會產(chǎn)生較大的誤差。尋求一種簡單準(zhǔn)確的預(yù)測樁基礎(chǔ)承載力的方法，對滿足日益增長的樁基工程的應(yīng)用有重要意義[1]?！　≡诠こ虒嵺`應(yīng)用和研究領(lǐng)域，對大量的實驗結(jié)果進行分析時，應(yīng)用較為廣泛的是數(shù)理統(tǒng)計及回歸的分析方法，所得到的結(jié)果一般為半經(jīng)驗半理論公式，由于土的性質(zhì)不僅具有場地隨機性，同時具有區(qū)域不定性，由回歸分析所得經(jīng)驗公式自適應(yīng)性比較差，使得半經(jīng)驗半理論公式的適用性受到很大限制[2]。另外，樁-土-上部結(jié)構(gòu)組成的系統(tǒng)是非常復(fù)雜的，簡單化

4、的處理是難以滿足各個方面的要求。本世紀(jì)80年代以來，模糊理論、灰色系統(tǒng)、泛函分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等的研究，在工程實踐中的應(yīng)用得到了長足的發(fā)展，其中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及數(shù)據(jù)融合技術(shù)[3]以其大規(guī)模的并行處理和分布式的信息存儲、良好的適應(yīng)性和自組織性、強大的學(xué)習(xí)功能和聯(lián)想及容錯功能，克服了從回歸公式所得的半經(jīng)驗半理論公式缺點，為這一問題的解決奠定了很好的研究基礎(chǔ)?！　螛兜臉O限承載能力和很多的因素有關(guān)系，通常認(rèn)為比較重要的有樁長、樁徑、樁周土的物理力學(xué)、樁端承載力、入土深度等指標(biāo)?！督ㄖ痘夹g(shù)規(guī)范》采用的單樁豎向承載力表達(dá)式如下:　　式中：標(biāo)準(zhǔn)單樁極限豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值;、

5、分別表示單樁總極限摩阻力和總極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值;U表示樁身橫截面周長;表示標(biāo)準(zhǔn)樁穿過第i層土的厚度;表示標(biāo)準(zhǔn)樁周第i層土的極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值;表示樁端支承面積;表示樁底土的極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值;、分別為樁側(cè)摩阻力和樁端阻力的修正系數(shù)。　　但是，在許多工程實際中還發(fā)現(xiàn)樁的幾何形狀、類型以及成樁工藝、加荷速率等因素對樁的承載力也常有不可忽視的影響。另外，在施工過程中樁的承載能力還和施工工藝、施工方法等有關(guān)系。這些影響因素和樁的承載力之間存在著必然的非線性關(guān)系[4]，而且這種關(guān)系是相當(dāng)復(fù)雜的，單純依靠傳統(tǒng)的回歸分析，數(shù)值模擬等方法很難得出來。目前，尚無能較全面考慮這些因

6、素的理論公式、數(shù)值計算等確定的方法。小波概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有處理高度非線性問題的能力，而且還具有聯(lián)想記憶等功能，將數(shù)據(jù)融合技術(shù)引入樁基礎(chǔ)的承載力預(yù)測中，不但能夠考慮傳統(tǒng)的各種分析方法所考慮的因素，還能考慮到一些不確定的非數(shù)值型的因素，因而可以獲得較為精確可靠的預(yù)測結(jié)果?！　≡诒菊撐闹?，為了使問題研究簡單化，在眾多的影響因素當(dāng)中，只研究樁長、樁徑、入土深度、側(cè)摩阻值加權(quán)平均值、樁端土承載力5個因素的影響效果，通過人工智能的方法研究這些因素和鉆孔灌注樁以及預(yù)制鋼筋混凝土樁的承載力之間的非線性關(guān)系，運用模糊理論得出這種關(guān)系，從而使鋼筋混凝土預(yù)制樁承載力的預(yù)測問題得到

7、解決。實踐證明了通過研究樁長、樁徑、入土深度、側(cè)摩阻值加權(quán)平均值、樁端土承載力5個影響因素，運用小破概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對影響因素進行處理，然后運用數(shù)據(jù)融合技術(shù)預(yù)測樁基承載力完全可以滿足實際工程所需要的精確程度[5]?！　】梢詫⒂绊憳痘休d力的因素作為具有處理非線性功能的小波概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)融合進行學(xué)習(xí)訓(xùn)練、泛化聯(lián)想，建立起這些影響承載力因素和承載力之間的關(guān)系，形成專家系統(tǒng)。在樁基工程施工完成后，分析影響承載力的因素，就可以得出其承載力的預(yù)測值來，從而達(dá)到減少甚至不做試樁?！　⌒〔ǜ怕噬窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)(WPNN)　　基于小波變換的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)稱為小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它是小

8、波分析與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的融合(結(jié)合)，二者的結(jié)合有兩種途徑：其一，將小波