[发明专利]一种基于GMDH神经网络的双层复合衬垫击穿时间计算方法

说明书

本发明公开了一种基于GMDH神经网络的双层复合衬垫击穿时间计算方法属于涉及环境岩土和深度学习领域。在计算阶段，通过使用解析解公式或数值模拟的方法，对单层复合衬垫常见工况的击穿时间进行计算，并在此基础上使用GMDH神经网络对击穿时间及其影响因素的关系进行黑盒模型运算，得到击穿时间计算的简化公式，并使用另一部分数据对结果进行检验，得到精简准确的计算公式。后续根据已有简化公式，将双层复合衬垫进行分层考虑，并得到双层复合衬垫总击穿时间与分层击穿时间的关系，其结果不但客观准确，且计算方便。

技术领域

本发明主要涉及环境岩土和深度学习领域，特别是一种基于GMDH神经网络的双层复合衬垫击穿时间计算方法。

背景技术

衬垫系统是防污屏障系统中重要的组成部分，其是阻止渗滤液扩散的重要屏障，是保障填埋场安全服役的关键。在当代垃圾填埋场中，通常需要在填埋场底部设置衬垫系统，而复合衬垫系统则是目前填埋场使用的最为普遍的底部衬垫系统。复合衬垫系统主要包括以下两种类型：一是由一层土工膜(GMB)和一层压实黏土衬垫(CCL)组成的复合衬垫层；另一种则是由一层GMB、一层土工合成膨润土衬垫层(GCL)和一层土壤层(AL)组成的复合衬垫。而我国填埋场相关标准规范规定的最为典型的复合衬垫类型为由一层GMB和一层0.75m厚的CCL组成的复合衬垫层。其中，复合衬垫中的GMB层对于非有机物类污染物(如重金属离子)而言是一种非常有效的防污屏障，而CCL层对于渗滤液中的有机和无机污染物而言都是很好的扩散屏障。然而国内垃圾填埋场的很大部分对周边水体或土体造成了明显的污染，这主要是由于我国填埋场厨余垃圾含量高，渗滤液产量大，污染物浓度高，导排层易淤堵，渗滤液水位往往可达填埋高度的1/3以上。此时，单层的衬垫系统已经无法满足填埋场的防渗要求，因此现行国家标准《生活垃圾卫生填埋处理技术规范》GB50869规定针对以下四种情况，需要使用双层复合衬垫：(1)国土开发密度较高、环境承载力较弱，或环境容量较小，生态环境脆弱等需要采取特别保护的地区；(2)填埋容量超过1000万m³或使用年限超过30年的填埋场；(3)基础天然土层渗透系数大于10^-5cm/s，且厚度较小、地下水位较高的场址；(4)混合型填埋场的专用独立库区。

而选用的衬垫结构是否能够满足使用要求最重要的评价条件就是其击穿时间，目前我国已有学者提出了单层复合衬垫结构击穿时间的解析解。而在工程应用时，由于解析解计算较为复杂，且表现形式为隐函数，需要进行数据反演，使用不便，且目前没有一种计算双层复合衬垫击穿时间的方法，在实际工程运用中很难界定衬垫结构的防渗效果。因此，非常有必要提出一种适合工程设计的双层复合衬垫击穿时间计算的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于GMDH神经网络的双层复合衬垫击穿时间计算方法，对于国内填埋场内设计双层复合衬垫并评价其防污能力具有重要意义。

本发明通过以下技术方案实现：

一种基于GMDH神经网络的双层复合衬垫击穿时间计算方法，具体包括以下步骤：

S1：基于污染物在单层复合衬垫中的运移情况，构建污染物运移数学模型；

S2：基于所述的污染物运移数学模型，得到单层复合衬垫污染物击穿时间计算的解析解；

S3：基于单层复合衬垫污染物击穿时间计算的解析解，使用GMDH神经网络进行建模，对解析解进行简化，得到简化后的拟合式；

S4：使用数值模拟方法对双层复合衬垫进行分层化处理，确定各层分配系数；

S5：基于步骤S4得到的各层分配系数和步骤S3得到的简化后的拟合式，计算双层复合衬垫击穿时间。

进一步地，步骤1所述的污染物运移数学模型为：