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江苏沿海粉土物理力学特性与BPNN预测模型

谢洪平 韩超 杜长青 王博 袁帅

谢洪平, 韩超, 杜长青, 王博, 袁帅. 江苏沿海粉土物理力学特性与BPNN预测模型[J]. 岩土工程技术, 2023, 37(2): 194-200. doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2023.02.011
引用本文: 谢洪平, 韩超, 杜长青, 王博, 袁帅. 江苏沿海粉土物理力学特性与BPNN预测模型[J]. 岩土工程技术, 2023, 37(2): 194-200. doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2023.02.011
Xie Hongping, Han Chao, Du Changqing, Wang Bo, Yuan Shuai. Physical and Mechanical Properties and BPNN Prediction Model of Silty Soil in Coastal Area of Jiangsu Province[J]. GEOTECHNICAL ENGINEERING TECHNIQUE, 2023, 37(2): 194-200. doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2023.02.011
Citation: Xie Hongping, Han Chao, Du Changqing, Wang Bo, Yuan Shuai. Physical and Mechanical Properties and BPNN Prediction Model of Silty Soil in Coastal Area of Jiangsu Province[J]. GEOTECHNICAL ENGINEERING TECHNIQUE, 2023, 37(2): 194-200. doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2023.02.011

江苏沿海粉土物理力学特性与BPNN预测模型

doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2023.02.011
基金项目: 国家自然科学基金项目(51408595);中国地震局工程力学研究所基本科研业务费专项资助项目(2020D16);国网江苏省电力工程咨询有限公司2020年自主立项科技项目(J202006)
详细信息
    作者简介:

    谢洪平,男,1971年生,汉族,四川南充人,硕士,高级工程师,主要从事输变电工程建设、泛在电力物联网建设研究。 E-mail:xiehongping@js.sgcc.com.cn

    通讯作者:

    王 博,男, 1983年生,满族,河北承德人,博士,副教授,硕士生导师,主要从事地震液化方面的科研与教学工作。E-mail:wangbocumt@163.com

  • 中图分类号: TU 4

Physical and Mechanical Properties and BPNN Prediction Model of Silty Soil in Coastal Area of Jiangsu Province

  • 摘要: 江苏沿海地层以第四系海相或海陆相交互沉积成因的粉土和淤泥质粉土为主,地下水位高,工程性质较差,直接影响电网基础设施工程建设与后期运营安全。根据现场原位测试和室内试验数据,分析了江苏沿海地区粉土物理力学指标的变化范围、变异性以及指标之间的相互关系,土体黏聚力等力学指标的变异系数值在0.5附近,明显大于土体密度、液塑限等物性指标的变异系数;应用BPNN神经网络方法建立了粉土土性指标的预测模型,结果表明该模型预测效果良好,能反映粉土物理与力学性质指标之间的非线性关系,采用均方根误差(RMSE)和平均绝对误差(MAE)两个指标评价,土体压缩指标的预测精度要优于剪切强度指标。

     

  • 图  1  粉土试样XRD分析结果

    图  2  物理力学指标相关关系

    图  3  物理力学指标分布图

    图  4  BPNN模型示意图

    图  5  BPNN模型精度随神经元个数的变化

    图  6  BPNN模型损失随迭代次数的变化

    图  7  BPNN模型预测结果

    表  1  粉土的矿物成分分析

    试样非黏土矿物含量/%黏土矿物含量/%
    石英钾长石斜长石方解石白云石角闪石蒙脱石伊利石高岭石其他
    1#41381712568
    2#402101784863
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    表  2  粉土土性指标概率分布特征

    概率分布 天然密度
    /(g·cm−3)
    含水率
    /%
    饱和度
    /%
    孔隙比 液限
    /%
    塑限
    /%
    液性
    指数
    塑性
    指数
    黏聚力
    /kPa
    内摩擦角
    /(°)
    压缩系数
    /MPa−1
    压缩模量
    /MPa
    ${\chi ^{\text{2}}}$ 8.0 3.9 24.5 9.2 23.2 0.8 34.5 14.1 15.7 13.6 183.7 35.3
    偏度 −0.52 0.05 −80.99 −0.33 −0.01 −0.15 0.47 0.44 0 0 1.68 0.04
    峰度 0.52 −0.08 4.88 −2.44 −0.82 −0.27 0.99 −0.46 −0.5 −0.5 −1.33 −3.01
    正态检验 接受 接受 拒绝 接受 拒绝 接受 拒绝 拒绝 拒绝 拒绝 拒绝 拒绝
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    表  3  BPNN模型预测结果汇总

    评估指标 压缩系数
    /MPa−1
    压缩模量
    /MPa
    黏聚力
    /kPa
    内摩擦角
    /(°)
    训练集 RMSE 0.05 1.91 9.17 4.94
    MAE 0.03 1.37 6.61 4.00
    测试集 RMSE 0.09 2.17 9.71 6.53
    MAE 0.07 1.56 7.60 5.58
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-01-07
  • 修回日期:  2022-03-07
  • 录用日期:  2022-08-25
  • 刊出日期:  2023-04-08

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