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龙图腾网获悉中国海洋大学申请的专利一种基于BP神经网络算法的海底斜坡失效概率评估分析方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN121351650B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-04-03发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202511924651.4，技术领域涉及：G06F30/27；该发明授权一种基于BP神经网络算法的海底斜坡失效概率评估分析方法是由刘晓磊;孟祥帅;郭兴森;张红;王义德;孙启良;王星星设计研发完成，并于2025-12-19向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种基于BP神经网络算法的海底斜坡失效概率评估分析方法在说明书摘要公布了：本发明提供了一种基于BP神经网络算法的海底斜坡失效概率评估分析方法,利用随机有限元数值模拟岩土参数不确定性和波荷载不确定性两种情景下的海底斜坡稳定性，获取海底斜坡安全系数或稳定性标签。以岩土参数和波荷载不确定性参数为输入，以安全系数或稳定性标签为输出，共同构成机器学习代理模型的训练集，通过机器学习BP神经网络算法，对这两种情景分别进行分析与训练，将复杂耗时的蒙特卡洛随机有限元数值模拟转化为统计关系，建立海底斜坡失效概率快速计算的代理模型，显著降低海底斜坡可靠度评估的计算代价，为海底边坡工程决策提供依据，更好地保证海底边坡工程的安全性。

本发明授权一种基于BP神经网络算法的海底斜坡失效概率评估分析方法在权利要求书中公布了：1.一种基于BP神经网络算法的海底斜坡失效概率评估分析方法，其特征在于,具体包括以下步骤： 步骤S1、基于岩土参数和波浪参数的分布特征使用KL级数展开法生成岩土参数随机场，使用谱表示法生成随机波浪荷载，作为数值模型的材料参数和边界条件；具体包括以下步骤： 步骤S1-1、模型中沉积物强度参数不确定性使用随机场来表征，使用指数型自相关函数作为随机场模拟的基本函数，其表达式为： 1 式中，和分别表示第i个单元和第j个单元在水平和垂直方向上的绝对距离；和分别表示水平和竖直方向上的自相关距离，相关距离越大，表示参数的空间相关性越强； 基于自相关函数在一定的离散域内生成服从正态分布的随机场，选用KL级数展开法进行正态分布随机场的离散： 设研究对象有个随机场，对于第个随机场，若该随机场是正态随机场，则其KL离散结果为： 2 式中，为考虑了随机场均值与均方差的正态分布随机场离散值；为空间位置坐标，是一维、二维或三维坐标；是随机场的级数展开项数；，分别为自相关函数的第j个特征值和特征函数，；为考虑随机场之间互相关性的随机向量矩阵，，其大小为M×N； 采用式2进行随机场的离散时，通过Fredholm二类积分方程在随机场空间变量的定义域上求解自相关函数的特征值和特征函数进行： 3 使用对数正态分布描述岩土体强度特性，同时保证参数的非负性；通过公式变换将KL级数展开法生成的正态分布随机场转化为对数随机场： 4 式中，，，，和为待模拟变量的均值和标准差，变异系数； 步骤S1-2，随机波浪模拟通过对波浪谱确定的一系列分量波进行叠加得到；使用JONSWAP谱模拟随机波浪；波浪的频谱满足下式： 5 式中，；；；f为波浪频率；为频谱峰值点对应的波浪周期；和表示波列中取前13个大波的平均波高和平均周期；为峰值加强因子，取值范围为1~7； 随机波浪由无穷多的线性波浪叠加而成，则作用于海平面的随机波浪波高表示为： 6 7 ； ； 8 式中，是正整数，N越大，模拟精度越高；表示第i个波浪的波高；表示第i个波浪的平均频率；为第i个波浪的初始相位；表示第i个波浪的波数；由于随机波浪由无穷多线性波浪组成，则作用于海床土体表层的压力表示为： 9； 步骤S2、建立海底斜坡稳定性计算数值模型，考虑多种不确定性情景，耦合生成的随机场与随机过程，开展直接蒙特卡洛模拟；具体包括以下步骤： 步骤S2-1、基于Biot固结方程作为弹性计算控制方程；对于二维平面有限深度海床，当波浪在海床上传播时，考虑孔隙流体的压缩性，忽略土体惯性力项，海床土体的控制方程为： 10 式中，为多孔弹性介质中的超孔隙水压力；k为海床的渗透系数；为海床土体的体应变，；为孔隙率；为海水的重度；为水的压缩系数，，其中；为水的体积模量，取2×109Pa；为饱和度；为静水压力； 根据Terzaghi有效应力原理，有效应力与孔隙压力之间的关系来表征土骨架二维平面应变模型的平衡方程，由以下公式给出： 11 12 式中，是方向的有效法向应力，是方向的有效法向应力，是垂直于x轴的平面上方向上的切应力； 步骤S2-1、基于线性弹性理论，弹性有效应力与土体位移之间的关系由以下公式： 13 14 15 通过将方程13-15代入方程11和12，力平衡方程最终变为： 16 17 式中，u、v为土骨架沿x、z方向发生的位移；为多孔弹性介质中的超孔隙水压力；为海床土体的体应变；为土体的剪切模量；为泊松比；是拉普拉斯算子； 方程10、16和17构成了一个关于三个未知变量p、u和w的三阶偏微分方程组，需要根据特定的边界条件求解；有限厚度h的二维海床边界条件为：在海床表面垂直有效法向应力和剪应力为0，海床表面受波压力作用，，；海床侧面视为不透水边界，同时限制法向位移，；海床底部为不透水刚性基床，； 步骤S2-3、考虑波浪力作用的海底斜坡初始稳定性问题视为平面应变问题进行二维弹塑性有限元分析，采用服从摩尔-库伦屈服准则的弹塑性土体本构模型，剪切强度表示为： 18 式中，和分别为土体的有效内聚力和有效内摩擦角；为法向应力； 根据上述弹塑性土体本构模型的塑性破坏状态，用以进行斜坡失稳的弹塑性分析，获取斜坡失稳动态过程和滑动结果；斜坡的安全系数通过强度折减法进行计算，通过折减抗剪强度参数的取值来分析斜坡稳定性； 设海底斜坡土体原强度指标为和，使用强度折减系数SRF对强度指标进行折减，则假想的强度指标分别为： 19 20 通过蒙特卡洛模拟方法，为土体参数生成组随机场样本，并使用随机有限元方法SFEM对波浪作用下的海底边坡进行稳定性分析，获得相应的M组FS时间序列值，随后，使用公式21求得； 21； 步骤S3、将生成的随机场和随机过程作为输入，将数值模拟结果作为输出，构建训练样本训练机器学习代理模型，并开展机器学习蒙特卡洛模拟计算斜坡稳定性； 步骤S4、将建立的机器学习代理模型结果与直接蒙特卡洛模拟结果进行比较，以验证模型的可用性，并评估机器学习代理模型的准确性和时间复杂度。

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