相对位移反分析的DFP优化方法及其工程应用

洞室围岩的某些参数,如弹性模量、强度参数等,对地下洞室的施工和设计具有极其重要的作用,直接进行这些参数的现场测量势必要耗费大量的物资和精力,在这种背景下,位移反分析的工程应用具有很重要的理论和实用价值。但洞室工程中大量不确定性因素的存在使得监测结果不可避免地存在随机性,有时会使得变形监测结果产生较大的误差,甚至失真。因此以监测结果的绝对值所反演得到的参数可能是错误的。在这种情况下,以监测数据的相对值进行参数反演在一定程度上可以消除测量误差。基于相对位移的随机反分析法并结合DFP优化算法开发了基于相对位移的随机反分析法,将其应用于一具体洞室工程中反演其弹性模量取得了较为理想的效果。     

考虑空间效应的地下洞室爆破开挖松动区参数场位移反分析

将地下洞室爆破开挖松动区视为一个随开挖过程演变的非均匀、非稳定三维扰动场,松动区内岩体力学参数则是一个具有时空演化特性的参数场。考虑爆破开挖扰动空间效应和岩体真实变形响应,提出了真实工作状态下开挖松动区岩体参数场辨识的位移反分析方法。基于局部监测变形空间插补得到的空间位移场,通过分析洞室爆破开挖围岩变形扰动机制,建立了开挖松动区岩体变形模量参数场数值演化模型,并进行了模型适用性和参数敏感性分析。在此基础上,以变形模量参数为例,结合围岩实测位移信息,提出了开挖松动区参数场位移反分析的动态实现过程。将该方法应用于溪洛渡地下洞室群施工期参数场反演和围岩稳定动态反馈评价及预测,结果表明,该方法合理有效,在大型地下洞群施工开挖与快速监测反馈方面具有显著的工程适用性及实用性。     

神经网络模型在非线性位移反分析中的应用

以岩体的粘弹性位移反分析为基础，探讨了人工神经网络在非线性位移反分析中的应用。通过对粘弹性位移反分析样本集的学习，结合张家洼铁矿和三台子煤矿的位移测试数据，得到了二者的岩体力学参数，并与试验结果相接近。     

考虑剪应力作用时横观各向同性岩体中圆形巷道位移反分析的惟一性

推导了考虑剪应力作用时横观各向同性岩体中圆形巷道的位移解析解,利用参数可辨识条件对考虑剪应力作用时横观各向同性岩体中圆形巷道位移反分析的惟一性进行了探讨。结果表明,无论布置多少个测点也不能惟一地反分析出所有7个参数,必须至少已知3个参数,才有可能惟一地反分析出其他参数;水平与竖直地应力分量是否为 0 对反分析惟一性有一定影响;3个地应力分量的可辨识性最好,各向同性面上的弹性模量和泊松比次之,垂直于各向同性面方向的弹性模量和泊松比最差。与不考虑剪应力时位移反分析惟一性结果相比,考虑剪应力时参数的可辨识性顺序不变,但是条件惟一的比例降低,不惟一和绝对惟一的比例增加,说明考虑剪应力能够提高位移反分析的惟一性。工程实例计算表明,推导的位移解析解和反分析惟一性探讨结果能够很好地指导岩体参数反演计算。     

基于响应面方法的围岩参数随机反分析

在有限元分析的基础上，应用响应面方法拟合岩体参数与岩体位移之间的非线性映射关系，以代替有限元的数值模拟，考虑变形量测的随机性，结合响应面方程、优化方法和Monte-Carlo技术，根据位移反分析的最小二乘原理，对围岩参数进行随机反分析，反演结果给出参数的特征值，为围岩稳定性和可靠度分析提供必要的数据，数值结果表明该方法具有较好的计算精度。     

隧洞围岩损失位移估计的智能优化反分析

隧洞开挖过程中围岩监测断面的布置一般滞后于掌子面开挖,监测断面布置前围岩已发生的位移称为损失位移。采用优化反分析思路求取损失位移,该思路将损失位移的求解转化为以实测位移与计算位移的误差作为目标函数、岩体力学参数作为决策变量的全局优化反分析问题。针对该全局优化反分析问题是一类高度非线性多峰值且计算代价较高的优化问题,将性能优异的粒子群优化算法与高斯过程机器学习方法相融合,结合FLAC3D数值计算程序,提出隧洞围岩损失位移优化反分析的粒子群-高斯过程-FLAC3D智能协同优化方法。算例研究表明,该方法是可行的,不仅能获得可靠的损失位移预测结果,而且可获取合理的围岩计算模型力学参数,具有全局性好、计算效率高的特点,克服了传统优化反分析方法容易陷入局部最优或过于依赖初始学习样本的局限性。将该方法应用到锦屏二级水电站辅助洞BK14+599断面的损失位移反分析,获得了该断面围岩的损失位移和力学参数,其中,损失位移较大,原因在于岩体开挖后在短时间内弹性变形大。因此,对于地下工程,特别是深部地下岩体工程,在围岩稳定性评价与围岩参数反分析中,损失位移不可忽视,应给予足够重视。     

Hoek-Brown准则岩体力学参数非线性位移反分析

Hoek-Brown准则综合考虑岩体结构、岩块强度等因素,能很好地反映岩体的非线性破坏,更符合工程实际,但其参数选取的主观性及不确定性严重影响其应用效果。通过分析敏感性分析结果及Hoek-Brown准则的圆形硐室围岩位移表达式,借助FLAC~(3D)数值模拟和回归性分析建立了基于Hoek-Brown准则的非线性回归模型,结合差分进化算法提出了合理的位移反分析方法及步骤,并成功应用于青岛地铁工程。结果表明,所建立的非线性回归模型能较好地反映隧道位移与地质强度指标GSI、扰动系数D及泊松比μ的关系,所提出的位移反分析方法能较准确地反演获得GSI、D、μ值,由所得反演参数值计算的位移与现场监测位移的相对误差较小,具有良好的一致性,验证了该方法的合理性、准确性,为准确获取Hoek-Brown准则参数提供了新方法。     

横观各向同性岩体中圆形巷道反分析的惟一性

惟一性研究是位移反分析的基础工作之一。推导了横观各向同性岩体中圆形巷道的位移解析解,利用参数可辨识条件对横观各向同性岩体中圆形巷道位移反分析的惟一性进行了探讨。结果表明,无论量测多少个点的位移也不能惟一地反演出所有6个参数;必须至少已知3个参数时,才有可能惟一地反演其他参数;2个地应力分量是否相等对反分析结果有明显的影响;2个地应力分量的可辨识性最好,各向同性面上的弹性模量和泊松比次之,垂直各向同性面方向的弹性模量和泊松比最差。     

地下洞室岩体力学参数反演软件系统开发与应用

岩体力学参数对地下洞室的施工和设计是极其重要的,通过位移反分析确定岩体参数的应用研究很多。为了提高参数反演的效率,采用均匀设计理论设计不同的反演参数组合,用有限元计算组建的样本集训练神经网络,根据洞室开挖过程中实测位移反演地下洞室岩体力学参数。基于面向对象、自适应、可视化三大关键技术,开发了地下洞室岩体力学参数反演有限元软件系统BAFES。该软件可实现地下洞室力学参数反演分析、开挖预报过程的可视化,将地下洞室岩体力学参数反演模式由“数据－有限元分析－数据”转变为“图形－有限元分析－图形”,结合现场监控技术和工程稳定分析,能及时地指导工程设计和施工。以某水电站地下厂房洞室群岩体力学参数反演为例,说明了该软件的实用性。     

现场量测位移反分析法及在地下工程中的应用

现场量测位移的分析法是通过测量开挖硐室、隧道、井巷等地下工程的周边和围岩内的相对位移和绝对位移值来反推岩体的原始地应力场及岩体参力参数，利用线弹性有限元位移反析程序计算出某石棉矿区的初始地应力场值，并得出圈套的水平应力，这正是该矿地压严重显现原因之一。     

基于神经网络的大连东北海岸带碎石土地基强夯加固研究

以大连某实际工程作为研究场地,室内试验与原位测试所得碎石土地基物理力学参数与实测所得强夯处理沉降量作为样本,通过BP神经网络对样本的训练、学习,建立地基土力学参数与强夯处理的沉降量之间的映射关系,利用所得映射关系对场地实测的沉降量进行物理力学参数的反演分析。结果表明:经过训练的神经网络模型可快速得出所需参数,利用flac3d以反演所得参数进行计算,模拟沉降量与实测沉降量的误差为4.87%,在可接受的范围之内;基于神经网络的位移反分析方法可以省去繁琐的测试工作,但该方法的实现需要有充足的样本数据作为支撑。     

混凝土热学参数试验与反分析研究

确定混凝土绝热温升和表面散热系数需要专用设备,价格昂贵,且和施工现场存在较大误差。针对这一问题,采用基于施工现场的混凝土立方体非绝热温升试验,结合非稳定温度场求解的三维有限单元法仿真计算技术和反问题优化求解的遗传算法,以辨别和确定包括热交换系数、绝热温升和绝热温升规律系数在内的混凝土热学特性参数。反演结果表明,所得参数能真实反映混凝土的热学性能,遗传算法作为一种优化算法,具有收敛速度快、效果好等特点。     

修正剑桥模型参数对计算结果的影响

修正剑桥模型是土工计算中广泛应用的弹塑性模型,模型参数的取值是计算分析的重要内容之一,运用实测位移资料采用反分析方法可以有效地确定模型参数。通过有限元计算分析了模型中各参数的变化引起的钻孔灌注桩码头前沿的水平位移的改变,计算结果表明,影响水平位移的主要参数是与弹性模量有关的无量纲参数,与弹性模量有关的指数,泊松比和原始各向等压加荷试验常数,其中尤以与弹性模量有关的无量纲参数对计算结果的影响最为显著,这为反分析参数的选择提供了依据。     

基于计算机辅助检测技术的滑坡模型试验坡面位移场测量

将计算机辅助检测技术(computer aided inspection, CAI)引入到滑坡物理模型试验坡面位移场测量中,采用高精度的三维激光扫描设备对滑坡物理模型试验中坡体表面的位移和变形进行全方位的监测,采用“3D比较”测量坡体表面位移场。提出采用计算机辅助检测技术测量滑坡模型试验中坡体表面位移场的技术路线,并通过抗滑桩加固滑坡模型进行了实例测试,获得满意的结果。结果表明,计算机辅助检测技术可以最大限度的采集坡体表面的三维数据,获取坡体信息丰富、全面的位移场结果,避免传统单点监测以点带面的局限性;应用计算机辅助检测技术直观展现传统监测方法难以观察到的坡体边界效应、土拱效应等试验现象;计算机辅助检测技术所测位移场规律性好,与定性及理论结果相符,与试验过程中各种现象符合很好,结果可信、可靠。     

非线性水驱曲线

本文以Ａ油田的开发动态数据为基础，依据冯文光教授提出的非线性水驱曲线模型，首次将混沌动力学非线性反演理论引入水驱曲线研究之中，用非线性理论求取Ａ油田非线性水驱曲线参数，建立非线性水驱曲线方程     

基于PSO-MLSSVR的土体参数反演方法在深基坑工程中的应用

为了确保基坑工程安全,常常会采用数值模拟的方法预测支护结构的位移,其中岩土体力学参数的选取对于结果的影响最大.本文使用了一种粒子群(PSO)算法结合多输出最小二乘支持向量回归机(MLSSVR)的基坑土体参数位移反分析法,以深圳某深基坑的支护桩顶水平位移监测数据为依据,基于正交设计生成具有代表性的土体参数组合,通过有限元...     

基于集对分析的滑坡变形动态建模研究

滑坡是一个确定-不确定的动态系统,其变形表现出复杂的非线性演化特征。为了克服传统分析方法在处理系统不确定性方面的不足,将集对分析法（SPA）引入岩土变形监测分析领域,并结合层次分析法（AHP）提出了滑坡变形动态预测模型,给出了基于概率论的最优预测算法,提出并证明了集对论中最大同一度在等势条件下存在极限解,据此提出位移势的概念。在位移势的基础上,进行SPA二次建模,提出了基于SPA的滑坡变形与水库蓄水过程相关性动态分析模型。运用上述预测模型对新近发生的刘家沱滑坡进行变形监测定量分析,实践证明：最优预测值具有良好的短期预报精度;位移势能够表征系统当前状态下位移所能达到的最大潜力,可作为短期预测的上限值,其变化能够反映系统宏观层面上的演化特征,对滑坡演变加速预警具有指导意义;运用集对分析方法进行滑坡变形响应滞后效应的定量研究是一条可行的新思路,反演结果与实际情况吻合;该方法在岩土监测分析领域有良好的应用前景。     

天津港地区土层剖面随机场特征参数的估计

天然地基或人工地基在形成过程中,不同位置的土由于成因相似,其物理力学特性指标具有空间自相关性,这种空间自相关性可以用随机场理论进行研究。为估计天津港地区土体物理力学性质的空间随机场特性,采用了现场钻孔取样、静力触探等方法获取了大量的描述土体物理力学性质的参数。由于静力触探试验能够连续取样以获得足够多的数据来进行随机场分析,文章主要应用静探数据检验了该地区土性指标的平稳性和各态历经性,指出应用Vanmarcke的随机场模型对土性指标进行分析具有可行性。本文的创新点在于探讨了天津港地区随机场模型的建立方法并应用改进的完全不相关距离方法估计了天津港地区典型土层剖面的随机场特征参数。为随机场理论应用于天津港地区岩土工程可靠度分析打下了坚实的基础。相同的方法可用于其他地区土层随机场特征参数的估计。