岩土力学 ›› 2026, Vol. 47 ›› Issue (10): 3575-3588.doi: 10.16285/j.rsm.2025.1155CSTR: 32223.14.j.rsm.2025.1155
王斌1, 2,傅辰宇1, 2,谭旭燕1, 2,李洋3,沙汝晨3
WANG Bin1, 2, FU Chen-yu1, 2, TAN Xu-yan1, 2, LI Yang3, SHA Ru-chen3
摘要: 变形是岩土结构稳定性评价的重要指标之一,例如深基坑围护结构的变形、盾构隧道的管片收敛变形等。针对传统岩土结构变形预测方法多以数据驱动为核心、高度依赖数据质量与数量这一工程与技术问题,提出了一种基于多保真网络的物理-数据双驱动预测框架。该框架包括两个模块,首先以深度算子学习网络(deep operator network,简称DeepONet)为基本架构构建低保真子网,挖掘数值仿真结果中包含的基本变形特征,提取结构变形的物理模式;然后构建基于残差的高保真子网,在子网的输入、输出端显式关联高、低保真数据,并以长短时记忆(long short-term memory,简称LSTM)神经网络为基本架构,实现物理引导的数据驱动,以此达到低保真解对高保真预测结果的引导与校正。该框架通过嵌入物理范式有效约束了数据模型的训练,降低了模型对纯数据的依赖,克服了数据质量的掣肘。最后将本框架在太湖隧道深基坑工程中进行了应用。结果表明,嵌入物理机制的双驱动方法预测精度显著高于单一数据驱动方法,两次预测任务所得结果的平均决定系数R2分别为0.93与0.96,相对于单一数据驱动方法分别提高了0.37与0.035;平均绝对误差MAE的平均值分别为0.265与0.21,相对降低了28%与27%;均方误差MSE的平均值分别为0.125与0.083,相对降低了84%与47%。
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