基于hopfield網(wǎng)絡(luò)的地下工程圍巖穩(wěn)定性分類

1、第33卷增刊1巖土工程學(xué)報(bào)Vol.33Supp.12011年.8月ChineseJournalofGeotechnicalEngineeringAug.2011基于Hopfield網(wǎng)絡(luò)的地下工程圍巖穩(wěn)定性分類常利營(yíng)，盧建移，段波，陳群（四川大學(xué)水力學(xué)與山區(qū)河流開(kāi)發(fā)保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，水利水電學(xué)院，四川成都610065）摘要：運(yùn)用具有聯(lián)想記憶功能的Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)地下工程的圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行分類，選用巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD、巖石單軸飽和

2、抗壓強(qiáng)度Rw、完整性系數(shù)Kv、結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度系數(shù)Kf和地下滲水量ω等5個(gè)指標(biāo)作為分類的影響因素，利用matlab中提供的函數(shù)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)并進(jìn)行仿真，通過(guò)對(duì)分類標(biāo)準(zhǔn)的記憶，建立一個(gè)可以對(duì)地下工程圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行分類的hopfield網(wǎng)絡(luò)。然后將網(wǎng)絡(luò)用于漫灣水電站和廣州抽水蓄能電站兩個(gè)工程圍巖的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行圍巖分類，來(lái)檢驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)的分類能力。研究表明，Hopfield網(wǎng)絡(luò)的分類結(jié)果是比較可靠的，網(wǎng)絡(luò)收斂速度很快，具有很好的實(shí)用性。關(guān)鍵詞：Hopfield

3、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；穩(wěn)定性分類；圍巖；地下工程中圖分類號(hào)：TU47文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1000–4548(2011)S1–0187–04作者簡(jiǎn)介：常利營(yíng)(1986–)，女，博士研究生，主要從事土力學(xué)方向研究。Email:lujianyi1988@。StabilityclassificationofadjoiningrockofundergroundengineeringbasedonHopfieldwkCHANGLiyingLUJianyiD

4、UANBoCHENQun(StateKeyLabatyofHydraulicsMountainRiverEngineeringCollegeofHydraulicHydroelectricEngineeringSichuanUniversityChengdu610065China)Abstract:TheHopfieldneuralwkwithassociativememyfunctionisusedinthestabilityclas

5、sificationofadjoiningrockofundergroundengineering.Fiveindexesincludingrockqualitydesignation(RQD)uniaxialcompressivestrength(Rw)integralitycoefficient(Kv)strengthcoefficientofstructuralplane(Kf)seepagemeasurementofground

6、water(ω)areedasthefactswhichaffecttheclassification.Thefunctionprovidedbymatlabtoolboxisusedtobuildawkfstimulation.AftermemizingthestardofclassificationaHopfieldwkisestablishedfthestabilityclassificationofadjoiningrockof

7、undergroundengineering.ThenthewkisusedintheclassificationofthemeasuredsamplesoftwoprojectsManwanHyowerStationGuangzhouPumpedStagePowerStationtodetecttheclassificationabilityofthewk.Theresearchshowsthattheclassificationre

8、sultsbasedontheHopfieldwkarereliable.Thewkhasafastconvergenceratehighpracticability.Keywds:Hopfieldneuralwkstabilityclassificationadjoiningrockundergroundengineering0引言地下工程圍巖圍巖穩(wěn)定性分類是評(píng)價(jià)圍巖性質(zhì)、判斷地下工程穩(wěn)定性的前提，是進(jìn)行工程設(shè)計(jì)和制定相應(yīng)工程措施的重

9、要依據(jù)[1]。近年來(lái)，許多新方法不斷被用在圍巖穩(wěn)定性的分類中，如突變級(jí)數(shù)法[1]、集對(duì)分析和聯(lián)系熵法[2]、灰色優(yōu)化理論[3]、模糊數(shù)學(xué)[4]、支持向量機(jī)[5]以及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[6]等方法。這些方法在進(jìn)行圍巖分類中都有一定的優(yōu)勢(shì)，所得結(jié)果也比較一致。其中，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中主要應(yīng)用于地下工程的是BP網(wǎng)絡(luò)，而Hopfield網(wǎng)絡(luò)還沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用。由于Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有很好的聯(lián)想記憶能力，在模式識(shí)別上有著極高的應(yīng)用價(jià)值，并且已經(jīng)在

10、郵政、農(nóng)業(yè)、交通、商業(yè)票據(jù)管理以及水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)[7]等方面都有了比較成功的經(jīng)驗(yàn)，因此本文采用Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)地下工程的圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行分類，并通過(guò)兩個(gè)工程實(shí)例來(lái)驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)的可靠性。1計(jì)算原理1.1Hopfield網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Hopfield網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示，它是一種單層反饋非線性網(wǎng)絡(luò)，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的輸出均反饋到其他節(jié)點(diǎn)的輸入，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)都不存在自反饋。Hopfield網(wǎng)絡(luò)有兩種類型，即離散型和連續(xù)型，其中離散型Hopfield網(wǎng)絡(luò)主要用

11、于聯(lián)想記憶，連續(xù)型Hopfield網(wǎng)絡(luò)主要用───────收稿日期：2011–04–29增刊1常利營(yíng)，等.基于Hopfield網(wǎng)絡(luò)的地下工程圍巖穩(wěn)定性分類189表3廣州抽水蓄能電站二期工程圍巖穩(wěn)定性分類結(jié)果Table3StabilityclassificationresultsfadjoiningrockofsecondstageprojectinGuangzhouPumpedStagePowerStation判別類別進(jìn)尺風(fēng)化蝕變情況R

12、QD%RwMPaKvKfω[L(min10m)1]BP網(wǎng)絡(luò)法突變級(jí)數(shù)法SVM法Hopfield網(wǎng)絡(luò)法26.036.00.220.355.0ⅣⅣⅣⅣ0000~0067中―弱風(fēng)化斷層蝕變帶50.040.20.500.5010.0ⅢⅢⅢⅢ52.025.00.200.505.0ⅢⅢⅢⅢ0067~0130弱風(fēng)化71.090.00.350.3018.0ⅢⅢⅢⅢ75.095.00.700.500.0ⅡⅡⅡⅡ0130~0198微風(fēng)化77.590.00.

13、570.4510.0ⅡⅡⅡⅡ50.070.00.500.255.0ⅢⅢⅢⅡ50.934.00.320.3521.0ⅢⅢⅢⅢ31.520.00.230.2546.0ⅣⅣⅣⅣ0198~0297斷層蝕變帶50.626.00.260.3520.0ⅢⅢⅢⅣ75.590.00.450.528.0ⅡⅡⅡⅡ85.594.00.650.550.0ⅡⅡⅡⅡ0297~0406微風(fēng)化80.095.00.500.450.0ⅡⅡⅡⅡ0406~0426斷層蝕變帶35

14、.070.50.350.3010.0ⅣⅢⅢⅢ50.090.00.500.255.0ⅢⅢⅢⅡ85.093.00.600.500.0ⅡⅡⅡⅡ0426~0560微風(fēng)化78.592.00.550.506.0ⅡⅡⅡⅡ0560~0622斷層蝕變帶30.270.00.400.2010.0ⅣⅢⅢⅢ0622~0686微風(fēng)化85.092.00.700.5010.0ⅡⅡⅡⅡ0727~0828微風(fēng)化51.035.00.320.3515.0ⅢⅢⅢⅢ87.095.

15、00.500.450.0ⅡⅡⅡⅡ廠房區(qū)微風(fēng)化82.096.00.750.350.0ⅡⅡⅡⅡ結(jié)果與其他方法得到的結(jié)果有差別外，其余的分類結(jié)果非常一致，說(shuō)明運(yùn)用Hopfield網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行地下工程圍巖穩(wěn)定性的分類是可行的，其分類的結(jié)果比較準(zhǔn)確，且原理簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。（2）在這兩個(gè)實(shí)際工程中，有4個(gè)樣本的分類結(jié)果出現(xiàn)了微小偏差。如漫灣水電站2號(hào)導(dǎo)流洞1號(hào)段的第二組數(shù)據(jù)，RQD和ω指標(biāo)在第三類，Rw和Kv指標(biāo)在第二類，Kf指標(biāo)在第四類，因此此處的

16、圍巖劃分為第三類比較合適；廣州抽水蓄能電站二期工程中0198～0297進(jìn)尺處第四組數(shù)據(jù)，RQD和ω指標(biāo)在第三類，Rw，Kv和Kf指標(biāo)在第四類，因此此處圍巖劃分為第四類也是比較合適的。廣州抽水蓄能電站二期工程中的另外兩組數(shù)據(jù)的結(jié)果有偏差，主要是因?yàn)镠opfield網(wǎng)絡(luò)中輸入的模式都是二值型，即1和1，它不能考慮到數(shù)據(jù)的連續(xù)性和某一指標(biāo)隸屬于某一級(jí)別的程度，因此得到的結(jié)果與其它方法的分類結(jié)果有些差別，但是都是在可接受的范圍內(nèi)。3結(jié)語(yǔ)運(yùn)用Ho