kriging代理模型的MATLAB+GUI界面开发及复合地层泥水盾构掘进参数优化.pdf

MATLAB是一种广泛应用于工程计算、数据可视化及交互式程序设计的高级编程语言，特别在处理大量数据和复杂公式的科学计算领域具有强大的功能。本文提出了一种基于MATLAB App Designer平台开发的kriging代理模型图形用户界面(GUI)。kriging代理模型，又称克里金模型，是一种基于地统计学的空间插值方法，常用于构建复杂系统模型和进行样本数据的预测分析。在土木工程领域，尤其是在盾构掘进参数优化方面，kriging模型能够帮助工程师预测不同掘进参数对掘进效果的影响，并优化掘进参数。 本文开发的GUI界面分为三个子界面：DOE试验设计界面、kriging模型界面及敏感性分析界面。通过GUI，用户可以方便地构建、计算和优化kriging代理模型，并通过交互式操作进行可视化展示。GUI的开发大幅降低了专业代码编写的工作量，同时使得非专业人员也能轻松操作，降低了模型的学习和掌握难度。 文章中提到，为了模拟和计算泥水盾构施工的参数，使用了FLAC3D软件进行数值试验。FLAC3D是一种基于有限差分法的三维岩土工程数值模拟软件，能有效模拟复杂的地质情况和施工过程。在此基础上，结合kriging代理模型对南昌地铁4号线过江隧道段的复合地层泥水盾构隧道开挖掘进参数进行了优化。 针对特定工程案例，本文设计了泥水盾构掘进面的泥浆渗透土层室内试验，目的是研究泥浆在砂土层中的渗透效果和膜层形成过程。通过常规三轴剪切试验和压缩回弹试验确定了砂土层的物理力学参数，这些参数对于修正剑桥模型和摩尔库伦模型等土层本构模型的参数计算至关重要。 进一步地，以南昌市轨道交通4号线东新站至安丰站区间过江隧道为实际工程背景，本文建立了泥水盾构数值模型，考虑了复合地层条件下的盾构施工模拟。通过模拟计算了不同掘进参数下地层沉降量和刀盘轴承弯矩差，并研究了它们之间的变化规律。这有助于工程人员在实际施工中做出更为科学合理的参数选择和调整，减少地面沉降和盾构机刀盘轴承受力过大等风险。 本文开发的kriging模型界面被用于对泥水盾构隧道开挖掘进参数进行决策优化。选取了盾构掘进推力、刀盘扭矩、掘进速度等三个关键参数，通过FLAC3D模拟计算出基础样本数据，以降低地层沉降量和刀盘轴承弯矩差为优化目标，最终实现盾构掘进参数的决策优化。 在当今数据驱动的工程实践中，将机器学习算法与工程软件相结合，开发出用户友好的交互式应用程序，对于提高工作效率、降低操作难度以及实现工程参数优化具有重要的实际应用价值。本文的研究不仅为盾构掘进领域提供了一种有效的计算与优化工具，也为其他类似工程问题的解决提供了创新思路和方法论指导。此外，通过FLAC3D软件的数值模拟和kriging模型的优化分析，能够更科学地预判和控制盾构掘进过程中可能出现的问题，为工程设计提供可靠依据，有效保障了工程的安全、质量和进度。