›› 2014, Vol. 35 ›› Issue (S2): 386-392.

• 岩土工程研究 • 上一篇    下一篇

克里金算法与多重分形理论在岩土参数随机场分析中的应用

王长虹1, 3,朱合华2,钱七虎3   

  1. 1.上海应用技术学院 轨道工程系,上海 200235;2. 同济大学 地下建筑与工程系,上海 200092; 3.解放军理工大学 国防工程学院,南京 210007
  • 收稿日期:2014-03-26 出版日期:2014-10-31 发布日期:2014-11-12
  • 作者简介:王长虹,男,1978年生,副教授、硕士生导师,主要从事时空随机场等方面的教学和科研。
  • 基金资助:

    国家自然科学基金(No. 51208303);国家973计划(No. 2011CB013800-G);上海市教委青年教师培养计划(No. yyy11007);上海市教委科技创新计划(No. 14ZZ162)。

Application of Kriging methods and multi-fractal theory to estimate of geotechnical parameters spatial distribution

WANG chang-hong1, 3, ZHU He-hua2, QIAN Qi-hu3   

  1. 1. Department of Rail Track Engineering, Shanghai Institute of Technology, Shanghai 200235, China; 2. Department of Geotechnical Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China 3. Engineering Institute of National Defense Engineering, PLA University of Science and Technology, Nanjing 210007, China
  • Received:2014-03-26 Online:2014-10-31 Published:2014-11-12

摘要: 岩土参数的空间分布特征由于存在取样数据之间自相关和互相关的特性,未知点的岩土参数属性可通过特定的方法内插或外推,经典的数理统计方法难以确定周围的数据样本点以及相应的插值系数。首先介绍地统计学中基于距离加权的普通克里金(ordinary kriging, OK)算法、泛克里金算法(UK)和协克里金算法(CK)。由于基于滑动距离加权的OK算法无法度量局部空间的奇异性,将引入多重分形理论弥补该缺陷。以2010上海世博会的世博轴区域(长525 m,宽80 m)为工程背景,区域内共有42个取土钻孔,以典型的粉质黏土层3个重要的物理力学指标,即黏聚力、内摩擦角和压缩模量验证以上算法。对于岩土参数黏聚力和内摩擦角,预测精度由高至低为多重分形联合模型(MK)、协克里金模型(CK)、泛克里金模型(UK)、普通克里金模型(OK);对于岩土参数压缩模量,相应的顺序为泛克里金模型和普通克里金模型位置互换。研究结果证明,在岩土参数空间场的分析中,辅助信息有助于提高数据预测精度,并且多重分形联合模型有助于分析空间局部的奇异性。

关键词: 普通克里金, 泛克里金, 协克里金, 多重分形, 随机场

Abstract: Due to spatial auto-correlation and inter-correlation among geotechnical observed data, the spatial geotechnical characteristics distribution at unknown location has to be extrapolated or interpolated by some special methods. However, classical statistical methods could not rationally resolve the problems which include selection of sample points, and comparison of spatial estimating weights between bilateral data. The distance-weighted ordinary Kriging (OK), universal Kriging (UK), and co-Kriging (CK) prediction methods for scattered data are introduced at first, which are known as the Kriging family in global geostatistics. Moreover, multi-fractal theory combining with co-Kriging (MK) is presented to depict the local singularity which should be ignored by Kriging of sliding weighted average algorithm. The performance is compared in different typical geotechnical parameters: cohesion coefficient c, friction angle and compression modulus . This study is based on the main axis (525 m long, 80 m wide) of Expo 2010 area of Shanghai, geotechnical test samples come from 42 boreholes. The performance of the different model fitness used in this study is MK, CK, OK and UK from the best to poor for parameters c and , and for parameter simulation, the sequence is MK, CK, UK and OK. The results prove that, in the most geotechnical occasions, auxiliary information would improve the prediction accuracy, and MK theory is useful tool to measure local singularity.

Key words: ordinary Kriging(OK), universal Kriging(UK), co-Kriging(CK), multi-fractal(MK), random field

中图分类号: 

  • TU 452
[1] 夏侯云山, 张抒, 唐辉明, 刘晓, 吴琼, . 考虑参数空间变异结构的结构化交叉约束 随机场模拟方法研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(12): 4935-4945.
[2] 郭重阳,李典庆,曹子君,高国辉,唐小松. 考虑空间变异性条件下的边坡稳定可靠度高效敏感性分析[J]. , 2018, 39(6): 2203-2210.
[3] 蒋水华,曾绍慧,杨建华,姚 池,黄劲松,周创兵,. 不排水抗剪强度非平稳随机场模拟及边坡可靠度分析[J]. , 2018, 39(3): 1071-1081.
[4] 张翠莲. 节理岩体力学性能不确定性分析方法研究[J]. , 2016, 37(9): 2721-2727.
[5] 陈 健,王占盛,戎虎仁,. 互相关参数随机场反演的“一体两分”方法[J]. , 2016, 37(6): 1773-1780.
[6] 薛东杰,周宏伟,任伟光,赵 彪. 北山花岗岩深部节理间距分布多重分形研究[J]. , 2016, 37(10): 2937-2944.
[7] 舒苏荀,龚文惠. 二维随机场下边坡稳定性的径向基函数神经网络分析法[J]. , 2015, 36(4): 1205-1210.
[8] 陈世江 ,朱万成 ,于庆磊 ,王青元,. 基于多重分形特征的岩体结构面剪切强度研究[J]. , 2015, 36(3): 703-710.
[9] 闫澍旺 ,郭林坪 ,曹永华,. 岩土工程可靠度分析中方差折减函数确定的一般规律[J]. , 2014, 35(8): 2286-2292.
[10] 王 涛 ,周国庆 ,阴琪翔 ,夏利江,. 岩土参数随机场离散的三角形单元局部平均法[J]. , 2014, 35(5): 1482-1488.
[11] 李晓军 ,张振远,. 基于指示和普通克里金的不连续地层厚度估计方法[J]. , 2014, 35(10): 2881-2887.
[12] 张社荣,王 超,孙 博. Bayes约束随机场下坝基溶蚀区随机模拟方法及其影响分析[J]. , 2013, 34(8): 2337-2346.
[13] 张社荣,严 磊,王 超,孙 博,撒文奇. 基于随机有限元法的溶蚀坝基系统建坝适应性评价[J]. , 2012, 33(2): 597-603.
[14] 许福乐 ,王恩元 ,宋大钊 ,宋晓艳 ,魏明尧. 煤岩破坏声发射强度长程相关性和多重分形分布研究[J]. , 2011, 32(7): 2111-2116.
[15] 王长虹 ,朱合华 . 多重分形与Kriging插值在地层模型生成中的应用[J]. , 2011, 32(6): 1864-1868.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 宫伟力,安里千,赵海燕,毛灵涛. 基于图像描述的煤岩裂隙CT图像多尺度特征[J]. , 2010, 31(2): 371 -376 .
[2] 万 智,董 辉,刘宝琛. 基于正交设计下SVM滑坡变形时序回归预测的超参数选择[J]. , 2010, 31(2): 503 -508 .
[3] 孙曦源,栾茂田,唐小微. 饱和软黏土地基中桶形基础水平承载力研究[J]. , 2010, 31(2): 667 -672 .
[4] 王明年,郭 军,罗禄森,喻 渝,杨建民,谭忠盛. 高速铁路大断面黄土隧道深浅埋分界深度研究[J]. , 2010, 31(4): 1157 -1162 .
[5] 胡勇刚,罗 强,张 良,黄 晶,陈亚美. 基于离心模型试验的水泥土搅拌法加固斜坡软弱土地基变形特性分析[J]. , 2010, 31(7): 2207 -2213 .
[6] 谭峰屹,姜志全,李仲秋,颜惠和. 附加质量法在昆明新机场填料压实密度检测中的应用研究[J]. , 2010, 31(7): 2214 -2218 .
[7] 柴 波,殷坤龙,肖拥军. 巴东新城区库岸斜坡软弱带特征[J]. , 2010, 31(8): 2501 -2506 .
[8] 王维铭,孙 锐,曹振中,袁晓铭. 国内外地震液化场地特征对比研究[J]. , 2010, 31(12): 3913 -3918 .
[9] 杨召亮,孙冠华,郑 宏. 基于潘氏极大值原理的边坡稳定性的整体分析法[J]. , 2011, 32(2): 559 -563 .
[10] 王光进,杨春和,张 超,马洪岭,孔祥云,侯克鹏. 超高排土场的粒径分级及其边坡稳定性分析研究[J]. , 2011, 32(3): 905 -913 .