基于ANSYS和响应面法的抗滑桩结构可靠性分析

在深入分析可靠度指标的几何意义和响应面法的基本思想的基础上,提出了基于ANSYS和响应面法的可靠度算法与步骤。分析了陕西省吴起县大路沟巨型黄土滑坡的工程地质条件,根据滑坡的工程地质勘察资料和滑坡治理工程的设计资料,建立了基于ANSYS的抗滑桩桩土体系有限元模型,经过自重作用下桩土结构有限元分析,验证了该有限元模型的有效性。在此基础上,选取滑体土重度、滑面土内聚力c和内摩擦角、滑面以下土的压缩模量Es;4个随机变量,基于响应面(中心复合设计CCD)法和通用有限元软件ANSYS平台,建立了抗滑桩的可靠度分析模型,并研制了对应算法。工程算例结果表明:当试验点数量N=25时,抗滑桩结构的失效概率Pf=0.35%,可靠度指标=2.70,从而验证了基于ANSYS和CCD响应面法建立抗滑桩可靠度计算模型及算法是可行的。     

基于响应面法的边坡稳定二阶可靠度分析

提出了基于响应面法的边坡稳定二阶可靠度分析的实用算法。选择U空间中的随机变量,通过空间变换和相关矩阵分解,计算试验点的功能函数;通过迭代算法构造响应面、以确保通过最小的计算量获得最优精度,并在此基础上进行FORM/SORM计算。以一岩石边坡的平面滑动问题为例,通过与蒙特卡洛模拟、FORM及随机响应面法的比较,证明了该方法的准确性和高效性。分析了参数的相关性及试验点取值范围对计算结果的影响,讨论了可靠度分析结果中参数敏感性和物理属性问题。该方法可为实际边坡问题的可靠度分析提供参考,并可以用来进行基于可靠度分析的加固设计。     

淤泥质土的整体碳化固化模型试验研究

在已有氧化镁碳化固化软弱土试验研究的基础上,通过整体碳化固化技术进行了淤泥质土的室内模型试验。采用常宜高速公路现场河塘淤泥质土进行活性氧化镁的整体碳化试验,并对碳化处理土的温度、含水率和pH值进行测试,以分析氧化镁处理土的碳化反应程度;通过微型贯入试验和压缩试验以评价碳化固化土的承载力和压缩特性。结果表明,当淤泥质软土的初始含水率为35%时,MgO碳化后能取得良好的处理效果,土的状态由软塑全部变为硬塑,由微型贯入试验换算所得的允许承载力可达300 kPa以上;当初始含水率为46%时,二氧化碳的运移距离受到限制,整体碳化程度降低,承载力提高并不显著,仅达到可塑状态,而只有在通气孔附近以及土体表面等有限区域能得到有效加固;碳化法处理对淤泥土的压缩性有显著改善:即使只进行简单压实,也可以通过氧化镁碳化法使处理后土的压缩性降低。与其他淤泥质土处理方法对比,在施工要求低、排水不便的条件下可通过添加减水剂、细砂等辅助措施增大淤泥质土的透气性,使氧化镁碳化法处理淤泥土取得更好的处理效果。     

基于多重响应面法的基坑位移反分析

基坑变形的反分析涉及数值模型与优化方法的耦合,常具有计算量大、使用不方便的特点。为此,提出1种可用于基坑变形反分析的多重响应面法,该方法在基坑地下连续墙不同深度处分别采用二次多项式表示地下连续墙水平位移与土层弹性模量之间的隐式关系,在此基础上利用位移观测对基坑土层弹性模量进行反分析。该方法可以解开数值模型和优化算法的耦合,从而具有较高的计算效率。工程应用实例表明,多重响应面法对基坑土层弹性模量进行反分析具有使用方便、计算效率高、计算结果准确的优点,非常适合求解基坑工程的位移反演问题。     

基于多重响应面法的空间变异土坡系统可靠度分析

空间变异土坡可靠度问题应该视为系统可靠度问题,多重响应面法为高效、准确地对其进行求解提供了一条有效途径。针对单一滑面确定了合理的空间变异土坡安全系数的响应面形式,并探讨了可靠度分析精度和随机场离散精度间的近似线性关系。建立基于大量潜在滑面的多重响应面,计算系统失效概率,并识别其中的代表性滑面。通过两个土坡算例验证所提方法的有效性。结果表明:随着空间变异性的增强,土坡可靠度的系统性增强,单一滑面的失效概率将显著低估土坡整体失效概率;通过控制随机场离散精度,可以事先保证一定的可靠度分析精度,从而有效地避免离散出过多并不重要的随机变量;合理地选择多重响应面形式有利于进一步提高计算效率和计算精度;多重响应面法可以同时分析所有潜在滑面的失效概率以及系统失效概率,并识别出代表性滑面,为边坡防治提供参考。     

基于响应面法的高堆石坝瞬变-流变参数反演方法

如何准确确定原级配堆石体的力学参数是高堆石坝建设中亟待解决的一个关键问题,参数反演是解决这一问题的可行方法之一,传统的参数反演方法因需要进行大量的有限元正分析,其计算工作量大,反演效率较低。响应面法可以有效克服以上问题,但已有方法仅针对堆石体的瞬变参数,未考虑流变参数,不能满足堆石坝长期变形预测的需要。综合考虑瞬变和流变参数,通过构造更加合理的响应面函数,提出了基于响应面法的高堆石坝瞬变-流变材料参数反演方法,大大提高了反演的效率和精度。以水布垭面板堆石坝为例,采用该方法对坝体瞬变和流变参数进行了反演分析。反演结果表明,计算值与实测值在数值和变化规律上总体符合较好,反演结果合理可靠且更加高效。     

基于粗糙集理论与响应面法的老黏土膨胀敏感性分析方法

评价老黏土膨胀性等级时出现的误差主要源于多因素在参数统计上的不确定性,对此提出老黏土膨胀敏感性分析方法.结合粗糙集理论分析各因素的敏感性并确立主导因素,进而构建老黏土膨胀性等级的多因素定量评价模型,随后通过响应面法,分析主导因素间参数不确定性的交互作用对评价结果的影响.襄阳城区老黏土研究表明,自由膨胀率和体缩率为影响评...     

基于响应面函数的可靠度分析及其应用

针对地下工程稳定性分析与评价准则存在众多的不确定性因素，将响应面函数与有限单元分析相结合，借助于JC法，用确定性的数值分析方法来解决功能函数不能明确表达的结构可靠度分析问题，在此基础上，采用能量释放率作为评价地下工程图岩系数的稳定性准则，将提出的方法应用于金川公司龙首矿1280米盲竖井卷扬机硐室稳定性可靠度分析，获得较为满意的结果。     

基于响应面法的软岩隧道湿喷纤维混凝土支护结构可靠度分析

由于湿喷纤维混凝土支护结构物理、力学参数和喷层厚度的离散性及混凝土强度破坏准则难以用支护材料参数显式表达,对该类隧道支护结构进行可靠度分析十分困难,提出采用响应面方法计算湿喷纤维混凝土支护结构的可靠度方法,并给出了计算流程,其中围岩-支护结构的确定性分析采用非线性有限元方法,可靠度分析采用2次响应面法.以赣州-龙岩铁路金华山软岩隧道湿喷纤维混凝土支护结构为研究对象,对该支护结构的可靠度进行分析与计算.分析结果表明,金华山隧道湿喷纤维混凝土支护结构可靠度指标高,处于安全状态.     

基于响应曲面法井下机器人焊修疲劳试验研究

对井下探测机器人主车体用铸件在焊接修理工艺中,影响其使用寿命的几个重要因素,如加压处理压强、热处理时间、冷却时间和抛光时间作出系统的疲劳试验研究,并运用响应曲面法对重要因素和试验结果进行分析,对拟合数学模型进行详细阐述,最终确定了井下探测机器人主车体用铸件使用寿命的最大值以及各因素的取值条件,即当加压处理压强为8 MPa、热处理时间为15 h、冷却时间为5.1 h、抛光时间为48 s时,使用寿命最大值达到10^6.95 h。     

用固化剂GX08加固杭州海湖相软土的强度特性研究

为了验证固化剂GX08加固杭州海湖相软土的效果及考察有机质对水泥固化的不利影响,对固化土的强度特性进行了试验研究。结果表明,有机质的添加会显著阻碍固化土强度的增长,而固化剂GX08能有效增强固化土的强度;固化土强度与有机质含量存在二次函数关系,与水泥掺量呈线性关系,与固化剂GX08掺量和龄期都以对数函数的形式相关;将总灰水比C/W用于固化土强度模型的建立,通过对试验数据的分析与整理,建立了同时考虑固化土中有机质含量、水泥掺量、固化剂掺量和龄期影响的固化土综合强度预测模型。最后对模型进行了推广使用,验证了模型的适用性。     

应用响应曲面法优化凯氏定氮法的消解条件

经典凯氏定氮法是通过观察消解反应现象来控制温度和时间,对于数量较多的样品同时消解会耗费大量的人力及时间,因此需要采用合理的试验设计方法确定最佳消解温度和时间,以实现批量消解样品,提高分析效率。本文利用响应曲面法对凯氏定氮法中的消解条件进行了优化分析,选择料液比、消解温度和消解时间作为优化因素,研究三因素的不同水平对氮含量测定的影响。通过响应曲面分析得到最优的消解条件为:料液比(g/mL)=0.3∶5,消解温度260℃,消解时间60 min。重复实验结果表明,样品在优化的条件下能够很好地消解,重现性较好;标准物质的氮含量的实验测定值(1310×10-6)与标准值(1300×10-6)基本一致,两者的对数误差绝对值为0.003,方法的准确性高。应用响应曲面试验设计方法,对于评价凯氏定氮法中三个消解条件对氮含量的非线性影响起到了很好的优选作用,能更好地预测实验因素对分析结果的影响趋势,可以准确控制消解温度和消解时间,对于提高分析效率具有实用意义。     

Optimization of parameters using response surface methodology and genetic algorithm for biological denitrification of wastewater

In the present study the removal of nitrates from wastewater using Pseudomonas stutzeri microorganism in a Gas–Liquid–Solid bioreactor at the concentration of 200 ppm was studied for a period of 12 h. The response surface methodology with the help of central composite design and genetic algorithm were employed to optimize the process parameters such as airflow rate, biofilm carrier, carbon source, temperature and pH which are responsible for the removal of nitrates. The optimized values of parameters found from RSM are airflow rate 2.41 lpm, biofilm carrier 15.15 g/L, carbon source 85.0 mg/L, temperature 29.74 °C, pH 7.47 and nitrate removal 193.16. The optimized parameters obtained from genetic algorithm are airflow rate 2.42 lpm, biofilm carrier 15.25 g/L, carbon source 84.98 mg/L, temperature 29.61 °C, pH 7.51 and nitrate removal is 194.14. The value of R² > 0.9831 obtained for the present mathematical model indicates the high correlation between observed and predicted values. The optimal values for nitrate removal at 200 ppm are suggested according to genetic algorithm and at these optimized parameters more than 96 % of nitrate removal was estimated, which meets the standards for drinking water.     

2000-2014年蒙古高原植被覆盖时空变化特征及其对地表水热因子的响应

利用MODIS NDVI数据、同期地表水热组合数据和植被类型数据,对2000-2014年蒙古高原生长季和三季（春、夏、秋季）植被覆盖时空演变特征及其对地表水热因子响应模式进行分析。研究表明：这15 a来,蒙古高原生长季及三季归一化植被指数NDVI均呈增加趋势,且呈显著增加趋势区域主要集中在内蒙古地区,一定程度上反映了该地区生态恢复工程的有效性。研究区植被覆盖变化与地表水分指数LSWI有密切的关系,因此证明研究区植被覆盖的增加归因于自然和人为因素的共同作用。不同类型植被NDVI均呈增加趋势,其中荒漠植被NDVI增加最明显,森林植被增加平缓,且存在季节性差异。此外,不同类型植被NDVI受水热因子影响也存在季节性差异。     

土体表面三维位移测试的新方法

采用双目立体视觉与数字图像相关相结合的新方法,对静载作用下湿喷桩复合地基室内模型的土体表面三维位移进行测试。给出了双目立体视觉系统的标定结果,提出了提取角点坐标的新方法及基于仿射变换的左右摄像机同名点的匹配搜索法,得到了土体表面三维位移随荷载变化的曲线。试验结果证明,将该系统应用于湿喷桩复合地基室内模型的土体表面位移测试是一种有益的尝试,也为土体位移测试提供了新的方法。     

软土隧道横向抗震分析的简化响应位移法

响应位移法能够反映软土隧道在地震荷载作用下的动力反应特性,是一种简便实用的隧道抗震设计简化分析方法。以方形截面隧道为例,采用地层－结构整体动力有限元方法,验证了响应位移法的准确性与合理性;为了简化响应位移法的计算过程,基于平面应变假定,采用弹性理论的复变函数方法推导了土弹簧刚度的解析表达式,并与有限元解进行了对比分析。将土弹簧刚度的解析表达式应用到响应位移法的计算中,同时采用地层剪应力及自由场地震反应位移的简化计算模式,将简化后的响应位移法和整体动力有限元法进行了对比分析,验证了简化方法的可行性。     

Stochastic response surface method for reliability analysis of rock slopes involving correlated non-normal variables

This paper proposes a stochastic response surface method for reliability analysis involving correlated non-normal random variables, in which the Nataf transformation is adopted to effectively transform the correlated non-normal variables into independent standard normal variables. Transformations of random variables that are often used in reliability analyses in terms of standard normal variables are summarized. The closed-form expressions for fourth to sixth order Hermite polynomial chaos expansions involving any number of random variables are formulated. The proposed method will substantially extend the application of stochastic response surface method for reliability problems. An example of reliability analysis of rock slope stability with plane failure is presented to demonstrate the validity and capability of the proposed stochastic response surface method. The results indicate that the proposed stochastic response surface method can evaluate the reliability of rock slope stability involving correlated non-normal variables accurately and efficiently. Its accuracy is shown to be higher than that for the first-order reliability method, and it is much more efficient than direct Monte-Carlo simulation. The results also show that the number of collocation points selected should ensure that the Hermite polynomial matrix has a full rank so that different order SRSMs can produce a robust estimation of probability of failure for a specified performance function. Generally, the accuracy of SRSM increases as the order of SRSM increases.     

Boundary settings for the seismic dynamic response analysis of rock masses using the numerical manifold method

Aiming to accurately simulate seismic dynamic response of rock masses using the numerical manifold method (NMM), boundary settings must be treated carefully. In this paper, 4 issues in boundary settings are investigated to improve the performance of NMM: (1) Nonreflecting boundaries including the viscous boundary and viscoelastic boundary are considered; (2) A free‐field boundary is incorporated into NMM to accurately simulate external source wave motion; (3) A seismic input boundary is considered, and the force input method is introduced; and (4) A static‐dynamic unified boundary is incorporated for the convenience of transforming displacement boundary into other types of boundaries, such as nonreflecting boundaries and seismic input boundary. Several benchmark problems are solved to validate the improved NMM. Simulation results agree well with analytical ones, indicating that the improved NMM is able to simulate seismic dynamic response of rock masses reliably and correctly.