基于正交枚举法的给水管网抗震加固优化研究

从系统全局出发,以管道单元动态抗震可靠度和震后给水管网各节点的动态自由水压为参数,以优化加固后的管网系统震后水压总降幅最小或系统加固总投入最小为优化目标,对加固方案进行优选,从而给出管网系统的抗震加固优化策略。根据管网系统的功能要求、震害特点,将优化变量转化为较少的离散变量,并利用正交枚举法进行简化计算,从而避免了大规模非线性规划求解的困难,为给水管网的抗震加固优化提供了实用有效的方法。     

基于正交设计的地下水封洞库群优化

大型地下水封石洞油库是目前国内外石油战略储备的重要方式,为保证该类大断面不支护地下洞室群的稳定,需优化洞室群的布置。在分析山东某地下水封洞库群工程地质条件的基础上,建立洞室群数值模型。根据三轴试验、围岩RMR（rock mass rating）分类和广义Heok-Brown准则估计了II、III和IV类围岩的岩体力学参数。以洞室埋深、轴向和间距为因素,采用正交设计的方法进行数值试验,以关键点位移和塑性区面积作为评价指标对试验结果进行直观分析,得到对洞室围岩变形和塑性区面积影响最显著的为洞室轴向,并研究了轴向对围岩变形和塑性区面积的影响,得到该水封洞库洞室群的最优布置方案为埋深-60.0 m,轴向N30°W,间距为25 m。其研究结果对地下水封洞库洞室群的布置具有一定工程意义和理论价值。     

多孔介质固液耦合相似材料的研制

为研究地下结构与富水多孔岩体的相互作用问题,根据模型试验相似理论,研制出了一种多孔介质固-液耦合相似材料,该材料由中粗砂、水泥、透水混凝土增强剂合水按一定配比均匀拌和压制而成。运用正交试验设计原理进行配比试验,制作模型小试件,进行了单轴抗压强度、渗透系数、重度、弹性模量、泊松比等参数测试,找出了相似材料各成分对配比试件的影响特征,可根据需要在物理模拟试验中选取不同配比。该配方力学指标稳定,满足一次性浇筑大尺寸模型试件的要求,适用于进行结构与围岩体耦合失效破坏模式的大型物理模拟试验,为富水条件下地下结构风险评估提供了相似试验材料     

一种三维正交方位各向异性介质岩石 物理建模及弹性波正演模拟方法

通过线性滑动理论和岩石物理等效理论, 将两组正交直立裂隙介质等效为一种正交方位各向异性介质进行三维岩石物理建模, 通过高阶交错网格有限差分求解弹性波动方程模拟地震波在该种介质中的传播过程. 在建模过程中改变物性参数, 分析不同裂隙密度条件下的炮集和波场特征, 以及正交各向异性的方位特征. 研究结果表明, 各向异性强度随裂隙密度等物性增大而增强, 而且这些特征在共炮点道集和波场中均有所体现.      

空间直角坐标转换的统一模型

提出空间直角坐标转换的统一模型,采用正交Procrustes分析对模型进行求解。该解法是一种直接解法,无需初始值和线性化处理。算例表明,该解法具有很高的精度、稳定性和可靠性,统一模型适合于所有条件下平面坐标转换和三维空间直角坐标转换。     

非饱和粉质黏土坡面降雨非正交入渗试验研究

传统降雨入渗分析是以降雨强度在坡面上的正交分量作为边界条件,不符合实际降雨的非正交入渗规律。为了研究非饱和粉质黏土的非正交入渗规律性,首先通过对正交入渗理论的综述,揭示并分析目前降雨入渗理论在坡面流模型和边界条件方面的缺陷。采用自行研制的室内降雨试验装置对非饱和粉质黏土进行不同降雨强度、坡角和孔隙比的降雨入渗试验,结果表明,非饱和粉质黏土坡面降雨入渗是并非简单正交分解入渗而是非正交入渗;对于坡角和孔隙比为定值的土坡,具有最大坡面入渗的最优雨强;土的孔隙比越小,降雨初期入渗率随时间变化越快,入渗率趋于稳定状态越快;入渗率和累积入渗量并不是随坡角的增大呈单调变化,而存在对应入渗水量最少的最优坡角。     

卤水浸泡环境下盐岩剪切特性影响因素分析

为了解水溶造腔过程中盐岩在卤水浸泡环境中的剪切特性,设计了盐岩剪切特性影响因素的正交试验,研究了卤水浸泡时间、温度和加载速率对盐岩剪切特性的影响规律。试验结果表明,卤水浸泡会弱化盐岩的抗剪强度,卤水浸泡时间越长盐岩抗剪强度越低,但最终趋于稳定;卤水温度升高,加剧盐岩内部损伤,盐岩抗剪强度随之降低;经一定温度卤水浸泡后盐岩的抗剪强度随加载速率的增大而降低,且其延性特征也随浸泡时间、温度和加载速率的增大逐渐减弱。通过对任意两个影响因素分别进行二元线性回归,根据其标准回归系数对盐岩抗剪强度的相对重要性比值构建判断矩阵,运用层次分析法计算出温度、加载速率和浸泡时间等影响因素的权值分别为0.397,0.340,0.263。极差分析和权值计算表明,盐岩剪切强度的影响因素主次关系依次为温度、加载速率和浸泡时间。     

基于正交设计下SVM滑坡变形时序回归预测的超参数选择

超参数的选择直接影响着支持向量机（SVM）的泛化性能和回归效验,是确保SVM优秀性能的关键。针对超参数穷举搜索方法的难点,从试验设计的角度,提出了正交设计超参选择方法,并分析了基于混合核函数（比单一核函数具有更好的收敛性和模型适应性）SVM各个超参数的取值范围,选定了每个参数的试验水平。通过考虑参数间的正交性和交互性,选取最优超参数组合下的SVM模型。应用该方法,对两种典型滑坡位移时序的SVM建模进行了超参数组合正交优化设计,获得了精度高且泛化性能良好的滑坡预测模型,其试验结果验证了方法的可靠性。正交设计超参选择方法较之其他超参选择法简单实用,其高时效的特点更有助于SVM在实践工程中的良好应用。     

半填半挖路基交接面稳定性分析

分析了交接面对半填半挖路基稳定性的影响因素,在总体上将其归纳为几何特征和物理力学参数两类。研究了交接面的台阶特征、填料物理力学参数的差异性,分析了不平衡推力法在条块划分、计算结果误差方面的不足,阐明了不平衡推力法用来分析半填半挖路基交接面的稳定性的缺陷,推荐以改进的Sarma（MSarma）方法替换。以某公路半填半挖路基交接面分析为基础,将正交试验设计方法、统计方法和MSarma方法结合起来,形成了半填半挖路基交接面稳定性力学机制分析方法。采用该法研究了半填半挖路基交接面3种工况条件下各种因素对路基稳定性系数影响的敏感性排序,前4位依次为黏聚力、内摩擦角、交接面和地基倾角。在研究这4个主要参数与稳定性系数量化关系并比较变化趋势的基础上,为填料、交接面参数及路基形式选择提供了指导原则。     

层状岩体地下洞室变形影响因素分析

目前水电站建设多采用地下厂房,地下洞室围岩的变形特性是设计和施工关注的关键问题之一。采用有限元程序,结合正交试验设计方法,考虑多因素共同变化的影响,研究了各因素对地下洞室变形特性的影响显著程度．对各因素对洞室特征部位变形影响的显著性分别进行了排序。分析结果表明：拱顶位移受岩层厚度和洞室埋深的影响程度最大,左边墙中点位移受洞室埋深和洞室高度的影响最大．右边墙中点位移主要受洞室埋深的影响最大;洞室最大位移多发生在左边墙中点附近,受岩层厚度、洞室埋深、洞室高度的影响都非常显著。绘出了各因素对洞室特征部位位移的影响趋势。