摘 要:在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí),巖土問(wèn)題也隨之暴露出來(lái)。在地下工程使用的巖土材料本身的隨機(jī)性、模糊性和不確定性使得巖土問(wèn)題更增加了多場(chǎng)(溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、滲流場(chǎng))、多態(tài)(氣態(tài)、固態(tài)、液態(tài))的復(fù)雜耦合問(wèn)題,給具體的施工帶來(lái)了許多困難,因此,本文就針對(duì)巖土工程中的不確定性進(jìn)行了研究和探討。 
關(guān)鍵詞:巖土工程 不確定性系統(tǒng) 專(zhuān)家系統(tǒng) 
  由于巖土自身性質(zhì)的模糊性和地質(zhì)勘探技術(shù)的局限性使得在施工過(guò)程中的巖土問(wèn)題更加復(fù)雜,再加上外界因素的影響,巖土模型的選取和力學(xué)分析的難度就更大。為了實(shí)現(xiàn)城市現(xiàn)代化和生態(tài)和諧發(fā)展,要充分將新理念、新技術(shù)、新方法應(yīng)用到系統(tǒng)研究上來(lái)。 
  1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 
  隨著社會(huì)現(xiàn)代化的發(fā)展,交通運(yùn)輸不斷發(fā)達(dá),人們對(duì)空間的需求越來(lái)越大,尤其是地下空間的利用,包括地鐵、邊坡工程、隧道等在內(nèi)的巖土工程,不斷的用來(lái)改善急劇增加的人口密度問(wèn)題。但是,由于在巖土工程中存在許多不確定性,使得在工程安全和可持續(xù)發(fā)展等方面還有許多尚未解決的科技問(wèn)題。 
  從目前的研究現(xiàn)狀來(lái)看,自從20世紀(jì)初人們就已經(jīng)開(kāi)始著手研究不確定性系統(tǒng)。在此類(lèi)問(wèn)題的研究上人們使用的是反分析的方法,即經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量信息確定計(jì)算參數(shù)的反分析問(wèn)題研究,經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)人員三十多年的研究發(fā)展,反分析問(wèn)題研究逐漸由開(kāi)始的線(xiàn)性發(fā)展到非線(xiàn)性,研究的材料也由均質(zhì)過(guò)渡到非均質(zhì),而確定性反分析的研究方式也發(fā)展成了非確定性的反分析研究。 
  經(jīng)過(guò)目前分析研究成果,將巖土工程的研究現(xiàn)狀和發(fā)展時(shí)期分為以下三個(gè)時(shí)期: 
 。1)70年代初到80年代初為反分析發(fā)展的初期。在這個(gè)時(shí)期主要使用基于線(xiàn)性問(wèn)題的逆分析方法進(jìn)行算法建立和反分析理論的研究,并且在水電工程中廣泛應(yīng)用。其中主要代表人有Kazanagh等人提出的基于反演彈性固體的彈性模量的有限元法;Kirsten在巖土工程勘測(cè)討論會(huì)上使用的量測(cè)變形分析方法等。 
 。2)80年代初到90年代初為反分析的進(jìn)一步發(fā)展時(shí)期。在這個(gè)時(shí)期逐漸出現(xiàn)了基于不同本構(gòu)關(guān)系和算法的反分析法,并且將現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)測(cè)條件和實(shí)際應(yīng)用等情況考慮在內(nèi),因此,這個(gè)時(shí)期發(fā)展的反分析法更為成熟。其中代表人主要有Gioda G等人提出的使用概率統(tǒng)計(jì)來(lái)分析巖土參數(shù)的算法;郭懷志等人提出的基于回歸分析的模擬巖體的應(yīng)力場(chǎng)等。 
 。3)90年代初到今天。在這個(gè)階段進(jìn)行了巖土模型的識(shí)別問(wèn)題的研究,這些分析法研究中更是加入了系統(tǒng)性和信息論的理論,因此這個(gè)時(shí)期提出的遺傳算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等都將對(duì)施工的影響和動(dòng)態(tài)施工的具體技術(shù)考慮在內(nèi)。主要代表人有李素華等人提出的使用四中優(yōu)化算法對(duì)彈性橫向觀(guān)同性的優(yōu)化反演分析;袁勇等人提出的使用系統(tǒng)辨識(shí)理論和力學(xué)原理研究的巖體本構(gòu)模型。 
  2 不確定性系統(tǒng)的研究 
  本文的研究對(duì)象是沿途體與支護(hù)結(jié)構(gòu)復(fù)合體,并將其看作是復(fù)雜的動(dòng)力系統(tǒng)來(lái)分析,在巖土工程測(cè)量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上采用正演和反演相結(jié)合的分析方法,將施工過(guò)程的進(jìn)展情況反饋給決策者,以便決策者及時(shí)掌握施工情況。而本文研究的重點(diǎn)就是根據(jù)巖土工程不確定性系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)行分析,建立智能專(zhuān)家系統(tǒng)。以下就是專(zhuān)家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。 
  2.1 基本結(jié)構(gòu) 
  專(zhuān)家系統(tǒng)從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)就是一個(gè)智能的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)。它的實(shí)現(xiàn)主要是建立在研究專(zhuān)家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)上,利用專(zhuān)家解決問(wèn)題的方法來(lái)處理問(wèn)題,主要原理是建立一個(gè)囊括了專(zhuān)門(mén)的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的程序系統(tǒng),以專(zhuān)家的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)為依據(jù)進(jìn)行推理和判斷,進(jìn)而模擬出專(zhuān)家的決策過(guò)程。 
  一個(gè)完整的專(zhuān)家系統(tǒng)需有幾點(diǎn)特征:推理性、透明性、靈活性和啟發(fā)性,主要有以下幾個(gè)部分組成:知識(shí)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)、推理機(jī)、上下文、癥兆提取器、學(xué)習(xí)系統(tǒng)、解釋器。知識(shí)庫(kù)主要是用來(lái)存放專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)、知識(shí),在這里,知識(shí)庫(kù)的結(jié)構(gòu)形式主要由知識(shí)的表示方式來(lái)決定,具體常見(jiàn)的知識(shí)形式有邏輯表示、規(guī)則表示、語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示、框架表示、子程序等;數(shù)據(jù)庫(kù)主要是用來(lái)存放反應(yīng)系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)的數(shù)據(jù),通常分為靜態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù),在這里,靜態(tài)數(shù)據(jù)是指相對(duì)穩(wěn)定地?cái)?shù)據(jù),例如圍巖的參數(shù)、支護(hù)結(jié)構(gòu)的尺寸等,動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)主要指的是施工過(guò)程中產(chǎn)生的參數(shù),例如測(cè)量數(shù)據(jù)、施工進(jìn)度等;推理機(jī)是一組軟件程序,主要用來(lái)控制和協(xié)調(diào)整個(gè)專(zhuān)家系統(tǒng);上下文主要作用是存放中間結(jié)果,用來(lái)輔助推理機(jī)的工作,和記事文檔作用一樣,可以擦除和重寫(xiě);癥兆提取器主要是用來(lái)消除由于操作水平的差異性而導(dǎo)致的誤差,在這里,提取征兆簡(jiǎn)單而有效的方法就是特征參數(shù)計(jì)算;學(xué)習(xí)系統(tǒng)主要是將專(zhuān)家腦中的知識(shí)提取出來(lái)并進(jìn)行總結(jié)處理,再將歸納的知識(shí)進(jìn)行程序化,以建立知識(shí)庫(kù);解釋器主要作用是根據(jù)什么而得出結(jié)論,并可以回答客戶(hù)提出的任何問(wèn)題。 
  2.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 
  目前專(zhuān)家系統(tǒng)仍存在不足之處:獲取知識(shí)能力不夠;推理能力差;智能化水平較低;系統(tǒng)的層次較少。針對(duì)上述缺點(diǎn),將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與專(zhuān)家系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)形成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專(zhuān)家系統(tǒng),以下為具體實(shí)現(xiàn)方式: 
  (1)知識(shí)表示。知識(shí)表示就是將知識(shí)轉(zhuǎn)化成機(jī)器可以理解的形式,使傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)具有人的智能,具備人的知識(shí)及工作能力,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)庫(kù)主要是利用自身的分布式連接機(jī)制來(lái)表示知識(shí),在這里,知識(shí)不再以孤立的規(guī)則表示出來(lái),而是以相互關(guān)聯(lián)的權(quán)值和臨界值表現(xiàn)出來(lái)。 
 。2)知識(shí)獲取。在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專(zhuān)家系統(tǒng)中,獲取知識(shí)也就是獲取和選擇訓(xùn)練樣本,然后系統(tǒng)通過(guò)特定的算法進(jìn)行學(xué)習(xí),再經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的自適應(yīng)算法整合修改之后,將專(zhuān)家的啟發(fā)式知識(shí)分布到網(wǎng)絡(luò)的互連上,在這個(gè)過(guò)程中,每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的都是由若干個(gè)與之相連接的神經(jīng)元的權(quán)值和輸入信息組成。 
 。3)推理機(jī)制。主要分為三種機(jī)制:正向推理機(jī)制、反向推理機(jī)制、混合推理機(jī)制,其中用的最廣泛的是混合推理機(jī)制,即神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)根據(jù)輸入的部分已知信息提出發(fā)生概率最大的事件,然后根據(jù)相關(guān)知識(shí)驗(yàn)證這種假設(shè),若假設(shè)成立,則推理結(jié)束;反之,再做出新的假設(shè),繼續(xù)驗(yàn)證,直到假設(shè)成立之后結(jié)束。 
  (4)解釋機(jī)制。解釋機(jī)制的實(shí)現(xiàn)主要是將蘊(yùn)含于輸入層的神經(jīng)元和輸出層的神經(jīng)元的物理含義以及對(duì)應(yīng)的連接強(qiáng)度結(jié)合起來(lái)形成規(guī)則,進(jìn)而利用這些形成的規(guī)則實(shí)現(xiàn)機(jī)制的解釋功能。 
  3 結(jié)語(yǔ) 
  綜上所述,本文研究的智能專(zhuān)家系統(tǒng)將專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)、工程施工經(jīng)驗(yàn)、數(shù)值理論分析、現(xiàn)場(chǎng)勘探等技術(shù)融合在了一起,充分的對(duì)傳統(tǒng)的巖土工程技術(shù)進(jìn)行了改造和提高,并結(jié)合了實(shí)際情況,使得在應(yīng)用中更加科學(xué)、合理。然而,巖土體本身屬于自然地質(zhì)范疇,在構(gòu)造上具有其特有獨(dú)特性和變異性,使得難以分析其物理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì),因此,對(duì)于巖土問(wèn)題的分析要從工程地質(zhì)的觀(guān)點(diǎn)出發(fā),并與施工特點(diǎn)相結(jié)合來(lái)進(jìn)行相關(guān)的勘探,更要遵循環(huán)保節(jié)約、因地制宜的原則,充分的利用好每一寸土地,并將更先進(jìn)更科學(xué)的技術(shù)應(yīng)用到解決巖土問(wèn)題中來(lái)。 
  參考文獻(xiàn) 
  [1] 賀鋼,蔣楚生.邊坡巖土工程不確定性及對(duì)策分析[J].鐵道工程學(xué)報(bào),2010,4:19-22,34. 
  [2] 趙彥斌.邊坡巖土工程不確定性及對(duì)策分析[J].技術(shù)與市場(chǎng),2012,3:42,44.