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    基于长短时记忆网络的深基坑变形安全风险预警

    夏天 成诚 庞奇志

    夏天, 成诚, 庞奇志, 2023. 基于长短时记忆网络的深基坑变形安全风险预警. 地球科学, 48(10): 3925-3931. doi: 10.3799/dqkx.2021.250
    引用本文: 夏天, 成诚, 庞奇志, 2023. 基于长短时记忆网络的深基坑变形安全风险预警. 地球科学, 48(10): 3925-3931. doi: 10.3799/dqkx.2021.250
    Xia Tian, Cheng Cheng, Pang Qizhi, 2023. Safety Risk Warning of Deep Foundation Pit Deformation Based on LSTM. Earth Science, 48(10): 3925-3931. doi: 10.3799/dqkx.2021.250
    Citation: Xia Tian, Cheng Cheng, Pang Qizhi, 2023. Safety Risk Warning of Deep Foundation Pit Deformation Based on LSTM. Earth Science, 48(10): 3925-3931. doi: 10.3799/dqkx.2021.250

    基于长短时记忆网络的深基坑变形安全风险预警

    doi: 10.3799/dqkx.2021.250
    详细信息
      作者简介:

      夏天(1997—),女,硕士研究生,安全科学与工程专业. E-mail:295016342@qq.com

      通讯作者:

      庞奇志,E-mail: 644959413@qq.com

    • 中图分类号: P642

    Safety Risk Warning of Deep Foundation Pit Deformation Based on LSTM

    • 摘要: 为了预防深基坑施工安全事故,提出了一套基于监测数据的风险预警标准,建立了基于长短时记忆网络(Long Short-Term Memory,LSTM)的深基坑变形安全风险预警模型.依托实际深基坑工程项目,将风险预警模型应用其中,对基坑各监测项目的变形量进行短期的预测,预测数据与实际数据最大误差为5.04%,最小误差为0.04%,平均相对误差为2.41%,证明该模型的预测效果良好.表明基于LSTM的深基坑变形安全风险预警模型在基坑变形预测方面有着良好的精确性和优越性,可以为基坑工程的安全性判断与风险管控提供可靠的保障.

       

    • 图  1  基坑安全风险预警指标体系

      Fig.  1.  Pre-warning indicator system for safety risks of foundation pits

      图  2  训练样本组织结构

      Fig.  2.  Organization structure of training samples

      图  3  DB9-1的LSTM模型损失函数

      Fig.  3.  DB9-1's LSTM model loss function graph

      图  4  DB9-1拟合曲线

      Fig.  4.  DB9-1 fitting curve

      图  5  点位DB9-1累积变形量实测数据和LSTM模型预测数据曲线对比

      Fig.  5.  Comparison of the measured data of the cumulative deformation of the point DB9-1 and the predicted data curve of the LSTM model

      表  1  深基坑变形安全风险预警指标体系

      Table  1.   Deep foundation pit deformation safety risk warning index system

      目标 一级指标 二级指标(部分可选)
      深基坑变形安全风险预警 主体结构 (坡)顶水平位移
      墙(坡)顶竖向位移
      围护墙深层水平位移
      土体深层水平位移
      墙(桩)体内力
      支撑内力
      立柱竖向位移
      锚杆、土钉拉力
      土层分层竖向位移
      坑底隆起
      土压力
      孔隙水压力
      周边环境 地下水位
      墙后地表竖向位移
      周围建(构)筑物变形
      周围地下管线变形
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      表  2  风险等级划分标准及权重系数

      Table  2.   Risk classification standards and weight coefficients

      α < 0.3 0.3~0.7 0.7~0.9 0.9~1.2 > 1.2
      风险等级 r 一级 二级 三级 四级 五级
      权重系数γ 0.018 0.050 0.135 0.368 1.000
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      表  3  风险接受准则

      Table  3.   Risk acceptance criteria

      等级 接受准则 控制方案
      一级 可忽略 日常管理和审视
      二级 可容许 需注意,加强日常管理审视
      三级 可接受 引起重视,需防范,监控措施
      四级 不可接受 需决策,指定控制、预警措施
      五级 拒绝接受 立即停止,整改,规避或启动预案
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      表  4  所有点位LSTM预测结果

      Table  4.   LSTM prediction results of all points

      日期 DB9-1 J3 DL-1 SW-1 B1(竖向) B1(水平) P1 LZ12 ZL2-1
      2019-08-05 -26.20 -3.35 -8.68 -833.74 11.27 5.99 29.92 12.26 3 455.46
      2019-08-06 -26.19 -3.64 -8.65 -831.61 11.31 5.99 29.93 12.22 3 523.61
      2019-08-07 -26.19 -3.55 -8.72 -860.73 11.33 5.99 29.93 12.28 3 549.88
      2019-08-08 -26.18 -3.30 -8.69 -868.82 11.31 6.23 29.93 12.29 3 538.18
      2019-08-09 -26.19 -3.14 -8.72 -876.15 11.28 6.23 29.93 12.24 3 230.88
      2019-08-11 -26.19 -3.09 -8.72 -882.62 11.28 6.23 29.94 12.24 4 265.69
      2019-08-12 -26.18 -3.04 -8.66 -875.40 11.27 6.23 29.95 12.20 3 999.38
      2019-08-13 -26.18 -3.11 -8.70 -816.85 11.29 6.23 29.95 12.18 4 015.25
      2019-08-14 -26.17 -3.22 -8.75 -751.35 11.24 6.23 29.95 12.15 4 152.56
      2019-08-15 -26.17 -3.46 -8.75 -799.07 11.24 6.40 29.96 12.15 4 821.04
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      表  5  DB9-1监测数据与预测值

      Table  5.   DB9-1 monitoring data and predicted values

      日期 实测值
      (mm)
      预测值
      (mm)
      绝对误差(mm) 相对误差(%)
      2019-08-05 -25.36 -26.20 0.84 3.31
      2019-08-06 -25.94 -26.19 0.25 0.96
      2019-08-07 -26.58 -26.19 0.39 1.47
      2019-08-08 -26.89 -26.18 0.71 2.64
      2019-08-09 -26.20 -26.19 0.01 0.04
      2019-08-11 -26.20 -26.19 0.01 0.04
      2019-08-12 -26.88 -26.18 0.70 2.60
      2019-08-13 -26.98 -26.18 0.80 2.97
      2019-08-14 -27.56 -26.17 1.39 5.04
      2019-08-15 -27.56 -26.17 1.39 5.04
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      表  6  点位DB9-1实测数据与预测数据风险量对比

      Table  6.   Comparison of measured data and predicted data risk of DB9-1 at points

      日期 实测数据 预测数据
      累积变形量
      (mm)
      风险量 风险等级 累积变形量
      (mm)
      风险量 风险等级
      2019-08-05 -25.36 0.90 四级 -26.2 0.93 四级
      2019-08-06 -25.94 0.92 四级 -26.19 0.93 四级
      2019-08-07 -26.58 0.94 四级 -26.19 0.93 四级
      2019-08-08 -26.89 0.95 四级 -26.18 0.92 四级
      2019-08-09 -26.2 0.92 四级 -26.19 0.92 四级
      2019-08-11 -26.2 0.92 四级 -26.19 0.92 四级
      2019-08-12 -26.88 0.94 四级 -26.18 0.92 四级
      2019-08-13 -26.98 0.95 四级 -26.18 0.92 四级
      2019-08-14 -27.56 0.97 四级 -26.17 0.92 四级
      2019-08-15 -27.56 0.96 四级 -26.17 0.91 四级
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    出版历程
    • 收稿日期:  2021-11-05
    • 网络出版日期:  2023-10-31
    • 刊出日期:  2023-10-25

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