BOKU - Universität für Bodenkultur Wien - Forschungsinformationssystem
Gewählte Diplomarbeit / Masterarbeit:
Christoph Pock
(2022):
KI-gesteuerte Setzungsprognose von Tunnelvortrieben aus numerischen Ersatzmodellen.
Diplomarbeit / Masterarbeit - Institut für Geotechnik (IGT),
BOKU-Universität für Bodenkultur,
pp 133.
UB BOKU
obvsg
FullText
- Abstract:
- Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung von Artificial Neural Networks zur Prognose von tunnelbaubedingten Oberflächensetzungen. Die Datengrundlage für die Machine Learning Anwendung stellt eine Setzungsdatenbank dar, deren Einträge mit dem Finite Differenzen Programm FLAC3D erstellt werden. Der Tunnelvortrieb wird zweidimensional mithilfe der Convergence-Confinement-Methode simuliert, wobei die erwarteten Spannungsumlagerungen durch einen Vorentlastungsfaktor berücksichtigt werden. Als Materialgesetz wird das Plastic-Hardening-Materialgesetz verwendet. Die gesuchten Setzungsparameter sind die maximale Oberflächensetzung Svmax sowie der zugehörige Wendepunktabstand der Quersetzungsmulde i. Als Eingangsparameter für die mit Hilfe der Python-Bibliothek TensorFlow entwickelten Artificial Neural Networks dienen geometrische, geotechnische und bauablaufbedingte Kennwerte. Aufbauend auf die Setzungsdatenbank werden verschiedene Artificial Neural Networks mit unterschiedlichen Netzwerkarchitekturen entwickelt und die Modellperformances am Trainings-, Test- und Hold-Out-Validierungsset mittels verschiedener statistischer Gütemaße bestimmt. Anschließend werden die wichtigsten Inputfeatures mittels Permutation Importance-Werten sowie SHAP-Werten ermittelt. Die Ergebnisse zeigen eine hohe Übereinstimmung zwischen den numerisch berechneten und den prognostizierten Setzungen bei Verwendung von aussagekräftigen Eingangsparametern wie dem Vorentlastungsfaktor oder der Elastizitätsmoduln des Plastic Hardening Materialgesetztes. Die Resultate der Feature-Importance unterstützen diese These. In dieser Arbeit wurden als wichtigste Inputfeatures für die maximale Setzung die Elastizitätsmoduln, der Reibungswinkel sowie der Tunneldurchmesser ermittelt. Bezüglich des Wendepunktabstands waren die Überdeckung, der Durchmesser, das Überdeckungsverhältnis sowie die Elastizitätsmoduln am einflussreichsten.
- Beurteilende*r: Wu Wei
- 1.Mitwirkender: Soranzo Enrico