第一篇：數(shù)值方法與人工智能在巖土工程中的應(yīng)用

《數(shù)值方法與人工智能在巖土工程中的應(yīng)用》（博士生課程）試題

專業(yè)：巖土工程

姓名：孫歆碩

學號：B20050031 1.簡述數(shù)值分析的主要方法和原理，各自的優(yōu)缺點和適用范圍。（40分）

答：巖石力學數(shù)值分析方法主要用于研究巖土工程活動和自然環(huán)境變化過程中巖體及其加固結(jié)構(gòu)的力學行為和工程活動對周圍環(huán)境的影響。目前的主要方法有有限元法、邊界元法、有限差分法、加權(quán)余量法、離散元法、剛體元法、不連續(xù)變形分析法、流變方法等。其中前四種方法是基于連續(xù)介質(zhì)的方法，離散元法、剛體元法和不連續(xù)變形分析法是非連續(xù)介質(zhì)力學的方法，流變方法則具有前兩種方法的共性。

有限元法基于最小總勢能變分原理，以其能方便的處理各種非線性問題，能靈活的模擬巖是工程中復雜的施工過程，因而成為巖石力學領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的數(shù)值分析方法。邊界元法以表述拜特互等定理的積分方式為基礎(chǔ)，建立了直接法的基本方程，而基于疊加原理建立了間接法的總體方程；引起前處理工作量少、能有效模擬遠場效應(yīng)而普遍應(yīng)用于無界域或半無界域問題的求解。其不足之處是對于非連續(xù)多介質(zhì)、非線性問題，邊界元法不如有限元法靈活有效。

有限差分法是將問題的基本方程和邊界條件以簡單、直觀的差分形式來表達，使得其更易于在實際工程中應(yīng)用。尤其是近年來FLAC程序在國內(nèi)外的廣泛應(yīng)用，使得有限差分法在解決巖石力學問題時愈來愈受到重視。

離散單元法是Cundall（1971）專門用來解決不連續(xù)介質(zhì)問題的數(shù)值模擬方法，最初它的研究對象是巖石等非連續(xù)介質(zhì)的力學行為，它的基本思想是把不連續(xù)體分離為剛性元素的組合，使每個剛性元素滿足運動方程，用時步迭代的方法求解各剛性元素的運動方程，繼而求得不連續(xù)體的整體運動形態(tài)，離散元法允許單元之間的相對轉(zhuǎn)動、滑動乃至塊體的分離，不一定滿足位移連續(xù)和變形協(xié)調(diào)條件，尤其適合求解大位移和非線性問題。王泳嘉（1986）首次向國內(nèi)介紹了離散元法的基本原理及幾個應(yīng)用例子，將這一方法應(yīng)用于礦山邊坡的穩(wěn)定分析，按裂隙、斷層等結(jié)構(gòu)面的切割情況并由計算機優(yōu)化劃分單元，得到了邊坡破壞過程的動態(tài)分析。此外，離散單元法在礦山放礦動態(tài)模擬中也有應(yīng)用。當考慮單元本身的變形時，這就是可變形的離散元法（簡單變形離散單元和充分變形離散單元），是指既能模擬塊體受力后的運動，由能模擬塊體本身受力變形狀態(tài)。在二十世紀八十年代中期引入我國后，在邊坡工程、隧道工程、采礦工程及基礎(chǔ)工程等方面有重要應(yīng)用。

流變方法是由石根華等人近期發(fā)展的一種新的數(shù)值分析方法。這種以拓撲學中的拓撲流形和微分流形為基礎(chǔ)，在分析域內(nèi)建立可相互重疊，相交的數(shù)學覆蓋和覆蓋材料全域的物理覆蓋，在每一物理覆蓋上建立獨立的位移函數(shù)（覆蓋函數(shù)），將所有覆蓋上的獨立覆蓋函數(shù)加權(quán)求和，即可得到總體位移函數(shù)。然后根據(jù)總勢能最小原理，建立可以用于處理包括非連續(xù)和連續(xù)介質(zhì)加耦合問題、小變形、大位移、大變形等多種問題的求解格式。它是一種具有一般形式的通用數(shù)值分析方法，有限元法和不連續(xù)變形分析法都可看作是它的特例。有限元法主要缺點是所需數(shù)據(jù)較多，計算工作量大。邊界元法的缺點是：以彈性理論為基礎(chǔ)，從而從理論上講只能適用于線彈性的介質(zhì)。離散單元法的優(yōu)點是能更真實的表達求解區(qū)域內(nèi)的幾何狀態(tài)及其大量的不連續(xù)面，比較容易處理大變形、大位移和動態(tài)問題，其主要缺點是：該方法需要對研究范圍的裂隙系統(tǒng)的情況有相當?shù)牧私?，否則計算過程中的塊體劃分將脫離實際，影響計算結(jié)果的準確性。

2.簡述人工智能（包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)）的基本原理及其在采礦和巖土工程中的應(yīng)用。（30分）

答：人工智能(AI)是從功能上對人腦的抽象、簡化，是模擬人類智能的1條重要途徑。目前，國內(nèi)外已開發(fā)了多種人工智能工具，包括：專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。

專家系統(tǒng)技術(shù)是人工智能研究的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域，是基于知識的系統(tǒng)，在國外也被稱為知識庫專家系統(tǒng)。它以計算機為工具，利用專家知識及知識推理來理解與求解問題的知識系統(tǒng)，模擬人類領(lǐng)域?qū)＜业暮暧^推理活動，是一種利用計算機對于符合模型描述的領(lǐng)域知識進行符號推理的技術(shù)。

專家系統(tǒng)實質(zhì)是一個以知識為基礎(chǔ)的計算機程序系統(tǒng)，其內(nèi)部含有大量的某個領(lǐng)域?qū)＜宜降闹R與經(jīng)驗，能夠模仿人類專家思維和求解該領(lǐng)域問題。實踐表明，只要經(jīng)驗知識和數(shù)據(jù)表述合理、準確，并且達到一定的數(shù)量,通過嚴密的計算機程序，由專家系統(tǒng)代替人類專家進行推理，其結(jié)果的準確性和有效性并不遜于人類專家；在某些數(shù)據(jù)量巨大、復雜程度較高、而模糊程度較低的問題的處理上，專家系統(tǒng)甚至超過了人類專家。它的高性能和實用性引起了全球科技領(lǐng)域的廣泛重視。

一般專家系統(tǒng)由知識庫、推理機、數(shù)據(jù)庫、知識獲取機制、解釋機制以及人機界面組成。專家系統(tǒng)技術(shù)覆蓋了計算機應(yīng)用的許多領(lǐng)域，按其所完成的任務(wù)性質(zhì)和特征，可以分為解釋專家系統(tǒng)、預測專家系統(tǒng)、設(shè)計專家系統(tǒng)、規(guī)劃專家系統(tǒng)、診斷專家系統(tǒng)、控制專家系統(tǒng)、決策專家系統(tǒng)、咨詢專家系統(tǒng)等幾類。

在我國，針對解決不同技術(shù)問題研制了相應(yīng)的專家系統(tǒng)，例如，隧道及地下結(jié)構(gòu)巖溶災害預報專家系統(tǒng)（張清，1993）和采礦巷道圍巖設(shè)計專家系統(tǒng)（林韻梅等，1992）等等。這些專家系統(tǒng)多是以產(chǎn)生式規(guī)則組成的知識庫，以及對于處理不精確問題采用上述的模糊推理或概率統(tǒng)計方法。馮夏庭、林韻梅、李效甫（1993）出版了有關(guān)這方面的專著。

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是在現(xiàn)代神經(jīng)科學研究成果的基礎(chǔ)上，依靠人腦基本特征，試圖模仿生物神經(jīng)系統(tǒng)的功能或結(jié)構(gòu)而發(fā)展起來的一種新型信息處理系統(tǒng)或計算體系。它是模擬人腦學習功能的一種智能方法。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一個高度并行的、非線性的，具有很高冗余度的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)使知識的表達及存儲，模式信息處理過程都與傳統(tǒng)的方式有很大差距。它具有高度的非線性，同時它具有的自學習、自組織能力使得傳統(tǒng)的計算方法無法解決的對模糊的低精度的模擬量的并行計算成為可能。在采礦和建筑工程中存在大量不確定因素，許多問題都屬于“黑箱”或“灰箱”問題。因此，解決這些問題需要一定的定量分析，也需要數(shù)學和分析各方面信息和資料做出最后的判斷。變量之間的關(guān)系十分復雜，很難用確定的數(shù)學方程來描述。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法具有極強的非線性動態(tài)處理能力，不必事先假設(shè)服從什么分布、變量之間符合什么規(guī)律。它通過學習和記憶而不是假設(shè)，找出輸入和輸出變量之間的非線性關(guān)系。在執(zhí)行問題求解時，將所獲得的數(shù)據(jù)輸入到訓練好的網(wǎng)絡(luò)，依賴學到的知識進行網(wǎng)絡(luò)處理，得到所求問題的答案。

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在采礦和巖土工程中得以應(yīng)用近年來有較大的發(fā)展。1990年，美國學者J.Ghabouss等人將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法用于砂土和混凝土材料的本構(gòu)模型研究；1991年，美國礦山局開發(fā)了應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的一種智能采礦頂板分層系統(tǒng)。在國內(nèi)，張清（1991）將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引入巖石力學與巖石工程，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可用于巖石力學行為預測和巷道分類指標聚類分析，近年來又把它應(yīng)用于巖石工程系統(tǒng)和巖石工程參數(shù)重要性分析。北方交通大學的張清在1992年利用神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)預測巖石和巖石工程的力學性能。開始了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的工程應(yīng)用； 煤炭科學研究院開發(fā)了一個地下巷道輔助設(shè)計系統(tǒng)，該系統(tǒng)應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法確定了地下巷道的可能破壞模式；東北大學的馮夏庭等將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法應(yīng)用于采礦方法及露天礦邊坡穩(wěn)定性的研究。

鑒于人工智能在巖石力學中的發(fā)展，馮夏庭1994 年提出了建立“智能巖石力學”的設(shè)想，2000年完成了《智能巖石力學導論》專著，他在書中提出：智能巖石力學是智能科學、系統(tǒng)科學、非線性科學、不確定科學與巖石力學交叉融合發(fā)展起來的新興邊緣分支學科?，F(xiàn)在，智能巖石力學已滲透到巖石力學與工程的許多方面，取得了一系列重要進展：建立了適用于圍巖分類、隧道(巷道)支護設(shè)計、邊坡破壞模式識別與安全性估計、采場穩(wěn)定性估計的專家系統(tǒng)；發(fā)現(xiàn)邊坡、隧道、巷道的位移時間序列、巖石破裂過程的聲發(fā)射事件序列和煤礦頂板來壓序列的當前時刻的信息可以用先前 n 個時刻的信息進行合理的描述；提出了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學習的本構(gòu)模型識別初步方法和巖石力學參數(shù)辨識的二種智能方法（遺傳算法和進化-神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法）。

3.論述數(shù)值分析和人工智能對發(fā)展巖石力學的重要作用。（30分）

答：對于巖石工程問題，巖土塑性力學、流變力學、損傷、斷裂力學、塊體力學、分形―巖石力學、滲流（耦合）力學的理論（在數(shù)學上往往是由一系列偏微分方程組構(gòu)成）等一旦建立，一般情形下難于通過解析的方法求出它的解析解，通常必須采用數(shù)值計算的方法進行求解，數(shù)值法具有較廣泛的適用性，它不僅能模擬巖體的復雜力學特性，也可很方便地分析各種邊值問題和施工過程，并對工程進行預測和預報，因此，巖石力學數(shù)值分析方法是解決巖土工程問題的有效工具。年來，巖石力學數(shù)值計算方法得到了迅速發(fā)展，出現(xiàn)了有限差分、有限元、邊界元、離散元、塊體元、無限元、流形元及其混合應(yīng)用等各種數(shù)值模擬技術(shù)，使復雜的巖石力學與工程問題的設(shè)計成為可能。值得指出的是，在我國，有限元數(shù)值計算方法已不僅由線性發(fā)展到高度非線性和大變形問題，由二維發(fā)展到三維，同時，還可以考慮流變、滲流與應(yīng)力場耦合、損傷、斷裂以及動力效應(yīng)。國內(nèi)出現(xiàn)了一些享有聲譽的有限元程序，這些程序均在許多大型巖石工程中得到了良好應(yīng)用。不同數(shù)值計算方法的結(jié)合，更能充分發(fā)揮各種數(shù)值方法優(yōu)勢互補的作用。如有限元－邊界元的混合、有限元－離散元的混合、有限元－無限元和有限元－塊體元的混合采用等。

王泳嘉（1996）提出：拉格朗日元法和流形元法這兩種方法都適用于非線性大變形的問題。我們都有這個經(jīng)驗，就是用有限元法計算時的位移通常較實測的結(jié)果要小，有時甚至差一兩個數(shù)量級，究其原因主要是在計算中忽略了非線性的大變形和沿弱面的不連續(xù)變形，而用拉格朗日元法和流形元法計算有望對巖石力學的計算方法做出重大的改進，兩者的結(jié)合則有可能成為 21 世紀巖石力學數(shù)值方法的主流。

巖石力學研究的對象是非均質(zhì)、非連續(xù)、各向異性的巖石(體)，其力學行為大多具有高度的不確定性與非線性，并受到地質(zhì)構(gòu)造、地應(yīng)力、水、溫度、壓力、開挖施工乃至水化學腐蝕的影響。目前主要采用的是以連續(xù)介質(zhì)力學為基礎(chǔ)的確定性研究方法，在特定的假設(shè)條件下求解。這種一對一的映射研究方法，使得巖石力學模型越來越復雜(例如，彈性、彈塑性、彈粘塑性、各向異性彈粘塑性、流變損傷斷裂力學、各向異性流變損傷斷裂力學模型等)，要確定的力學參數(shù)越來越多(有的模型需要確定幾十個力學參數(shù))，支持模型所需的信息呈指數(shù)增長。然而，“數(shù)據(jù)有限”和“變形破壞機理理解不清”是這種確定性分析方法的瓶頸。

為了突破上述瓶頸，我們把人工智能引入巖石力學的研究。人工智能是自學習、非線性 3 動態(tài)處理、演化識別、分布式表達等非一對一的映射研究方法以及多方法的綜合集成研究模式，是建立節(jié)理巖體真實特征的新型分析理論和方法。這種方法可從積累的實例中學習挖掘出有用的知識，非線性動態(tài)處理可使認識通過不斷的實踐來接近實際，演化識別可以在事先無法假定問題精確關(guān)系的情況下找到合理的模型，分布式表達使得尋找和表達多對多的非線性映射關(guān)系成為可能。智能巖石力學的提出最早受人工智能專家系統(tǒng)解決經(jīng)驗問題的優(yōu)越性的影響，巖石分類專家系統(tǒng)的建立極大地推動了基于經(jīng)驗知識推理方法的應(yīng)用，一些巖石力學問題的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的出現(xiàn)又展示了自學習、非線性動態(tài)處理與分布式表達方法的強大生命力。這些研究啟發(fā)作者進行了深入的思考，并開展了卓有成效的研究工作。20世紀90年代以來的國際巖石力學學會大會以及各大洲的巖石力學大會都將人工智能其列為重要研究領(lǐng)域進行研討。一些大型研究計劃，如我國國家自然科學基金及一些西方國家的研究計劃等，也都將其列為重點課題予以支持,從而使人工智能在巖石力學中的學術(shù)思想不斷深化，新的模型和方法不斷涌現(xiàn)，研究隊伍不斷壯大，一些確定性分析方法無法解決的問題也得到了很好的解決?，F(xiàn)在，人工智能思想已滲透到巖石力學與工程的許多方面，取得了一系列重要進展，推動了巖石力學的發(fā)展。

第二篇：工程物探技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用

工程物探技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用

工程物探技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用 補家炎（湖南化工地質(zhì)工程勘察院，湖南長沙410004）摘 要：隨著巖土工程的發(fā)展，物探技術(shù)在巖土工程勘察中的應(yīng)用也越來越廣泛，提高了巖土工程的施工效率。在巖土工程中，常用的工程物探技術(shù)有電法勘探、淺層地震法以及高密度磁法等，在不同的巖土工程中需要根據(jù)工程的實際情況，選擇合適的物探技術(shù)。本文結(jié)合筆者多年工作經(jīng)驗，闡述了工程物探技術(shù)原理及其在巖土工程中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：工程物探技術(shù)；巖土工程；實際應(yīng)用 1 工程物探技術(shù)簡介 工程物探技術(shù)全稱是工程地球物理探測技術(shù)，在建筑領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，根據(jù)原理及技術(shù)特點，可以將工程物探技術(shù)分為以下幾種。1.1 電法勘探 地殼中不同物質(zhì)的成分不同，電磁學性質(zhì)也存在差異。電法勘探就是利用這一特性，通過檢測地殼中不同區(qū)域的電磁學性質(zhì)，地殼結(jié)構(gòu)進行勘探。電法勘探是以介質(zhì)的電性差異為基礎(chǔ)，通過分析地殼磁場特性以及分布規(guī)律來實現(xiàn)當?shù)氐刭|(zhì)結(jié)構(gòu)的勘探。在工程勘察中，需根據(jù)當?shù)氐牡刭|(zhì)特征選擇不同的電法勘探方法，常用的電法勘探方法有瞬變電磁法、可控源音頻大地電磁法以及高密度電法等。其中高密度電阻率法勘探的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。圖1 高密度電阻率法勘探系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 1.2 淺層地震法 淺層地震法是一種常用的地面探測技術(shù)，對工程的現(xiàn)場條件要求較高，因此更多的是應(yīng)用于施工條件較好的地面探測工程中。淺層地震法具有探測精度高、勘探效果好的優(yōu)點。近年來，高分辨率地震反射波法在煤礦采空區(qū)勘探中的應(yīng)用十分廣泛，在勘探中是利用煤炭層對發(fā)射波的反射來確定采空區(qū)的分布，勘探人員通過追蹤反射波來定位采空區(qū)，確定采空區(qū)的邊界。1.3 高精度磁法 高精度磁法是利用不同物質(zhì)成分不同磁性不同的特性進行地質(zhì)勘探。在勘探過程中，需分析磁場的結(jié)構(gòu)特征，總結(jié)地質(zhì)構(gòu)造以及礦產(chǎn)資源分布對當?shù)卮艌龅挠绊懸?guī)律。地下結(jié)構(gòu)具有明顯的磁性特點，因此在進行地下探測時，利用高精度磁法能提高勘察精度。在工程勘察中，磁法勘探廣泛應(yīng)用在地面勘探、空中勘探、海洋勘探以及地下勘探中，需根據(jù)工程的特點選擇合適的勘探方法，以確?？碧骄?。2 物探技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用 物探技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用十分廣泛，主要應(yīng)用在以下幾個方面： 2.1 界面劃分 應(yīng)用物探技術(shù)劃分界面能確定勘探區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造，并準確劃分一些不良體的地質(zhì)界面。例如在某橋梁工程選址時，為了探明當?shù)氐牡刭|(zhì)構(gòu)造，選用了淺孔小藥量炸藥震源，利用多道瞬態(tài)瑞雷波法來勘察地質(zhì)構(gòu)造，準確探明當?shù)氐牡刭|(zhì)構(gòu)造，為橋梁的選址提供地質(zhì)信息。2.2 形態(tài)判斷 在巖土工程中，利用工程物探技術(shù)能準確判斷地下形態(tài)，主要包括地下物體形態(tài)、地下界面形態(tài)以及地下物體埋藏深度的判斷等。在某長江岸邊工程勘察中，勘察人員利用探地雷達法勘察當?shù)氐牡刭|(zhì)構(gòu)造，探地雷達主要是利用不同地質(zhì)結(jié)構(gòu)反射的雷達波形式不同實現(xiàn)對地質(zhì)結(jié)構(gòu)的勘察，在該工程勘察的過程中，底層上部以砂土層為主，砂土層下面是雜填土，在探測的過程中檢測到雷達波同相軸存在間斷，說明填土層中存在大量的碎石。下部的軟土層在填土擠壓作用下，導致了軟土的分布極不均勻，反射的雷達波形也十分不均勻。2.3 參數(shù)測試 在巖土工程勘察中，利用物探技術(shù)能夠全面勘察工程區(qū)域，從而為工程的施工提供地質(zhì)資料，為項目的施工提供大量的數(shù)據(jù)，有效地確保施工的順利進行。2.4 質(zhì)量檢測 在巖土工程施工過程中，很多項目都屬于隱蔽工程，在完工以后很難通過常規(guī)的方法來檢測工程施工質(zhì)量，而工程物探技術(shù)能對隱蔽工程的施工質(zhì)量進行全面的檢測，以保證工程的施工質(zhì)量。在某電廠擴建施工的過程中，項目所在地原始地貌為丘陵、沙灘以及海積階地，地基進行了夯擊加固，為了確保項目的施工質(zhì)量，需要檢測工程地基的穩(wěn)定性。對此，綜合應(yīng)用了瑞雷波法與平板載荷試驗法，利用夯前夯后的瑞雷波速度對比，夯后瑞雷波速度提高約30%，瑞雷波頻散曲線表明，該區(qū)不同部位回填厚度不同。在巖土工程施工的過程中，應(yīng)用單一的勘探技術(shù)存在不足，綜合應(yīng)用工程物探技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)技術(shù)互補，提高巖土工程的勘察質(zhì)量。綜合工程物探技術(shù)的處理流程如圖2所示。圖2 綜合工程物探技術(shù)的流程圖 3 工程物探技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用前景 工程物探技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用前景十分廣泛，具有勘察精度高、成本低以及效率高等一系列優(yōu)點。近年來，隨著計算機技術(shù)的進步，工程物探技術(shù)的應(yīng)用得到了進一步的發(fā)展，目前，工程物探技術(shù)在巖土工中主要具有以下應(yīng)用前景。3.1 地震波層析成像技術(shù) 地震波層析成像技術(shù)是一種先進的工程物探技術(shù)，主要是通過淺層地震儀對工程地質(zhì)進行全面勘察。地震波層析成像技術(shù)不僅能夠準確排除地表的障礙，還能全面分析地層中風化層。勘察人員可以利用地質(zhì)鉆探技術(shù)實現(xiàn)對地層的深層次剖面探測。一是電纜長度的限制，另一方面是鉆井深度，限制了地震波層析成像技術(shù)的發(fā)展，對地層進行深層次的勘察，就必須要進行深部鉆井，這就要求較深的鉆井以及較長的電纜，而一旦鉆井深度過大就無法保證電纜傳輸?shù)姆€(wěn)定，會影響到成像的清晰度，影響勘察精度。近年來，隨著鉆井施工技術(shù)以及遠距離輸電技術(shù)的發(fā)展，制約地震波層析成像技術(shù)發(fā)展的因素影響也越來越小，地震波層析成像技術(shù)的應(yīng)用前景也越來越廣闊。3.2 地質(zhì)雷達 地質(zhì)雷達廣泛應(yīng)用在隧道工程的巖土勘察中。地質(zhì)雷達技術(shù)提高了工程的勘察效率和精度。但在多年的應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，地質(zhì)雷達技術(shù)首先是探測的深度不夠深，其次是在探測的過程中容易受到金屬物體的干擾。3.3 隧道地震勘探法 TSP測量系統(tǒng)是一個優(yōu)化包括硬件和軟件的測量系統(tǒng)，它利用高靈敏度的地震檢波接收器，收集由布置在隧道單側(cè)壁上多個地震激發(fā)點產(chǎn)生的地震波，及其在圍巖傳播中遇到不同反射界面時的反射波，對經(jīng)過反射界面的數(shù)據(jù)進行全面的處理和解譯，結(jié)合具體的地質(zhì)情況，預測影響施工的斷層、巖石破碎帶，系統(tǒng)探測原理如圖3所示。圖3 TSP203系統(tǒng)探測原理圖 隧道地震勘探法是一種近幾年來發(fā)展起來的新技術(shù)，廣泛應(yīng)用在隧道工程中，近年來逐漸地應(yīng)用到了煤礦井下斷層的探測中，勘察效果良好。4 結(jié)語 本文分析了工程物探技術(shù)的應(yīng)用，進一步明確了巖土工程中物探技術(shù)的應(yīng)用價值與發(fā)展前景。應(yīng)加強工程物探技術(shù)的研究，不斷地更新技術(shù)，完善現(xiàn)有的工程物探技術(shù)體系，提高工程的施工質(zhì)量。參考文獻： ［1］ 高英龍，宋 亮.試述工程物探技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用及前景［J］.工程技術(shù)：引文版，2016（4）：139.［2］ 李江昌.工程物探技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用及前景［J］.技術(shù)與市場，2015（5）：72－73.［3］ 楊富治，陶禮春，張錫忠.工程物探技術(shù)在巖土工程勘察中的應(yīng)用［J］.有色金屬文摘，2016（3）：111.中圖分類號：TU195 文獻標識碼：A 文章編號：2096－2339（2017）05－0104－02 作者簡介：補家炎（1982－），男，湖南長沙人，本科，工程師，主要從事巖土工程勘察，巖土實驗，基樁檢測工作。

第三篇：人工智能在教學中的應(yīng)用與實現(xiàn)

人工智能在教學中的應(yīng)用與實現(xiàn)

隨著現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，多媒體計算機在教育領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，并對教育、教學過程產(chǎn)生著深刻影響。為了使教學改革能與之相適應(yīng)，需要引入先進的教學手段，而使用計算機輔助教學系統(tǒng)(Computer Aided Instruction, CAI)可以提供理想的教學環(huán)境，容易激發(fā)學習者的學習積極性和主動性，從而顯著提高教學效果。多媒體技術(shù)的日益發(fā)展以及與其它領(lǐng)先技術(shù)的結(jié)合，必然促進CAI的進一步發(fā)展。人工智能(Artificial Intelligence, AI)是20世紀50年代中期興起的一門新興邊緣科學，它既是計算機科學的一個分支，又是計算機科學、控制論、信息論、語言學、神經(jīng)生理學、心理學、數(shù)學、哲學等多種學科相互滲透而發(fā)展起來的綜合性學科。人工智能又稱為智能模擬，是用計算機系統(tǒng)模仿人類的感知、思維、推理等思維活動。它研究和應(yīng)用的領(lǐng)域包括模式識別、自然語言理解與生成、專家系統(tǒng)、自動程序設(shè)計、定理證明、聯(lián)想與思維的機理、數(shù)據(jù)智能檢索等。例如，用計算機模擬人腦的部分功能進行學習、推理、聯(lián)想和決策；模擬醫(yī)生給病人診病的醫(yī)療診斷專家系統(tǒng)；機械手與機器人的研究和應(yīng)用等。本文針對CAI的發(fā)展前景，重點論述人工智能技術(shù)對CAI，尤其是對智能化CAI產(chǎn)生的重大影響，并通過一個實例說明實現(xiàn)的思路與設(shè)想。計算機輔助教學系統(tǒng)及其現(xiàn)狀 1 計算機輔助教學系統(tǒng)

計算機輔助教學(CAI)即利用計算機代替教師進行教學，把教學內(nèi)容編成各種“課件”，學習者可以根據(jù)自己的程度選擇不同的內(nèi)容進行學習，從而使教學內(nèi)容多樣化、形象化，便于因材施教。如各種教學軟件、試題庫、專家系統(tǒng)等。CAI無論是在普通教育、高等教育還是在繼續(xù)教育中都扮演著重要的角色。在國外，CAI課件已經(jīng)廣泛應(yīng)用于學校和家庭中，并收到了很好的效果。在我國，盡管CAI的研究起步較晚，但發(fā)展很快，自上世紀80年代起，已有一批實力雄厚的高等院校把CAI的發(fā)展列為重點研究課題。2 計算機輔助教學的現(xiàn)狀

CAI的實現(xiàn)需要應(yīng)用AI技術(shù)及編制復雜的程序，如自然語言理解、知識表示、推理方法等，一些AI技術(shù)的特殊應(yīng)用成果，如代數(shù)說明、符號合成、醫(yī)療診斷及理論證明等均被應(yīng)用于CAI系統(tǒng)，以提高其智能性和實用性。

早期絕大多數(shù)CAI課件大都使用決策理論和隨機學習的模式，它極大地簡化了學習過程的表達形式。例如早期的地質(zhì)教學系統(tǒng)(SCHOCAR)等。后來，隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，CAI系統(tǒng)中添加了學生的學習行為及訓練策略，同時AI技術(shù)被應(yīng)用于建立學習顧問模塊(存放所要教課程的問題和技能)。這種方法能控制訓練策略并給出適合學生的學習內(nèi)容。目前為了獲取對課程知識表示和控制的靈活性和模塊性，有些CAI系統(tǒng)還用AI技術(shù)來表示訓練計劃和策略。例如多數(shù)程序設(shè)計語言的CAI均屬此例。

到目前為止，所使用的絕大多數(shù)傳統(tǒng)的CAI都是將全部教學信息以編程方式預置于課件中，這樣的CAI課件一旦制作完成，任何較大的教學改動都會給維護工作帶來極大的不便。因此現(xiàn)有的CAI系統(tǒng)面臨許多挑戰(zhàn)，它主要存在以下幾方面的問題。（1）缺乏開放性

不具有開放性是目前CAI課件最大的缺點。使用者無法對課件進行任何修改，只能利用已有資源按設(shè)定的路線進行教學。其弊端在于：①

固定內(nèi)容的局限性使課件的適用面狹窄；② 設(shè)定的運行路線使授課缺乏自主性；③ 授課的針對性不強；④ 無法利用新出現(xiàn)的資源在較高起點上進行二次開發(fā)。（2）缺乏人機交互能力

現(xiàn)有CAI大多以光盤作為信息的載體，將教材中的內(nèi)容以多媒體的形式展現(xiàn)出來，教學信息是按預置的教學流程機械式地提供給學習者，學習者使用CAI課件學習是完全被動的。在課堂教學中，一般只能通過教師按預定的課件流程進行操作，無論學生還是教師都不能很好地參與教與學的過程，因此人機交互沒有很好地實現(xiàn)。（3）忽視課程本身的特點

各門課程在教學上有不同的要求，但現(xiàn)有課件對于這些不同要求完全不予理會。例如很多課程都要涉及到大量的曲線或曲面，對有些課程來說，將這些曲線或曲面給出一個簡單的展示就足夠了，而有些課程這樣的展示不能達到教學目的的要求。例如：在講授計算機圖形學中各種曲線或曲面的生成算法時，如果能在課件中直接動態(tài)地展示這些圖形的生成過程，充分發(fā)揮計算機輔助教學的優(yōu)點，無疑會使計算機圖形學的教學更具有吸引力，從而大大提高教學效率。

（4）缺乏教師與學生的互動

現(xiàn)有CAI課件在學生自學以及進行操作使用時，如何學習都是學生自己的事。教師不能完全了解學習者的情況，學生在碰到問題時不能向教師求助，師生之間互相封閉，談不上師生互動，因此課件所起的效果大打折扣。同時由于缺乏網(wǎng)絡(luò)支持，現(xiàn)有的絕大多數(shù)CAI課件都是在單機環(huán)境下運行的，它們無法利用網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢使知識內(nèi)容快速更新，當然更無法提供便捷的學習討論空間、隨時隨地的師生交流方式以及遠程教學實現(xiàn)的條件。（5）缺乏教學策略

在課件的開發(fā)過程中實際上離不開教學策略的設(shè)計，但課件的制作者往往并未意識到這一點。例如：現(xiàn)有的絕大多數(shù)課件都是單一的展播式的，這樣的課件制作“精美”，但它不可逆、不能互動。實際上運用課件教學只是手段而不是目的，應(yīng)該在教學設(shè)計理論的指導下講求課件的實效性，著眼點在于對學生學習新知識、掌握新技術(shù)、培養(yǎng)各種能力有幫助，而不是表面上的制作“精美”。（6）缺乏智能性

現(xiàn)有的CAI課件系統(tǒng)不能對不同程度的學生進行有針對性的教育，學生的學習是被動的，不能由系統(tǒng)自動提供助學信息而使學生有選擇地學習。對教師而言，其教學不能積極地參與其中，不能根據(jù)系統(tǒng)提供的信息按照學生的認知模型為其準備最適合的學習內(nèi)容，更不能給予不同方式的教學模式與方法，因此不具有智能性。

綜上所述，現(xiàn)有的CAI存在許多問題，隨著新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，這些問題將使CAI越來越不能適應(yīng)新的要求。因此以智能CAI為代表的新的計算機輔助教學系統(tǒng)將成為教育技術(shù)上需要不斷探求、努力實現(xiàn)的發(fā)展方向。3 智能化計算機輔助教學系統(tǒng)(ICAI)智能計算機輔助教學系統(tǒng)(Intelligent Computer Aided Instruction, ICAI)以認知學為理論基礎(chǔ)，將AI技術(shù)應(yīng)用于CAI，是智能化的CAI。在ICAI系統(tǒng)中，學生的學習可以借助于智能化計算機對大量知識進行選擇、判斷、處理，使學習內(nèi)容更有針對性，從而提高學習效果。

教學過程是一個復雜的教與學的思維過程。它需要教師以其專門知識和經(jīng)驗為依據(jù)，經(jīng)過吸收、講解、推理、示例、綜合等多個步驟才能較好地完成。一個教學型專家系統(tǒng)的任務(wù)是根據(jù)學生的特點、弱點和基礎(chǔ)知識，以最適當?shù)慕虒W方案和教學方法對學生進行教學和輔導。因此，從AI的角度看，計算機輔助教學實際上是一個由計算機系統(tǒng)輔助教師進行教學及學生進行學習并得以實現(xiàn)的“專家系統(tǒng)”。因而，在CAI中引人AI思想，即使用專家系統(tǒng)的方法、工具，構(gòu)建智能CAI(即ICAI)。這樣構(gòu)建成的專家系統(tǒng)的主要特點是具有診斷和調(diào)試修改功能、具有良好的人機界面。

在智能CAI中，教學思想、方法、學習內(nèi)容可用知識形式表示，如何解決知識的形式化表示以及知識的訪問與調(diào)用問題，是AI的核心技術(shù)之一，也是將AI引入教育技術(shù)領(lǐng)域中所要面臨的一個問題。知識庫是實現(xiàn)知識推理與專家系統(tǒng)的基礎(chǔ)，可以用知識庫作為智能CAI的構(gòu)建環(huán)境，在知識庫中，教學內(nèi)容等的有關(guān)知識可以用事實與規(guī)則表示，并存儲于知識庫內(nèi)。教學與學習過程即是對知識庫中的知識進行推理，并最終得出所需結(jié)果的過程。由于專家系統(tǒng)主要是由知識庫與推理機組成的，因此，它也是智能計算機輔助教學系統(tǒng)的核心技術(shù)。

第四篇：工程物探新技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用發(fā)展

巖土工程與勘察第16卷第1期（總第26期）2005年5月

工程物探新技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用及發(fā)展

徐燕軍1戴志祥2

【摘要】本文主要介紹了淺層地震法、瑞利面波法等工程物探新技術(shù)、方法、設(shè)備及其在巖 土工程勘察、測試、檢測中的應(yīng)用及發(fā)展情況。

1前言

工程物探是在原地球物理勘探基礎(chǔ)上發(fā)展而來，五、六十年代服務(wù)于水文地質(zhì)、工程地質(zhì)，成為工程勘察的一個組成部分。上世紀八十年代，隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，推動了電子技術(shù)的發(fā)展，計算機技術(shù)開始廣泛應(yīng)用于各個技術(shù)領(lǐng)域，從而帶動了工程物探技術(shù)的發(fā)展。工程物探緊隨工程勘察向巖土工程延伸、向巖土工程測試、監(jiān)測、檢測轉(zhuǎn)化，已成為巖土工程的一個組成部分。工程物探技術(shù)，周期短，成本低，信息量大，服務(wù)面廣，是無損檢測，其作用和地位得到了肯定。

2工程物探技術(shù)方法與設(shè)備

在中國，工程物探始建于上世紀50年代，近二十年來有了較大發(fā)展，目前主要開展的方法有：淺層地震（反射波法、折射波法）、面波法、地震映象法、高密度電法、地質(zhì)雷達、瞬變電磁法（TEM法）、工程CT（層析成象技術(shù)）、樁基無損檢測技術(shù)、地下管線探測技術(shù)、工程測井、聲波探測和常時微動測試等。

2.1 淺層地震法

淺層地震法是根據(jù)地下介質(zhì)的波阻抗差異，利用縱波勘探的一種人工地震探測方法，可以用于研究與巖土工程有關(guān)的地質(zhì)、構(gòu)造、巖土體的物理力學特性，測定覆蓋層厚度，確定基巖埋深起伏情況，查找構(gòu)造追索斷層等。

2.2 瑞利面波法

瑞利面波法是根據(jù)地下介質(zhì)的物性差異，利用瑞利面波勘探的一種人工地震探測方法。該方法具有能量大，衰減慢，在不同介質(zhì)中傳播進程中遇到密度變化時會出現(xiàn)頻散現(xiàn)象，速度突然變化，在頻散曲線上出現(xiàn)異常?？捎糜谔綔y地下異常體及密度變化情況。

2.3 地質(zhì)雷達

地質(zhì)雷達是根據(jù)地下介質(zhì)的電性差異，利用電磁波檢測地下異常體或地層分層的一種檢測方法，天線中心頻率不同，探測深度及分辨率，隨之改變，可根據(jù)具體情況選擇不同天線。該方法可用于基礎(chǔ)處理的質(zhì)量監(jiān)理，地下異物，地下洞室開挖的預報測深。

2.4 高密度電法

高密度電法原理與普通電法相同，是利用地下介質(zhì)的電性差異，人工供電測量一次場分布的探測方法，但它集中了剖面法和測深法的功能，施工效率高，信息量大?？捎糜诠芫€調(diào)查，物探找水，采空區(qū)、巖溶、滑坡等災害的物探調(diào)查。

1、2：中國兵器工業(yè)北方勘察設(shè)計研究院

2.5 瞬變電磁法

瞬變電磁法是觀測二次場，具有體積小，受地形影響小，縱向分辨率高，工作效率高等優(yōu)點，可用于判斷地質(zhì)體的電性、產(chǎn)狀、規(guī)模。

2.6 工程測井

是利用鉆孔作地下物探的一種方法。在孔內(nèi)放置各種傳感器，接收采集孔內(nèi)地球物理信息，進而分析推斷孔壁的地質(zhì)特征，可劃分地層，地質(zhì)剖面，區(qū)分巖性；確定巖石的物理參數(shù)，研究孔壁及孔內(nèi)技術(shù)情況（裂隙、巖溶、孔徑、孔斜等地質(zhì)問題，以及砼離析、空洞等施工問題）。目前常用的測井方法有：電測井、波速測井、聲波測井、電磁波測井、放射性測井，井中電視；井徑、流量測井等。

2.7 工程CT

工程CT是在其它方法獲取大量信息基礎(chǔ)上，利用代數(shù)重現(xiàn)，聯(lián)合迭代，反褶積等計算方法，重視被測體的二維或三維圖象?？捎糜诙喾N物理探測的資料處理。

2.8 設(shè)備

改革開放前，我國物探設(shè)備相對較簡陋，主要是來自前蘇聯(lián)及東歐以及國內(nèi)仿制設(shè)備。20世紀八十年代后，引進了歐美等西方國家的先進設(shè)備，以及隨著我國經(jīng)濟及科技水平的高速發(fā)展，涌現(xiàn)出的大量的高性能國產(chǎn)物探設(shè)備。國產(chǎn)設(shè)備在數(shù)據(jù)采集記錄，處理分析等方面有了突破性進展，極大地促進了物探技術(shù)的發(fā)展與進步。目前我們使用較多的儀器有北京水電物探所生產(chǎn)SWS多波工程勘探儀；武漢巖海生產(chǎn)的樁基檢測儀，聲波儀，載荷儀；重慶地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的地震儀高密度電法儀；徐州建工所生產(chǎn)的載荷儀，還有中科院巖土所、物化探所、力學所生產(chǎn)的各種儀器和傳感器等，這些設(shè)備的性能已接近或達到國外儀器的水平，為物探技術(shù)的繼續(xù)發(fā)展鋪設(shè)了道路。

3應(yīng)用及發(fā)展

3.1 應(yīng)用

工程物探的服務(wù)對象已從過去的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)發(fā)展到現(xiàn)今的巖土工程。如今已作為巖土工程勘察、施工、檢測過程中的一種手段，為勘察、設(shè)計施工、檢測提供數(shù)據(jù)。

工程物探相對于其它勘察手段來說，探測速度快，信息量大（測點連續(xù)），在成本上有較大優(yōu)勢，和其它勘察方法結(jié)合起來解釋可以達到較高的解釋精度，勘察中常用到高密度電阻率法，淺層地震法，瞬態(tài)面波法，井中電磁波法檢層波速測試等，有效地協(xié)助巖土工程師圈定巖溶，追索構(gòu)造，劃分巖性，確定基巖埋深，查找各類不良地質(zhì)體，提供巖土層物理力學參數(shù)等，且成果直觀，易于非專業(yè)人員判讀。

在施工中,可以幫助監(jiān)理工程師控制施工質(zhì)量,如：基礎(chǔ)處理效果的實時測試,基樁灌注前入巖深度,沉渣厚度以及垂直度的確定,有了物探技術(shù)的支撐,工期及施工質(zhì)量將得以保證。

在施工質(zhì)量檢測方面，工程物探檢測技術(shù)是主要手段。地基加固可以用瞬態(tài)面波法，地質(zhì)雷達進行施工前后的對比分析，結(jié)合其它手段判定處理效果。樁基檢測中，無損檢測技術(shù)則作

為主要檢測手段，主要是因為動測成本低、周期短，可以加大檢測比例，更全面的了解施工的質(zhì)量。

3.2 今后物探技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

3.2.1 工程物探技術(shù)要適應(yīng)巖土工程勘察不斷發(fā)展的要求，進一步提高物探技術(shù)人員的素質(zhì)，特別是針對不同工程條件合理選用綜合物探方法和對各種物理參數(shù)的解釋能力。

3.2.2 進一步研究各種物探技術(shù)方法對不同地球物理前提的適用性，避免濫用。針對一般情況下巖土工程勘察勘探深度不大，但分辨和定量解釋精度要求高的特點，推廣使用面波、多道瞬態(tài)面波技術(shù)與高密度電法、地下管線探測等方法，并加強電磁、地震波成像技術(shù)的研究和工程應(yīng)用。

3.2.3 開展綜合物探技術(shù)在巖土工程勘察勘察中的應(yīng)用,研究提高各種物探手段勘察精度的方法。

3.2.4 研究開發(fā)適合城市和城市周邊建筑區(qū)勘探要求的、具有較大勘探深度和較高精度物探方法，加強適合城市環(huán)境背景條件（高噪聲、多其它干擾）下有效的水、油、氣管網(wǎng)測漏儀器的研制及準確定位方法的研究。

3.2.5 進一步加強對基樁動測技術(shù)的研究，在基樁完整性檢測中，由定性向定量發(fā)展；在基樁承載力檢測中，通過動、靜試驗的對比研究，提高對承載力的測試技術(shù)和數(shù)據(jù)處理水平。

3.2.6 進一步加強工程物探中計算機技術(shù)的應(yīng)用，并注意軟硬件的適用性和采用的數(shù)學模型、物理力學參數(shù)的準確性和代表性。提高技術(shù)人員的應(yīng)用水平和成果的可信度。

綜上所述，由于電子技術(shù)，計算機技術(shù)的廣泛應(yīng)用，工程物探技術(shù)在勘察精度和勘察能力方面有了較大提高，已經(jīng)從定性分析發(fā)展為定量、半定量分析，另外加上工程物探技術(shù)本身探測速度快，檢測點密度大，成本低，所以工程物探技術(shù)已成為解決工程建設(shè)問題必不可少的非常有效的高科技手段。

由于工程物探是無損檢測、間接探測。在工作中，我們要充分考慮到巖土體的不均勻性、不可視性、被測物體分布的復雜性以及測試資料的多解性。要本著從已知到未知的原則,用已知資料解釋未知資料，未知資料經(jīng)驗證后成為新的已知,如此往復,積累經(jīng)驗,不斷提高。只要我們物探工作者長期努力探索，實踐下去物探技術(shù)會在更多的領(lǐng)域占有一席之地。

第五篇：編織袋的生產(chǎn)原料及在巖土工程中的應(yīng)用

編織袋的生產(chǎn)原料及在巖土工程中的應(yīng)用

編織袋在我們生活中被廣泛使用，包括很多行業(yè)，如輕工業(yè)，重工業(yè)，航天，農(nóng)業(yè)，工程等，這些無不顯示出它不可替代的作用。

編織袋廠家的生產(chǎn)需要嚴格執(zhí)行眾多的生產(chǎn)標準，而且在在很多環(huán)節(jié)上都需要著重注意，以達到客戶最滿意的狀態(tài)，它的使用范圍也越來越廣泛，下面小編就為您簡單介紹一下它在巖土工程的應(yīng)用。

從80年代開發(fā)土工布以來，拓寬了塑料編織物的應(yīng)用領(lǐng)域，廣泛用于小水利、電力、公路、鐵路、海港、礦山建筑、軍事的工程建設(shè)中。在這些工程中，土工合成材料具有過濾、排水、加強、隔離、防滲等功能，塑料土工布就是合成土工材料的一種。

編織袋廠家的生產(chǎn)自然離不開編織袋的加工原料，塑料編織袋是一種中型散裝容器，主要以起重機或叉車就可以實現(xiàn)集裝單元化運輸，它便于裝運大宗散裝粉狀物料，具有容積大，重量輕，便于裝卸等特點，是一種常見的包裝材料之一。下面小編就為您進行編制袋的原料介紹。

編織袋是以聚乙烯或聚丙烯樹脂為主原料，加入少量輔料，混勻后經(jīng)擠出機熔融擠出塑料薄膜，切割成絲，在低于樹脂熔融溫度下進行拉伸，通過分子定向與熱定型制成高強度、低延伸率的扁絲，再經(jīng)整經(jīng)、織造、復膜制成塑料編織布作基布，與吊帶、圍帶縫合后制成柔性集裝編織袋。

其中，吊帶也是經(jīng)混料、抽絲、織造等工藝制成，目前一種由開裂絲織造成的吊帶正得到日益廣泛的應(yīng)用，它具有克重低、抗拉強度高、美觀等特點。

好了，今天就為大家介紹這么多關(guān)于編織袋吧，在以后的時間里會陸續(xù)介紹編織袋的。