1.一种基于GA-BP神经网络的UDEC细观参数标定方法,其特征在于,包括如下步骤:S1、建立UDEC模型;S2、生成细观参数数据集;S3、计算得到宏观参数;S4、Pearson相关性分析;通过Pearson积矩相关系数来进行相关性分析,以确定后续GA-BP神经网络拟合的输入和输出的参数;Pearson积矩相关系数用于度量两个变量X和Y之间的相关性,其值介于-1与1之间,描述的是两个变量间线性相关强弱的程度,其绝对值越大,表明相关性越强;所述Pearson相关系数的计算公式为:其中:X i 和Y i 是两个变量X和Y的第i个观测值; 和 是变量X和Y的平均值;r是Pearson相关系数;r反映了两个变量的线性相关性的强弱程度,r的绝对值越大说明相关性越强;r的取值范围为-1到1,当r>0时,表明两个变量正相关,即一个变量值越大则另一个变量值也会越大;当r<0时,表明两个变量负相关,即一个变量值越大则另一个变量值反而会越小;当r=0时,表明两个变量不是线性相关的;S5、构建GA-BP神经网络并训练;具体包括如下:a.数据预处理:对数据的异常值和重复值进行删除处理,利用MinMaxScaler对数据进行最大最小归一化处理,即将所有数据线性放缩到0-1;b.定义模型:使用Sequential创建一个包含三个隐藏层的BP神经网络;c.确定超参数范围:确定隐藏层神经元数、学习率、批量大小、训练轮数的取值范围;d.初始化种群与定义适应度函数:初始化神经网络权重并确定适应度函数,遗传算法通过该函数评估每个个体;e.遗传算法的执行:首先计算种群中初始个体的适应度,然后挑选出优秀的个体以进行交换其部分信息以生成新的个体,某个体被选择的几率取决于其适应度的高低,适应度高则被选择的几率大,形成的新个体有小概率发生变异,这样以增大样本的输入空间;对新生成的个体重复上述操作,直到最大迭代次数;f.重新训练和测试:使用优化的最佳参数重新训练模型,使用测试集进行预测、反归一化和误差评估,得到训练后的最优GA-BP神经网络;S6、利用训练好的最优模型输出UDEC细观参数。
2.根据权利要求1所述的基于GA-BP神经网络的UDEC细观参数标定方法,其特征在于:在步骤S1中,所述UDEC模型包括UDEC单轴压缩试验、三轴压缩试验、巴西劈裂试验模型;模型通过泰森切割将岩石试样划分为独立块体单元,单元采用弹性块体模型,接触采用mohr-coulomb塑性模型,并固定种子;上下分别建立刚性板,下板约束x、y方向位移;上板约束x方向位移,并施加向下速度控制加载。
3.根据权利要求1所述的基于GA-BP神经网络的UDEC细观参数标定方法,其特征在于:在步骤S2中,具体包括:确定细观参数范围,随机生成细观参数;所述细观参数包括:块体弹性模量、块体泊松比、接触法向刚度、接触刚度比、接触凝聚力、接触摩擦角、接触抗拉强度。
4.根据权利要求3所述的基于GA-BP神经网络的UDEC细观参数标定方法,其特征在于:所述块体弹性模量、泊松比和接触法向刚度有以下关系:E=2G(1+ν)其中E是块体弹性模量;G是块体剪切模量;ΔZ min 是在法向上与触点相邻的区域的最小宽度;K n 是法向刚度;ν是泊松比,n表示修正系数,取值为1~10。
5.根据权利要求1所述的基于GA-BP神经网络的UDEC细观参数标定方法,其特征在于:在步骤S3中,具体包括:每组细观参数均进行三种试验的UDEC模拟计算,得到对应的宏观参数;所述宏观参数包括单轴抗压强度、弹性模量、抗拉强度、摩擦角、粘聚力。
6.根据权利要求1所述的基于GA-BP神经网络的UDEC细观参数标定方法,其特征在于:经过Pearson相关性分析后,确定的后续GA-BP神经网络拟合的输入参数为试样单轴抗压强度、试样弹性模量、试样抗拉强度、试样摩擦角、试样粘聚力,而输出参数为块体弹性模量、接触粘聚力、接触摩擦角、接触抗拉强度。
7.根据权利要求1所述的基于GA-BP神经网络的UDEC细观参数标定方法,其特征在于:所述的误差评估中,利用以下指标对模型拟合的准确性进行评估,具体如下:其中,RMSE表示均方根误差,MAE表示平均绝对误差,R 2 表示决定系数。