預(yù)測土壤壓縮系數(shù)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于軟±地基處理技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及一種軟±地基處理時軟±物理力學(xué)指標(biāo) 之間的相互關(guān)系的確定方法，具體設(shè)及利用基于小波的二型模糊支持向量機（SVM)預(yù)測± 壤壓縮系數(shù)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在軟±地基處理領(lǐng)域中，地基±的變形參數(shù)有著非常重要的作用，也是當(dāng)前巖± 工程領(lǐng)域研究的熱點。±壤壓縮系數(shù)（SCC)是其中一個重要的變形參數(shù)，可表征±壤的可 壓縮性。
[0003] ±壤壓縮系數(shù)可從壓縮試驗中獲得，但由于此類測試的費時性和困難性，實際可 操作性差，于是人們又試圖其它的方法?，F(xiàn)在的研究認(rèn)為±壤的物理特性決定了其壓縮性 能，因此在±壤壓縮系數(shù)和物理參數(shù)之間應(yīng)該存在一定的相關(guān)性，由于物理參數(shù)很容易得 至IJ，所W研究者們試圖使用±壤的物理參數(shù)去預(yù)測其壓縮系數(shù)。但是，現(xiàn)有的模型存在許多 缺陷，比如需要大量的物理參數(shù)、難W獲得良好的穩(wěn)定性及過擬合的風(fēng)險性。運些問題往往 導(dǎo)致盡管有大量的樣本內(nèi)數(shù)據(jù)，但對于樣本外數(shù)據(jù)仍不好推廣。
[0004] 支持向量機（SVM)是一種新的分類和回歸技術(shù)，在最近幾年已經(jīng)引起了廣泛的關(guān) 注。SVM建立基礎(chǔ)是統(tǒng)計學(xué)習(xí)理論。對于有正負(fù)樣本的二元分類問題，SVMW期能找到一個 最佳的分離超平面，它可W把數(shù)據(jù)分成兩類，在高度上具有最大余量或甚至無限變換的特 征空間，就像通過多變量差值的徑向基函數(shù)（RBF)功能所創(chuàng)建的無限維HUbed空間。最 大余量是由一組正負(fù)訓(xùn)練樣本構(gòu)成，它們最接近于分離超平面，被稱為是支持向量。特征 空間從輸入空間的轉(zhuǎn)換可W通過核技巧實現(xiàn)，運使得每個點積可被核函數(shù)簡單地代替。在 SVM分類中，根據(jù)不同的變換特征空間可選擇不同的核函數(shù)。所W，在SVM分類中內(nèi)核功能 發(fā)揮著重要作用，因為它們決定著功能空間，運個功能空間中數(shù)據(jù)進行分類且直接影響SVM 分類和回歸的結(jié)果和性能。
[0005] 然而，在許多應(yīng)用中，人們必須要處理的實際困難是如何選擇比任何其他內(nèi)核函 數(shù)更好，更適當(dāng)?shù)暮撕瘮?shù)。一個顯而易見的方法是嘗試很多不同的內(nèi)核，并選擇其中效果最 好的。但是，當(dāng)規(guī)?；蛴?xùn)練數(shù)據(jù)的屬性數(shù)量巨大的時候，運種方法可能是非常耗時的。另 一種相對耗時較少的方法是隨機選擇幾個有不同內(nèi)核的支持向量機（SVMs)，利用不同的 SVMs建立一個整體模型，生成一個復(fù)合回歸模型。由此產(chǎn)生的回歸模型可能優(yōu)于它的每一 個組成單一回歸模型，因為不同的回歸模型可能相互互補。為此，本發(fā)明提出了使用二型模 糊集理論結(jié)合多個SVMs形成的回歸模型。該模型采用的數(shù)據(jù)例從具有不同內(nèi)核的SVMs輸 入，并產(chǎn)生一個輸出。
[0006] 另外，單一尺度學(xué)習(xí)過程的一個可能的缺點是，它有時不足W解決復(fù)雜和困難的 問題，例如，一些非平穩(wěn)和非線性的現(xiàn)實問題，并且推廣性能差。為了解決推廣性能差的潛 在問題，我們有必要制定一個新的方法來評估和預(yù)測±壤壓縮系數(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對當(dāng)前軟±地基處理過程中±壤壓縮系數(shù)難W預(yù)測的現(xiàn)狀，本發(fā)明提供了利用 基于小波變換的多尺度二型模糊SVM學(xué)習(xí)范例來預(yù)測±壤壓縮系數(shù)的方法。
[000引為了實現(xiàn)本發(fā)明所述目的，發(fā)明人提供了W下技術(shù)方案。
[0009] 預(yù)測±壤壓縮系數(shù)的方法，具體操作步驟包括： 步驟一，現(xiàn)場取樣：鉆探取樣孔，利用薄壁取±器采取±樣，將±樣密封，備用；采取± 試樣和進行原位測試的勘察點應(yīng)結(jié)合地貌單元、地層結(jié)構(gòu)和±的工程性質(zhì)布置，其數(shù)量可 依據(jù)《巖±工程勘察規(guī)范》GB50021-2001的相關(guān)要求，占勘探點總數(shù)的1/4~1/2;采取± 試樣的數(shù)量和孔內(nèi)原位測試的豎向間距，應(yīng)按地層特點和±的均勻程度確定，每層±均應(yīng) 采取試樣或進行原位測試，其數(shù)量不宜少于6個；采取±樣時±應(yīng)充滿薄壁取±器； 步驟二，室內(nèi)±工試驗：測定步驟一所取±樣的界限含水率； 步驟=，預(yù)測±壤壓縮系數(shù)： ① 數(shù)據(jù)分解：根據(jù)室內(nèi)±工試驗結(jié)果，得到軟±物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，獲取最初的塑性 指數(shù)系列，用天平被其分解成各種正交分量，所得到的不同組件即為二型SVM的輸入，原始 系列.邸)被分解成一個近似值蜂(巧和細(xì)節(jié)4W，并且s'AW可W被類似地進一步分解為近似 值馬的和細(xì)節(jié)4輯)，運種分解過程可W重復(fù)逐次逼近，也可被反過來分解，在此篩選過程結(jié) 束，該系列纖可^表示為攤賊礙纖裝礙令^…+ ^^!!，其中，:法是細(xì)節(jié)的數(shù)量，％的是近 似值，：權(quán)絲胸:;峽讀獄是彼此正交的細(xì)節(jié)，將數(shù)據(jù)序列分解成多個分層次的有組織的分解 體； ② 計算保;和獄3 :通過5倍交叉驗證技術(shù)測定.獨!.和錢; ③SVM訓(xùn)練：一旦輸入模式和內(nèi)核寬度確定，SVM訓(xùn)練可通過樣本啟動，在本研究中， SVM的輸入端有4個部件，SVM網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練過程由Matl油的軟件包進行； ④ 上壤壓縮系數(shù)預(yù)測：訓(xùn)練結(jié)束后，使用經(jīng)訓(xùn)練的基于小波的多尺度二型SVM預(yù)測± 壤壓縮系數(shù)。
[0010] 本發(fā)明步驟一所述現(xiàn)場取樣是為了對巖±特性進行鑒定和各種室內(nèi)試驗提供所 需要的樣品而進行的工作。取樣采用鉆孔取樣的方式。
[0011] 取樣所使用的薄壁取上器壁厚為1. 25-2. 00mm，取樣擾動小、質(zhì)量高。
[0012] ±樣密封的過程是將±樣的上、下兩端各去掉20mm，加上一塊與±樣上下截面面 積相當(dāng)?shù)牟煌杆畧A片，置于蠟封容器中，誘灌蠟液至與容器口齊平，待蠟液凝固后扣上膠皮 或塑料保護帽。然后用配合適當(dāng)?shù)暮猩w將蠟封容器兩端蓋嚴(yán)，將所有接縫用紗布條蠟封或 用膠帶封口。
[0013] 為防止樣品混淆，每一個±樣蜂蠟后均應(yīng)填貼標(biāo)簽，標(biāo)簽上下方向應(yīng)與±樣上下 方向一致，并牢固的黏貼于容器外壁?！罉訕?biāo)簽應(yīng)記載內(nèi)容包括：工程名稱或編號、孔號、 ±樣編號、取樣深度、±類名稱、取樣日期、取樣人姓名?！罉訕?biāo)簽記載應(yīng)與現(xiàn)場鉆探記錄相 符。取樣的取上器型號、回收率等應(yīng)在現(xiàn)場記錄中詳細(xì)記載。
[0014] ±樣密封后應(yīng)置于溫度及濕度變化小的環(huán)境中，避免暴曬或冰凍。如需運輸±樣， 應(yīng)采用專用±樣箱包裝，±樣之間用柔軟緩沖材料填實，一箱±樣總重不宜超過40kg。對易 于震動液化、水分離析的±樣，不宜長途運輸，應(yīng)在現(xiàn)場就近進行室內(nèi)實驗。
[0015] ±樣采取之后至開始±工實驗之間的儲存時間，不宜超過兩周。
[0016] 本發(fā)明提出了一種小波分解為基礎(chǔ)的多尺度學(xué)習(xí)方法，它與SVMs和二型模糊理 論相結(jié)合，對±壤壓縮系數(shù)預(yù)測是一個新的學(xué)習(xí)模式，克服了現(xiàn)有方法的諸多缺點。適用于 交通、±木、市政、水利等工程的軟±地基處理技術(shù)領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發(fā)明的S維二型模糊隸屬函數(shù)（T2MF)，圖中（a)為主隸屬度下限(粗虛 線）和上限(粗實線)，嗔f和心分別是下界和上界，F(xiàn)0U為不確定性域，（b)為高斯次隸屬函 數(shù)，（C)為區(qū)間次隸屬函數(shù)，（d)為具有均勻隸屬函數(shù)的平均值、、。。
[0018]圖2為本發(fā)明建立模型(實線）和RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型(虛線）的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集誤差。
[0019] 圖3為本發(fā)明建立模型(實線）和RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型(虛線）的驗證數(shù)據(jù)集誤差。 圖4為瑞典科學(xué)家阿太堡劃分的界限含水率示意圖。
【具體實施方式】
[0020] -種利用基于小波的二型模糊支持向量機預(yù)測±壤壓縮系數(shù)的方法，步驟如下： 步驟一，現(xiàn)場取樣 鉆探過程用一定的設(shè)備、工具巧日鉆機）來破碎地殼巖石或±層，從而在地殼中形成一 個直徑較小、深度較大的鉆孔。鉆孔取樣數(shù)量依據(jù)《巖±工程勘察規(guī)范》GB50021-2001的 相關(guān)要求，占勘探點總數(shù)的1/4~1/2 ;采取±試樣的數(shù)量和孔內(nèi)原位測試的豎向間距， 應(yīng)按地層特點和±的均勻程度確定，每層±均應(yīng)采取試樣或進行原位測試，其數(shù)量不宜 少于6個；采取±樣時±應(yīng)充滿薄壁取±器；鉆孔取樣做法依照《原狀±取樣技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》 (JGJ89-92)規(guī)定進行： (1) 采取原狀±樣的鉆孔，其孔徑必須要比取±器外徑大一個等級； (2) 地下水位W上應(yīng)采用干法鉆進，不得注水或使用沖洗液，地下水位一下鉆進時應(yīng)采 用通氣通水的螺旋鉆頭。在鑒別地層方面無嚴(yán)格要求時，也可W采用側(cè)噴式?jīng)_洗鉆頭成孔， 但不得采用底噴式?jīng)_洗鉆頭。
[0021] 步驟二：室內(nèi)±工試驗 1. ±樣的制備和飽和 (1)目的和適用條件 ±樣在試驗前必須經(jīng)過制備過程，包括±的風(fēng)干、娠散、過篩、勻±、分試樣和儲存等預(yù) 備程序，W及制備試樣程序，試樣的制備程序是上工試驗工作的第一個質(zhì)量要素，為保證試 驗成果的可靠性和試驗數(shù)據(jù)的可比性，必須統(tǒng)一 ±樣和試樣的制備方法和程序。
[0022] 本試驗方法適用于粒徑小于60mm的原狀±和擾動±，對于粒徑大于等于60mm的 ±應(yīng)按有關(guān)粗粒料的試驗方法進行。
[002引 （2)試樣制備 1)原狀±試驗的制備 王?將±樣筒按標(biāo)明的上下方向放置，剝?nèi)ヅD封和膠帶，開啟±樣筒取出±試樣。檢查 ±樣結(jié)構(gòu)，當(dāng)確定±試樣已受擾動或取±不符合規(guī)定時，不應(yīng)制備力學(xué)性質(zhì)試驗的試樣。 [0024] 11據(jù)試驗要求用環(huán)刀切取試樣時，應(yīng)在環(huán)刀內(nèi)壁涂一薄層凡±林，刀口向下，將 環(huán)刀垂直下壓，并用切±刀沿環(huán)刀外側(cè)切削±樣，邊壓邊削至±樣高出環(huán)刀，根據(jù)試樣的軟 硬程度采用鋼絲據(jù)或切±刀平整環(huán)刀環(huán)刀兩側(cè)±樣，擦凈環(huán)刀外壁。稱環(huán)刀和±的總質(zhì)量， 同一組試樣間密度的允許差值為0. 03g/cm3。
[00巧]1|余±中取代表性試樣測定含水量。相對密度、顆粒分析、界限含水量等項試驗 的取樣，應(yīng)按1. 2(2)規(guī)定進行。
[0026] 1削試樣時，應(yīng)對±試樣的層次、氣味、顏色、夾雜物、裂縫和均勻性進行描述，對 低塑形和高靈敏度的軟±，制試樣時不得擾動。
[0027] 2)擾動試樣的制備 '王:試驗的數(shù)量視試驗項目而定，應(yīng)備用試樣廣2個。
[0028]i：i娠散的風(fēng)干±樣通過孔徑2mm或5mm的篩，取篩下足夠試驗用的±試樣，充分 拌勻，測定風(fēng)干含水率，裝入保濕缸或塑料袋內(nèi)備用。
[0029]il根據(jù)試驗所需的±量與含水率，制備試樣所需的加水量應(yīng)按下式計算：
式中nv-制備試樣所需的加水量（g);m〇-濕±(或風(fēng)干±)質(zhì)量（