流体力学参数控制反问题的控制论求解方法

提出一种求解流体力学参数控制反问题的新思路--控制论方法。将流体力学参数控制反问题纳入控制论范畴,提为分布参数系统的最优控制问题,并提出应用计算机辅助优化法实现求解。以一个矩形坝非均质渗透系数反演问题为例,用所提方法进行了求解。研究结果表明,应用控制论方法求解参数控制反问题是合理可行的,是研究反问题的新思路。与其它参数控制反问题求解方法相比,用计算机辅助优化法求解参数控制反问题简单易行,且适应性强,为拓广流体力学参数控制反问题的工程应用提供了可能。     

双洞隧道施工引起地表移动的多参数反分析研究

应用随机介质理论计算隧道开挖引起的地表移动是目前广泛使用的方法,在关键参数的取值上反分析是最有效的手段。在双洞隧道的反分析问题上,通常认为2个隧洞的参数相同而采用双参数反分析,但这种做法不利于反映实际情况,为此文中提出为每个隧洞引入各自计算参数进行多参数反分析。实际算例表明,双洞4参数的分析结果优于双参数的分析结果。但是,4参数反分析问题复杂性大大提高,传统的模式搜索方法不能很好地搜索到最优参数。为克服该问题,采用单纯形混合加速遗传算法作为双洞隧道4参数反分析问题的求解方法。实际的应用及测试表明,该方法能高精度的、稳定的搜索出全局最优参数。     

坝区岩体蠕变参数解析-智能反演方法及其工程应用

岩体蠕变参数是岩土工程设计必不可少的重要资料,为准确确定岩体的蠕变力学参数,综合考虑解析反演法和智能反演法的优点,将这两种反演方法耦合,建立了岩体蠕变参数的解析-智能反演方法,将这种方法应用到大岗山水电站工程中,解析智能反演获得坝区岩体的压缩蠕变参数。计算结果表明：解析-智能反演蠕变曲线与试验蠕变曲线的拟合程度比解析反演蠕变曲线与试验蠕变曲线的拟合程度好,说明解析-智能反演法获得的坝区岩体蠕变参数更为准确可靠,同时也验证了这种参数反演方法的有效性和合理性。该方法为高效快捷地反演坝区岩体的蠕变参数提供了重要理论指导。     

基坑工程平面竖向弹性地基梁法中土的水平抗力比例系数反分析研究

提出了一种结合Ucode反分析软件和Abaqus有限元分析软件,并根据围护墙实测变形来反分析基坑工程平面竖向弹性地基梁法中土的水平抗力比例系数的方法。重点讨论了反分析的原理和实现流程,给出了反分析过程中迭代控制参数的确定方法及待估参数取值的确定方法。通过参数敏感分析可找到对围护结构变形影响较大的土层,针对起主导作用的土层m值进行反分析,既可提高迭代效率,又能保证反分析结果的准确性。实际工程反分析的结果表明,计算值与实测围护墙变形吻合得很好。在此基础上,根据多个测孔的反分析结果给出了各层土的水平抗力比例系数的建议取值。     

考虑参数相关的高心墙堆石坝材料参数反分析

在高心墙堆石坝应力变形控制数值模拟中,除了所采用土体本构模型的误差影响外,材料参数取值是否合理也是影响堆石坝变形预测精度的关键因素之一。传统参数反分析方法未考虑材料参数之间相关性影响,可能导致反分析参数值与材料实际特性不匹配。另外,高心墙堆石坝材料分区较多,模型待反分析参数多,计算量较大。针对邓肯–张E-B模型参数,通过大量室内试验数据统计分析,得到材料的抗剪强度参数φ与φ、切线模量系数K_e与体积模量系数K_b、切线模量指数n与m存在显著相关关系,根据其相关关系确定模型基础反分析参数为φ、R_f、K_e和n。构建了基础反分析参数为自变量,数值计算位移值为因变量的响应面方程,运用改进的遗传算法和已知的参数回归方程求得文中模型待反分析参数最优解。以瀑布沟砾石土心墙堆石坝工程为例,对坝体及覆盖层材料参数进行了反分析。计算结果表明,考虑参数相关的反分析方法得到的材料参数更加符合材料的真实特征,由于减少了待反分析参数个数,使计算效率显著提高,该反分析方法可为类似工程提供参考,具有工程应用价值。     

地下洞室黏弹性位移反分析模式分层运算

在洞室黏弹性位移参数反分析中,对分层优化方法存在初始值选取困难、计算量大等问题进行了探讨,提出了基于最小二乘法的模式分层运算方法,改变参数求解机制,避免了由于初始值选取不当造成迭代不收敛的现象,加强了求解搜索的有效性,提高解的精度和稳定性,通过工程实例进行验证。数值计算结果表明,模式分层运算对洞室黏弹性多参数位移反分析计算的结果真实、可靠。     

井地联合提取VTI介质各向异性参数

在新疆塔里木盆地某地区的宽方位三维地震数据中,VTI介质火成岩的各向异性和垂向速度变化引起非双曲线时差。通过对实际资料的系统分析,我们不能利用DMO反演法,移动震源VSP反演法和多偏移距VSP初至旅行时反演法提取Thomsen参数用于各向异性地震资料的处理。因此本文提出一个新的方法:运用地震资料和零偏移距VSP井求取火成岩的各向异性参数δ;在比较精确确定火成岩地层深度和厚度的情况下,利用偏移距VSP井,求取了各向异性参数ε,从而获得火成岩的瞬时各向异性参数η;充分考虑VTI介质垂向速度变化对时差曲线的影响,获得了各向异性参数ηeff。最后,利用所提取的各向异性参数,进行VTI介质各向异性速度分析和成像,成像质量得到明显改善。     

基于传递系数法的滑坡滑带土强度参数反分析研究

基于对滑坡强度参数反分析基本原理的分析,利用工程实践应用最为广泛的传递系数法建立了滑坡反分析计算模型,进而得出反分析理论基础,从数学意义上揭示了滑坡反分析本质为求解由滑坡状态条件确定了的系数项和常数项的二元多次方程。通过滑坡反分析状态分析,根据滑坡变形特征确定了稳定性评估指标。利用至少两个反分析剖面,采用试算法和插值法求解了一系列当Fsi′=Fs时的c、φ组合,然后用图解法求解滑坡滑带土强度参数。该方法在某滑坡中得到成功的应用,其计算精度基本满足工程要求,为反分析在滑坡稳定性分析及预测中的应用进行了有益的探讨。     

基于ν-SVR和GA的初始地应力场位移反分析方法研究

基于一种改进的支持向量机(ν-SVR)和改进的遗传算法(GA),提出一种初始地应力场位移反分析方法。该方法通过正交设计方法安排较少次数的正分析方案,用ν-SVR对正分析中测点位移值与参数构成的样本集进行学习,建立参数取值与观测点测值的非线性隐式方程;采用确定性或随机反分析的思路确定反分析的优化目标函数,并利用GA搜索最优参数取值。采用ν-SVR方法建立的参数取值与位移量测点测值的非线性隐式方程,能够以很高的精度拟合和预测不同参数取值时的观测点测值,因此,可以用该隐式方程代替正分析,减少计算量;采用改进的GA方法能够准确搜索到最优参数;搜索到的最优参数值与理论值相当吻合。算例表明,基于ν-SVR和GA的初始地应力场位移反分析方法是一种行之有效的初始地应力场位移反分析方法,可以广泛用于初始地应力场确定性反分析和随机反分析。     

基于?－SVR和GA的初始地应力场位移反分析方法研究

基于一种改进的支持向量机（?－SVR）和改进的遗传算法（GA）,提出一种初始地应力场位移反分析方法。该方法通过正交设计方法安排较少次数的正分析方案,用?－SVR对正分析中测点位移值与参数构成的样本集进行学习,建立参数取值与观测点测值的非线性隐式方程;采用确定性或随机反分析的思路确定反分析的优化目标函数,并利用GA搜索最优参数取值。采用?－SVR方法建立的参数取值与位移量测点测值的非线性隐式方程,能够以很高的精度拟合和预测不同参数取值时的观测点测值,因此,可以用该隐式方程代替正分析,减少计算量;采用改进的GA方法能够准确搜索到最优参数;搜索到的最优参数值与理论值相当吻合。算例表明,基于?－SVR和GA的初始地应力场位移反分析方法是一种行之有效的初始地应力场位移反分析方法,可以广泛用于初始地应力场确定性反分析和随机反分析。     

边坡模糊随机可靠性分析的模糊点估计法

在统计矩点估计法和模糊随机理论的基础之上,提出边坡工程模糊随机可靠性分析的模糊点估计法,将边坡稳定性极限状态方程由模糊随机集向普通随机集转化,然后利用点估计法求解边坡的可靠度指标。鉴于岩土体物理力学参数的近似分布类型,采用区别于梯形模糊数的正态模糊数对随机变量进行模糊随机化处理,使其更趋近于物理力学参数的近似分布类型。该方法考虑了各个力学参数的模糊性,计算结果更能反映边坡的真实工作状态。算例分析结果表明,该法使用简便,计算效率高,结果可靠,避免了传统分析方法的缺点,对复杂边坡或者功能函数为隐式表达的边坡工程可靠性分析具有很大的潜力,为边坡可靠性分析提供了一条新的途径,具有广泛的应用前景。     

基于有限元强度折减法的边坡动力稳定性可靠性分析

传统有限元强度折减法在边坡稳定性数值分析中取得了一定的成功,但由于未考虑岩土体材料参数的变异性等不确定性因素,尚不能直接应用于边坡稳定性特别是动力稳定性可靠性分析问题。为此提出了基于有限元强度折减法的地震边坡动力稳定性可靠性分析方法。将有限元极限分析法、动力分析法和可靠性分析法三者耦合,分析求解边坡在地震作用下的动力稳定性可靠性问题,并将这一过程在数值计算程序中得以实现。在计算分析过程中,克服了原方法需不断人工试算才能得到边坡安全系数而无法量化处理问题,并对边坡动力失效准则进行了适用于程序化的改进,使其计算过程完全实现自主运行。结合典型算例分析结果表明,该方法显著的特点是能较全面地反映岩土体的动力特性和边坡岩土体材料强度参数的变异性及相关性,所得结果相对更加合理且更符合工程实际。该方法既是对有限元强度折减法的应用范围的有益推广,也为边坡动力稳定性可靠性问题研究提供了一条新的有效途径。     

约束随机场下的边坡可靠度随机有限元分析方法

目前边坡可靠度中常用的简化分析方法,不考虑边坡土体的空间变异性,每次计算整个边坡都取用相同的强度参数,由离散点试样试验得到的土体参数统计特性只能反映点特性,而边坡的稳定性受滑面上平均抗剪强度特性控制,因此,需要考虑空间范围内的平均特性。描述空间变异性的随机场理论对变异性较高的土体,实际上高估了其空间变异性。把随机场理论和地质统计中的区域化变量理论结合起来,建立约束随机场,并在此基础上进行Monte-Carlo随机有限元分析。计算实例表明,在高变异性条件下约束随机场能有效降低完全随机场的模拟方差,得到更低的破坏概率。对比了随机有限元和简化法的计算结果表明,简化法在土体强度变异性很高时其结果并非偏于保守。另外也指出了可靠度分析中存在的边坡尺度效应和简化法的适用条件。     

土坡体系可靠度分析方法及在高土石坝工程中的应用

针对土坡稳定体系可靠度分析问题,提出了一种分析方法框架,包括采用缩减方差抽样技术生成随机变量样本值、采用全局优化算法搜索边坡最小安全系数、采用Monte-Carlo法计算边坡体系可靠度3个主要部分。在此框架下,建立了一种较为简便实用的高土石坝坝坡稳定体系可靠度分析方法。该方法采用拉丁超立方抽样技术生成随机变量的样本值,再用商业软件STAB搜索相应的坝坡最小安全系数,最后用可靠指标法或Monte-Carlo法计算坝坡体系可靠度。工程算例表明,筑坝材料强度参数的随机不确定性对坝坡临界滑弧的位置影响较大,坝坡稳定体系可靠度小于单一滑动面的坝坡稳定最小可靠度,提出的方法可用于实际工程坝坡稳定体系可靠度分析。     

基于可靠性理论抗滑桩设计体系的研究

抗滑桩设计的常规方法是建立在定值基础上的,未能考虑计算参数的随机性与变异性,故在抗滑桩设计中存在局限性：一是不能给出抗滑桩设计的边坡安全度;二是设计中过分保守,造成浪费。可靠性分析法考虑了计算参数的随机性,用严格的概率来度量边坡的安全度,弥补了上述传统抗滑桩设计中存在的不足。基于可靠性分析法,以传统边坡稳定性计算公式为基础,建立了抗滑桩设计的边坡稳定性评价模型,并且运用蒙特卡罗法,采用单参数敏感性分析方法,分析抗滑桩设计各参数对边坡安全系数及可靠性指标的影响。结果表明,岩土体抗剪强度参数、岩土体重度、抗滑桩直径等因素对可靠性指标影响较明显,边坡安全系数对岩土体重度、抗滑桩有效长度、抗滑桩直径等随机变量较敏感。     

有限数据条件下边坡可靠度分析的Bootstrap方法

基于Bootstrap抽样技术提出了有限数据条件下边坡可靠度分析方法。简要介绍了传统的边坡可靠度分析方法。采用Bootstrap方法模拟了抗剪强度参数概率分布函数的统计不确定性。以无限边坡为例研究了抗剪强度分布参数和分布类型不确定性对边坡可靠度的影响规律。结果表明：基于有限数据估计的样本均值、样本标准差和AIC值具有较大的变异性,这种变异性进一步导致了抗剪强度参数概率分布函数存在明显的统计不确定性。在考虑抗剪强度参数概率分布函数的统计不确定性时,边坡可靠度指标应为具有一定置信度水平的置信区间,而不是传统可靠度分析中的固定值。边坡可靠度指标的置信区间变化范围随安全系数的增加而增大,同时考虑分布参数和分布类型不确定性计算的可靠度指标具有更大的变异性和更宽的置信区间变化范围。Bootstrap方法为有限数据条件下抗剪强度参数概率分布函数统计不确定性的模拟以及边坡可靠度的评估提供了一条有效的途径。     

边坡稳定可靠度分析的广义可行方向法

在广义随机空间中直接建立验算点的迭代公式,可以方便地解决含相关随机变量的结构可靠度计算问题。在广义随机空间中推导了一种收敛性较好的验算点迭代公式,并应用于边坡稳定的可靠度分析。针对卡基娃混凝土面板堆石坝地震工况坝坡稳定的可靠度分析表明:(1)由于安全系数法采用的输入参数为确定值,故不能考虑参数随机波动的影响。可靠度分析能够反映参数随机性的影响,这对于深入评估工程安全与抗风险能力是有益的。(2)通过引入条件概率方法考虑地震和坝坡失稳同时发生的概率得到的结构可靠指标将提高,而提高的幅度与地震发生概率的大小有关。(3)堆石非线性强度指标具有正相关性,考虑强度指标的相关性将提高边坡稳定的可靠度。     

LHS方法在边坡可靠度分析中的应用

Monte Carlo（MC）法在目前边坡可靠度分析中是一种相对精确的方法,应用广泛,受问题限制的影响较小,适应性很强,其误差仅与标准差和样本容量有关。但其精度受随机抽样的可靠性和模拟次数制约,收敛速度慢,影响了实际使用。在极限平衡方法的基础上,用拉丁超立方抽样（Latin hypercube sampling,LHS）方法代替MC法的随机抽样,考虑边坡参数的变异性和相关性进行边坡可靠度分析。讨论了LHS法、MC法中可靠指标的各种计算方法,建议以破坏概率、安全系数均值和标准差作为评价指标。算例显示LHS法较MC法效率上有很大改善：较少的抽样样本就能反映参数的概率分布,可靠度分析收敛快,不需要大量的模拟,因此,值得在边坡可靠度分析中推广应用。也将工程上常用的均匀设计和正交设计用于边坡可靠度分析,结果表明,正交设计结果和中心点法比较接近,而均匀设计得到的结果则是不可靠的。     

边坡模糊可靠性分析隶属函数取值界限研究

针对岩土参数取值所具有的随机性、模糊性与区间性特征,建议采用隶属函数表征参数取值,分别构造了岩土参数三角形分布、正态分布与拟正态分布隶属函数,并建立了采用隶属函数取值界限表示的不同截集水平岩土参数区间值确定方法,提出分别采用均值加减2.5倍标准差与3倍标准差确定岩土参数三角形分布与拟正态分布隶属函数取值界限,进而以此为基础采用模糊点估计分析方法对工程算例进行分析,结果表明,在截集水平个数为11时,模糊点估计方法所得边坡稳定模糊可靠性指标与蒙特卡洛法所得随机概率可靠性指标精度相当,截集水平个数为9时,评价结果偏安全,建议在工程分析时,截集水平取0.1⁰.9间的9个,该方法计算过程直接简单,计算代价低,更具工程实用性。     

考虑参数空间变异性的非饱和土坡可靠度分析

在考虑多个土体参数空间变异性的基础上,提出了基于拉丁超立方抽样的非饱和土坡稳定可靠度分析的非侵入式随机有限元法。利用Hermite随机多项式展开拟合边坡安全系数与输入参数间的隐式函数关系,采用拉丁超立方抽样技术产生输入参数样本点,通过Karhunen-Loève展开方法离散土体渗透系数、有效黏聚力和内摩擦角随机场,并编写了计算程序NISFEM-KL-LHS。研究了该方法在稳定渗流条件下非饱和土坡可靠度分析中的应用。结果表明：非侵入式随机有限元法为考虑多个土体参数空间变异性的非饱和土坡可靠度问题提供了一种有效的分析工具。土体渗透系数空间变异性和坡面降雨强度对边坡地下水位和最危险滑动面位置均有明显的影响。当降雨强度与饱和渗透系数的比值大于0.01时,边坡失效概率急剧增加。当土体参数变异性或者参数间负相关性较大时,忽略土体参数空间变异性会明显高估边坡失效概率。