地下水渗流模型参数识别的模拟退火算法

反问题的求解常常需要转化为非线性优化问题，其目标函数定义为观测数据与模型数据之间的残差平方和。地下水模型参数识别最常用的优化方法都是基于梯度搜索，其缺陷在于对模型参数初始估计比较敏感和局部极小问题。与传统的基于梯度搜索的优化方法相比，模拟退火算法具有良好的全局收敛特性。把含水层参数识别反问题转化为组合优化问题，提出模拟退火算法识别二维、非稳态地下水流动模型的渗透系数和储水系数的策略。反问题的不适定性由解的不唯一性和不稳定性来表征，模拟退火算法具有解决这一问题的能力。通过与梯度搜索算法相对比，数值模拟计算结果显示所提出反演方法的有效性和适用性。     

岩土工程参数反演的一种新方法

介绍了新近提出的一种模拟进化算法——粒子群算法,相对于其他进化算法,粒子群算法的优势在于简单、易实现且收敛快。把该算法引入岩土工程参数反演领域,同时为了克服粒子群算法后期搜索效率降低的缺陷,把单纯形法嵌入到粒子群算法中,提出岩土工程参数反演的一种新方法——基于粒子群算法和单纯形法的混合算法。算例表明,混合算法在参数反演计算中体现出良好的优化性能和很快的收敛速度,是一种新颖可行的参数反演方法。     

基于混合遗传算法岩土抗剪指标参数识别方法

岩土边坡的稳定性取决于边坡的几何形状和岩土材料的抗剪指标参数。由于尺寸效应,根据实验室小尺寸试件获得的参数具有某些局限性,反分析方法为解决这一课题提供了新的途径。根据实验观测岩土边坡滑移面的形状参数,建立了应用混合遗传算法识别岩土材料的抗剪指标参数的方法。遗传算法的特点之一是不需要计算目标函数的导数。为了提高参数识别方法的有效性、收敛速度和鲁棒性,将梯度搜索方法和遗传算法有机地结合在一起,使得所建立的反演策略具有梯度搜索方法和遗传算法的各自特性。研究了观测信息的不确定性对参数反演结果的影响。通过一个数值算例对比,显示了所建立参数识别方法的实用性和有效性。     

太阳影子定位参数反演模型的混合粒子群算法

针对非线性太阳影子定位参数反演问题,给出一种基于单纯形算法的权重线性递减的粒子群混合算法,此混合算法融合了单纯形算法的精确局部搜索能力和粒子群算法全局搜索能力,且采用权重线性递减的粒子群算法加快了算法的收敛速度。在太阳影子定位参数反演的数值实验中,所提算法不仅成功反演参数,而且拥有较高的计算精度和更快的收敛速度。     

遗传算法在水文地质参数反演中的应用

本文基于遗传算法 (GA)这一全局优化技术 ,以及地下水模拟的有限元模型 ,给出了地下水系统的反演方法。并应用到北京市应急水源地水文地质参数反演中 ,反演参数包括渗透系数和给水度 ,共 8个分区的 2 4个变量 ,来验证模拟模型的可用性、适用性和鲁棒性。结果表明 ,一般情况下 ,遗传算法可以得到比较满意的结果 ,考虑测量误差和减少观测孔个数的情况下也可以得到与“标准”值相近似的解。通过优化各个变量区间的加速遗传算法可以提高算法的收敛速度。GA在实际参数获得比较困难的情况下可成功用在区域含水层反演模拟中     

基于改进粒子群算法CHPSO-DS的面板 坝堆石体力学参数反演

面板堆石坝堆石体力学参数反演优化问题是一个多变量、多约束的混合非线性规划问题,当正演过程用神经网络模拟器替代后,高效快捷的优化算法成为解决问题的关键.提出一种用以解决这一复杂优化问题的混合算法--混沌直接搜索粒子群(CHPSO-DS)算法.在改进的算法中,首先结合混沌优化思想对粒子群进行初始化,减轻粒子初始位置的选择对算法优化性能的影响;利用直接搜索法克服了粒子群算法后期搜索效率降低的缺陷,提高算法局部搜索能力.为证明该算法的优越性,同时将该算法与遗传算法(GA)用于水布垭面板堆石坝堆石体力学参数的位移反分析计算中.实践证明,利用CHPSO-DS算法搜索时能快速收敛到全局最优解,且算法具有较强的鲁棒性;两算法对比结果也表明,不论是优化精度还是收敛时间,CHPSO-DS算法都较GA有明显提高.最后利用CHPSO-DS算法反演的堆石体力学参数进行测点沉降预测,结果表明各个测点的计算位移值与监测值吻合较好,说明CHPSO-DS算法在复杂岩土工程位移反分析中具有良好的实际应用价值,值得进一步研究和推广.     

基于遗传算法的混合优化反分析及比较研究

围绕优化反演分析中计算收敛速度、精度和稳定性问题，着重就传统和现代两类优化方法开展以下3方面的研究：(1) 将阻尼最小二乘法与遗传算法耦合起来，发展了阻尼最小二乘法-遗传混合算法；(2) 将两类混合优化方法：阻尼最小二乘法-遗传算法和模拟退火-遗传算法较早地用于优化反演分析；(3) 结合基坑工程算例，对单纯形法、阻尼最小二乘法、遗传算法、模拟退火-遗传算法和阻尼最小二乘法-遗传算法进行了比较分析。结果表明，与单纯形法等传统的优化方法相比，基于遗传算法的一类现代优化方法具有较好的全局收敛性；与常规的遗传算法相比，阻尼最小二乘法-遗传和模拟退火-遗传等算法有效地提高了优化反演的计算搜索速度和精度。     

改进变尺度法在地下工程位移反分析中的应用

介绍了地下工程位移反分析的原理之后,对常规的变尺度法进行改进,利用基于Broyden族的最优自调节变尺度法对尺度矩阵进行修正,使用向前差商来逼近梯度,采用Wolfe准则进行不精确线性搜索来确定最优步长,从而得到带一维不精确搜索的最优自调节差商变尺度法,提高了反分析的数值稳定性、收敛性和可靠性;同时提出了反演结果的检验方法和局部最优解的改善方法.最后并将其应用于某地下厂房的参数反演分析.实例表明,该方法具有收敛速度快,数值稳定性好的特点.     

基于遗传算法的混全优化反分析及比较研究

围绕优化反演分析中计算收敛速度，精度和稳定性问题，着重就传统和现代两类优化方法开展以下3方面的研究：（1）将阻尼最小二乘法与遗传算法耦合起来，发展了阻尼最小二乘法-遗传耦合算法；（2）将两类混合优化方法，阻尼最小二乘法-遗传算法和模拟退火-遗传算法较早地用于优化反演分析；（3）结合基坑工程算例，对单纯形法，阻尼最小二乘法，遗传算法，模拟退火-遗传算法和阻尼最小二乘法-遗传算法进行了比较分析，结果表明，与单纯形法等传统的优化方法相比，基于遗传算法的一类现代优化方法具有较好的全局收敛性；与常规的遗传算法相比，阻尼最小二乘法-遗传和模拟退火-遗传等算法有效地提高了优化反演的计算搜索速度和精度。     

基于自适应加权光滑约束与PCG算法的三维电阻率探测反演成像

三维电阻率探测在实际工程中日益受到重视，但存在着深部分辨率低、反演效率低等关键问题，严重制约了三维电阻率探测技术的应用和推广。针对深部分辨率低的问题，提出了一种随三维模型网格尺寸自适应调整的加权光滑约束，改善了深部网格的电阻率差异容许程度，实现了对不同深度网格约束的差异化加权处理，有效的提高了深部反演的分辨率和成像效果。针对反演计算耗时长、效率低的问题，基于预条件共轭梯度法求解快速稳定的优势，提出了三维电阻率快速稳定反演成像算法。在该算法中，将雅可比迭代中的对角阵作为预条件矩阵，其具有求逆方便、无需内存空间的特点，显著加快了收敛速度。最后，利用合成算例和隧道导水裂隙探测的工程实例验证了上述反演方法的可行性与有效性，表明借助于自适应调整加权光滑约束和预条件共轭梯度算法，有效的提高了深部分辨率和计算效率，显著改善了反演效果。     

基于神经网络的深厚软土地层参数反演分析

在深基坑工程数值分析中,土体本构关系的选取及其参数的确定对分析的结果会产生重要的影响。结合一个海中深厚软土基坑实例,根据现场实测数据,利用参数敏感性分析确定地层的关键参数,提出一个基于参数敏感性分析和BP神经网络的动态施工反演分析方法。分析结果显示,围护桩水平位移监测值与反演值吻合较好,说明基于参数敏感性分析和BP神经网络的动态施工反演分析方法能够很好地反映土体的非线性、不确定特征,依据该反分析方法获得的土体参数可用于估算下一工况的基坑位移。本次反演得到的土体参数可作为当地深厚软土地层类似工程土体参数的参考取值。     

基于绕流阻力理论的无粘性土渗透系数的计算

渗透系数是渗流计算所需的一个重要参数。目前对于渗透系数的计算已经有很多计算方法,但是理论方法的计算精度不足。针对已有的理论计算方法,基于圆球绕流阻力理论,对Hagen-Poiseuille定律中水流阻力规律进行了等效处理,推求渗透系数的计算方法。在计算中,毛细管直径的求解推荐采用平均孔径计算。通过与实验结果的对比,本文的理论计算方法具有很高的可信性。土体参数对于本文公式的计算结果影响较大,不均匀系数小于5的土体,可采用本文方法;计算结果对于土体粒径和孔隙率的变化较为敏感,准确测量土体参数是运用该方法的基础条件。本文公式可计算不同温度条件下的渗透系数,并且指出由于实验边界和实验过程的影响可能导致本文公式计算与实验值的偏差。     

层状地基对块体基础地基刚度的影响

在土-结构动力相互作用分析中,考虑地基分层的影响是非常重要的。虽然国内外学者在这方面已经进行了大量深入细致的研究,但是目前仅有极少一部分可应用于工程实际的简化计算方法。基于不同理论,根据不同方法分析地基分层对地基刚度的影响,分析结果可供改进我国动力机器基础设计方法时参考。     

层状地基上块式基础地基阻抗函数简化计算方法

在地基-基础动力相互作用分析中,考虑地基分层的影响是非常重要的。虽然国内外学者在这方面已经进行了大量深入细致的研究,但是目前仅有极少一部分可应用于工程实际的简化计算方法。基于锥体模型概念,对层状半空间地基上块式基础地基阻抗函数的简化计算方法进行较为系统的研究,形成一套较完整的层状半空间地基上明置基础阻抗函数的简化计算方法。     

应用线性回归分析确定茂名地区土的工程特性

土层性质参数由于空间特性的变化而具有很大的不确定性,通过理论推导很难获得某些土层性质参数之间的相互关系,但通过应用某些数学方法则可建立土层性质参数之间的经验公式,在经济的前提下获得较可靠的结果,文中在资料积累的基础上,应用线性回归分析建立茂名地区各种土层性质参数间的经验公式,推算未知土参数或检验实测指标的误差大小。     

受施工扰动影响土体力学参数的可视化分析方法

结合具体工程,对受施工扰动后土体力学参数分析中应用科学计算可视化分析的方法进行研究,结合体视化的算法思想,建立了受工程施工扰动土体力学参数变化的可视化分析研究方法,提出采用直接体视的算法来实现受工程施工扰动土力学参数可视化表示的解决方案。建立了用于受基坑工程施工扰动土体力学参数可视化分析的体数据V,体数据中包含了基坑外部土体的土力学参数和位移场的三维信息。按照不同的施工阶段,建立不同时间序列的系列体数据集,利用这些体数据集,可直接可视地分析施工每一工况下的坑外土体内各种土力学参数的变化和土体位移的变化。     

Inverse analysis on compressibility of toronto clays

This study investigated the compressibility of clay deposits in Toronto, Canada, through an inverse analysis. A series of oedometer test results from a local transit project were collected and used to calibrate the stiffness parameters according to the Hardening Soil (HS) model. The inverse analysis was conducted by coupling UCODE, a universal inverse modeling tool, and PLAXIS to fit the simulated stress–strain curves to the test results. First, a sensitivity analysis was performed to identify the most critical model parameters and simplify the problem by removing less sensitive parameters. Second, the selected HS model parameters were calibrated for a total of 71 oedometer tests conducted on different soil types. Third, a statistical analysis was performed on the calibrated HS model parameters according to soil type. In the end, a series of prediction formulas were derived to estimate the compressibility parameters from soil index properties and standard penetration test measurements, which can be used to better simulate the deformation behavior of local soils in practice.     

岩土参数概率密度函数的正交多项式推断

岩土参数的概率密度函数在岩土工程可靠性的分析中有很重要的作用。文章基于数值逼近原理，直接根据试验样本矩，运用勒让德正交多项式来拟合岩土随机参数的概率密度函数。并且用X^2法进行检验，根据有限比较法确定其中的最佳分布概型，在理论上证明该方法的正确性和实用性。通过算例表明，所得到的逼近表达式有很好的拟舍性能，数值计算稳定，可以满足岩土工程可靠性分析的要求。     

The influence of soil characteristics on the extractability of Cd, Pb and Zn in upland and moorland soils

A study was undertaken to investigate the feasibility of using existing data sets of total soil metal concentrations and soil parameters, such as pH, to predict available metal concentrations on a regional or national basis. The attraction of such an approach is that it would provide valuable data for initiatives requiring information on the availability and mobility of metals in soils without the need for costly soil sampling and analysis. Ninety-seven topsoil and subsoil samples were collected from 6 soil series in a catenary sequence in north Wales to provide data for the development of an empirical model. These were analysed for total, 0.01 M CaCl2-extractable and porewater metal concentrations and for a range of soil properties including pH, solid and dissolved organic matter and cation exchange capacity. Regression analysis showed that, of the soil parameters measured, pH was the most important predictor variable for the estimation of CaCl2-extractable Cd, Pb and Zn. pH accounted for up to 86% of the variance in the proportion of 'total' metals which were extracted by CaCl2, a reagent that is commonly used to estimate plant uptake of elements. However, the relationships recorded between soil parameters and Kd (total metal/porewater metal) were much weaker, indicating that porewater metal concentrations can less readily be predicted from total soil metal concentrations and soil properties.     

基于贝叶斯更新和信息量分析的边坡钻孔布置方案优化设计方法

为在节省岩土工程勘察成本的前提下获得最有价值的现场试验数据,通常需要事先设计最优的工程勘察方案。提出了基于贝叶斯更新和信息量分析的边坡钻孔布置方案优化设计方法,其中采用贝叶斯方法更新空间变异土体参数统计特征和计算边坡后验失效概率,在此基础上进行场地信息量分析确定边坡最优钻孔位置和最佳钻孔间距。此外,为更加准确地表征土体参数的先验信息,发展了非平稳随机场模型以表征土体参数均值和标准差随埋深逐渐增加的特性。最后通过一个不排水饱和黏土边坡算例验证了提出方法的有效性。结果表明:所提出的方法能够在现场勘察试验之前仅利用现有的土体参数先验信息有效确定边坡最优钻孔位置和最佳钻孔间距。对了解边坡稳定性能所需的试验数据,并不是钻孔间距越小所获得的信息量越大。