BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在泥石流固體堆積物粒度分布特征研究中的應(yīng)用-論文.pdf

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1、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在泥石流固體堆積物粒度分布特征研究中的應(yīng)用婁建全遼寧省有色地質(zhì)局101隊(duì)遼寧113000【摘要】應(yīng)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)泥石流固體堆積物的分形維數(shù)，以客觀準(zhǔn)確的研究其粒度分布特征與傳統(tǒng)泥石流影響因素之間的關(guān)系，為此本文通過(guò)對(duì)蔣家溝的12條泥石流溝進(jìn)行深入的調(diào)查研究分析，選取與泥石流流體性質(zhì)有密切關(guān)聯(lián)的10個(gè)常用泥石流影響因素作為輸入層，以泥石流固體堆積物分形維數(shù)作為輸出層，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)能力，以其中的7條溝作為學(xué)習(xí)樣本，進(jìn)行樣本訓(xùn)練。訓(xùn)練結(jié)束后，以另外5條溝作為驗(yàn)證樣本，網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)的分形維數(shù)與其實(shí)測(cè)分形維數(shù)吻合較好

2、，最大誤差僅為2．6％，由此說(shuō)明將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)方法應(yīng)用到泥石流堆積物粒度分布特征的研究中是可行和有效的，并且所選取的影響因素與泥石流堆積物分形維數(shù)之間存在復(fù)雜映射關(guān)系，具有良好的非線性相關(guān)性?！娟P(guān)t詞】神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；泥石流；粒度分布；分形維數(shù)中圈分類(lèi)號(hào)：TP389．1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A文章編號(hào)：泥石流是產(chǎn)生于山坡與溝谷中的一種由泥漿和塊石組成的兩相流體，泥石流溝內(nèi)運(yùn)動(dòng)遷移，最終在堆積區(qū)堆積，形成具有一定粒度分布特征在泥石流運(yùn)動(dòng)中，漿體作為懸浮質(zhì)將大小不等的塊石及粘粒搬運(yùn)到堆積的堆積物。區(qū)，形成具有一定粒度分布的松散堆積體。通過(guò)野外

3、實(shí)地調(diào)查各泥石流溝，并采用野外篩析法和室內(nèi)靜水沉降目前對(duì)泥石流堆積物粒度分析的方法大多都是基于統(tǒng)計(jì)學(xué)的規(guī)律和法對(duì)堆積區(qū)固體顆粒進(jìn)行顆粒分析，得到各個(gè)粒徑顆粒的累積百分含量方法的，例如圖解法、圖解計(jì)算參數(shù)法和統(tǒng)計(jì)計(jì)算參數(shù)法。常用的粒度及累積曲線。圖有直方圖、頻率曲線圖、累計(jì)曲線圖和概率累計(jì)曲線圖等；常用的粒2．2粒度分布模型及分形維數(shù)計(jì)算SSS度參數(shù)有中值、平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、偏度、圖算尖度和峰態(tài)等粒度分布參泥石流物質(zhì)在機(jī)械搬運(yùn)的過(guò)程中存在自相似性，滿足標(biāo)度不變性，數(shù)[卜2]。說(shuō)明泥石流堆積物顆粒具有一定的分形特性[18]。關(guān)于

4、其分維值的大運(yùn)用傳統(tǒng)的線性理論很難直觀地描述泥石流固體堆積物的粒度分布小前人已經(jīng)做了一些研究。倪華勇、易順民等人采用巖石破碎模型，通特征，上個(gè)世紀(jì)70年代，美國(guó)數(shù)學(xué)家B_B．Mandelbrot[3]首次提出的分過(guò)粒度分析法求解得到泥石流堆積體顆粒粒度分維值得計(jì)算式：D=3一b形理論，為研究泥石流堆積物的粒度分布特征提供了一種強(qiáng)有力的工具。(2)其中：D為所求分形維數(shù)，b為泥石流堆積物顆粒粒徑r和大于r按照分形理論，分形內(nèi)部任何一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的部分，在一定程度上都應(yīng)的累積百分含量。是整體的再現(xiàn)和縮影，既局部與整體具有一定的相

5、似性。大量的實(shí)踐表根據(jù)各個(gè)粒徑顆粒的累積百分含量在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中可求出泥石流明，顆粒材料中的顆粒粒徑分布，即尺頻關(guān)系具有標(biāo)度不變性[4]，因此固體堆積物顆粒分布分形維數(shù)，繪制粒度分布曲線，如圖2所示。統(tǒng)計(jì)分形理論在機(jī)械制造、泥化夾層、超細(xì)粉體評(píng)價(jià)及第四紀(jì)沉積環(huán)境研究所有雙對(duì)數(shù)曲線可知，相關(guān)性系數(shù)均值在0．95以上，強(qiáng)相關(guān)性說(shuō)明了堆等很多領(lǐng)域中都有廣泛的應(yīng)用[5—8]。至上個(gè)世紀(jì)九十年代，分形理論已積物顆粒粒徑與大于該粒徑的累積百分含量在雙對(duì)數(shù)曲線中有良好的線廣泛應(yīng)用到泥石流堆積物粒度分布分析的研究中，并取得了一定的成果。性

6、關(guān)系，呈現(xiàn)出良好的分形特征。易順民[9]依據(jù)分形理論，分析了泥石流堆積物粒度分形結(jié)構(gòu)特征，指出了分維值可以作為描述泥石流粒度成分和泥石流溝水系的參數(shù)，并可以反映泥石流活動(dòng)的形成演化特征。倪華勇等[1O]將分維值作為表征泥石流災(zāi)害系統(tǒng)的有效參量，揭示了泥石流災(zāi)害中的規(guī)律。李泳等[11]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，泥石流堆積物顆粒組成具有很好的分形特征，不同密度泥石流顆粒的分形區(qū)間不同，顆粒的分維值隨密度變化，密度越大，分維值越大。然而以粒徑分形特性為主要內(nèi)容的系統(tǒng)組構(gòu)特征與泥石流溝谷特征、泥石流爆發(fā)特性及物源特征之間關(guān)系的研究尚不多見(jiàn)，因

7、此以顆粒流理論為基礎(chǔ)，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)開(kāi)展泥石流堆積物粒度分布特征與泥石流溝谷特征及泥石流爆發(fā)特性之間的內(nèi)在規(guī)律研究具有一定的實(shí)踐意義。1．分形理論概述分形理論的主要研究對(duì)象是一些不規(guī)則但具有自相似性的曲線及自反演行的圖形、自平方性的分形變換及自仿射性的分形集等，具圖2蔣家溝溝堆積物顆粒雙對(duì)數(shù)分布曲線及分形維數(shù)有很強(qiáng)的普遍適用性。在分形幾何中描寫(xiě)空間和客體的一個(gè)重要參Fig2theaccumulationparticlelogarithmicdistribution數(shù)——維數(shù)，它可以是整數(shù)也可以是分?jǐn)?shù)，可以表示為：N(r)

8、=cr—DfcurveandthefractaldimensionofJiangjiagougully(1)式中：Df為分形維數(shù)：N(r)為與r有關(guān)的測(cè)量數(shù)；r為尺度；c比3．BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)例常數(shù)。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通常是基于誤差反向傳播算法的多層神經(jīng)網(wǎng)路，是上個(gè)在工程中應(yīng)用最廣泛的三種分維數(shù)求法為：改變量測(cè)尺