›› 2011, Vol. 32 ›› Issue (12): 3821-3826.

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基于BP神经网络的岩土体细观力学参数研究

周 喻1,吴顺川1, 2,焦建津1,张晓平3   

  1. 1.北京科技大学 土木与环境工程学院,北京 100083;2.北京科技大学 金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室,北京 100083; 3.中国科学院地质与地球物理研究所,北京 100029
  • 收稿日期:2010-08-19 出版日期:2011-12-10 发布日期:2011-12-13
  • 通讯作者: 吴顺川,男,1969年生,博士,教授,博士生导师,主要从事岩土工程、采矿工程等方面的教学与研究工作。E-mail:wushunchuan@ustb.edu.cn E-mail:westboy85@sina.com
  • 作者简介:周喻,男,1985年生,博士研究生,主要从事岩体力学研究工作
  • 基金资助:

    国家自然科学基金项目(No. 51074014);长江学者和创新团队发展计划资助项目(No. IRT0950);国家留学基金资助(No. [2011]3005)

Research on mesomechanical parameters of rock and soil mass based on BP neural network

ZHOU Yu1, WU Shun-chuan1, 2, JIAO Jian-jin1, ZHANG Xiao-ping3   

  1. 1. School of Civil and Environment Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China; 2. Key Laboratory of Ministry of Education for Efficient Mining and Safety of Metal Mines, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China; 3. Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China
  • Received:2010-08-19 Online:2011-12-10 Published:2011-12-13

摘要: 目前颗粒流计算方法中所采用的细观力学参数,均需根据岩土体宏观力学参数试验结果反复调试获取,调试效率很低且有较大的盲目性,因此,急需引入一种新方法,建立岩土体宏观力学参数与细观力学参数的关系。基于PFC3D程序,采用BP(back propagation)神经网络方法,建立宏观力学参数与细观力学参数的非线性模型,通过输入宏观力学参数,即可快速、准确地反演岩土体细观力学参数。研究结果表明:(1)根据BP神经网络模型反演确定的细观力学参数,输入数值模型计算其宏观力学参数,结果与试验值相比,精度一般高于90%;(2)当模型最小尺度上的颗粒数RES = 10、隐含层含6个神经元时,BP神经网络模型的反演性能最佳。实例计算表明,BP神经网络模型对于岩土体细观力学参数的确定具有良好的反演性能,该方法为颗粒流理论的推广应用提供了新的技术手段。

关键词: BP神经网络, 颗粒流法, 宏观力学参数, 细观力学参数, 反演

Abstract: At present, in particle flow theory, mesomechanical parameters can only be obtained by varying them until the macro mechanical parameters of the numerical sample match that of the laboratory rock-soil mass sample. The adjustment process is inefficient with some blindness; so a new method should be introduced to establish the relationship between macro mechanical parameters and mesomechanical parameters. Based on PFC3D program, a nonlinear network model linked macro mechanical parameters and mesomechanical parameters is founded by adopting back propagation (BP) neural network; so mesomechanical parameters can be inversed rapidly and accurately by inputting macro mechanical parameters. Some study results are gained as follows: (1) Precision of macro mechanical parameters calculated by inversed results are generally over 90%. (2) Inversion performance of BP neural network model is best when RES, which means the number of particles across the minimum scale of the model, is equals to 10 and the hidden layer has six neurons. Application results show that BP neural network model exhibits an excellent inversion ability of mesomechanical parameters of rock-soil mass and provides a new technical approach for application of particle flow theory.

Key words: BP neural network, particle flow theory, macro mechanical parameters, mesomechanical parameters, inversion

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