[发明专利]基于模拟退火的静力触探土层自动识别方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于模拟退火的静力触探土层自动识别方法，属于岩土工程勘察领域。

背景技术

根据勘探资料划分土层是岩土工程勘察中一项重要任务，为岩土工程分析与设计提供必要的土层剖面信息，包括土层数目和相邻土层的界面位置。静力触探试验(cone penetration test,CPT)因具有良好测试连续性、精度和重现性等优势，在我国岩土工程勘察领域被广泛应用，其主要应用之一就是根据静力触探数据划分土层。

然而，静力触探试验不提供钻探土样，若要更加精确地划分土层需要进行额外的钻探试验，这就增加了勘察成本。目前在工程实践中，仅根据探测数据划分土层，依赖于工程师的工程经验和主观判断。土体材料是一种天然材料，具有空间变异性，测得的有限数据具有离散性，同时，相邻土层界面的物理组成复杂，CPT测试数据受到上覆土层和下卧土层的影响，交叉影响深度因相邻土层土体类型和力学性质差异性而异，导致影响区域内测试结果不准确。以上等因素导致所划分的土层不可避免的具有不确定性。为合理地考虑不确定性对土层划分的影响，目前已有模糊集法、聚类分析法、贝叶斯系统识别方法和小波分析法等。以上方法可根据CPT数据确定土层边界深度，但均无法表征划分土层的不确定性。综上所述，对于给定的CPT数据，合理地考虑空间变异性对土层划分的影响，量化土层边界深度的不确定性，能够有效地反映所得土层剖面的可靠性，为岩土工程分析和设计提供参考。如何在考虑土体材料空间变异性条件下根据CPT数据划分土层，并定量表征土层边界深度的不确定性仍不为所知。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求一种在考虑土体材料空间变异性条件下基于静力触探数据的土层自动识别方法，并定量表征土层边界深度的不确定性。

为了达到上述目的，本发明提供一种基于模拟退火的静力触探土层自动识别方法，包括如下步骤：

步骤一：由现场的岩土勘察报告获取一套CPT数据，用向量ξ＝[ξ₁,ξ₂,...,ξ_N]^T表示，ξ为整体CPT数据向量，ξ₁,ξ₂,...,ξ_N表示第1,2,…,N层土内的CPT数据，N为土层数目；

步骤二：确定描述CPT数据的空间变异性的概率模型M_P(·)及模型参数θ：采用随机场或随机变量概率模型描述土体的空间变异性，假设不同土层之间相互独立；

步骤三：基于贝叶斯理论确定在给定土层数目和CPT数据条件下土层边界深度的后验分布的贝叶斯公式：

P(D_N|ξ,N)＝K_NP(ξ|D_N,N)P(D_N|N)公式一

式中：P(D_N|ξ,N)表示给定土层数目和CPT数据条件下土层边界深度后验分布；

K_N为归一化常数，与土层边界深度无关；

P(ξ|D_N,N)表示给定土层数目和边界深度条件下CPT数据的概率密度函数，称作似然函数；

P(D_N|N)为土层边界深度的先验分布，假设整体边界深度向量D_N在空间Ω＝{0<D₁<D₂,…,<D_N-1<H}上均匀分布，H为总的探测深度；