基于BP神经网络的重塑黄土冻融过程抗剪强度劣化特性研究

冻融循环导致黄土强度的损伤规律十分复杂,传统单一因素评价方法难以确定冻融过程黄土抗剪强度指标损伤规律与多因素之间的量化统计关系。基于此,首先针对西安Q3重塑黄土进行室内冻融试验,得到不同干密度、含水率及冻融次数下的抗剪强度指标数据;然后采用BP神经网络算法对试验数据进行学习训练,得到各因素与抗剪强度指标间的预测模型。研究发现:黄土试样黏聚力随冻融次数增加呈指数衰减趋势;黏聚力随含水率和干密度增加分别表现出线性衰减和增加特征且冻融后黏聚力与含水率和干密度的变化曲线近似重合;内摩擦角呈波浪形变化趋势且波动范围较小,无明显变化。冻融过程黄土黏聚力神经网络模型的预测值和试验值之间相对误差较小,表明该方法具有较好的预测精度,能够综合描述诸因素与黏聚力的量化关系。     

基于三剪能量屈服准则的岩石弹塑性耦合模型

为建立能够准确描述岩石变形过程中能量演化规律的力学模型,提出利用三剪能量屈服准则和弹性剪应变能获取岩石黏聚力与内摩擦角,以及基于三剪能量塑性势函数获取剪胀角的方法,依据所提方法和岩石循环加卸载试验数据,得到了各级围压下不同塑性累积阶段岩石的弹性模量、黏聚力、内摩擦角及剪胀角等参数,发现随着塑性变形的增大,弹性模量呈负指数关系减小,黏聚力峰前线性增大而峰后呈负指数减小,内摩擦角满足比例参数为1、形状参数为1.5的Weibull函数,剪胀角线性减小;随着围压的增大,弹性模量和黏聚力均呈线性关系增大而剪胀角呈线性减小。建立岩石三剪能量弹塑性耦合力学模型,实现了模型在有限差分软件中的二次开发并编写了能量演化监测程序。模拟岩石室内试验,结果表明所建模型能较准确地描述岩石后继屈服过程中的硬化软化、剪胀、围压效应以及能量演化等力学行为。研究成果可为从能量角度研究岩体失稳提供理论支撑和现实手段。     

土体参数对改良黄土边坡变形的影响

为了探讨固化剂SH改良黄土边坡的物理力学参数对边坡变形的影响,以山西太原的湿陷性黄土为研究对象,进行了直剪试验,测得了不同含水率下改良黄土的内摩擦角和黏聚力;并以此试验数据为依据,基于有限元ABAQUS软件分析了不同含水率、弹性模量和泊松比对边坡变形的影响。研究结论显示:固化剂SH能明显提高黄土的抗剪强度;含水率对改良黄土边坡变形的影响较大,但泊松比对改良黄土边坡变形几乎没有影响。研究结论为固化剂SH在黄土地区的推广使用提供了一定的参考价值,并对实际边坡工程的设计、治理提供了理论依据。     

孔隙溶液酸碱度对重塑黄土工程性质的影响研究

随着社会发展,工业废水排放导致地基土污染已经成为较为严重的环境岩土工程问题。为了研究黄土地基在酸碱污染后工程性质的变化情况,从水-土相互作用的角度出发,以盐酸和氢氧化钠溶液为污染物,人工制备5种不同酸碱度的溶液用于浸泡黄土,并通过基本土工试验及电阻率试验测试了重塑黄土工程性质指标变化情况。研究发现:随着孔隙溶液酸性增强,重塑黄土的液限、塑性指数、渗透系数、黏聚力和内摩擦角逐渐增大,电阻率逐渐减小;随着孔隙溶液碱性增强,土体中的黏粒含量增加,液限、塑性指数和电阻率逐渐降低,黏聚力、内摩擦角和渗透系数逐渐增大。研究孔隙溶液酸碱度对土体基本物理力学性质的影响,可为环境岩土工程实践提供借鉴。     

基于传递系数法边坡滑带力学参数反演分析

黏聚力及内摩擦角是评价滑坡变形稳定的重要力学参数。基于刚体极限平衡理论,采用传递系数法对冷家山H2滑坡进行黏聚力与内摩擦角参数反演及敏感性分析。根据参数反演结果,对比分析了参数反演与室内试验结果间差异,计算得到不同工况下坡体稳定性。计算分析结果表明,黏聚力与内摩擦角为2个相关参数,需在同一滑坡截取两处均处于极限状态的地质断面联立进行参数反演计算。与参数反演结果相比,冷家山H2滑坡室内试验黏聚力偏低10.26%,内摩擦角偏高5.68%。坡体稳定系数对内摩擦角的敏感性大于黏聚力,在滑坡稳定性评价及其工程处治设计中,岩土体强度参数应将两者对比分析,合理地取值。     

凌汛开河历时预测模型研究

将小波函数作为BP神经网络隐含层节点的传递函数,提出了预测冰凌开河历时的小波神经网络模型。实例应用结果表明:该模型具有收敛速度快、预测精度高等特点,克服了单一BP神经网络在预测中极易陷入局部极小点等缺点,模型预测结果更接近实际值,其相对平均误差比单一BP神经网络和模糊神经网络分别降低了2.24%和4.83%。     

BP神经网络在隧道围岩力学参数反演中的应用

以谷城至竹溪高速公路珠藏洞隧道施工监测为工程依托,根据现场变形监测数据的指数函数回归方程,对最终变形量进行了预测,并基于其预测值,借助BP神经网络的超强非线性映射能力,对隧道围岩力学参数（变形模量E、黏聚力C、内摩擦角φ）进行反演,以及时掌握开挖围岩类型和材料特性参数,为隧道工程施工和设计提供参数依据,从而达到安全施工和优化设计的目的,以实现隧道的信息化施工与设计。     

基于全过程曲线循环加卸载的岩石塑性硬化软化模型研究

基于不同围压下的岩石三轴全过程循环加卸载试验成?撸掷氤隹占渌苄灾饔Ρ洌谇显黾铀苄岳砺壑械哪持炙苄杂不蛉砘睿芯柯鉓ohr-Coulomb屈服准则的强度参数在初始屈服、峰前硬化及峰后软化全过程中随塑性参量的动态演化规律。通过试验数据整理分析,发现岩石破坏过程中在塑性硬化阶段内摩擦角、剪胀角有一个先增加后跌落的过程,而黏聚力在塑性硬化和软化阶段均减小这一规律;并采用非线性函数对该规律进行拟合回归,得到了内摩擦角、剪胀角和黏聚力等强度参数以塑性参量为函数变量的演化模型;将该规律应用于拉格朗日数值分析中,模拟了室内大理岩试件破坏过程中的应力-应变关系曲线特征。研究表明,基于岩石全过程循环加卸载试验的力学模型能较好地描述大理岩的塑性硬化塑性软化的力学行为,具有一定的理论意义和工程应用价值。     

干湿循环作用下原状黄土宏-微观参数关系研究

为探明不同干湿循环条件对原状Q₂黄土宏观力学性能与微观结构的影响,明确宏观力学参数与微观结构参数的定量关系,开展了干湿循环试验、三轴压缩试验和扫描电镜试验,分析了干湿循环过程中原状黄土宏观强度和微观结构的变化规律,基于综合结构势思想,利用宏观力学参数定义了原状黄土可变性参数表达式,推导了用以描述黄土微观孔隙结构特征的孔隙特征参数,建立了原状黄土宏-微观参数关系表达式。结果表明：干湿循环作用下,原状黄土孔隙面积比和分形维数呈增长趋势,黄土峰值偏应力和黏聚力持续减小,干湿循环幅度越大,下限含水率越高,黄土孔隙结构的扩张和宏观强度的衰减越快,但内摩擦角变化不大;原状黄土的可变性可用宏观峰值偏应力与土体黏聚力的比值表征,即可变性参数,随着干湿循环次数的增加,原状黄土可变性参数整体呈非单调增长趋势变化;原状黄土的微观孔隙结构特征可用孔隙面积比和孔隙分形维数的乘积表征,即孔隙特征参数,其与可变性参数的变化关系和三角函数接近;原状黄土峰值偏应力与孔隙特征参数的比值随黏聚力的变化规律服从指数函数关系,经验证,该函数关系可较为合理地描述原状黄土宏观和微观参数间的数量关系。     

基于随机森林分类算法的边坡稳定预测模型

基于随机森林分类算法,提出一种边坡稳定预测模型。应用收集的边坡稳定状态实例资料,选取边坡的岩石重度、黏聚力、内摩擦角、边坡角、边坡高度、孔隙水压力等参数,对边坡稳定性进行预测,并与SVM模型和RBF神经网络模型的预测精度相比较;研究了随机森林模型中决策树的数量对模型预测精度的影响,并最终确定在样本数目为100左右时,模型中树的棵数设为500较合适。模型预测结果表明:选取的边坡参数比较合理,随机森林预测模型较其他模型更为精准,能有效预测边坡的稳定状态。