大型地下洞室考虑开挖卸荷效应的位移反分析

基于现场监测资料的位移反分析是地下工程动态监控、信息化施工的重要组成部分。以乌江彭水水电站大型地下厂房（开挖跨度为30 m,高度为78.5 m）为例,从围岩实测位移出发,建立了基于均匀设计－神经网络－遗传算法的围岩力学参数的系统反分析方法,反演考虑开挖卸荷效应的围岩力学参数。根据数值分析结果形成训练样本,利用BP人工神经网络映射围岩的变形与力学参数的关系,同时针对传统人工神经网络存在初始权值难以确定的问题,应用遗传算法优化神经网络的初始权值;利用现场监测的增量变形反演了围岩的力学参数;最后利用反演出的参数,进行地下厂房开挖预测分析。结果表明,预测位移与现场监测位移较为接近,进行统计检验结果为优,说明该参数反演方法是正确合理的。     

高堆石坝瞬变-流变参数三维全过程联合反演方法及变形预测

利用反演分析得到的参数进行高面板坝的应力、变形分析来预测长期变形。由于堆石坝的施工过程和变形机制比较复杂,很难将瞬时变形和流变变形分开,因此,有必要对静力本构模型参数和流变模型参数进行综合反演。利用实测位移资料,以对堆石坝变形较敏感的静力本构模型和流变模型参数为待反演参数,采用基于粒子迁徙的粒子群算法和径向基函数神经网络构建参数反演平台,该方法克服了粒子群算法易陷入局部最优和早熟收敛的缺点,采用经过训练的神经网络来描述模型参数和位移之间的映射关系,节省了参数反演的计算时间。对水布垭高面板坝的反演结果表明,基于反演参数的沉降计算值与实测值吻合得很好,坝体变形在合理范围以内并趋于稳定。     

基于粒子群算法优化小波支持向量机的岩土力学参数反演

常用的确定岩土力学参数的方法有原位测试和室内试验两种,但都存在一定的局限性,参数选择的合理与否,对设计计算及数值模拟分析结果的有效性影响很大。支持向量机法在理论基础和求解算法方面都具有明显优势,为确保岩土力学参数取值的合理性,采用支持向量机法对岩土力学参数进行反演。先通过小波分析理论构造出支持向量机的核函数,再用粒子群算法(PSO)分别优化Morlet小波、Mexico小波和RBF函数的支持向量机模型参数,通过小波支持向量机模型建立反演参数与沉降值间的非线性映射关系。根据正交试验和均匀试验对需反演的岩土力学参数进行设计,结合有限元软件进行计算分析,得到学习样本和测试样本。分别采用Morlet小波、Mexico小波和RBF函数得出的预测结果和原始数据进行对比分析,发现采用Morlet小波核函数预测效果更佳。使用Morlet小波核函数预测的参数输入到Midas模型中计算建筑物最终沉降量,比较计算值与实际监测值,其相对误差不超过8.1%。研究结果表明,该方法在岩土工程参数的反演中具有良好的应用价值,对今后岩土力学参数的确定及校核提供了一种新方法。     

基于BP神经网络的土体细观力学参数反演分析

利用离散元方法对颗粒材料的细观力学特性研究, 目前确定数值计算模型的细观力学参数大多数通过反复调试获取, 效率低、可重复性差。本文采用开源的颗粒离散元程序LMGC开展了土体双轴压缩数值试验, 通过25组土体细观力学参数计算得到相应的宏观力学参数, 建立了BP人工神经网络反演系统。利用土体物理试验得到的土体宏观力学参数, 输入BP神经网络, 反演得到土体的细观力学参数。将所得细观力学特性参数输入所建立的土体数值计算模型, 得到土体破坏过程中的应力-应变关系曲线, 以及土体颗粒的力链图和旋转变形云图。所建立的土体数值试验模型能够较好地模拟土体变形破坏过程, 利用BP神经网络反演细观力学参数以及数值模型计算得到的土体宏观力学参数与物理试验吻合较好, 误差在10%左右, 土颗粒间力链云图以及旋转变形云图较好地揭示了土体变形破坏的机理。     

基于神经网络的地质勘测反分析研究

针对地质勘查中,土的力学参数的确定及土的分类这两类复杂问题,根据反问题理论的基本原理,提出了一种基于回归分析与RBF神经网络结合的新型智能方法,建立了从土的力学参数估计到模型分类的完整智能化分析系统。考虑到土的物理参数测定方法比较简单,且实测变异性小,而力学参数实测变异性大的特点,利用RBF神经网络的数值逼近的特性,建立了神经网络模型来逼近两者之间的函数关系,可以有效地反演力学参数。同时,利用RBF神经网络所具有的模式识别功能,为地质勘察中土层划分提供依据。通过对黄石地区岩土勘查资料的分析与预测表明,该方法简捷有效。     

强夯地基处理振动效应的研究

强夯法是地基处理的重要方法之一,在进行强夯地基处理时要评价强夯振动效应,评价的基础正是强夯振动振幅和振动衰减规律。以昌平区沙岭新村工程场地为例,通过对回填场地进行强夯振动监测,分析了强夯振动最大振幅及其随距离的衰减规律,并用频率的四次多项式表示场地介质衰减指数。在场地介质作用谱和强夯激励谱的基础上,通过计算得到介质作用函数和强夯激励函数。通过不断积累强夯振动效应资料,建立起不同性质岩土体与场地介质作用函数之间的关系,进而明确工程岩土体的物理力学性质和动力学表现之间本构关系。     

双向八车道连拱隧道围岩力学参数反演分析

在采用双侧壁导坑法施工的双向八车道特大断面连拱隧道中,施工步繁多,临时支护设置的时间长,隧道全断面的变形量测只能在临时支护拆除后进行。由于全断面变形数据获取得较晚,故较难将其用于围岩力学参数的反演。将有限元计算和BP神经网络技术相结合,并在有限元计算过程中考虑实际的施工步,建立起所有临时支护拆除之前这一施工状态下导坑的变形量与围岩力学参数之间的非线性映射关系,并通过对应状态下实测的导坑变形值反演了围岩的力学参数。将反演的结果用于正分析验算,验证了该方法是可行的。     

高填石路堤参数进化反演研究

采用邓肯- 张非线性模型描述填石体的力学特性,引入遗传算法和有限元分析,建立了填石体本构模型参数的进化反演方法。最后结合某高填石路堤施工期实测沉降数据进行参数反演,并利用反演参数对类似断面进行了施工期沉降预测。结果表明,利用反演参数计算得到的施工期沉降值与实测值较为吻合,为制定合理的路堤填筑计划提供了依据。      

考虑蠕变性状的港区软土地基参数反演和长期沉降预测

结合上海某集装箱码头建设项目,针对本工程深厚淤泥质黏土的场地条件,引入Mesri蠕变模型考虑堆场地基的长期蠕变变形。利用施工期和工后短期实测分层沉降资料,由最小二乘法建立目标函数,运用分层迭代反演方法反演得到各软土层的黏弹性参数;将反演得到的土层参数代入自行编制的沉降计算软件,计算得到地基沉降量,并将计算值与实测值进行对比,对比结果证明了参数反演的可靠性;利用反演得到的土层参数对工后的长期沉降进行了预测,为本工程的安全运营提供了指导。     

强夯处理红粘土沉降试验研究

红粘土作为高填方体的底层地基,处理其沉降和不均匀性沉降是高填方工程研究的重点。以某机场红粘土高填地基的处理为例,通过沉降分析和方案比选开展强夯处理试验研究。根据场区内不同覆土厚度,采用不同能级进行强夯处理试验确定了合理的施工工艺和参数。通过施工中沉降观测,施工后地基土的物理力学指标试验、载荷试验和工后沉降观测,强夯处理取得了良好的效果,满足设计要求。指导大面积施工时,在质量、造价、工期上都取得了成功。     

高能强夯下地基土体的变形特性

为了掌握高能级强夯作用下土体的变形特性,在LS-DYNA的框架内,采用非线性大变形显示有限元算法和“帽子”本构模型,计算了强夯作用下地基土体的变形。首先,根据现场施工的实际情况建立了有限元基本模型,并与实际的监测数据进行比较,其计算结果与测试结果基本一致,该模型能较好地反映出土体的隆起和侧向位移特点。其次,以该基本模型和夯坑的变形为考察对象进行参数分析,研究了不同能级、同能级不同动量以及夯锤与地基土间的水平摩擦力对土体变形的影响。结果表明,高能级强夯作用下夯锤与地基土间的水平力是不可忽略;夯锤与地基土之间的摩擦力,对夯坑侧向的土体位移和地表的隆起有明显的影响     

考虑压缩模量深度效应的深厚软土桩基沉降计算

对于深厚软土桥梁桩基础的沉降计算,土层的压缩模量是一个极为重要的参数。针对京沪高速铁路桥梁桩基沉降,以DK152工点处的土工试验数据和现场测试成果为基础,通过拟合分析得到与土层深度有关的天然状态下压缩模量计算公式。在该基础上,进一步运用神经网络建立土层压缩模量与桩基沉降之间的映射关系,对不同土层在不同深度的压缩模量进行反演分析,相关反演结果与经验公式计算值基本一致,得到的桩基沉降量与现场监测位移吻合良好,说明文中提出的压缩模量计算公式的准确性和实用性,相关模型概化和反演计算方法也是合理的,对深厚软土地基下高速铁路桥梁深长桩基的沉降计算有一定的参考价值。     

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。     

基于接力排水的强夯法在滨海回填区地基处理中的试验研究

本文对山东半岛海岸带滨海杂填土、饱和粉细砂、淤泥质土等特殊复杂地层地基处理方法进行了研究。以经济高效的强夯法为基础,提出复杂地层整体排水概念,设计了浅层、深层竖向排水和水平排水的接力排水系统,并进行了现场试验研究。监测数据表明,强夯荷载作用下,接力排水系统整体协同排水,可快速排出各个地层中地下水、消散超孔隙水压力。7 h左右可基本消除强夯引起的地下水上升及孔隙水压力消散。持续降水,地表沉降为上部土体厚度的0.7%～2.0%。强夯动力荷载作用下,表层土体压缩为上部土体厚度的8.7%～10.9%。埋深3～7 m土体沉降约为土体厚度的5‰、3‰,埋深7～10 m土体沉降为土体厚度的2‰。检测数据表明,在强夯有效影响深度内地基处理效果明显,土体工程性状改善明显。表层承载力及变形模量满足设计要求,4 m以下淤泥承载力平均值略低于设计要求,下部淤泥质土计算平均固结度为77%。夯后1个月监测数据表明,地表沉降量在25 mm以内,已逐步趋于稳定,分层沉降、孔隙水压力数值整体稳定略有下降。     

旧路改建高速公路中地基强夯效应测试与工艺参数分析

旧路改建高速公路遇到的最主要的问题是地基的不均匀沉降。数值分析表明,对新的天然地基进行处理是解决这一问题的关键。强夯是加固地基的一种有效措施,为了对强夯工艺参数进行优化研究,对夯锤冲击地面过程中产生的动孔隙水压力、动土应力以及夯后超静孔隙水压力的消散过程进行了跟踪测试与分析。结果表明,对以风化料为主的地基,最大夯击数不宜超过4击,而且铺底夯完成2d后就可进行满夯。     

基于体应变的强夯加固范围研究

通过数值模拟分析地基的强夯加固效果,把夯后地基土的体应变与工程要求的干密度联系起来,用控制体应变作为评价加固范围的标准。通过对数值模拟及试验数据的分析发现,夯击冲量越大,加固效果越好。相同夯击能可以产生不同加固效果的规律,得出了用夯击冲量替代夯击能作为施工参数的控制标准更为合理的结论。改进了夯锤尺寸影响强夯加固效果的研究方法,分析时固定夯锤厚度比固定夯锤质量更具归一性。研究表明,在土性参数相同的条件下,夯击沉降量仅与单位面积夯击冲量有关,而加固深度不仅与单位面积夯击冲量有关,还与夯锤半径有关。在以控制体应变作为加固范围的评价标准、研究各参数影响规律的基础上,采用量纲分析法得到了加固范围的计算公式,并与工程实例进行对比分析,得到了强夯作用下土的干密度分布特征。所得结论对类似工程具有一定的参考价值。     

离石地区湿陷性黄土地基强夯参数的试验研究

针对离石地区超高填方下深厚湿陷性黄土地基强夯加固参数及效果开展了系列试验研究,分析了强夯前、后各试验区平均夯沉量和土体主要物理力学指标的变化规律,并给出2 000、3 000、6 000 kN•m 能级条件下强夯加固的夯点中心距、最佳击数、停夯标准及有效加固深度等主要参数,在此基础上确定了强夯有效加固深度的估算方法。试验结果表明,离石地区深厚湿陷性黄土地基强夯处理后加固效果显著,有效加固深度范围内黄土湿陷性基本消除;离石或类似地区湿陷性黄土地基采用2 000 kN•m及其以上能级进行强夯处理后,地基承载力特征值均可达到300 kPa以上,土体变形模量大于25 MPa,强夯有效加固深度可采用修正Menard公式进行估算,修正系数可取0.35～0.37;2 000、3 000、6 000 kN•m 能级强夯最佳击数分别为11、10、10击,有效加固深度分别为5、6、9 m,夯点中心距分别为4、4、5 m,且分别可将点夯最后两击的平均夯沉量不大于5、5、10 cm作为停夯标准。试验研究成果可为同类工程的设计与施工提供参考。     

小波分析和RBF神经网络在地基沉降预测中的应用研究

地基沉降是一种危害很大的环境灾害。地基沉降的监测数据经常受降雨及工程施工等诸多外界因素的干扰,故而在沉降曲线中存在许多数据突变点。为此,提出基于小波分析与RBF神经网络相结合的新的地基沉降预测方法,首先采用小波分析对对原始监测数据进行数据去噪处理,进而得到反映实际变化的地基沉降曲线,然后采用径向基函数（RBF）神经网络方法对其进行预测,为工程设计提供依据。最后结合工程实例分析,通过多种小波去噪与预测结果的对比研究,表明3次B样条小波的去噪及预测效果最好,与实测值能较好地吻合,具有较好的工程应用前景。     

湿陷性黄土地基侧向防渗结构模型试验研究

水分对于湿陷性黄土地基具有重要影响。本文通过室内土工试验,得到兰州黄土和灰土的物理力学参数;并通过室内模型试验研究了不同侧向防渗结构对于路基的侧向防渗效果;同时对路基进行了沉降监测。试验结果表明:灰土的渗透系数远小于黄土的渗透系数;经过灰土挤密桩和灰土防渗墙处理的工况,其土中含水量远小于不作侧向防渗处理的情况,且路基的湿陷变形情况明显改善。其中灰土防渗墙的防渗效果比灰土挤密桩的更好。试验结果可有效地指导湿陷性黄土路基的防渗处理,为湿陷性黄土地基处理提供新的思路。     

模糊聚类在不均匀场地土分类归并中的应用

在含有砂性土、淤泥质粘土的吹填土场地建设大型储罐,采用高能级强夯置换进行地基处理。由于吹填土在块石强夯置换后,流塑状的淤泥质粘土被置换或被扰动,砂性土被振密或挤密。根据多种检测手段获得的墩间土指标,具有较大的离散性,墩间土土性分布在空间上极不均匀,难以对复合地基沉降变形作出预估分析。采用模糊聚类方法,对获得的所有测点土性指标和分布区域进行聚类归并后,得出按不同平面区域分布的场地土类别,在一定置信度上,保证了归并后的指标合理性,使储罐基础的沉降变形预估更符合实际情况。