【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于工程地质勘察领域，具体涉及一种基于多指标区间匹配决策方案的剪切波速确定方法。
技术介绍
1、剪切波速是土体重要的工程特性参数，可用于划分建筑场地类别、计算场地地基卓越周期、判定地基液化，辅助场地地震动小区划和地震反应谱分析。剪切波速可采用现场实测方式获取，但由于需要花费较高的测试成本以及场地条件限制等原因，目前仅对于重要工程项目的代表性场地进行剪切波速测试，一般项目场地的剪切波速需要根据规范和工程经验确定。规范中通常以表格的形式规定剪切波速取值范围，如《铁路工程抗震设计规范》中规定粉细砂剪切波速范围为100～200m/s，中粗砂剪切波速范围为110～250m/s。由于规范给出的剪切波速取值范围通常较大，实际选取剪切波速值严重依赖个人工程经验，没有定量利用其他土体性状指标，具有较大的随机性，难以准确确定剪切波速值，不利于更合理的开展工程项目设计。
技术实现思路
1、针对当前规范中各类土层剪切波速取值区间较大，在无土层剪切波速实测资料时，剪切波速的确定依赖人工经验，具有较大的随机性，不利于更合理的开展工程项目设计等问题，本专利技术提供一种利用既有土体性状指标和剪切波速实测资料，通过构建多指标区间匹配决策方案，能够更精细化地确定土体剪切波速的方法。
2、为此，本专利技术的技术方案如下：
3、一种基于多指标区间匹配决策方案的剪切波速确定方法，包括以下步骤：
4、s1，构建土体性状指标和剪切波速关联数据集：
5、s11，以地面为平
6、s12，计算土体性状指标测试点与对应的测试层中心点的空间距离lk：
7、
8、其中：(xi，yi)为剪切波测试孔平面坐标；为测试层层顶高程；为测试层层底高程；hk为土体性状指标测试点高程；t表示层顶；b表示层底；i为剪切波测试孔的编号，i＝1,2,…,m，m为剪切波测试孔个数；j为剪切波测试孔内的测试层编号，j＝1,2,…,ni，ni为第i个测试孔内的测试层的层数；(xk、yk)为土体性状指标测试点平面坐标，k为土体性状指标测试点编号；
9、s13，计算测试层的土体性状指标pl,i,j：
10、当lk＝0时，pl,i,j＝pl,k；
11、其中：pl,k为土体性状指标；为第i个剪切波测试孔内的第j个测试层范围内的土体性状指标测试点个数；l＝1,2,…,np，l为土体性状指标的编号，np为所述土体性状指标的个数；
12、s14，建立关联数据集s：
13、
14、其中：di,j为所述测试层中心点深度；vi,j为所述测试层剪切波速；
15、s2，构建区间匹配数据集：
16、将s14中所述关联数据集s中的离散数据映射到离散区间内，得到区间匹配数据集
17、
18、其中为土体性状指标离散区间；为测试层中心点深度离散区间；为测试层剪切波速离散区间；
19、s3，构建多指标区间匹配决策方案，包括以下分步骤：
20、s31，设定区间匹配决策正确率的阈值；
21、s32，计算土体性状指标和测试层中心点深度的信息增益率；包括以下分步骤：
22、s321，计算信息熵
23、
24、其中：n为所述关联数据集s包含的总样本数，ns为所述测试层剪切波速离散区间的数量，nv,w为第w个测试层剪切波速离散区间在所述测试层剪切波速离散区间总个数中出现的次数；
25、s322，将不同的土体性状指标离散区间和测试点深度离散区间分别划分为不同的子数据集；计算所述区间匹配数据集中第l个土体性状指标的划分熵其中：nl为第l个指标的离散区间个数；为第l个土体性状指标的第r个子数据集；nl,r为中包含的样本个数，为第r个子数据集的信息熵；
26、计算测试点深度的划分熵nd为测试点深度的离散区间个数，nd,q为划分至第q个子数据集的样本个数，为第q个子数据集的信息熵；
27、s323，计算土体性状指标的信息增益率gl，如下式所示：
28、
29、s324，计算测试点深度的信息增益率gd，如下式所示：
30、
31、s33，使用s32得到的信息增益率选择决策节点，得到初始决策方案及符合决策方案的样本个数；
32、s34，将s33中所述符合决策方案的样本个数占总样本数n的比率与s31设定的阈值进行比较，当所述比率较小时，返回步骤s2，重新计算区间匹配数据集；当所述比率较大时，得到最终决策方案；
33、s4，计算剪切波速：
34、使用s3得到的最终决策方案对目标区域的土体性状指标和目标测试点深度进行匹配，计算得到目标测试点的剪切波速。
35、s1所述土体性状指标包括质量密度、含水量、孔隙比、塑性指数和标贯击数中的至少两个。
36、s31中所述阈值≥90％。
37、s33的具体步骤为：选择s32中得到的多个土体性状指标或测试点深度中所述信息增益率最大的一个作为根决策节点，根据根决策节点内不同的离散区间划分分支子集；对分支子集重复进行所述信息增益率的计算并划分子决策节点，直至完成叶子节点匹配，得到决策方案及符合决策方案的样本个数。
38、s34中通过重新设置所述离散区间的长度、所述离散区间的总数量或减少所述土体性状指标的数量的方法来重新计算区间匹配数据集。
39、s4包括以下步骤：
40、获取所述目标区域的土体性状指标和所述目标测试点深度根据步骤s3得到的最终决策方案，确定所述土体性状指标和所述目标测试点深度所在的目标离散区间，所述目标离散区间为和[vmin,vmax]；
41、计算所述目标区域的剪切波速v0：
42、
43、式中，nx为目标离散区间的个数，min表示离散区间的下限，max表示离散区间的上限；αl、αd分别为土体性状指标和测试点深度的计算修正系数，αl＝gl/gs，αd＝gd/gs，
44、所述目标离散区间包括目标土体性状指标离散区间、目标测试层中心点深度离散区间和目标测试层剪切波速离散区间；其中：
45、所述目标土体性状指标离散区间为所述目标区域的土体性状指标在所述最终决策方案中落入的离散区间；
46、所述测试层中心点深度离散区间为所述目标测试点深度在所述最终决策方案中落入的离散区间；
47、所述标测试层剪切波速离散区间为所述目标土体性状指标离散区间和所述测试层中心点深度离散区间在所述最终决策方案中所对应的剪切波速离散区间。
48、本专利技术具有以下优点和积极效果：
49、1.该方法采用空间插值建立土体性状指标和剪切波速关联数据集，能够充分反映各指标的区域特征和分布，从而增强了数据集的代表性和多样性；
50、2.该方法本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于多指标区间匹配决策方案的剪切波速确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于多指标区间匹配决策方案的剪切波速确定方法，其特征在于：S1所述土体性状指标包括质量密度、含水量、孔隙比、塑性指数和标贯击数中的至少两个。
3.根据权利要求1所述的基于多指标区间匹配决策方案的剪切波速确定方法，其特征在于：S31中所述阈值≥90％。
4.根据权利要求1所述的基于多指标区间匹配决策方案的剪切波速确定方法，其特征在于，S33的具体步骤为：选择S32中得到的多个土体性状指标或测试点深度中所述信息增益率最大的一个作为根决策节点，根据根决策节点内不同的离散区间划分分支子集；对分支子集重复进行所述信息增益率的计算并划分子决策节点，直至完成叶子节点匹配，得到决策方案及符合决策方案的样本个数。
5.根据权利要求1所述的基于多指标区间匹配决策方案的剪切波速确定方法，其特征在于：S34中通过重新设置所述离散区间的长度、所述离散区间的总数量或减少所述土体性状指标的数量的方法来重新计算区间匹配数据集。
6.根据权利要求1所
7.根据权利要求6所述的基于多指标区间匹配决策方案的剪切波速确定方法，其特征在于：所述目标离散区间包括目标土体性状指标离散区间、目标测试层中心点深度离散区间和目标测试层剪切波速离散区间；其中：
...【技术特征摘要】
1.一种基于多指标区间匹配决策方案的剪切波速确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于多指标区间匹配决策方案的剪切波速确定方法，其特征在于：s1所述土体性状指标包括质量密度、含水量、孔隙比、塑性指数和标贯击数中的至少两个。
3.根据权利要求1所述的基于多指标区间匹配决策方案的剪切波速确定方法，其特征在于：s31中所述阈值≥90％。
4.根据权利要求1所述的基于多指标区间匹配决策方案的剪切波速确定方法，其特征在于，s33的具体步骤为：选择s32中得到的多个土体性状指标或测试点深度中所述信息增益率最大的一个作为根决策节点，根据根决策节点内不同的离散区间划分分支子集；对分支子集重...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄大中，徐黎明，周学明，李红刚，李国和，齐春雨，牛永效，赵广茂，陈承申，李鹏，王官超，宋向宇，
申请(专利权)人：中国铁路设计集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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