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辽沈地区静压管桩单桩竖向承载特性分析方法研究

作　者: 杨军
导　师: 赵俭斌
学　校: 沈阳建筑大学
专　业: 岩土工程
关键词: 静压管桩单桩承载特性影响因素分析单桩极限承载力预测灰色关联度分析偏最小二乘回归人工神经网络细胞自动机
分类号: TU473.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

静压管桩单桩竖向承载力的大小受到来自桩身,桩周土体以及施工条件等因素的综合作用和影响,这些因素相互之间又存在一定的联系,对于这样一个复杂度较高的具有随机不确定性和模糊非线性的桩土系统,很难用传统分析方法对这些影响因素进行关联程度分析,量化表示出某一地质条件下各参数对单桩竖向极限承载力的贡献程度,同时单桩竖向承载力的经验估算方法也难以保证其计算结果的准确性。对此,本文采用若干数据分析方法,以解决具有随机不确定性,模糊非线性和小样本多因素等特征的单桩竖向承载性能的影响因素评价和单桩竖向极限承载力的预测问题。主要采用灰色关联度理论和偏最小二乘回归辅助分析技术对影响辽沈地区静压管桩竖向承载力的相关因素进行了关联程度分析与评价,建立了估算单桩竖向极限承载力的偏最小二乘回归公式和基于主成分分析的优化神经网络预测模型,并探讨了利用细胞自动机技术对静压管桩在竖向荷载作用下的受荷变形机理进行模拟和预测的思路与途径。本文在进行单桩竖向极限承载力影响因素关联程度分析过程中,选取了辽沈地区典型地质条件下的若干静压管桩工程资料进行实例分析与验证,搜集并整理了来自现场勘察、桩基施工以及单桩竖向静载荷试验的相关数据,为了能够尽可能多地包含重要信息,降低次要信息对回归模型的干扰,在偏最小二乘回归方程建模过程中采用变量投影重要性分析方法根据影响程度排序结果对自变量进行筛选,在共轭梯度法优化神经网络建模过程中采用主成分分析对网络的原始输入参数进行预处理,得到具有理想精度的适用于辽沈地区典型地质条件下静压管桩单桩竖向极限承载力预测的分析模型。通过本文所用分析方法的计算结果与现场试验实测结果的对比发现,单桩竖向极限承载力预测值与试验值基本吻合,表明本文采用的数据分析方法用于辽沈地区静压管桩基础的单桩竖向承载特性分析是可行的,单桩竖向极限承载力的估算结果能够满足实际工程的要求,且本文所提出的利用细胞自动机技术建立静压管桩单桩承载特性分析的数值模型的思路与方法,为静压管桩单桩竖向承载特性的理论分析开辟了一条新的途径,同时也为岩土工程其它相关问题的分析求解提供借鉴和参考。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章绪论  8-20
  1.1 课题背景、目的及意义  8-11
    1.1.1 课题背景及意义  8-11
    1.1.2 课题的目的  11
  1.2 国内外研究状况  11-17
    1.2.1 预应力管桩基础在国内外的研究现状及存在的问题  11-12
    1.2.2 国内对预应力管桩单桩竖向承载力确定方法的研究状况  12-15
    1.2.3 国外对预应力管桩单桩竖向承载力确定方法的研究状况  15-17
  1.3 课题研究的基础与成果  17-19
    1.3.1 课题研究的基础  17-18
    1.3.2 本论文的研究成果  18-19
  1.4 研究架构  19
  1.5 本章小结  19-20
第二章静压管桩承载力影响因素评价的灰色关联度分析  20-28
  2.1 灰色系统与灰色关联度理论简介  20-21
    2.1.1 灰色系统理论的基本概念  20
    2.1.2 灰色关联度理论的基本特征  20-21
    2.1.3 灰色系统理论的发展动态  21
  2.2 静压管桩单桩承载力影响因素的灰色关联度分析  21-27
    2.2.1 原始工程数据的提取  22-23
    2.2.2 原始数据的初值化  23-24
    2.2.3 初值化序列的数值计算  24-26
    2.2.4 关联度结果分析  26-27
  2.3 本章小结  27-28
第三章静压管桩单桩承载力预测的偏最小二乘回归模型  28-42
  3.1 偏最小二乘回归分析方法简介  28-32
    3.1.1 多元统计数据分析方法回顾  28
    3.1.2 偏最小二乘回归方法的原理及其算法  28-29
    3.1.3 单因变量偏最小二乘回归模型  29-30
    3.1.4 偏最小二乘回归法的研究现状  30-32
  3.2 静压管桩单桩极限承载力影响因素的关联程度分析  32-37
    3.2.1 变量投影重要性分析  33-36
    3.2.2 变量间相关关系分析  36-37
  3.3 静压管桩极限承载力预测的偏最小二乘法回归方程  37-40
  3.4 静压管桩现场桩身内力测试试验  40-41
  3.5 本章小结  41-42
第四章静压管桩单桩承载力预测的优化神经网络模型  42-54
  4.1 基本概念简介  42-48
    4.1.1 人工神经网络的基本概念  42
    4.1.2 误差前馈神经网络模型和BP 算法  42-45
    4.1.3 主成分分析的原理及算法  45-46
    4.1.4 共轭梯度算法的原理及其优化步骤  46-48
  4.2 静压管桩单桩极限承载力预测的优化神经网络模型  48-53
    4.2.1 静压管桩承载力影响因素的主成分提取  48-50
    4.2.2 网络训练过程的共轭梯度算法优化  50-51
    4.2.3 模型应用  51-53
  4.3 本章小结  53-54
第五章细胞自动机技术在管桩承载性能分析方面的应用  54-69
  5.1 细胞自动机技术简介  54-60
    5.1.1 细胞自动机理论的提出  54
    5.1.2 细胞自动机的基本概念  54-58
    5.1.3 细胞自动机技术的研究与应用现状  58-60
  5.2 研究方案初步设想  60-68
    5.2.1 研究背景  60
    5.2.2 研究思路  60
    5.2.3 技术路线  60-67
    5.2.4 有待解决的理论和技术难点  67-68
  5.3 本章小结  68-69
第六章结论与展望  69-70
参考文献  70-74
作者简介  74
作者在攻读硕士学位期间获得的奖励  74
作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文  74-76
致谢  76-77

辽沈地区静压管桩单桩竖向承载特性分析方法研究

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