基于灰色-马尔可夫链的隧道围岩变形预测研究

隧道工程施工中,围岩变形是一种常见的工程问题,当变形量达到一定数值时,会影响工程质量,给施工人员带来安全隐患,延误工期.因此,隧道围岩变形预测是保证施工安全,以及工程质量的重要措施.隧道围岩的变形在受到地质构造、地层岩性、应力场、地下水、开挖方式等多种因素的综合影响下,具有时间序列的单调增长性和随机性的特点,针对该特征,将灰色模型预测方法和马尔可夫链概率转移方法结合起来,建立灰色-马尔可夫链模型对围岩的变形进行预测.该预测方法是利用GM(1,1)模型的预测数列增长的特点,来预测围岩变形的宏观发展趋势,在此基础上应用马尔可夫链确定位移时序的状态转移概率矩阵,通过对状态的划分、实测值与灰色拟合值的绝对误差及相对误差等指标的分析,对围岩变形的发展趋势进行更为精确的预测.通过两水隧道算例,隧道围岩变形的计算结果与实测值吻合较好,表明所建立的灰色-马尔可夫链模型是正确的,在隧道围岩变形预测中具有广泛推广应用价值.     

隧道变形预测的灰色与回归模型对比分析

模型预测法是目前常用的隧道围岩变形预测的方法之一。文章结合广梧高速公路茶林顶隧道工程实例,建立GM（1,1）灰色模型、GM（2,1）灰色模型和双曲函数回归模型分别对隧道围岩变形进行预测,并对各模型的预测情况进行对比分析。结果表明,不论是从短期还是从长期看,GM（1,1）灰色模型都体现了优越的模拟和预测效果,且建立预测模型时不需要大量的统计数据,可应用于工程实际。     

基于缓冲算子修正的新维无偏灰色模型的洞室围岩位移预测

洞室围岩位移预测是保证施工安全以及工程质量的重要措施。文章针对洞室围岩变形具有时间序列的单调增长性和随机动态性等特征,基于无偏灰色GM(1,1)预测模型的构建理论,引入指数型弱化缓冲算子来消除围岩位移原始数据序列所受的随机干扰,同时结合新信息优先的原理,提出了一种基于缓冲算子修正的新维无偏灰色GM(1,1)模型对围岩位移进行预测并将该模型应用于旁多水利枢纽工程洞室围岩位移时序预测中。结果表明,该模型具有精度高、科学可靠的特点,为洞室围岩位移预测提供了新的途径。     

基于非等间距GM(1,1)模型群对深井巷道围岩变形的预测

针对时间间距不同的深井巷道围岩变形问题,文章建立了全数据非等间距GM(1,1)模型和不同维数的部分数据非等间距GM(1,1)模型,通过误差比较分析,得到了相对误差最小的模型为5维部分数据非等间距GM(1,1)模型,并对巷道顶底板和两帮位移量做出了预测。结果表明:在一定范围内,维数越小,非等间距GM(1,1)模型的平均相对误差越小,为预测巷道围岩变形提供了一种良好的方法。     

基于灰色理论的隧道围岩收敛预测

文章根据隧道围岩收敛监测信息,应用灰色系统原理和方法,建立了GM(1,1)模型并进行了预测。预测结果表明,灰色模型预测值与实测值吻合程度较好,能为隧道的动态设计和信息化施工提供决策依据。     

灰色理论在土石混填路基工后沉降预测中的应用

运用灰色理论建立了土石混填路基的非等时距预测模型,同时,为了预测土石混填路基工后沉降,建立了土石混填路基工后沉降的GM(2,1)模型。通过实例计算表明,GM(2,1)模型预测精度较GM(1,1)灰色模型高,在土石混填路基工后沉降预测中具有较大的实用价值。     

等里程间隔GM(1,1)模型在关角隧道6号斜井涌水量预测中的应用

在原始灰色GM(1,1)模型的基础上,通过运用等间距里程序列的分析方法建立模型,并对关角隧道6号斜井的涌水量进行了模拟预测。经检验,预测结果精度较高,对隧道工程涌水量的短期预测具有较大的实用价值。     

原油管道结蜡预测模型研究

利用灰色GM(1,1)模型的全息信息特性,在不需要多因素分析的情况下,建立了输油管道的结蜡速度和结蜡厚度的灰色GM(1,1)模型,实现了部分信息情况下的原油管道结蜡预测。实际计算表明:该模型误差在±2%以内,完全满足工程实际需要。     

非等时距灰色预测模型在连拱隧道监测中的应用

针对对门坡连拱隧道采用中导洞上下台阶法施工过程中隧道洞内变形的现场监测信息,采用非等距灰色预测模型对连拱隧道施工过程中隧道围岩的变形趋势进行了预测,并将预测结果与由指数模型和双曲线模型得到的结果进行了对比分析.分析结果和工程实践表明,其预测结果精度高,更接近于实测值,能很好地反映连拱隧道围岩的变形规律.     

灰色GM(1,1)模型在靖西天然气管道负荷预测中的应用

靖西天然气管道是重要输气干线,准确预测需求负荷变化情况,确保管道安全、平稳、高效供气意义重大。文中以灰色理论为基础,利用管道历年气量数据建立灰色预测的GM(1,1)模型,采用后验差检验对预测模型进行检验,并对该管道未来用气需求量进行预测。计算结果显示:灰色GM(1,1)模型预测结果与实际结果具有较好的一致性,精度能够满足实际应用的要求,预测结果对靖西管道运行管理具有一定的借鉴作用。     

不等时距GM(1,1)模型在预测输气管道腐蚀中的应用

根据等时距GM(1,1)模型建立了不等时距GM(1,1)预测模型,该模型可应用于利用腐蚀指标的原始数据来预测以后的输气管道腐蚀情况。验证表明:不等时距灰色模型扩大了等时距灰色模型的应用范围,在小样本的情况下同样可以做出较准确预测,为输气管道的防腐提供了可靠的依据。     

基于积分求导还原思想的新型边坡变形预测UGM(1,1)建模方法

文章通过研究传统预测模型的误差来源和传统UGM(1,1)灰色预测模型建模原理,提出一种基于积分求导还原思想构建的新UGM(1,1)模型,并以某高速公路一段路基边坡实测数据为依据,验证新型UGM(1,1)灰色预测模型的可行性及其预测结果的可靠性。算例预测结果表明:新UGM(1,1)模型的拟合和预测精度误差均达到合理范围5%以内,对非等时距灰色预测模型数值预测具有一定的参考价值。     

基于多变量GP-DE模型的隧道变形时间序列预测研究

准确预测和控制隧道变形是确保隧道工程施工安全的重点。针对目前隧道围岩变形时间序列预测的不足,文章提出了一种基于多变量高斯过程(GP)-差异进化算法(DE)的隧道变形时间序列预测方法。根据隧道自动化监测结果进行多变量相空间重构,并通过主成分分析法降低输入维数。在此基础上采用GP-DE模型进行隧道变形预测研究。以吉林省高丽沟隧道围岩拱顶位移为例进行预测,将预测结果与BP神经网络、SVM模型预测结果进行比较。研究结果表明,多变量时间序列的GP-DE模型具有更高的预测精度,预测值与实测值吻合更好,是一种有效的隧道位移预测方法。     

基于灰色上、下限理论的土质隧道变形预测分析及安全评价

在隧道变形预测中,灰色模型只能预测隧道变形的总体趋势,而不能反映预测误差带来的波动性,给隧道变形的前期预警带来困难。文章针对灰色理论在土质隧道变形预测中的这一缺陷,提出了灰色上、下限理论方法,通过对灰色模型中存在的预测误差进行处理,定出灰色预测的上、下界限,使模型具有一定的预测宽度,改变了灰色模型关于时序的点预测形式,为隧道变形预警提供了一定的前期准备时间;同时,根据变形控制线与灰色上、下限曲线以及灰色中线的相交形式,对土质隧道变形的安全等级加以划分,从而更为合理地判断土质隧道变形的安全性。     

基于小波变换与卡尔曼滤波结合的GM(1,1)模型在高铁隧道沉降变形分析中的应用

高铁隧道的变形量较小,但受随机噪声的干扰较大,使得监测得到的沉降曲线不能反映实际的沉降情况。鉴于此,文章提出了基于小波变换与卡尔曼滤波相结合的RLG降噪方法,该方法既有小波变换的去相关作用和多分辨分析功能,又有卡尔曼滤波对未知信号的线性无偏最小方差估计的特点。采用GM(1,1)预测模型对降噪后的数据进行分析,得到的结论是:基于小波变换与卡尔曼滤波相结合的GM(1,1)模型的精度较基于卡尔曼滤波的GM(1,1)模型的精度高,可有效地运用于高铁隧道沉降分析中。     

灰色模型在路基沉降预测中的对比研究

为了确定合适的工后沉降预测模型,文章以桂东四都至八面山公路典型路基断面实测数据为研究对象,采用GM(1,1)模型、UGM(1,1)模型及Verhulst模型分别建立模型,对工后沉降进行预测分析。结果表明:在拟合阶段时,GM(1,1)模型的平均误差绝对值比UGM(1,1)模型和Verhulst模型分别高出约30%和15%;在预测阶段的精度对比分析中,UGM(1,1)模型在各方面均优于Verhulst模型,能够准确地预测路基沉降的真实情况。     

改进不等时距GM模型在施工控制中的应用

刚构桥施工过程中应力变化复杂,影响因素多,较难预测把握应力发展趋势,实测应力缺失时,单一使用GM(1,1)模型预测精度低,对原始应力数据要求苛刻.文章改进了不等时距GM(1,1)模型,结合罗天乐特大桥工程进行验证,结果表明,改进不等时距GM(1,1)模型在刚构桥施工应力预测中具有较好的适用性和较高的预测精度.     

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

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。     

运用灰色理论预测隧道变形的探讨

隧道变形监测对于隧道的安全有着重要的作用.运用灰色理论GM模型对其变形数据进行预测分析,发现灰色理论对隧道的变形有一定的预测效果,同时了解到不同样本数据其预测精度存在差异.为此,提出使用二次拟合参数法对其进行改进,得出二次拟合参数法对低精度的预测模型有一定的改进效果,而对于较高精度的预测模型效果并不显著.     

滑动平均法在刚构桥施工应力预测中的应用

文章针对刚构桥施工过程中应力不确定性影响因素,介绍通过滑动平均法GM(1,1)模型对数据进行建模前预处理方法,并结合葫芦鼎大桥工程实例,验证了滑动平均法建立GM(1,1)模型在刚构桥施工应力预测中较好的适用性和较高的预测精度,也是对原始GM(1,1)模型的一种改进。