(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111581563.0 (22)申请日 2021.12.2 2 (71)申请人 天津大学 地址 300072 天津市南 开区卫津路9 2号 (72)发明人 余佳　王晓玲　任炳昱　佟大威　 韩峰　肖尧　 (74)专利代理 机构 天津市北洋 有限责任专利代 理事务所 12 201 代理人 韩帅 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06N 3/12(2006.01) G06F 111/10(2020.01) (54)发明名称 基于自适应Kriging代理模型的引水隧洞施 工动态仿真方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于自适应Kriging代理 模型的引水隧洞施工动态仿真方法， 包括如下步 骤： 步骤1、 建立Kriging代理模型样本集； 步骤2、 训练Kriging代理模型样本集建立自适应 Kriging代理模型； 步骤3、 利用自适应 Kriging代 理模型进行引水隧洞施工期围岩 ‑支护结构分析 获得围岩顶拱点位移、 应变结构分析结果； 步骤 4、 基于围岩顶拱点位移、 应变结构分析结果校核 设计初期引水隧洞施工支护合理性， 选择合理的 二次补强措施， 进而优选初期支护 时间参数； 步 骤5、 将基于自适应 Kriging代理模型的支护时间 参数优化模块耦合于引水隧洞进度仿真中， 实现 基于初期支护时间参数优化的引 水隧洞动态仿 真； 该方法实现了引水隧洞围岩稳定性的高效分 析。 权利要求书2页 说明书7页 附图3页 CN 114218652 A 2022.03.22 CN 114218652 A 1.基于自适应Kriging代理模型的引水隧洞施工动态仿真方法， 其特征在于： 所述引水 隧洞施工动态仿真方法包括如下步骤： 步骤1、 采用LHS抽样获取围岩力学参数、 埋深、 结构尺寸参数并基于Abaqus有限元计算 获取围岩变形量， 建立Krigi ng代理模型样本集； 步骤2、 训练Krigi ng代理模型样本集建立自适应Krigi ng代理模型； 步骤3、 利用自适应Kriging代理模型进行引水隧洞施工期围岩 ‑支护结构分析获得围 岩顶拱点 位移、 应变结构分析 结果； 步骤4、 基于围岩顶拱点位移、 应变结构分析结果校核设计初期引水隧洞施工支护合理 性， 选择合理的二次补强措施， 进 而优选初期支护时间参数； 步骤5、 将基于自适应Kriging代理模型的支护时间参数优化模块耦合于引水隧洞 进度 仿真中， 实现基于初期支护时间参数优化的引水隧洞动态仿真。 2.根据权利要求1所述的一种基于自适应Kriging代理模型的引水隧洞施工动态仿真 方法， 其特 征在于： 所述 步骤2中自适应Krigi ng代理模型样本集建立过程： (1‑1)建立引水隧洞洞室稳定分析局部围岩 ‑支护一体化有限元模型， 获得顶拱点围岩 位移、 应力变形量， 并根据现场实际监测数据对所述有限元模型进行验证； (1‑2)通过LHS抽样获取模型输入参数； (1‑3)通过有限元模型模拟计算获得在不同输入参数下的围岩位移、 应力应变模拟结 果， 即为输出参数； (1‑4)对输入参数与输出参数进行汇总， 建立Kriging代理模型样本集， 分为训练集与 验证集。 3.根据权利 要求2所述的基于自适应Kriging代理模型的引水隧洞施工动态仿真方法， 其特征在于： 所述 步骤2训练样本集建立自适应Krigi ng代理模型 具体过程 为： 对训练集进行训练建立初始Kriging代理模型； 采用最大预测方差加点准则进行样本 加点， 对新样本集进行循环迭代最终建立自适应Krigi ng代理模型： (2‑1)使用Kriging代理模型对初始训练样本点进行训练， 并使用改进遗传算法对 Kriging模型超参数θ和p进行寻优， 建立初始Krigi ng代理模型； (2‑2)基于改进的最大预测方差加点准则并结合Kriging模型自带的预测方差结果获 取方差最大 的点， 采用改进的萤火虫觅食算法加快此寻优进程， 并将该点的输入参数作为 的新的输入参数代入有限元机理模型中进 行计算， 获得一组新的训练样本加入初始训练样 本中， 建立 新的训练集； 其中： 所述 最大预测方差数 学模型为： find x＝[x1， x2，…， xm]T s.t.gi(x)≤0 i＝1， 2，…， l hj(x)≤0 j＝1， 2，…， s xL≤x≤xU 其中， x为最优设计变量， 为预测方差， gi(x)、 hj(x)为约束函数， xL、 xU为设计变量 上下界； (2‑3)对新训练集进行训练重新建立Kriging代理模型， 使用均方差指标评估Kriging权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114218652 A 2代理模型全局精度， 若满足精度要求， 则Kr iging代理模 型建立完毕， 否则重新进行步骤(2 ‑ 2)及(2‑3)， 进行Kriging代理模型的循环迭代建立， 直至模型精度满足要求。 4.根据权利要求1所述的一种基于自适应Kriging代理模型的引水隧洞施工动态仿真 方法， 其特征在于： 所述步骤4根据获取的围岩 变形分析结果选取合理的初期支护措施以及 对应的支护时间参数， 具体为： (4‑1)根据规范要求及工程施工经验， 建立围岩变形量与二次补强参数的对应关系； (4‑2)基于步骤3获得的围岩变形分析结果， 根据建立的围岩变形量与二次补强参数的 对应关系， 选取对应的二次支护参数， 并与设计初期支护合并作为优化后的初期支护， 定量 计算该支护参数对应的支护时间。 5.根据权利要求1所述的一种基于自适应Kriging代理模型的引水隧洞施工动态仿真 方法， 其特征在于： 所述步骤5将支护参数的优化模块耦合于引水隧洞进度仿真中， 实现基 于初期支护时间参数优化的引水隧洞动态仿真， 具体实现流 程如下： (5‑1)进度仿真每一循环中动态更新读取最 新输入参数 数据； (5‑2)调用外部子程序， 即自适应Kriging代理模型模块， 通过对输入参数的结构安全 分析获得围岩变形量输出参数， 并通过变形量确定二次补强措施， 进一步得到优化的初期 支护参数， 进 而确定对应初期支护时间参数； (5‑3)将初期支护时间参数反馈给仿真主程序， 进行当前循环进度仿真； (5‑4)循环进行以上步骤， 直至 仿真结束。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114218652 A 3