基于BP网络由横波波速确定黏性土地基承载力的校正方法技术

本申请提供了一种基于BP网络由横波波速确定黏性土地基承载力的校正方法，包含获取场地的横波波速样本值和标贯击数样本值；进行回归曲线拟合，得到第一拟合曲线；获取场地的横波波速实测值，并输入至BP网络中，根据BP网络输出的预测值，得到第二拟合曲线；利用第二拟合曲线对第一拟合曲线进行校正，得到校准曲线，查找对应标贯击数，根据得到的标贯击数与获取的实测孔隙比，利用规范查表确定地基承载力。本发明专利技术利用神经网络在进行线性回归拟合后充分考虑非线性因素，对拟合曲线进行校正。与常规勘察方法相比，能够大幅减弱外界因素对地勘进度的影响，减少原位测试实物工作量，为更好更快地确定黏性土地基承载力提供了新的技术手段。

【技术实现步骤摘要】
基于BP网络由横波波速确定黏性土地基承载力的校正方法
本专利技术涉及高速铁路黏性土地基承载力确定
，具体涉及一种基于BP网络由横波波速确定黏性土地基承载力的校正方法。
技术介绍
铁路建设正由数量规模型向质量效益型转变，而且建设区域也逐渐向艰险复杂山区、森林区、高陡地形、高海拔等区域拓展，越来越多的新建铁路要穿越地形地质条件十分复杂的山区，同时还面临日益增强的环保、工期要求，常规勘探手段越来越难以满足高铁的精度高和工期紧的勘察要求。不仅如此，山区地形地质条件普遍复杂，不良地质体类型繁多，如何提高勘探精度，避免遗漏重大不良地质也是工程勘察面临的重大挑战。要为建设精品铁路工程提供基础保障，需要强化基础勘察工作。地基承载力是高速铁路设计的重要指标之一，是工程勘察需要提供的重要岩土参数。不同地基承载力的桥梁、路基等工程，工程造价差异极大，地基承载力的不准确可能导致项目资金预算不准确，使得项目难以推进。不同的地基承载力也影响施工工艺及防护措施的选取，地基承载力不准确将带来极大的质量、安全问题。地基承载力是施工方法选择的依据，是进行科学管理及正确评价经济效益、确定结构上的荷载、确定结构的类型及尺寸、制定劳动定额、材料消耗标准等的基础。岩土一般分为盖层与基岩，基岩承载力一般较高，对工程建设安全影响较小。黏性土作为常见岩土，其承载力往往不均一，受含水率、孔隙比、成因及形成年代影响较大，对工程造价及措施选择影响较大。在勘察设计阶段，确定黏性土地基承载力主要有三种方法：（1）原位测试法：通过现场直接试验确定承载力（如平板载荷、标准贯入试验）；（2）理论公式法：根据实测的土的抗剪强度指标，利用理论公式计算承载力的方法；（3）规范表格法：根据室内试验指标、现场测试指标或野外鉴别指标（如密实度、孔隙比），通过查规范所列表格得到承载力的方法。三种方法都依赖钻机原位钻探的成果。其中，原位测试测量深度有限，耗时耗力；理论公式法和规范表格法也依赖钻探取得的样品和原位测试成果，工作量大，测试周期长，而且受地形限制显著，难以解决目前铁路工程勘探遇到的难题。而且这几种方法往往以点带面，无法得到连续的地质成果，达不到设计精度及调整的需要，也无法在缺乏钻探的情况下确定指定位置的地基承载力。对于越来越高的高铁地质勘察要求，目前常用的确定地基承载力技术存在不同程度的不足，亟需一种简便快捷的实用方法来解决这种难题。
技术实现思路
鉴于以上勘察难题及需求，本申请实施例致力于提供一种基于BP网络由横波波速确定黏性土地基承载力的校正方法，通过对横波波速进行线性回归得出横波波速与标贯击数的关系，利用BP网络对线性回归曲线进行校正，在对勘测数据进行线性拟合的同时，充分考虑数据的非线性因素，能更精准的预测标贯击数，从而通过规范表确定地基承载力，实现了能够大幅减弱气温、林区、交通和地形等因素对地勘进度的影响，减少原位测试实物工作量，大幅提高地质勘察效率。本专利技术提供一种基于BP网络由横波波速确定黏性土地基承载力的校正方法，包括：S1、获取场地的横波波速样本值和标贯击数样本值；S2、对所述横波波速样本值和标贯击数样本值进行回归曲线拟合，得到第一拟合曲线；S3、获取场地的横波波速实测值，并输入至训练好的BP网络中，根据BP网络输出的预测值，进行曲线拟合，得到第二拟合曲线；S4、利用第二拟合曲线对第一拟合曲线进行校正，得到校准曲线；S5、根据场地的横波波速实测值，利用校准曲线查找对应标贯击数，根据得到的标贯击数与获取的实测孔隙比，利用规范查表确定地基承载力。在本专利技术的一个实施例中，通过对横波波速进行线性回归得出横波波速与标贯击数的关系，利用BP网络对线性回归曲线进行校正，在对勘测数据进行线性拟合的同时，充分考虑数据的非线性因素，能更精准的预测标贯击数，从而通过规范表确定地基承载力。优选的，在S1中，获取场地横波波速时，包括以下方法：采用小间距采集横波数据集合，对横波数据集合中的横波数据进行处理和反演，得出高精度横波波速数值；对高精度横波波速数值计算场地横波波速数值交点，提取指定地区的横波波速；对获取的场地横波波速进行统计分析，对场地横波波速进行正态分布拟合，滤除落在小概率区间的横波波速异常点。进一步优选的，采集横波数据时，采集道间距设置为5-10m，保持检波器的一致性大于95%，原始数据信噪比大于2。进一步优选的，在步骤S2中，进行回归曲线拟合时，将所述横波波速样本值和标贯击数样本值输入EXCEL中，形成散点图图表，并在散点图图表中添加趋势线，根据R2值选择曲线类型，形成第一拟合曲线。进一步优选的，S3中，所述BP网络按照如下过程训练：将所述横波波速样本值和标贯击数样本值，进行数据清洗后分为训练集和测试集；将训练集中的横波波速样本值和标贯击数样本值输入构建的BP网络中进行非线性拟合训练；所述BP网络为三层神经网络包括输入层、隐含层和输出层；从输入层到隐含层和隐含层到输出层的传递函数分别采用logsig函数和purelin函数；利用训练后的网络参数，输入测试集的横波波速样本值，进行网络预测，根据输出的标贯击数预测值与测试集对应的标贯击数样本值，进行误差计算；误差满足预设阈值时，训练结束。在本实施例中，采用BP网络，进行非线性拟合，对输入的横波波速样本值和标贯击数样本值的离散数据，进行拟合后，充分考虑数据的非线性因素，能更精准的预测标贯击数。进一步优选的，在S3中，根据BP网络输出的预测值，进行曲线拟合，得到第二拟合曲线时，采用如下公式计算拟合度其中，R22为第二拟合曲线的拟合度，SSE为输入数据与输出的预测值的残差平方和，SST为输入数据与输出的预测值的总平方和。进一步优选的，利用第二拟合曲线对第一拟合曲线进行校正时，包括：S401、将第一拟合曲线和第二拟合曲线，至于同一坐标系中；S402、采用滑动阈值窗对两曲线进行扫描，当任意点位出现，两曲线之间的间隔大于滑动阈值窗的阈值时，查找该点位横坐标对应的两个原纵坐标，根据预设算法计算新纵坐标，并更新该点位的坐标值；作为修正后的第一拟合曲线中该点位的坐标值，形成新第一拟合曲线；S403、以滑动阈值窗的中心轨迹作为新第二拟合曲线，减小滑动阈值窗的阈值，对新第二拟合曲线和S402中新第一拟合曲线，再次进行扫描，并重复S402，最终形成校正曲线。在本实施例中，采用滑动阈值窗对两条曲线进行合并，通过多次重复逐步实现两曲线的平滑合并，实现了在两曲线差异较大的点位出现平滑过渡。进一步优选的，所述预设算法采用如下公式计算得出:其中，y为新纵坐标，R12为第一拟合曲线的拟合度，R22为第二拟合曲线的拟合度，y1为第一拟合曲线中该点的纵坐标，y2为第二拟合曲线中该点的纵坐标。在本实施例提供的预设算法中，以第一、第二拟合曲线的拟合度作为计算纵坐标的权重系数，在保持数据线性拟合的基础上，进行了拟合度优化，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于BP网络由横波波速确定黏性土地基承载力的校正方法，其特征在于，包括：/nS1、获取场地的横波波速样本值和标贯击数样本值；/nS2、对所述横波波速样本值和标贯击数样本值进行回归曲线拟合，得到第一拟合曲线；/nS3、获取场地的横波波速实测值，并输入至训练好的BP网络中，根据BP网络输出的预测值，进行曲线拟合，得到第二拟合曲线；/nS4、利用第二拟合曲线对第一拟合曲线进行校正，得到校准曲线；/nS5、根据场地的横波波速实测值，利用校准曲线查找对应标贯击数，根据得到的标贯击数与获取的实测孔隙比，利用规范查表确定地基承载力。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于BP网络由横波波速确定黏性土地基承载力的校正方法，其特征在于，包括：
S1、获取场地的横波波速样本值和标贯击数样本值；
S2、对所述横波波速样本值和标贯击数样本值进行回归曲线拟合，得到第一拟合曲线；
S3、获取场地的横波波速实测值，并输入至训练好的BP网络中，根据BP网络输出的预测值，进行曲线拟合，得到第二拟合曲线；
S4、利用第二拟合曲线对第一拟合曲线进行校正，得到校准曲线；
S5、根据场地的横波波速实测值，利用校准曲线查找对应标贯击数，根据得到的标贯击数与获取的实测孔隙比，利用规范查表确定地基承载力。


2.根据权利要求1所述的基于BP网络由横波波速确定黏性土地基承载力的校正方法，其特征在于，在S1中，获取场地横波波速时，包括以下方法：
采用小间距采集横波数据集合，对横波数据集合中的横波数据进行处理和反演，得出高精度横波波速数值；
对高精度横波波速数值计算场地横波波速数值交点，提取指定地区的横波波速；
对获取的场地横波波速进行统计分析，对场地横波波速进行正态分布拟合，滤除落在小概率区间的横波波速异常点。


3.根据权利要求2所述的基于BP网络由横波波速确定黏性土地基承载力的校正方法，其特征在于，采集横波数据时，采集道间距设置为5-10m，保持检波器的一致性大于95%，原始数据信噪比大于2。


4.根据权利要求1所述的基于BP网络由横波波速确定黏性土地基承载力的校正方法，其特征在于，在步骤S2中，进行回归曲线拟合时，将所述横波波速样本值和标贯击数样本值输入EXCEL中，形成散点图图表，并在散点图图表中添加趋势线，根据R2值选择曲线类型，形成第一拟合曲线。


5.根据权利要求2所述的基于BP网络由横波波速确定黏性土地基承载力的校正方法，其特征在于，S3中，所述BP网络按照如下过程训练：
将所述横波波速样本值和标贯击数样本值，进行数据清洗后分为训练集和测试集；
将训练集中的横波波速样本值和标贯击数样本值输入构建的BP网络中进行非线性拟合训练；
所述BP网络为三层神经网络包括输入层、隐含层和输出层；从输入层到隐含层和隐含层到输出层的传递函...

【专利技术属性】
技术研发人员：马元，李志华，崔庆国，杨国俊，秦海旭，祁晓雨，周学明，刘永高，郭云，苗鑫淼，
申请(专利权)人：中国铁路设计集团有限公司，中国国家铁路集团有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12