一种优化估计土性参数的新方法

采用改进化方向的遗传算法并结合比奥特（Ｂｉｏｔ）固结有限元数值法对一假设路堤的双层地基的一些主要土性参数进行反演,显示误差很小,收敛速度也很快,这说明改进进化方向遗传算法这种新型的优化算法在土性参数优化估计中具有精度高、反演快的优越性,克服了传统优化方法如共轭梯度法、拟牛顿法和单纯形法所具有有的搜索速度随反演参数增多呈级数减慢、容易陷入局部极值点和误差传递导致不收敛等缺点,同时也要比简单遗传算法优     

基于遗传算法的软土地基沉降预测

基于自然进化原理的遗传算法是一种解决岩土工程复杂非线性问题十分有前景的方法。对遗传算法中一些具有代表性的算法作了简要分析和评论。软土地基沉降受众多因素的影响,在时序上表现出复杂的非线性特征。针对一个加固纠偏工程的沉降预测问题,运用MATLAB编写遗传算法程序进行了预测分析。计算结果与实测资料基本一致,它在全局优化、非线性优化、多参数优化等方面表现出了传统算法无法比拟的优势。     

基于遗传算法的土性参数估计

在土工问题的研究和分析中，土性参数的合理估计非常重要，根据工程中实测值反演土性参数不失为一种有效会计参数的新思路，文章采用遗传算法并结合Biot固结有限元数值法对一假设路堤的双层地基的一些主要土性参数进行反演，结果显示误差很小，收敛速度也很快，说明遗传算法这种新型的优化算法在土性参数优化估计中具有精度高、反演快的优越性，克服了传统优化方法一些缺点，因此值得在岩土工程领域参数优化中推广。     

基于多源信息融合法的岩土力学参数概率分布推断

岩土力学参数的概率分布类型直接影响岩土工程可靠性分析的计算结果和精度。在现场有限个小样本和多个先验分布的条件下,探讨如何综合利用已有的经验资料确定岩土参数的概率分布,提出了多源信息融合方法。通过分析各先验分布和现场试验信息的差异程度,确定各先验分布的权重,进而进行整体融合,实现统计意义上概率分布类型的优化。     

育种进化的改进遗传算法在水电站负荷分配中的应用

针对遗传算法求解水电站负荷优化分配问题时常出现的收敛性差、易早熟等问题,提出一种基于育种进化的改进遗传算法。改进算法运用部分解约束的初始种群生成法避开空蚀振动区,定义了与群体进化程度有关的种群多样性函数和种群多样性阈值,同时有效地应用了遗传的全局搜索能力和育种的局部搜索能力。以三峡水电站为例与标准遗传算法进行了比较,不同的负荷分配结果表明:育种进化的改进遗传算法能够避开空蚀振动区的影响,保证机组的稳定安全运行;同时由于育种进化的强局部搜索能力,保持了种群的多样性,提高了算法的搜索能力和收敛性。     

基于粒子群算法与混合罚函数法的有限元优化反演模型及应用

岩土工程优化反分析是一个典型的复杂非线性函数优化问题,采用全局优化算法是解决这个问题的理想途径。针对常规反演方法应用于岩土工程参数反演时搜索效率低的缺点,结合粒子群算法和遗传算法的特点,充分考虑二者的互补性,提出一种效率较高的全局优化算法,以测点的实测值与计算值建立一种新的评价函数,将多目标优化问题转化为单目标优化问题,用混合罚函数法将约束问题变为无约束问题,构建了一种新的目标函数,将有限元程序ABAQUS作为一个模块嵌入到优化算法程序中,编制了有限元优化反演分析程序。并给出了应用实例验证了该法的有效性和实用性,是一种可行的参数反演方法,可应用于实际工程中复杂岩土介质初始应力场反演、渗流场以及位移反分析     

砂土地震液化的改进进货遗传算法判别

改进了进化遗传算法,提出了新的交叉算子和变异算子,使之具有更好的全局收敛能力。砂土液化是一种危害极大的地震破坏现象,其影响因素很多,选择地震烈度、砂土粒径、相对密度、标贯击数和有效正应力为判据,利用改进了的进化遗传算法建立了砂土地震液化的判别模型。与液化情况比较表明,改进进化遗传算法应用于砂土地震液化的判别效果良好。     

砂土地震液化的改进进化遗传算法判别

改进了进化遗传算法,提出了新的交叉算子和变异算子,使之具有更好的全局收敛能力。砂土液化是一种危害极大的地震破坏现象,其影响因素很多,选择地震烈度、砂土粒径、相对密度、标贯击数和有效正应力为判据,利用改进了的进化遗传算法建立了砂土地震液化的判别模型。与现场液化情况比较表明,改进进化遗传算法应用于砂土地震液化的判别效果良好。     

挡土墙库仑土压力的遗传算法求解分析

在对破裂面上滑动土体静力极限平衡分析的基础上,建立了基于优化方法求解无黏性土、黏性土库仑土压力的自变量取值区间和目标函数模型,并采用遗传进化方法进行了实例求解分析。研究结果表明,遗传算法在计算挡土墙库仑主动土压力的过程中,收敛速度快、用时短,并具有较高的计算精度。算例1中5组无黏性土挡土墙的主动土压力的计算结果与经典库仑解析解非常接近,平均误差为1.748 %,平均进化代数为15代。算例2中8组黏性土挡土墙的主动土压力计算结果与文献的解答非常吻合,平均误差仅为0.017 %,平均进化代数为17.125代。遗传算法具有良好的适应性和强大的搜索性能,非常适合求解岩土工程优化问题。     

流域水文模型参数识别的现代优化方法研究进展

水文参数优化是水文模型发展中的一个重要部分,针对水循环过程模拟中的流域水文模型参数识别的复杂优化问题,回顾了水文模型优化算法的发展历程,对国内外水文模型参数识别算法的最新进展进行了阐述.介绍了模拟退火算法、遗传算法、SCE-UA、粒子群算法等常用算法的参数设定及一般流程,并对编码遗传算法、单纯形混合加速遗传算法和运用融合技术的几种遗传算法以及其它几种常用算法在新安江模型中的优化结果进行了比较,认为混合加速遗传算法是一种较好的方法.在系统研究现代优化算法与传统优化算法的基础上,建立各种优化算法的融合技术和法则可能是进一步提高参数优化算法性能的方向.     

修正剑桥模型的隐式积分算法在ABAQUS中的数值实施

利用大型有限元软件ABAQUS所提供的用户材料子程序UMAT接口,针对修正的剑桥本构模型开发了隐式积分算法,并且与自动选择时间步长的增量有限元方程迭代解法相结合,对正常固结土与超固结土的三轴排水与不排水试验进行了数值模拟。结果表明,所发展的隐式本构积分算法与时间步长自动选择方法具有较好的稳定性和较高的计算精度,能够得到比较合理的数值分析结果。     

多层土深基坑混合支护面向对象的程序设计

由多层土构成的深基坑 ,采用多层支点的混合支护 ,在地面荷载及地下水的影响下 ,支护设计计算十分复杂。作者采用寻找任意层支点和任意层地层的通用算法并编制通用程序的方法 ,解决了混合支护设计的计算问题。作者采用面向对象的程序设计方法设计具有 Window风格的界面 ,提高了程序的实用性。     

三维弹塑性模型在路堤软基固结分析中应用

针对基于SMP准则改进的剑桥模型(MCC-SMP),采用弹性预测和塑性修正两阶段的回映算法,给出了应力更新算法,根据其算法编制了非线性有限元子程序,进行了三轴压缩、三轴伸长及平面应变等单元试验问题的数值模拟,通过数值分析和试验结果的对比,验证了子程序的精度;采用该本构模型,对澳大利亚某试验段路堤软土地基固结进行了三维有限元分析,重点分析和对比了孔压、沉降及水平位移的变化规律。     

Image analysis measurement of soil particle movement during a soil–structure interface test

In this study, we describe a new microscopic measuring method, including equipment and analyzing software, for observing and measuring the movement of soil particles during a soil–structure interface test. The movement of soil particles can be recorded onto high-resolution digital image series. A correlation-based image analyzing algorithm is presented that measures the displacements of tracing points at sub-pixel accuracy from the image series. Based on the algorithm, two types of soil movement analysis, namely SMA (soil mass movement analysis) and PTA (soil particle tracking analysis), are proposed to meet the different requirements of practical measurements during an interface test. The proposed microscopic measuring method is validated by preliminary applications. The measurement results show that tangential displacements of the soil near the structure are significantly different from those of the interface. The interface thickness is estimated to be approximately five-times the average soil grain size. Structure roughness and normal stress have a marked effect on the movements of the soil particles near the structure.     

基于ANSYS和响应面法的抗滑桩结构可靠性分析

在深入分析可靠度指标的几何意义和响应面法的基本思想的基础上,提出了基于ANSYS和响应面法的可靠度算法与步骤。分析了陕西省吴起县大路沟巨型黄土滑坡的工程地质条件,根据滑坡的工程地质勘察资料和滑坡治理工程的设计资料,建立了基于ANSYS的抗滑桩桩土体系有限元模型,经过自重作用下桩土结构有限元分析,验证了该有限元模型的有效性。在此基础上,选取滑体土重度、滑面土内聚力c和内摩擦角、滑面以下土的压缩模量Es;4个随机变量,基于响应面(中心复合设计CCD)法和通用有限元软件ANSYS平台,建立了抗滑桩的可靠度分析模型,并研制了对应算法。工程算例结果表明:当试验点数量N=25时,抗滑桩结构的失效概率Pf=0.35%,可靠度指标=2.70,从而验证了基于ANSYS和CCD响应面法建立抗滑桩可靠度计算模型及算法是可行的。     

地铁深基坑支护的遗传神经网络位移反分析

针对目前已有的各种位移反分析方法存在的缺陷,利用神经网络具有的非线性映射能力和遗传算法具有的全局随机搜索能力,提出了一种基于遗传神经网络进行深基坑支护的位移反分析方法。该方法改变了BP算法依赖梯度信息的指导来调整网络权值的方法,而是利用遗传算法全局性搜索的特点,寻找最合适的网络连接权和网络结构等来达到优化的目的。结合地铁深基坑支护位移计算,应用该方法对某一地铁深基坑土体的力学参数进行了反演。结果表明：将位移观测值作为网络输入数据,土体力学参数作为输出数据,在较大的解空间内,该位移反分析方法收敛速度快、解的稳定性好、反演结果精度高,是一种理想的位移反分析方法。最后,采用该软件结合一个工程实例实现了应用遗传神经网络进行的基坑支护位移反分析。     

VIC-CAS导热率和未冻水算法改进及其对多年冻土水热过程模拟的实验研究

冻土水热过程的准确模拟对于理解和预估冰冻圈变化对水资源和生态的影响具有重要意义,其中,导热率和未冻水是多年冻土水热模拟中的两个关键参数。在VIC-CAS模型的基础上,分别尝试用EBM的导热率算法和CLM 5.0的未冻水算法替换VIC-CAS模型中的导热率和未冻水算法,并利用长江源区沱沱河站的观测数据进行了数值模拟对比试验,分析了不同的导热率和未冻水算法对土壤分层温湿度模拟的影响。结果表明：EBM导热率算法对浅层土壤的温度模拟优于原算法,而在深层土壤的模拟效果变差;对浅层土壤湿度模拟改进不明显,而对深层土壤的模拟精度降低。CLM 5.0未冻水算法对土壤温度模拟影响较小,对浅层土壤的湿度模拟效果变差,但在深层土壤上优于原算法。这两种算法的对比实验为进一步改进VIC-CAS模型中冻土水热过程的算法提供了借鉴。     

斜支撑支护基坑与相邻地下室有限土体土压力反演分析

为探讨斜支撑支护基坑与相邻地下空间有限土体土压力分布规律,对某基坑现场监测数据进行反演分析。研究基于试算法改进后的三次样条法,运用Matlab软件进行反演计算得到支护结构弯矩值和桩后土压力值,结果表明:受有限土体位移模式、非极限状态、边界条件的影响,有限土体主动土压力在开挖面以上,呈现明显的"R"字形分布,比经典土压力计算值小约16.3%;被动土压力与主动土压力差值在开挖面以下,呈现近似矩形分布,比经典土压力计算值小约65%,分析结果可为该类工程支护设计及计算提供依据和参考。      

土壤水分对土壤参数的敏感性及其参数优化方法研究

利用2008年1月1日至2009年9月31日黑河流域阿柔冻融观测站的气象和土壤水分数据,采用基于方差的多参数敏感性分析方法研究通用陆面模型(Common Land Model,CoLM)模拟的土壤水分对土壤质地(砂土和黏土)的敏感性,进而采用SCE-UA参数优化算法分别优化土壤质地和土壤水力参数,分析不同优化策略对土壤水分模拟结果的影响。研究结果表明,浅层土壤水分对土壤质地较为敏感,敏感性系数达到了0.45以上,并且砂土含量对土壤水分的影响更为显著;利用SCE-UA算法优化土壤质地或土壤水力参数都可以有效地提高土壤水分的模拟精度,优化土壤水力参数易产生"异参同效"现象,而优化土壤质地能够使土壤水力参数的取值范围更加合理。     

Spatial estimation of geotechnical parameters for numerical tunneling simulations and TBM performance models

In this paper, we further elaborate on a methodology dedicated to the modeling of geotechnical data to be used as input in numerical simulation and TBM performance codes. The expression “geotechnical data” refers collectively to the spatial variability and uncertainty exhibited by the boundaries and the mechanical or other parameters of each geological formation filling a prescribed 3D domain. Apart from commercial design and visualization software such as AutoCAD Land Desktop^® software and 3D solid modelling and meshing pre-processors, the new tools that are employed in this methodology include relational databases of soil and rock test data, Kriging estimation and simulation methods, and a fast algorithm for forward or backward analysis of TBM logged data. The latter refers to the continuous upgrade of the soil or rock mass geotechnical model during underground construction based on feedback from excavation machines for a continuous reduction of the uncertainty of predictions in unsampled areas. The approach presented here is non-intrusive since it may be used in conjunction with a commercial or any other available numerical tunneling simulation code. The application of these tools is demonstrated in Mas-Blau section of L9 tunnel in Barcelona.