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现代隧道技术 2017, Vol. 54 Issue (6) :70-76    DOI:
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基于多尺度组合核极限学习机模型的隧道围岩变形预测及应用
(1 重庆三峡学院土木工程学院,重庆 404100;2 长江水利委员会长江科学院 ,武汉 430010;3 成都理工大学 环境与土木工程学院,成都 610059;4 重庆安全技术职业学院建筑与环境安全系,重庆 404100)
Deformation Prediction for a Tunnel Rock Mass Based on the Multi-Scale Combination Kernel Extreme Learning Machine Model
(1 School of Civil Engineering, Chongqing Three Gorges University, Chongqing 404100; 2 Changjiang River Scientific Research Institute of Changjiang Water Resources Commission, Wuhan 430010; 3 College of Environment and Civil Engineering, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059; 4 Department of Building and Environmental Safety, Chongqing Vocational Institute of Safety & Technology, Chongqing 404100)
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摘要 隧道围岩变形序列具有高度非线性,采用常规方法很难得到满意的预测精度。为了提高隧道围岩变形的预测精度,基于实测变形数据,提出一种隧道围岩变形的多尺度组合核极限学习机预测模型。首先,通过集合经验模态分解技术将实测变形数据分解为多个不同的尺度序列,然后通过组合核极限学习机对各分量序列进行建模预测,最后将预测得到的各分量结果进行组合获得最终的预测值。改进模型中通过径向基函数和多项式核函数线性加权而成组合核函数,运用粒子群算法对核参数和加权系数进行优选,并通过马尔可夫链对模型的预测结果进行了讨论,可以较好地提高隧道围岩变形的预测精度。文章通过大相岭隧道围岩变形预测实例表明:提出的改进模型在单步预测和连续多步预测隧道围岩变形时,都能取得较高精度,对比可得优于贝叶斯正则化 BP神经网络,与工程实例监测变形相比处于可接受范围内,具有一定的应用价值。
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关键词:   
Abstract: Tunnel rock deformation sequences are nonlinear and it is therefore difficult to obtain satisfactory preci? sion in predictions by conventional methods. To improve the prediction accuracy of tunnel surrounding rock deformation, a model of a multi-scale extreme learning machine with a combination kernel is proposed based on measured deformation data. The measured deformation data is divided into different scale sequences using the empirical mode decomposition technique, a sequence of each component is predicted by the combination of the extreme learning machine and the final forecast value is obtained by combining the results of each component. For the improved model, a compound kernel parameter is obtained by the linear weighting of the radial basis function and polynomial kernel function, kernel parameters and weighting coefficients are optimized by particle swarm optimization,the prediction results of the model are discussed using Markov Chain and the prediction accuracy for tunnel surrounding rock deformation is improved. The predicted surrounding rock deformation of the Daxiangling tunnel shows that higher accuracy can be achieved in both the one-step prediction and multi-step prediction of tunnel surrounding rock deformation using the improved model, the proposed model is better than the Bayesian regularization BP neural network and the deformation is acceptable compared to the measured deformation.
KeywordsTunnel engineering,   Ensemble empirical mode decomposition,   Combination kernel extreme learning machine,   Particle swarm optimization,   Markov chain     
基金资助:

基金项目:长江科学院开放研究基金资助项目(CKWV2016393/KY);国家自然科学基金面上项目( 51279219);重庆市教委科学技术研究项目 (KJ1601005);重庆三峡学院校级重大培育项目(15ZP04);重庆三峡学院三峡库区工程结构防灾减灾与安全科研创新团队(2017001).

作者简介: 作者简介:强 跃(1981-),男,博士研究生,副教授,主要从事岩土工程研究工作,E-mail: qiangyue-320@163.com.
引用本文:   
.基于多尺度组合核极限学习机模型的隧道围岩变形预测及应用[J]  现代隧道技术, 2017,V54(6): 70-76
.Deformation Prediction for a Tunnel Rock Mass Based on the Multi-Scale Combination Kernel Extreme Learning Machine Model[J]  MODERN TUNNELLING TECHNOLOGY, 2017,V54(6): 70-76
链接本文:  
http://www.xdsdjs.com/CN/      或     http://www.xdsdjs.com/CN/Y2017/V54/I6/70
 
没有本文参考文献
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