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。     

Results of inversion of distorted magnetotelluric sounding curves (numerical experiment)

The paper presents the results of a joint inversion of magnetotelluric sounding (MTS) curves taken at several stations without preliminary selection and normalization and distorted by the presence of lateral electrical-conductivity inhomogeneities in the medium. In the calculations, we used synthetic MTS data for a three-dimensional model. Preparation and interpretation of data are carried out by the Trefftz method using a numerical model of the field and MTS curve distortions. To solve the inverse problem and optimize the subsurface model, we used a nonlinear least-squares method and an iterative process with calculation of the sensitivity matrix and its singular decomposition. The target functional is determined by the discrepancies between the model and synthetic experimental apparent-resistivity curves corresponding to the elements of the impedance tensors on the lateral diagonal. The reliability of the reconstructed subsurface model is characterized by the dispersion of the deviations of its parameters from the parameters of the known model used for the preparation of synthetic experimental data. The joint consideration of distorted apparent-resistivity curves at several stations increases the reliability of interpretation results. The obtained solution to the inverse problem is approximate and can be used as a starting model for more complex algorithms and programs.     

基于Monte Carlo-BP神经网络TBM掘进速度预测

预测隧道工程中TBM掘进速度,主要有完全经验的、半理论半经验的模型和人工智能等方法,所用参数均为确定性的,未考虑参数存在的随机性,故导致预测结果的不准确性。基于此,提出了Monte Carlo-BP神经网络TBM掘进速度预测模型,着重考虑了一些重要输入参数的随机性, 其中输入参数重要性的大小通过粗糙集进行计算排序。采用Monte Carlo产生随机数时,由于参量的样本数据的有限,分布函数均采用阶梯形经验分布函数。如果采用的数据是来自不同类型的 TBM,则应当考虑机器性能参数,并重新对参数重要性进行排序。实例计算表明,Monte Carlo-BP神经网络模型预测结果和实测值总体趋势和均值比较一致。     

复杂地铁车站施工对邻近建筑物变形影响数值分析的位移叠加法

换乘地铁车站基坑工程地下空间布局复杂,由垂直交叉的地铁车站基坑工程、联络通道、区间隧道等共同组成,通常采用数值模拟方法分析基坑施工对邻近建筑物的变形影响。由于空间结构复杂、基坑规模大,采用整体模型来模拟施工过程建模困难,网格数量多,单台微机难以完成。为了解决这个问题,在合肥市潜山路地铁车站的数值模拟计算中采用位移叠加法,把复杂的地铁基坑工程计算模型剖分为整体模型和一个局部模型,将整体模型计算的变形结果作为局部模型计算的初始位移场,在该基础上对局部模型进一步开挖模拟基坑工程施工对邻近建筑物的影响。以单元内插法和反距离加权插值法为例,通过两种方法导出整体模型的初始位移场,并将两种位移叠加法计算得到的结果与单独计算的结果进行对比。结果表明,采用位移叠加法得到的计算结果与单独计算得到的结果基本一致,可近似作为完整模型计算结果,证明了位移叠加法的可行性。通过比较可知,采用反距离加权插值法比单元内插法具有更高的精度,得到的计算结果更准确。研究结果对复杂基坑工程数值模拟计算有重要的参考和应用价值。     

去耦合方法求解非均质地区地下水中多组分反应-运移模型

近些年来地下水中多组分反应-运移模型在地球科学及环境领域开始得到应用,但其求解较为复杂,为了提高计算效率,可以采用去耦合化方法处理,从而使模型求解得到简化。针对自然界中广泛存在的非均质地质体,提出该类条件下的去耦合化方法,即根据水-岩间、水溶组分间反应的不同,将整个研究区划分为若干子区域,获得对应的去耦合化矩阵。对化学场中各子区域间相邻边界进行设定,达到简化模型求解的目的。最后,以一维非均质介质中基于热力学平衡的反应-运移问题作为算例,基于以上方法进行求解,并与该算例经PHAST软件所示的结果较为一致。结果表明,基于去耦合化方法获得的各离子浓度随时间演变和沿空间分布特征与PHAST所示的结果较为一致,显示该方法在非均质区域模拟溶质运移等方面具有较好的适用性。     

滑坡位移灰色预测模型的VB编程实现

灰色模型在社会科学、自然科学的许多方面已得到广泛的应用，并取得了一系列重大成果。在滑坡地质灾害研究方面，灰色模型多用于滑坡变形的中长期预测预报，且精度较高。文章在介绍分析了灰色预测模型GM(1，1)的基本原理基础上，开发了用VB语言编写的滑坡位移灰色预测软件，解决了笔算困难问题。实例验证了该模型用于预测滑坡位移值的适用性及软件的可靠性。VB编程能够很好地与其它软件(GIS软件)集成，在其它专业软件中使用，有聋于滑坡地质灾害的研究。     

砂土地震液化预测的GA_SVM_Adaboost模型

为快速准确地对砂土液化情况作出预测,选取地震烈度、地下水位、覆盖厚度、标贯击数、平均粒径、地貌单元、土质及不均匀系数为主要影响因素,运用相关性分析和因子分析模型对其进行分析和属性约减,采用遗传算法（GA）对支持向量机（SVM）的参数寻优,结合Adaboost迭代算法,建立预测砂土地震液化的GA_SVM_Adaboost模型。选用唐山地震砂土液化现场勘察资料中的329组数据对模型进行训练,利用该模型对剩余68组砂土液化数据进行预测。最后,将预测结果与GA_SVM和SVM模型预测结果进行比较。结果表明,3个模型的平均预测准确率分别为100%、98.04%、89.71%,基于因子分析的GA_SVM_Adaboost模型的预测准确性优于GA_SVM模型和SVM模型,是一种解决砂土地震液化预测问题的有效方法,具有一定的应用参考价值。      

双时间尺度紊流模型的非线性修正与验证

采用非线性雷诺应力模式对双时间尺度紊流模型进行了修正,并将修正后的模型应用于具有回流的突扩流的紊流模拟中,其计算结果比采用双时间尺度紊流模型有进一步的改进。     

Correlation of Pile Axial Capacity and CPT Data Using Gene Expression Programming

Numerous methods have been proposed to assess the axial capacity of pile foundations. Most of the methods have limitations and therefore cannot provide consistent and accurate evaluation of pile capacity. However, in many situations, the methods that correlate cone penetration test (CPT) data and pile capacity have shown to provide better results, because the CPT results provide more reliable soil properties. In an attempt to obtain more accurate correlation of CPT data with axial pile capacity, gene expression programming (GEP) technique is used in this study. The GEP is a relatively new artificial intelligent computational technique that has been recently used with success in the field of engineering. Three GEP models have been developed, one for bored piles and two other models for driven piles (a model for each of concrete and steel piles). The data used for developing the GEP models are collected from the literature and comprise a total of 50 bored pile load tests and 58 driven pile load tests (28 concrete pile load tests and 30 steel pile load tests) as well as CPT data. For each GEP model, the data are divided into a training set for model calibration and an independent validation set for model verification. The performances of the GEP models are evaluated by comparing their results with experimental data and the robustness of each model is investigated via sensitivity analyses. The performances of the GEP models are evaluated further by comparing their results with the results of number of currently used CPT-based methods. Statistical analyses are used for the comparison. The results indicate that the GEP models are robust and perform well.     

强度折减有限元法中锚杆计算模型研究

针对目前岩土工程中锚杆数值模型存在的局限性,受商用软件中锚杆强度模型的启发而提出了一种适用于强度折减有限元法的锚杆强度模型,并建议了考虑锚杆强度折减的强度折减方法,研制了相应程序。该模型应用于岩坡锚固计算,计算结果说明了模型的有效性;应用于土质边坡稳定性评估计算,结果表明模型方便可行。     

Effect of a submerged bay-mouth breakwater on tsunami behavior analyzed by 2D/3D hybrid model simulation

The hybrid numerical model had been developed to simulate a complicated 3D flow around structures generated by tsunami. In the model, the conventional 2D model is adopted for the wide region far from structures and the 3D non-hydrostatic pressure model is used in the limited region adjacent to structures. The applicability of the model is shown by comparisons of the numerical results with the experimental results of the laboratory model tests and the numerical analysis results of the conventional whole 2D simulation. In addition, the effect of a submerged structure at the opening of a breakwater is discussed from the numerical simulations by the hybrid model. The submerged structure improves the stability of the rubble mound and reduces the tsunami inflow into the bay, while it increases the water surface velocity around the opening of the breakwater. The increase of surface velocity causes the increases of impulsive forces by collision with drafts and so on.     

考虑基质吸力作用的Newmark改进模型在地震滑坡风险评价中的应用

传统的Newmark模型常对地下水位以上由负孔隙水压力提供的部分抗剪强度忽略不计,这对于滑动面的主要部分处在地下水位以下时较为合理,但对地下水位很深或考虑出现浅层滑动的坡体,其计算结果过于保守。因此,文章将Newmark累积位移模型扩展至非饱和土力学领域,在考虑基质吸力作用的基础上,改进了Newmark模型计算公式。分别利用Newmark传统模型和改进模型对甘肃礼县幅区域内的地震滑坡进行易发性分区,并在此基础上分别开展50年超越概率10%情况下的地震滑坡危险性分区和风险评价,最后利用ROC曲线对评价结果进行验证和比较。结果表明:改进模型所得易发区和危险区的计算结果明显优于传统模型计算结果;改进的模型所得风险区的计算结果虽然改进效果不明显,但仍优于传统模型计算结果。由于考虑基质吸力作用的Newmark改进模型充分发挥了基质吸力的贡献,使得计算结果更为合理,研究成果可为相关地区开展地震滑坡易发性分区、危险性分析和风险评价提供新的参考。     

基于上下负荷面的弹黏塑性本构模型及应力积分算法实现

为了描述天然软土的时间相依以及结构性特征,提出了一种能考虑土体超固结和结构性的实用弹黏塑性本构模型。它以Asaoka和Hashiguchi的上下负荷面作为某一应变速率下的参考屈服面,按照相对过应力的基本思路,新引入了两个能通过不同应变速率三轴压缩试验测定的率敏性参数 和 ,建立了以当前应力、黏塑性应变以及黏塑性应变速率为状态变量的动屈服准则函数,并给出了基于Newton-Raphson迭代的应力积分算法,且成功地将其嵌入到大型有限元软件ABAQUS中。最终通过数值算例来验证模型的正确性以及应力积分算法的可靠性。结果表明：该模型能同时描述土体的率敏性、蠕变以及结构性特征,模型参数物理意义明确、易懂可测,预测结果与试验数据吻合良好,可用于复杂边值问题的有限元计算。     

基于改进的Mogi模型对樟树盐矿采空区地面沉降的分析

樟树现代医药物流中心项目区周边采卤井引发的地面沉降是关系到项目区能否投入建设的关键问题。Mogi模型是基于半无限空间弹性理论的地面沉降预测模型,而盐矿采空区地表沉降变形的主要诱因是地下腔体体积的蠕变收缩,通过引入稳态蠕变阶段盐溶腔体积收缩解析解,对Mogi模型进行改进,并应用于项目区的地面沉降预测,利用沉降叠加的方法获得采卤井群诱发地面沉降发展趋势。结果显示：樟树医药物流中心周边卤井群蠕变引发的地面沉降及地面倾斜均在地基基础设计规范要求范围内;随着与井群距离的增大,项目区内地面倾斜呈现先增大后变小的趋势。同时,利用改进的Mogi模型得到的地面沉降和地面倾斜与相同条件下数值模拟沉降结果有着良好的相似,改进的Mogi模型为盐矿采空区及盐穴储气库的地面沉降分析提供了一种准确、快速的方法。     

阪神地震中大开地铁车站震害机制数值仿真分析

1995年阪神地震中,神户市的地下结构遭受了严重的破坏,尤其是地铁车站的破坏最为严重,其中大开地铁车站有一半以上的中柱发生坍塌,导致地面坍塌近2.5 m。对大开地铁车站的震害进行了全面地描述,基于大型商用有限元软件ABAQUS,采用在该软件上二次开发的土体非线性黏弹性动力本构模型模拟土在循环荷载作用下的动力特性,采用黏塑性动力损伤模型模拟混凝土在循环荷载作用下的拉、压应力-应变关系,对大开地铁车站的非线性地震反应进行了数值仿真分析,给出了破坏演化过程,把有限元分析的结果与大开地铁站的实际震害现象进行了对比,结果表明：数值仿真分析结果能够合理地解释大开地铁车站的主要震害现象,建模方法能够被用来进行地下结构的非线性地震反应分析。     

双目标耦合不确定性模糊模式识别模型

本文在陈守煜建立的模糊模式识别理论的构架基础上,将加权广义距离与模糊熵最小作为模式识别的复合目标函数,建立了考虑随机和模糊不确定性,使目标函数最小的新型模糊模式识别耦合模型。应用此模型对我国12个湖库的富营养化程度进行综合评价,并与原模型的双目标结果进行比较,说明本文建立的模型考虑了不确定性因素的优越性。     

基于时间序列分解和多变量混沌模型的滑坡阶跃式位移预测

三峡库区某些库岸滑坡在强降雨、库水位涨落等诱发因素影响下,其位移时间序列表现出阶跃式变化特征且可能存在混沌特性.但目前常用于滑坡位移预测的混沌模型,均建立在单变量混沌理论的基础之上.且已有的考虑了诱发因素的常规多变量模型,大都采用经验性的方法来选取输入变量;常规多变量模型对滑坡位移序列的非线性特征,及其与诱发因素间的动态响应关系缺乏数学理论上的深入分析.因此,提出一种基于指数平滑法、多变量混沌模型和极限学习机（extreme learing machine,ELM）的滑坡位移组合预测模型.指数平滑多变量混沌ELM模型首先对滑坡累积位移序列的混沌特性进行识别;然后用指数平滑法对累积位移进行预测,得到趋势项位移,并用累积位移减去趋势项位移得到剩余的波动项位移;之后对波动项位移及降雨量、库水位变化量这3个因子进行多变量相空间重构,并用ELM模型对多变量重构后的波动项位移进行预测;最后将预测得到的趋势项和波动项位移值相加,得到最终的累积位移预测值.以三峡库区白水河滑坡ZG93监测点的累积位移作为实例进行分析,并将模型与指数平滑多变量混沌粒子群-支持向量机（PSO-SVM）模型、指数平滑单变量混沌ELM模型作对比.结果表明滑坡位移序列存在混沌特性,模型能有效预测滑坡位移,其预测效果优于对比模型.且本文模型从混沌理论的角度将波动项位移与降雨量、库水位变化量的动态响应关系进行综合分析,更能反映滑坡位移系统演化的物理本质.      

真三轴应力条件下修正邓肯-张模型的试验研究

邓肯-张非线性模型已经被广泛的应用于工程实践的应力-应变数值分析中。考虑轴对称应力条件下邓肯-张模型应用于复杂应力时存在的不足,依据原状土的真三轴试验数据对邓肯-张模型预测结果与实测结果进行比较,论证了复杂应力条件下邓肯-张模型的适用性。通过考虑真三轴试验应力条件下中主应力对大主应变的影响,邓肯-张E-B模型大主应变叠加中、小主应力差作用产生的变形,提出了不同中主应力比的邓肯-张E-B模型参数确定方法,建立了复杂应力路径条件下修正的邓肯-张E-B模型。经与西安原状土真三轴试验结果进行比较,验证了修正邓肯-张E-B模型的正确性,为邓肯-张模型在复杂应力条件下的应用提供了途径。     

基于分段模拟的岩石蠕变模型

为了更好地实现对岩石蠕变特性的描述,基于岩石蠕变的阶段特征,提出分段模拟岩石蠕变的建模思路。应用变分数阶微积分改进的软体元件与弹簧串联得到改进的Maxwell模型实现对岩石稳定蠕变阶段的模拟;同时基于应变触发方式改进蠕变体元件实现对岩石非稳定蠕变阶段的模拟。综合改进的Maxwell模型与改进的蠕变体元件构建一个新的三元件蠕变模型。应用岩盐典型蠕变曲线数据对三元件蠕变模型进行了验证。结果显示构建的三元件蠕变模型可以很好地模拟岩盐的三阶段蠕变,分段模拟思路是可靠的。     

改进的前馈型神经网络模型在承压水漏斗水位预报中的应用

建立了以改进Powell法优化的前馈型神经网络模型，模型既具有强大的函数逼近功能，又克服了传统神经网络优化方法的缺点。将神经网络模型用于承压水漏斗的动态水位预报，实例表明：模型预报效果较好。