摘 要

本文首先对桩的历史、受力特点、分类、和单桩承载力的确定方法以及研究现状进行了介绍，并介绍了突变理论及其在各个领域的应用先例，对突变模型在单桩承载力预测中的应用进行了可行性分析。接着推导出尖点突变模型在单桩承载力预测中的标准形式，并采用PSO算法对其参数进行优化。最后通过对工程实例中静载试验数据与PSO-尖点突变模型的预测数据的对比分析得出以下主要结论:

1. 根据单桩承载力的受力特点，可以用PSO-尖点突变模型进行描述和预测其极限单桩承载力。
2. 粒子群优化（PSO）算法可以有效的降低该模型的参数误差，得到全局最优解。
3. 运用PSO-尖点突变模型进行单桩承载力预测时，随着荷载级数的增加其预测精度也不断提高，并且对于钻孔灌注桩和管桩均有较好的预测效果。

关键词：单桩承载力 粒子群优化 尖点突变 预测

Single pile bearing capacity prediction research

based on PSO - Cusp Catastrophic Model 

Abstract

This paper first to the pile of history, mechanical characteristics, classification, and the method to determine the bearing capacity of single pile, and research status are introduced,and Catastrophe Theory is introduced and its application in the fields of precedent, the mutation model on the feasibility of the application of the single pile bearing Capacity Prediction is analyzed.Then derives its point mutations in single pile bearing Capacity Prediction of standard form, and PSO algorithm to optimize the parameters.Finally through the static load test data in engineering example with PSO - Cusp Catastrophic Model of the forecast data comparison and analysis of the following main conclusions:

1、According to the loading characteristics of single pile bearing capacity, we can use PSO - Cusp Catastrophic Model to describe and predict its limit bearing capacity of single pile.

2、PSO algorithm can effectively reduce the parameters of the model error, and get the global optimal solution.

3、when we use the PSO - Cusp Catastrophic Model for single pile bearing capacity prediction, with the increase of the load series its prediction accuracy also constantly improve, and for the bored piles and pile has good prediction effect.

Keywords:Single pile bearing capacity; PSO; cusp catastrophic; prediction

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 桩基概述 1

1.1.1 桩的受力特征 1

1.1.2 桩的分类 1

1.2 单桩承载力的确定方法 2

1.2.1试验法 2

1.2.2经验公式法 3

1.2.3根据桩身结构确定 4

1.3 单桩承载力预测研究现状 4

1.4 本文主要研究内容 5

第二章 突变理论 6

2.1 突变理论的提出与应用 6

2.1.1 突变理论的提出 6

2.1.2 突变理论的应用 6

2.2突变模型的分类及特征 6

2.2.1突变理论的分类 7

2.2.2突变理论的特点 8

2.3尖点突变理论 9

2.4单桩承载力预测的尖点突变模型 10

2.4.1单桩承载力的发展过程 10

2.4.2尖点突变模型标准形式的推导 11

2.4.3尖点突变模型的解释 12

第三章 基于尖点突变模型参数估计的PSO算法 14

3.1突变模型的求解 14

3.1.1等时距的生成 14

3.1.2灰色求解 14

3.2基于PSO算法的参数优化 15

3.2.1 PSO算法简介 16

3.2.2 PSO算法优化推导 17

3.2.3 PSO算法的1stOpt计算 18

第四章 工程实例 21

4.1工程概况 21

4.2单桩静载试验 22

4.3 基于PSO-尖点突变模型的计算模拟 23

4.4 其他桩型的实例验证 27

第五章 结论与建议 32

5.1本文主要结论 32

5.2本文存在的问题 33

参考文献 34

致谢 36

1. 绪论

1.1 桩基概述

桩基础是工程中最为常用的深基础之一，一般指的是布设在岩石或土中的桩和与桩顶联结在一起的承台共同组成的群桩基础或是由柱与桩直接联结的单桩基础^[1]，桩基具有承载能力高、沉降量小、稳定性好、抗震性能优良且方便机械化施工，对不良土质高适应性等优点。

桩的起源是距今大约6000-7000年左右的新石器时代^[2]。近年来，支承在桩基上的高层、多层建筑如雨后春笋般在中国崛起。同时桩基础的应用更是延伸到湿陷性黄土地区、软土地区、膨胀土地区以及冻土地区等特殊性岩土地区。原有的桩基础承载力的确定方法已经很难跟上现代桩基础技术的发展步伐，特别是高层、超高层建筑对承载力要求的增加以至于桩径和桩长的增加，使其很难适用于现代实际工程中。

1.1.1 桩的受力特征

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