三维数值分析在岩土工程应用中的误差问题

岩土工程本身的复杂性使岩土工程的三维模型分析结果与实际有一定的误差。利用已有的工程反馈资料,对模型参数进行反演分析。修正易调整的误差因素,来弥补不易调整的误差因素,将模型计算结果的最终误差降到最小。将得到的反演参数用于下一阶段的模型分析,由此获得的三维计算结果更接近真实值。     

泥石流流变参数敏感性分析

合理的流变参数选取对准确刻画泥石流、高速远程滑坡运动过程和动力行为至关重要。本研究基于三维连续介质动态数值模型,构建Voellmy流变模型,结合方差分析方法,比较了不同流变参数对泥石流运动行为的影响程度。结果表明:动力底摩擦角和湍流系数均会对泥石流与高速远程滑坡的动力特征产生一定的影响,但影响程度各异。较大的动力底摩擦角会产生更大、更快的能量耗散过程,使得运动过程整体滞后;较高的湍流系数增加了流体层之间的动量交换强度,具有较大的与周围界质混合的能力,对周围介质的卷吸作用增大。物源区体积（湍流系数）在一定程度上仅影响泥石流运动速度,对致灾范围和规模影响作用不大。沟道下垫面情况、颗粒物组成、孔隙水压力（底摩擦角）与灾害体流速、移动距离和堆积区体积、面积关系很密切,在很大程度上影响泥石流、滑坡强度,致灾范围和规模。研究成果以期为流变参数选取提供很好的借鉴方法,也为地质灾害防治提供一定的技术参考。     

钻井液流变参数计算方法的分析及流变模式的优选

钻井液流变模式的合理选择和流变参数的准确计算是钻井液优化设计的前提。针对目前比较常用的5种钻井液流变模式，分析了流变参数的常规计算方法并指出了其不足；利用回归分析的数学方法，对5种流变模式下流变参数进行了数据处理；开发了计算机软件，对流变参数的2种计算方法进行了比较和分析，充分体现线性回归的先进性和准确性。通过计算机软件计算流变参数，输出各流变模式的流变曲线，从而实现流变模式优选。     

岩土力学数值模拟中力学参数的确定方法

力学参数的选取是进行岩土力学数值模拟的关键，它直接决定了模拟结果的合理性。不同的力学模型需要选取不同的计算参数，经验值在参数的确定过程中具有一定程度的参考价值，几种变形参数和强度参数的现场尺度转化方法解决了室内土工实验参数的现场应用问题，提出了进行力学参数和计算模型合理确定的推断模型的概念，并对推断模型实现的思想和步骤进行了较为详细的讨论。     

油罐地基流变变形数值计算与分析

采用FLAC3D所提供的二次开发程序接口,研制了改进的Burgers模型数值计算程序,并将该流变模型计算数值程序嵌入FLAC3D,对ST102大型油罐软土地基在充水预压过程中的流变变形进行数值模拟计算,计算结果与实测结果进行了对比,对比结果显示数值计算结果与实测结果相接近,证明了改进的Burgers流变模型及其参数的合理性.     

基于模型理论和遗传蠕变理论的改良膨胀土非线性流变研究

为研究膨胀土非线性流变,取水泥改良膨胀土样进行长期一维压缩试验,得到了改良膨胀土在不同应力水平下的应力-应变等时曲线簇。将曲线反映的非线性流变分解为线性黏弹性蠕变变形、线性黏塑性蠕变变形和非线性黏塑性蠕变变形三部分。基于模型理论和遗传蠕变理论建立了各部分流变模型,其中在线性黏弹性蠕变变形和线性黏塑性蠕变变形部分采用模型理论建立元件模型,在非线性黏塑性蠕变变形部分运用遗传蠕变理论建立积分蠕变方程,结合试验数据拟合出材料和方程参数,用该模型得到的蠕变曲线与实测结果能较好吻合。     

基于模型理论和遗传蠕变理论的改良膨胀土非线性流变研究EI北大核心CSCD

为研究膨胀土非线性流变,取水泥改良膨胀土样进行长期一维压缩试验,得到了改良膨胀土在不同应力水平下的应力-应变等时曲线簇。将曲线反映的非线性流变分解为线性黏弹性蠕变变形、线性黏塑性蠕变变形和非线性黏塑性蠕变变形三部分。基于模型理论和遗传蠕变理论建立了各部分流变模型,其中在线性黏弹性蠕变变形和线性黏塑性蠕变变形部分采用模型理论建立元件模型,在非线性黏塑性蠕变变形部分运用遗传蠕变理论建立积分蠕变方程,结合试验数据拟合出材料和方程参数,用该模型得到的蠕变曲线与实测结果能较好吻合。     

流变物质对软土流变参数影响的蠕变试验

流变性是软土的一种长期变形特性,对软土地基的沉降产生重要影响。现有研究表明,软土中高黏性的流变物质是产生其流变特性的主要物质因素,当流变物质分布具有一定均匀性时其流变特性与流变物质的分布形态无关,仅与流变物质本身性质和含量比例相关。通过蠕变试验研究了流变物质对软土流变参数的影响,视强亲水性的膨润土微小颗粒为具有高黏性的流变物质,均匀地把其掺入到人工土试样中进行一维压缩蠕变试验,引入基于邓肯非线性弹性的流变元件模型对蠕变试验曲线进行拟合分析,根据流变物质含量确定流变模型参数的变化规律,建立了模型等效黏滞系数、等效弹性模量和邓肯非线性弹性模量与膨润土（流变物质）含量的关系。模型拟合分析发现,基于邓肯非线性弹性的软土流变元件模型与试验结果具有良好一致性,模型参数与流变物质含量之间关系为双曲线方程。     

流变物质对软土流变参数影响的蠕变试验EI北大核心CSCD

流变性是软土的一种长期变形特性,对软土地基的沉降产生重要影响。现有研究表明,软土中高黏性的流变物质是产生其流变特性的主要物质因素,当流变物质分布具有一定均匀性时其流变特性与流变物质的分布形态无关,仅与流变物质本身性质和含量比例相关。通过蠕变试验研究了流变物质对软土流变参数的影响,视强亲水性的膨润土微小颗粒为具有高黏性的流变物质,均匀地把其掺入到人工土试样中进行一维压缩蠕变试验,引入基于邓肯非线性弹性的流变元件模型对蠕变试验曲线进行拟合分析,根据流变物质含量确定流变模型参数的变化规律,建立了模型等效黏滞系数、等效弹性模量和邓肯非线性弹性模量与膨润土(流变物质)含量的关系。模型拟合分析发现,基于邓肯非线性弹性的软土流变元件模型与试验结果具有良好一致性,模型参数与流变物质含量之间关系为双曲线方程。     

分级加载下岩土流变的神经网络模型

针对分级加载下用线性叠加原理来描述岩土非线性流变存在的问题,采用人工神经网络方法代替传统数学力学方法,建立了分级加载下岩土流变的神经网络模型,并且对具体岩石的蠕变试验曲线进行了模拟。结果表明,该模型能较好地描述岩土的非线性流变,具有较强的泛化能力,为研究岩土的流变特性特别是分级加载下岩土的非线性流变特性提供了一条新途径。     

岩体流变情况下隧道合理支护时机的数值模拟

以广梧高速公路牛车顶隧道为工程背景,探讨岩体流变情况下隧道二衬支护时机确定的理论和数值计算方法。对比理论方法预测拱顶下沉时程曲线与现场实测结果,建立数值计算模型,分析隧道围岩应力释放系数对围岩稳定性的影响表明,理论方法预测拱顶下沉时程曲线与现场实测表现出相同的发展规律,并且二者得到的二衬支护时间基本相同,验证了理论方法的正确性。围岩应力随着掌子面推进而不断释放,III级围岩应力释放比较缓慢,空间效应比较明显;当开挖释放应力系数大于或等于60%时,整个围岩的松动区都大于锚喷加固范围,最终确定出二衬的合理支护时机,为工程实践提供参考。     

基于改进遗传算法的粘弹性岩体力学参数反演

把模式搜索嵌入目前广为应用的遗传算法中,使之和神经网络有机结合,提出了搜索—遗传—神经网络算法。该方法用经过最佳预测学习算法训练的神经网络来表达粘弹性岩体力学参数和位移之间的映射关系,除具有一般遗传算法的优点外,还提高了参数反演的精度,节省了参数反演的计算时间。结合某工程实例,验证了该方法在粘弹性岩体力学参数反演中的优越性。     

考虑岩土体流变特性的强度折减法研究

用强度折减法分析边坡稳定性时,不需要事先假定滑面的位置和形状,具有较强的适用性。但在岩土体的力学性质方面仅考虑其弹塑性,而忽略了岩土体的流变性。流变是岩土材料的基本力学特性,很多边坡产生大变形乃至失稳都与岩土体流变具有一定关系。采用强度折减原理,分析了岩土体流变特性对边坡变形及稳定的影响。研究表明,岩土材料的流变特性使强度折减时每点的变形值增大,对边坡稳定具有不利影响。     

基于含水劣化特性的隧道围岩时效变形数值计算

基于一种可考虑含水劣化特性的岩石黏弹塑性模型,推导得到了该模型的有限差分格式,并采用C++语言进行程序设计获得了FLAC3D二次开发的动态链接库文件。通过简单模拟试验对程序进行有效性检验表明,模型程序可较好地反映岩石的瞬时弹性变形、衰减蠕变、等速蠕变、含水劣化和塑性变形等特性。通过采用黏弹塑性模型程序对实际的隧道地质模型进行数值分析表明：与自然含水状态相比,围岩处于饱和状态时隧道的拱顶沉降、周边收敛和底鼓位移都出现明显增大,饱和状态下隧道底鼓值约为自然含水状态下的2倍,围岩自稳时间较自然含水状态时减小了40 d左右,严重缩短了二次衬砌的合理时间范围。计算结果与隧道现场实际情况较吻合,有效揭示了隧道大变形灾害的产生机制。运用该黏弹塑性模型程序可较好地分析围岩-支护体系的稳定性,并预测隧道二次衬砌的合理施作时机。     

软土地基三维粘弹性反演分析与变形预测研究

针对无锡地区软土工程施工具有明显流变性的特点,运用粘弹性理论和反演分析方法,结合无锡市图书馆工程对其地基变形和粘弹性模型进行了研究,通过实测数据与计算值的对比来修正模型和计算参数;在此基础上对该工程的长期地基沉降进行了预测,取得了与实际较为吻合的结果,为本地区软土工程地基的长期变形预测提供了有效的方法和思路。     

岩土介质三维快速拉格朗日数值分析方法研究

研究了FLAC3D（fast lagrangian analysis of continua in 3 dimensions）的特点,并与有限单元法作了比较。FLAC3D方法以结点运动方程为支配方程,追踪了介质从受荷到达到平衡状态的过程,而有限元法是根据介质力学平衡方程直接求解,这是二者主要区别。FLAC3D没有采用介质真实的阻尼特性和结点质量,给出的不是介质所经历的真实过程,不能正确反映过程的影响,因此给出的介质应力和变形计算结果的物理意义是不甚明确的。求解过程中的介质振动,是一种噪音,可引起弹塑性介质计算结果误差,而弹性介质的计算结果几乎不受影响。研究指出了FLAC3D方法的优缺点。还通过算例作了四个方面的研究：(1) Drucker-Prager屈服准则与Mohr-Coulomb屈服准则比较;(2) 膨胀角取值对计算结果的影响;(3) 大变形与小变形对计算结果的影响;(4) 精度设置对计算结果的影响。研究表明,Drucker-Prager准则与Mohr-Coulomb准则结果差异颇大;膨胀角取值对结果的影响是敏感和显著的;一般情况下,取小变形模式是合适的,计算精度取10-5是足够的。     

单环入渗试验与数值反演法结合推求土壤水力参数

单环入渗试验广泛应用于野外测定土壤水力参数。文章在三维非饱和带水分模拟程序VSF基础上,加入了单环入渗水流计算模块,并将改进的VSF与参数优化程序LEVMAR相耦合,构建了适用于单环入渗试验的土壤水力特征参数反演程序VSF-LEVMAR。利用大型室内土槽单环定水头入渗及变水头入渗试验资料,反求水平及垂向饱和入渗系数等土壤水力参数。应用结果表明:该方法既可以利用单环定水头入渗试验单独推求吸湿过程中的土壤水力参数,也可以结合单环定水头入渗与变水头入渗试验同时推求吸湿及脱湿过程中的土壤水力参数。     

湖相软土流变模型识别及其工程应用分析

对苏州湖相软土进行了三轴流变试验,根据试验结果拟采用S-6、K-B、K-S 3个流变模型来描述土体的流变特征,在模型参数反演中发现,S-6模型对加载初期变形的拟合精度不够,K-B模型对加载中期变形的拟合精度不够,而K-S模型能够很好地描述苏州湖相软土的流变特征。在模型的实际应用中引入应力比的概念,发现应力比与模型参数成指数关系,以此可以根据不同的工程应力条件来选择模型参数,最后,将该模型用于实际工程的沉降计算,通过与实测数据的对比显示模型的拟合精度较高,可以用于指导该地区的工程建设。