高速公路软基处理方案智能评价与优化方法研究

论文摘要

随着我国高速公路的大规模建设,工程中遇到的软土问题越来越突出,已成为影响工程质量、建设工期和工程造价的关键性因素之一。因此,加强高速公路软基处理技术的研究,已成为影响我国交通事业发展的一个重要课题。在高速公路软基处理的技术研究中,存在着大量的决策问题。在设计阶段,首先需要对是否进行处理做出决策,对需要处理的地段,则须对采取深层处理还是浅层处理做出决策;对于浅层处理或深层处理的具体方法也需要做出决策;对于某种具体的处理方法,需要对其技术参数做出决策。本文以系统工程、人工智能、模糊数学、灰色理论、神经网络、遗传算法和粒子群优化算法等为理论基础,结合岩土工程、土质学和土力学等学科的最新发展,对高速公路软基处理方案智能评价与优化方法进行了研究。按照研究的内容和论文的章节顺序,所取得的具体成果有:(1)简要地介绍了本课题研究的目的和意义,介绍了有关软基处理技术的国内外研究现状,系统地阐述了现有的软基处理方案评价方法,如评分优化法、模糊评判法、层次分析法以及地基处理智能辅助设计系统等,指出了它们存在的主要问题和不足,在此基础上,提出了本研究的工作思路和主要内容。(2)针对软基处理技术决策中是否需要进行处理,是深层处理还是浅层处理的问题,通过研究有关土工参数的相关性等,提出以软土厚度、软土压缩模量、路堤填土高度、地表硬壳层厚度作为决策参数,以人工智能中的范例推理为基础,并考虑到在不同的决策环境下相同的属性对决策输出会有不同的影响,提出了基于变权的高速公路软基处理方案范例推理评价方法。实例分析表明,该模型具有原理简单、直观,使用方便等特点;利用神经网络工具箱建立了BP神经网络评价模型,对所建的神经网络模型进行训练、回判和预测,得到了满意的结果,证明模型是有效的。(3)提出了基于AHP的模糊相似优先比的高速公路软基处理评价模型。在该模型中,定义了模糊相似比,构造了软基处理方案影响因素的模糊相似优先关系,利用层次分析法确定了各影响因素的权重,从整体上找出了与理想方案最为相似的软基处理方案。(4)鉴于软基处理方案评价中各指标的不相容性问题,以模糊物元分析理论为基础,为避免在权重分配问题上的主观性,用信息熵所反映数据本身的效用值计算指标的权重,将信息熵理论与模糊物元分析相结合,建立了基于信息熵的模糊物元分析决策模型。将该模型应用于高速公路软基处理方案的评价中,得到了合理的处理方案,为选择合理的软基处理方案提供了一条新的可行途径。(5)软基处理方案决策影响因素具有不完全性、未知性等特点,软基处理方案决策实质上是灰色系统问题。本文运用灰色系统理论,建立了一种新的软基处理方案评价方法,合理确定了方案评价指标及其权重,根据计算得出的灰色关联度来实现对软基处理方案的优选。实例分析表明,该模型使用方便、决策结果合理,具有实用价值。(6)将自适应共振理论用于高速公路软基处理的方案决策,建立了基于ART网络的高速公路软基处理方案评价方法。实例表明,模型具有易于实王见、效率高等特点。(7)论述了粉体搅拌桩的传统设计理论和方法,应用遗传算法、粒子群优化算法和非线性优化方法,建立了粉喷桩的三种优化设计模型,开发了粉喷桩设计与优化系统,最后运用工程实例验证了优化模型的可行性和有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状分析
• 1.2.1 软土工程特性研究现状
• 1.2.2 软土勘察技术和手段研究现状
• 1.2.3 公路软基处理方法及施工工艺研究现状
• 1.2.4 沉降量计算与预测方法研究现状
• 1.2.5 软基加固方案决策及优选方法研究现状
• 1.2.6 粉喷桩优化设计方法研究现状
• 1.3 论文的研究内容和工作思路
• 1.3.1 论文的研究内容
• 1.3.2 论文的工作思路
• 第2章 基于变权的软基处理方案范例推理评价方法
• 2.1 引言
• 2.2 范例推理基本原理
• 2.2.1 范例的表示
• 2.2.2 范例库的组织索引
• 2.2.3 范例的检索
• 2.2.4 范例的修改
• 2.2.5 范例的学习存储
• 2.3 基于变权的软基处理方案范例推理决策模型
• 2.3.1 软基处理范例库的建立
• 2.3.2 属性参数的选择
• 2.3.3 处理方式的分类
• 2.3.4 属性权重的确定
• 2.3.5 目标范例与源范例的相似度计算
• 2.4 应用举例
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于BP神经网络的软基处理方案评价方法
• 3.1 引言
• 3.2 神经网络基本理论
• 3.2.1 神经网络处理单元
• 3.2.2 BP网络模型
• 3.3 基于BP神经网络的软基处理方案评价模型
• 3.3.1 输入参数的确定
• 3.3.2 网络训练数据的准备
• 3.3.3 网络模型的建立
• 3.3.5 网络的训练、回判和预测
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于模糊相似优先的软基处理方案评价方法
• 4.1 引言
• 4.2 基于模糊相似优先比的软基处理方案评价模型
• 4.2.1 软基处理方案的影响因素及权重的确定
• 4.2.2 模糊相似优先模型的构造
• 4.2.3 模型求解
• 4.3 实例分析
• 4.3.1 影响因素权重的确定
• 4.3.2 建立数学模型
• 4.3.3 模型求解
• 4.4 本章小结
• 第5章 基于模糊物元分析的软基处理方案评价方法
• 5.1 引言
• 5.2 模糊物元的概念
• 5.3 模型的建立
• 5.3.1 建立模糊物元与复合模糊物元
• 5.3.2 标准模糊物元及差平方复合模糊物元
• 5.3.3 权重系数的确定
• 5.3.4 欧氏贴近度复合物元
• 5.4 实例研究
• 5.4.1 建立复合模糊物元
• 5.4.2 建立标准模糊物元和差平方复合模糊物元
• 5.4.3 信息熵法确定权重系数
• 5.4.4 计算欧氏贴近度复合物元
• 5.4.5 方案排序
• 5.5 本章小结
• 第6章 基于灰色关联分析的软基处理方案评价方法
• 6.1 引言
• 6.2 灰色关联分析法原理
• 6.3 基于灰色理论的软基处理方案评价模型
• 6.3.1 根据方案特点确定比较数据列
• 6.3.2 确定参考数据列
• 6.3.3 关联系数计算
• 6.3.4 关联度计算
• 6.4 实例研究
• 6.4.1 工程概况
• 6.4.2 确定各拟选方案的技术经济指标
• 6.4.3 对定性指标进行量化
• 6.4.4 确定参考数据列
• 6.4.5 关联度计算
• 6.5 本章小结
• 第7章 基于ART理论的软基处理方案评价方法
• 7.1 引言
• 7.2 ART理论简介
• 7.3 基于ART网络的高速公路软基处理方案评价方法
• 7.3.1 网络输入数据的确定
• 7.3.2 建立模型
• 7.3.3 实例分析
• 7.4 本章小结
• 第8章 水泥搅拌桩优化设计方法研究
• 8.1 引言
• 8.2 水泥搅拌桩复合地基的传统设计方法
• 8.2.1 单桩承载力的计算
• 8.2.2 搅拌桩复合地基承载力的计算
• 8.2.3 置换率和桩数的计算
• 8.2.4 桩位平面布置
• 8.2.5 下卧层地基强度的验算
• 8.2.6 沉降计算
• 8.3 优化设计理论
• 8.3.1 遗传算法
• 8.3.2 粒子群算法
• 8.3.3 非线性优化方法
• 8.4 粉喷桩优化设计模型
• 8.4.1 设计变量的选取
• 8.4.2 目标函数的建立
• 8.4.3 约束条件
• 8.5 优化设计系统开发及简介
• 8.5.1 系统要求
• 8.5.2 系统各部分主界面简介
• 8.5.3 应用实例
• 8.6 本章小结
• 第9章 总结
• 参考文献
• 攻读博士学位期间参与的科研成果与发表论文情况
• A 学术论文
• B 科研项目
• 致谢