一种软岩隧道可靠性评价方法与流程

技术特征：
1.一种软岩隧道可靠性评价方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、采用拉丁超立方抽样方法生成指定数量的参数数据集，并确定数值试验方案；s2、根据步骤s1确定的数值试验方案，采用flac3d有限差分软件进行数值模拟计算，得到指定测点位移量；并结合步骤s1生成的参数数据集，得到整体的参数-位移数据集；s3、通过多层神经网络算法，构建参数与位移的拟合模型，并采用萤火虫算法对多层神经网络模型超参数寻优，选取出最优超参数组合，得到最优拟合模型；s4、采集软岩隧道洞周实测位移数据，并根据洞周设计预留变形值，结合最优拟合模型，采用贝叶斯推断算法计算岩土力学参数的概率分布，据此反演待求围岩参数，得到优化的围岩力学参数；s5、根据步骤s4的计算结果，进一步计算得到软岩隧道初支护结构相应的可靠指标。2.根据权利要求1所述的一种软岩隧道可靠性评价方法，其特征在于，所述步骤s1具体包括以下步骤：s11、通过现场实测数据，确定待评价的围岩参数及其变化范围；s12、采用拉丁超立方抽样方法，生成指定数量的围岩参数数据集，并确定数值试验方案。3.根据权利要求2所述的一种软岩隧道可靠性评价方法，其特征在于，所述围岩参数包括围岩弹性模量、泊松比、围岩粘结力和围岩内摩擦角。4.根据权利要求1所述的一种软岩隧道可靠性评价方法，其特征在于，所述步骤s2具体包括以下步骤：s21、获取flac3d计算文件；s22、调用flac3d计算文件，记录洞周各测点的位移变化，并与步骤s1生成的参数数据集进行合并处理；s23、判断当前调用flac3d计算文件的次数是否达到预设阈值，若判断为是，则执行步骤s24，否则返回执行步骤s22；s24、输出得到合并后的整体参数-位移数据集。5.根据权利要求1所述的一种软岩隧道可靠性评价方法，其特征在于，所述步骤s3具体包括以下步骤：s31、按照设定比例将整体参数-位移数据集划分为训练集和测试集；s32、通过多层神经网络算法，建立输入输出样本数据间的关系，以构建得到参数与位移的拟合模型；s33、采用萤火虫算法，结合训练集和测试集，对步骤s32构建的拟合模型进行超参数调优，得到最优拟合模型。6.根据权利要求5所述的一种软岩隧道可靠性评价方法，其特征在于，所述步骤s33中超参数包括学习率、正则化参数、每一个隐层中神经元的个数、神经元激活函数、神经网络的层数、参加训练模型数据的规模、学习的回合数epoch、小批量数据minibatch的大小。7.根据权利要求5所述的一种软岩隧道可靠性评价方法，其特征在于，所述步骤s33具体包括以下步骤：s331、确定萤火虫算法中的自适应移动步长α和自适应光吸收系数γ；
s332、采用萤火虫算法不断迭代调用输入输出样本数据间的关系，通过求解目标函数的最优解，确定出拟合模型的最优超参数，即得到最优拟合模型。8.根据权利要求7所述的一种软岩隧道可靠性评价方法，其特征在于，所述步骤s331中自适应移动步长α和自适应光吸收系数γ具体为：收系数γ具体为：其中，α0、γ0分别为初始移动步长和初始光强吸收系数，c为确定随机性衰减速度的整数，itr
max
为最大迭代次数，itr
i
为当前迭代次数。9.根据权利要求3所述的一种软岩隧道可靠性评价方法，其特征在于，所述步骤s4具体包括以下步骤：s41、采集软岩隧道洞周实测位移数据，结合最优拟合模型，采用贝叶斯推断算法计算软岩隧道洞周实测位移数据对应的岩土力学参数的概率分布；s42、根据步骤s41中软岩隧道洞周实测位移数据对应的岩土力学参数的概率分布，得到岩土力学参数的置信区间，其中，概率分布均值对应的参数值即为优化的反演围岩力学参数，所述优化的反演围岩力学参数包括软岩隧道初支护结构洞周预留变形值对应的围岩弹性模量、粘结力和内摩擦角的计算值。10.根据权利要求9所述的一种软岩隧道可靠性评价方法，其特征在于，所述步骤s5中软岩隧道初支护结构相应的可靠指标具体为：其中，β为可靠性指标，μ
e
和σ
e
分别为围岩弹性模量的均值和标准差，μ
c
和σ
c
分别为围岩粘结力的均值和标准差，和分别为围岩内摩擦角的均值和标准差，e
*
、c
*
、分别为步骤s42反演计算得到的软岩隧道初支护结构洞周预留变形值对应的围岩弹性模量、粘结力和内摩擦角的计算值。

技术总结
本发明涉及一种软岩隧道可靠性评价方法，包括：生成指定数量的参数数据集，并确定数值试验方案；采用FLAC3D有限差分软件进行数值模拟计算，得到指定测点位移量，之后结合参数数据集，得到整体的参数-位移数据集；通过多层神经网络算法，构建参数与位移的拟合模型，采用萤火虫算法对多层神经网络模型超参数寻优，得到最优拟合模型；采集软岩隧道洞周实测位移数据，并根据洞周设计预留变形值，结合最优拟合模型，采用贝叶斯推断算法计算岩土力学参数的概率分布，据此反演待求围岩参数，得到优化的围岩力学参数，以进一步计算得到软岩隧道初支护结构相应的可靠指标。与现有技术相比，本发明能够快速、精准地得到软岩隧道结构可靠性评价结果。价结果。价结果。


技术研发人员：许建聪 杨成斌 芮国荣 张朋辉 张利军
受保护的技术使用者：中铁二十局集团第四工程有限公司
技术研发日：2022.01.27
技术公布日：2022/9/1