基于BP神经网络和RBF神经网络的砂土基础液化判别

结合河北唐山地区土样样本,以地下水位埋深(hw)、地下水头(h)、标准贯入锤击数(N63.5)、土的动强度(R)及地震力(L)为评价指标建立了BP神经网络和RBF神经网络的预测模型。通过实例结果比较分析,表明RBF神经网络和BP神经网络判断砂土液化的精度都较高,但对于用埋深hs,地下水位深度h,标准贯入锤击数N63.5,土的动强度R和地震力L作为参数指标时,RBF神经网络在砂土液化的判别方面优于BP神经网络。通过对金坛石桥枢纽进行建模预测,进一步证明了以上结论,并说明了BP神经网络和RBF神经网络对于砂土基础液化的预测是普遍适用的。     

倾斜挡墙黏性填土非极限主动土压力计算

朗肯理论局限于求解墙背铅直且光滑,墙后填土位移达到极限状态的土压力,因而开展倾斜粗糙墙背的非极限主动土压力的理论研究具有重大意义。将墙后黏性填土滑裂体分为弹性区和塑性区两部分,并基于非极限状态下的虚功原理,建立了能量守恒方程,推导了张拉裂缝深度及潜在滑裂面的解析式。在此基础上,考虑了土拱效应,并通过摩尔应力圆,得到了水平应力、竖向应力的表达式,由水平层分析法建立受力平衡方程,推求了倾斜挡墙黏性填土非极限主动土压力分布、合力大小、合力作用点深度的理论表达式。当满足朗肯假设时,朗肯裂缝深度、滑裂面倾角、合力值为其特解。由两例模型试验验证了公式的合理性。研究表明:张拉裂缝深度与填土内摩擦角φ_m、填土黏聚力c_m、墙土摩擦角δ_m、墙土黏聚力c_wm、墙体位移比η呈正相关,与墙背倾角ε呈负相关。潜在滑裂面倾角大小与c_m无关,随ε、φ_m、η的增大而增大,而δ_m、c_m对其影响则相反。墙背光滑时,土压力近似呈线性分布,合力作用点深度与朗肯解接近;墙背粗糙时,土压力则呈凸曲线分布,上部本文解大于朗肯解,下部反之,其大小随η、φ_m、c_m的增加而减小,峰值随ε的减小而有所提高,c_wm对其影响甚微,合力作用点深度仅在俯斜式挡墙发生较大位移时才可能低于朗肯解。     

饱和砂土地震液化的临界孔压判别模式

利用相关原理,对砂土液化发生机制进行分析,建立液化临界超静孔隙水压力随地震持续时间及埋深等因素变化的关系,以此作为液化临界孔压判别模式。用该判别模式对唐山沿海地区砂土液化特征进行分析,经实际资料对比,证明该模型合理可行。     

TDR测量黄土含水率的影响因素分析及其评价

时域反射法(TDR)已被岩土工程领域广泛用于测量土壤体积含水率。采用延安新区和吴起县2种黄土试样分别对TDR水分测试进行试验率定,分析了TDR水分测试过程中的测试误差,探讨了黄土的干密度及塑性指数等因素对TDR水分测试率定的影响。结果表明:TDR水分传感器未进行试验率定时,测试结果误差较大;当黄土试样在质量含水率一定时,TDR水分传感器测得的体积含水率与干密度之间均呈线性增长关系;对于塑性指数I_p<10的延安新区黄土,TDR水分传感器测得的体积含水率θ_v均大于烘干法测得的体积含水率θ_w,TDR测试结果均在等值线θ_w=θ_v下方;对于塑性指数介于10~17之间的吴起县黄土,当质量含水率w<12%时,θ_v >θ_w,TDR测试结果在等值线θ_w=θ_v下方,当w>12%时,θ_v <θ_w,TDR测试结果在等值线θ_w=θ_v上方。通过比较分析2个地区θ_w与θ_v的关系,建立了TDR水分测试结果的修正公式。研究成果为TDR水分传感器测定黄土含水率这一测试技术在陕北黄土地区的岩土工程应用提供了参考。     

双K断裂模型失稳韧度KIcun的解析计算方法

为预估最大荷载P_max和失稳韧度K^un_Ic,提出一种只需混凝土轴心抗压强度f_c即可计算双K断裂模型失稳韧度K^un_Ic的解析计算方法。大量的试验数据表明,临界裂缝扩展量与韧带高度之比Δa_c/(h-a₀)趋于常数。结合这一规律,基于虚拟裂缝的双线性本构关系,根据带切口的三点弯曲梁跨中截面的平衡条件,计算最大荷载P_max,再将P_max的计算值代入公式计算双K断裂模型的失稳韧度K^un_Ic。为检验计算精度,将最大荷载P_max和失稳韧度K^un_Ic的计算值与试验值比较。结果表明:最大骨料粒径d_max≤40 mm的较大尺寸三点弯曲梁试件,最大荷载P_max及失稳韧度K^un_Ic的计算值与试验值吻合良好。     

应用GA-BP神经网络预估砾类土的最大干密度

建立砾类土最大干密度预估模型,为控制砾类土工程填筑压实质量、选取满足工程压实性能要求的砾类土提供最大干密度预估参考。颗粒级配是决定砾类土最大干密度的关键因素,收集并整理得到92组砾类土数据,以全级配(d₁₀～d₁₀₀)作为BP(GA-BP)神经网络的输入变量,利用遗传算法优化BP神经网络的初始权值与阀值,构建基于BP神经网络和遗传算法的砾类土最大干密度预估模型,并与BP神经网络进行对比。86组训练样本预估结果的平均相对误差为0.54%,决定系数为0.983;6组检测样本预估结果的平均相对误差为0.57%,证明该网络模型泛化性能良好。采用GA-BP神经网络,由全级配能较好地预估砾类土最大干密度,收敛速度、预估精度及泛化性能均优于标准的BP神经网络模型。     

基于AdaBoost集成的WPSO-RBF大坝变形监控模型

变形监测是大坝安全监测的必设项目,由于影响因子众多,常利用神经网络(如BP,RBF等)进行参数选取和模型建立。传统的径向基函数(RBF)神经网络因网络结构简单、收敛速度快而被广泛运用,但其在预测中易陷入局部最优且参数选取不当会对其收敛性产生影响。因此,首先利用动态权重粒子群算法(WPSO)对RBF神经网络的3个参数(隐含层基函数的中心c、宽度d及隐含层到输出层的权值w)进行优化,建立基于WPSO-RBF的大坝变形监控模型,然后将WPSO-RBF模型作为弱分类器,采用AdaBoost算法进行集成,建立基于WPSO-RBF-AdaBoost的大坝变形监控模型。将该模型运用到工程实例中,实例结果显示该模型具有收敛速度快、分类精度高、泛化能力好,可建立较优的大坝变形监控模型。     

空心包体介质参数对应变片变形和测量精度的影响分析

空心包体式孔壁应变测试中的环氧树脂和粘胶介质参与应力和变形的传递,其变化规律可用来改善介质性能或提高测量精度。给出了数值模拟物理模型校验的程序,建立了针对性数学模型,结合地应力测量精度的定量表述,获得了空心包体介质参数对应变片变形和测量精度的影响规律。结果显示:单一介质模型条件下轴向应变片随介质参数的改变其变形量变化不明显,其它应变片随介质弹性模量(E)减小或泊松比(μ)增加而变形增大,反之则结果相反;E和μ参数的单独变化对测量精度的影响＜0.5%。双介质模型多个工况的模拟结果显示随着粘胶层E增加、 μ降低至与岩体相同时,其轴向应变片变形量略增加,其它应变片变形量减小,量值误差显著降低,角度误差略有上升,该规律的技术转化可显著提升空心包体的测量精度。     

基于正交试验法的埋地钢管参数敏感性分析

埋地钢管在设计时需考虑管周土体和沟槽对钢管的影响,但土体力学参数和沟槽形态参数对钢管结构的影响研究不够深入。通过引入正交试验法,以钢管最大竖向变形和钢管顶、腰、底处环向弯曲应力为试验指标,进行回填土变形模量E₁、砂垫层变形模量E₂、垫层包角θ、沟槽底部开挖宽度B和沟槽侧壁倾角α关于试验指标的敏感性分析。研究表明:对钢管变形和应力敏感性较高的因素有E₁、E₂、α;B的敏感性较低;θ的敏感性最低。埋地钢管的土体变形模量高、沟槽窄对钢管结构有利,沟槽侧壁倾角影响较为复杂,需结合具体工程进行分析。研究成果可为合理选取埋地钢管的结构设计参数,提供一定的参考依据,同时也为类似问题提供一种分析思路。     

饱和软黏土应变累积特性及经验模型

为了更加真实地描述地基饱和软黏土在长期交通循环荷载作用下的永久变形特性,借助GDS变围压动三轴试验系统对温州饱和软黏土开展了一系列恒定围压应力路径(CCP)以及变围压应力路径(VCP)下的部分排水循环加载试验,重点分析了循环动应力比(CSR)、应力路径(α)及其长度(L)对饱和软黏土永久轴向应变的影响。试验结果表明:在给定的循环次数(N)下,永久轴向应变随着CSR的增大和α的减小而增大,可分别采用指数函数和对数函数描述永久轴向应变与CSR和α之间的关系。基于试样经历10 000次循环后的永久轴向应变,通过归一化处理发现归一化永久轴向应变(ε^p_{a,10 000}/ε^p,CCP_{a,10 000})与归一化应力路径长度(L/L_CCP)和归一化平均主应力幅值(p^ampl/p^ampl_CCP)之间分别呈对数和线性关系且与CSR无关。进一步构建了考虑CSR、α以及N综合影响的对数型经验模型并对不同应力路径下的永久轴向应变进行了预测,预测结果与实测值呈现出较好的一致性。     

基于改进 RBF 神经网络的最大动剪切模量确定

采用径向基函数（ RBF ）神经网络的手段,直接建立最大动剪切模量G_max与孔隙比e、围压σ₃、固结比 k_c 这3个影响因素的非线性关系,避开了寻找G_max与各影响因素之间定量经验公式的繁琐工作。通过模式搜索法计算出径向基函数的扩展速度的最优值,使模型的预测误差最小。以福建标准砂为例,模式搜索法得出的扩展速度 SPREAD 最优值为2.287,RBF 网络预测的G_max平均相对误差为0.931 6%,误差很小,说明 RBF 神经网络能方便、有效地确定不同条件下的G_max,具有一定的推广利用价值。除了对G_max能够很好地预测外, RBF 网络对G -γ关系曲线也能很好地模拟。     

基于碾压波速的堆石坝压实质量实时监测指标的研究

已有的连续压实质量评价指标在评估堆石坝料的压实质量时仍存在评价精度低、表征压实效果复杂以及结果易受压实材料属性影响等缺点.为给堆石坝施工质量的连续控制提供有效指标,本文采用数据延拓式相关的相位差求解方法来间接获取碾压波速(VR),提出了以实时监测的VR作为堆石坝料压实状态的表征指标.从定性分析角度考虑碾压参数对VR的影...     

考虑气象因子不确定性的参考作物蒸散量预报方法

参考作物蒸散量(ET_0)的准确预测预报对于制定作物灌溉制度与实时灌溉调度具有重要意义,然而气象因子的不确定性极大的影响着ET_0的预测精度。因此本研究采用马尔科夫蒙特卡罗模拟与自适应采样算法相结合的方法(AM-MCMC)对气象因子的不确定性进行修正,以气象站实测ET_0作为标准值,利用径向基神经网络(RBF)模型建立气象因子与ET_0的映射关系,建立基于气象因子不确定性的ET_0不确定性预测模型(CU-RBF),并以华北平原农田下垫面为例进行验证。结果表明,与传统的RBF确定性预报结果相比,CU-RBF预测结果的各精度评价效果均有所提高,纳什系数提高了10%,均方根误差和平均绝对误差分别降低了16.94%、17.05%,且单独修正平均风速的CU-RBFWs预测模型效果比分别单独修正最高温度、平均相对湿度的预测模型效果好。考虑气象因子不确定性开展ET_0的预报研究,减小了预测值与实际值的误差,可为农田下垫面的未来水分管理提供科学依据。     

城市内河水环境承载力评价研究

城市内河水环境承载力评价是实现水资源科学管理和水污染综合治理的基础。本文在阐述水环境承载力内涵及评价状况的基础上,对多种方法的适用性和可操作性进行分析,选取人工神经网络模型(BP)和径向基函数人工神经网络模型(RBF)进行内河水环境承载力评价;构建指标评价体系,对BP和RBF模型进行驯化和参数率定,确定水环境综合污染指数,进行城市内河水环境承载力评价。以丽水市城市内河为例,综合评价水环境综合承载状态为弱承载,验证了评价指标和方法选取的可行性,为进行丽水市内河水环境整治提供依据。     

Evaluating Water Demand Shortfalls in Segment Analysis

In this paper, two procedures for assessing water demand shortfalls following segment isolation are compared. The first (topological) procedure is based on a simple topological network analysis, and identifies the water demand shortfall as the water demand (under normal operational conditions) relative to the directly and/or indirectly isolated segment(s). The second (hydraulic) procedure is based on a pressure-driven hydraulic simulation of the network after segment isolation. Each of the two procedures was applied to two case studies, and the reliability (expressed in terms of maximum D _max and weighted average [`(D)] \overline D water demand shortfall) and economic burden (expressed in terms of number N <sub>val</sub> or cost C <sub>val</sub> of installed valves) of the resulting isolation valve system solution were compared. As a whole, the results show that network analysis and redesign are affected by the choice of the global variables (D <sub>max</sub> or [`(D)] \overline D ) used to characterize the demand shortfalls in network segments. Analysis of the case studies is followed by a discussion of the rationale behind the choice between the two procedures, which needs to balance accurate demand shortfall characterization with limited computation times, particularly in the multi-objective design stage.     

里下河地区代表性浅水湖泊表层沉积物可转化态氮的赋存特征

以受人类活动影响剧烈的小型富营养化湖泊为研究对象,研究湖泊表层沉积物可转化态氮的赋存特征,探索环境因子与各形态可转化态氮之间的关系。结果表明:14个湖泊表层沉积物中各形态可转化态氮质量比次序为强氧化剂可提取态氮(SOEF-N)离子交换态氮(IEF-N)弱酸提取态氮(WAEF-N)强碱可浸取态氮(SAEF-N);2w(IEF-N)与黏粒、壤粒、砂粒、w(Ca)呈显著的相关性;w(WAEF-N)与含水率、w(有机质)、w(TP)、w(Ca)、w(Zn)呈显著相关性;w(SOEF-N)与黏粒、w(有机质)、w(TOC)、w(NH+4)、w(Mn)呈显著的相关性;w(SAEF-N)仅与w(TP)和w(Ca)存在一定的相关性。3受人类活动影响较大的湖泊w(IEF-N)和所占TN百分比最高;表层沉积物中的w(WAEF-N)与w(有机质)多寡一致。     

不同组合小波神经网络模型对径流预测的适用性

针对水文时间序列的非平稳性特征,以长江三峡宜昌站1904~2003年年平均流量为例,分别建立了小波分析（WA）与BP神经网络和径向基函数神经网络（RBF）耦合的预测模型,探究了两种组合模型的预测效果,并与传统的单一人工神经网络模型对比;并采用5种常见的预测性能评价指标分析预测效果。结果表明：组合模型预测成果的精度较单一模型显著提高;组合和单一模型中RBF网络模型均优于BP网络模型;小波径向基函数神经网络组合模型具有较优的预测精度和泛化能力,是提高预测精度的有效方法,在径流预测中具有可行性。     

Analysis of the relationship for determining the bed load in sand channels

Conclusion The results of the analysis showed that in flatland rivers with a sand channel withu _*u _*0 where movement of the bed load is realized mainly in the form of steep waves and ripples [5], for determining the bed loadq _bd GGI's relationship (1), in whichq _bd is represented as a function of the height of the bed formsh _w, should be used. This relationship gives results substantially differing from the results calculated by relationships in whichq _bd is expressed as a function of the size of the sediment particlesd (8), (9) and valid for conditions not characteristic of sand channels of flatland rivers. Whenu _*t u _*<u _*0, when there is still no mass traction of all fractions of the channel deposits, the Einstein (8) or Paintal (15) relationships are more substantiated for all channels, but for practical calculations for sand channels of flatland rivers one can assume thatq _bd=0 whenu _*<u _*0.Translated from Gidrotekhnicheskoe Stroitel'stvo, No. 5, pp. 47–50, May, 1989.     

Modelling spatial and temporal variability of water temperature across six rivers in Western Canada

Increasing river water temperature in response to the warming climate is concerning for water quality and ecosystem health of rivers. This study provides an assessment of the spatio-temporal variability of the ongoing and potential future river water temperature (T_w) change in western Canada. We use the air2stream model to reconstruct historical T_w dataset for 17 stations across six rivers, and employ the reconstructed T_w to analyze hydro-climatic controls, trends, and sensitivities in relation to air temperature (T_a) and discharge. Results provide insights on the contrasting summer (July and August) T_w responses. While T_w is primarily T_a controlled for the northern rivers, discharge exerts increasing influence that approaches T_a control for the southern rivers. Trends in T_w are increasing and spatially varied, with significant increases and occurrences above the critical 18 and 20°C thresholds for the southern Fraser and Similkameen Rivers. A sensitivity analysis indicated 0.5–1.5°C T_w increases for a 2.0°C T_a increase, and 0.2–0.6°C T_w increases for a 20% summer discharge decline. Overall, the results provide critical information for understanding the river ecosystem health, such as cold-water species habitat.     

Numerical simulation of scouring funnel in front of bottom orifice

The scouring funnel in front of a bottom orifice under the condition of fixed water levels is simulated by using an Eulerian two-phase model, with onsideration of the flow-particle and particle-particle interactions. The predictions of the scouring funnel shape agree well with laboratory measurements. The flow-field characteristics of the two phases and the influences of the hydraulic and geometric parameters on the shape of the scouring funnel are analyzed on the basis of the computation results. It is revealed that the non-dimensional maximum scour hole parameters, the depth d_m / d_o, the length l_m / d_o, and the half-width w_m / d_o, are linear with the densimetric Froude number Fr_o, the main parameter describing the scour hole, the centerline scour depth D_c and the half-scour width W_r vary according to a power law, and the transverse scour profiles exhibit strong similarities, the velocity distribution of the water is confined within the sink-like area near the orifice, and the mutual impact of the flows at the azimuthal sections and the resistances of the walls and the sand layer produce a vortex in the scour hole, that makes the sand particles to be suspended in the water, the exchanging water in the pore water is the main contributor in forcing the sand to move, and transporting the sand in the same direction as the pore water along azimuthal sections.