[发明专利]一种土体区域性冻胀量推演方法

说明书

本发明公开了一种土体区域性冻胀量推演方法，由于土体冻胀过程的复杂性、人类认知程度的局限性，导致土体冻胀的分析方法尚不完善。现有的土体冻胀分析计算多以大范围埋设水位计、地温计、冻胀计、人工水准测量等方式为主，耗费大量人力、物力和财力，且受环境、人为因素干扰较大。本发明提出了一种根据地质钻孔信息推演冻胀量的方法，包括以下步骤：S1、划分冻胀研究区域；S2、获取局部冻胀数据；S3、建立小区域冻胀量计算模型；S4、建立大区域冻胀计算系统；该方法可根据局部钻孔土样的室内试验结果及点状监测数据，结合逻辑算法，自动计算出冻胀量，大幅节省预测成本，提高预测效率，满足大体量区域冻胀量计算评估的需求。

技术领域

本发明涉及土壤勘探技术领域，具体为一种土体区域性冻胀量推演方法。

背景技术

土体冻结过程中水分迁移和冰析作用是其产生冻胀的直接因素，土体中水分迁移量则主要取决于土质、水分、温度等3个方面。由于土体冻胀过程的复杂性、人类认知程度的局限性，导致土体冻胀的分析方法尚不完善。现有的土体冻胀分析计算多以大范围埋设水位计、地温计、冻胀计、人工水准测量等方式为主，结合数理统计方法，对研究区域内的土体冻胀情况进行监测、评价。使用上述方法计算区域冻胀量，需要在研究区域内埋设大量监测设备，耗费人力、物力和财力，且受环境、人为因素干扰较大。

经检索，发现以下公开专利：

CN101419221公开了一种深季节性冻土路基冻胀特性的计算方法。该发明要克服现有技术存在的对冻结过程微观机理的研究不够深入、不具有指导意义的不足。其解决方案是：一种深季节性冻土路基冻胀特性的计算方法，包括以下各因素的计算，(1)土的粒度的影响，(2)土体密度的影响，(3)温度的影响，(4)水分的影响。

经分析，本申请在数据采样方法、考虑因素及区域冻胀计算模型上与上述专利存在较大差异，因此上述专利不影响本申请的新颖性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种土体区域性冻胀量推演方法，该方法可根据钻孔土样的室内试验结果及点状监测数据，结合逻辑算法，自动推演出冻胀量，节省大量埋设监测数据的成本，提高预测效率，满足大体量冻胀计算评估的需求。

一种土体区域性冻胀量推演方法，包括以下步骤：

S1、划分冻胀研究区域，将待研究的冻胀区域划分为若干块尺寸3km×3km、总面积9km²的小区域；

S2、获取局部冻胀数据，在一个小区域的中心位置钻探至当地冻胀深度以下，从地表开始，每隔0.2m取一组土样，并每隔0.2m埋设一组冻胀计和地温计，直至达到冻胀土体最深处为止；通过室内试验及监测，得到该钻孔位置不同埋深点处的土体的含水率、细颗粒含量、温度及冻胀量信息；

S3、建立小区域冻胀量计算模型，以小区域冻胀数据为训练样本，建立用于冻胀量计算的神经网络；神经网络结构设置为3-7-1，输入层为3个节点，分别代表含水率、细颗粒含量、地温三个影响因素，输出层一个节点，代表土体冻胀量，隐含层7个节点，最小误差平方和设置为0.0001；学习算法使用动量梯度下降反向传播算法；训练完成后，记录下此时该神经网络系统中所有节点的全部权重值；

S4、建立大区域冻胀计算系统，在得到所有小区域的冻胀神经网络权重值后，推演出整个研究区域内任意一点的冻胀变形量。

而且，步骤S4还包括以下子步骤：

S4.1、获取研究区域内任意点的含水率、细颗粒含量、温度指标值；

S4.2、将步骤S4.1中的任意点与所有小区域中心点相连，形成若干条直线，并记录这些直线的距离L_i；

S4.3、根据下述公式，确定一个权重系数，式中，f_i代表第i个小区域的权重系数；