基于支持向量机和模拟退火算法的位移反分析

提出了一种基于支持向量机和模拟退火算法的位移反分析方法,一方面用支持向量机代替有限元计算提高计算分析速度,另一方面用模拟退火算法代替传统的优化算法,避免优化过程中目标函数陷入局部极小值而无法继续寻优的状态,从而提高反演的效率精度。应用该方法对边坡的岩体力学参数进行反演,反演结果验证了模型的可行性。     

索风营水电站地下洞室岩体力学参数的位移反分析

利用支持向量机和模拟退火算法对索风营地下洞室岩体的力学参数进行位移反分析,一方面支持向量机代替有限元计算提高了计算分析速度,另一方面用模拟退火算法代替传统的优化算法,避免优化过程中目标函数陷入局部极小值而无法继续寻优的状态,提高了反演的效率精度。利用反演得到的岩体力学参数进行有限元正分析所得位移与现场实测结果更加接近。     

模拟退火算法在概率积分法参数反演中的应用

针对传统方法求取概率积分法参数存在易发散且难以获得最优解的不足,本文提出将模拟退火算法应用到反演概率积分法参数中。利用模拟退火算法在搜索解时能够跳出局部最优解,获得全局最优解的特点,建立模拟退火法反演概率积分参数模型,求出概率积分参数。通过理论分析与实验验证,模拟退火算法反演概率积分法参数精度高,并对随机误差和粗差有一定的抗干扰能力,而且实验反演的地表下沉数据基本符合实测数据,获得了较好的结果,证明了该模型的可行性与有效性。     

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。     

快速模拟退火淬火反演研究

根据多参数地球物理反演的特点,选择并改进了适应于多参数复杂系统的模拟退火算法,通过引入淬火因子构建退火-淬火混合反演模式,以提供在反演精度和计算耗时之间进行平衡调节的能力。算法采用指数型模拟温度下降方式,快于Boltzmann退火法和Cauchy快速退火法。数值实验表明,该算法能够稳定地得到高精度反演解,并且在不明显降低反演效果的情形下,有效地节约了计算时间。     

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。     

薄膜光学常数的改进粒子群反演算法

针对聚酰亚胺薄膜的光学常数进行反演计算,在传统粒子群算法的基础上引入模拟退火算法改进优化。基于改进后的算法由薄膜透射率测量数据反演求解薄膜在波长为450～2 500 nm的折射率和消光系数。针对求解波长范围大、薄膜透射率数值变化剧烈的特点,采用基于透射率数值的分段方法并以平衡评价函数作为优化指标。根据菲涅尔方程使用反演计算得到的光学常数恢复出薄膜透射率的理论值,与实验测量值作对比。结果表明,相比传统算法,改进粒子群算法恢复出的计算透射率与测量值更加接近,具有更好的优化性能。     

基于模式-遗传-神经网络的流变参数反演

介绍了一种岩石流变多参数反演的智能方法。该方法把遗传算法和神经网络有机结合起来,并在遗传算法中嵌入模式搜索加速优化进程;该方法基于均匀设计获得的样本进行神经网络学习,用模式–遗传–神经网络进行岩体流变参数的最优辩识。该方法用经过最佳预测学习算法训练的神经网络来表达岩体流变参数和位移之间的映射关系,除具有一般遗传算法的优点外,还提高了参数反演的精度,节省了参数反演的计算时间,使得某些原来用传统优化方法在时间上几乎无法进行的参数反演如今变为可能,并用工程实例验证了此方法的可行性与优越性。     

基于v-SVR和MVPSO算法的边坡位移反分析方法及其应用

 针对传统粒子群算法存在搜索空间有限、容易陷入局部最优点的缺陷,通过引入迁徙算子和自适应变异算子,提出基于粒子迁徙和变异的粒子群优化(MVPSO)算法。基准测试函数结果表明,改进的MVPSO算法较传统的粒子群优化算法在收敛效率上有大幅度提高,在处理非线性、多峰值的复杂优化问题中能快速地搜索,得到全局最优解。应用改进的MVPSO算法搜索最佳的支持向量机(v-SVR)模型参数,建立岩体力学参数与岩体位移之间的非线性支持向量机模型,提高v-SVR的预测精度和推广泛化性。然后,利用v-SVR模型的外推预测替代耗时的FLAC正向计算,利用改进的MVPSO算法搜索岩体力学参数的最优组合,提出v-SVR和MVPSO相结合的边坡位移反分析方法(v-SVR-MVPSO算法),与传统的BP-GA算法和v-SVR-GA算法相比,该算法在反演精度和反演效率上均有较大幅度提高。最后,将本文发展的v-SVR-MVPSO算法应用到大岗山水电站右岸边坡岩体参数反演分析,并对边坡后续开挖位移和稳定性进行预测,取得较好的效果。     

饱和多孔介质的参数反演分析

基于饱和多孔介质理论,根据一维饱和土动力响应问题的控制方程,以位移响应的理论合成与实际测量数据相拟合的原则,把饱和多孔介质的参数反演问题归结为非线性多峰函数的优化问题,研究了遗传算法和模拟退火算法在材料参数反演中的作用。通过数值算例表明了两种算法的正确性和可行性。     

工程实用的遗传算法结构优化设计

针对工程结构设计的特点以及目前遗传算法在大规模设计变量设计中的计算量大、优化结果较差的特点,提出了相应的改进措施,算例表明改进方法是有效的。     

三维条件下应用遗传算法与Monte-Carlo法确定节理岩体的综合抗剪强度

使用遗传算法并充分利用二维研究成果，提出了在结构面三维模拟网络中搜寻结构面与岩桥的最小抗剪力组合的断层扫描方法，从而可以应用Monte-Carlo法的原理，在计算机上多次模拟岩体的剪切试验，最终确定节理岩体的综合抗剪强度。该方法反映了结构面在三维岩体空间的几何分布特征，抓住了控制岩体力学性质的主要因素，并通过使用二维的结构面扩展模型反映了结构面与岩桥的破坏机理及结构面与岩桥的相互作用机理。实例分析的计算结果与反演结果相符，说明了该方法的合理性。     

基于单亲遗传算法的钢筋混凝土梁优化设计

本文首先给出钢筋混凝土矩形截面简支梁在全约束下的优化模型 ,进而给出了简化的数学模型 ,并设计了相应的适应度函数 ,用单亲遗传算法来寻求钢筋混凝土连续梁的满足约束、造价最低的设计方案。算例表明这种方法有很强的全局搜索能力 ,收敛速度快 ,并取得了较好的效果。     

地下硐室围岩应力状态及相关参数测量结果的分析与评价

在深埋及压力硐室工程中,采用水压致裂法测定围岩三维应力状态,宜首先判定围岩应力的分布状况。在具有应力松弛圈、应力集中区与不受开挖影响的正常应力分布域情况下,只有分别进行计算分析,才能更为真实地揭示出硐壁围岩的三维应力分布特征。对于确定压力硐室围岩自身承载能力的水力劈裂测试成果,只有结合裂隙性状、岩层结构状况等进行全面分析,才能准确评价围岩的抗载强度。由于在高压力作用下,岩体中存在的软弱结构面有可能被张裂或扩展,从而改变岩层的透水性,因此只有按照工程运行状态下围岩实际承受的压力进行高压压水测试,才能得到岩层透水性的可靠资料。     

地下硐室围岩应力状态及相关参数 测量结果的分析与评价

 在深埋及压力硐室工程中，采用水压致裂法测定围岩三维应力状态，宜首先判定围岩应力的分布状况。在具有应力松弛圈、应力集中区与不受开挖影响的正常应力分布域情况下，只有分别进行计算分析，才能更为真实地揭示出硐壁围岩的三维应力分布特征。对于确定压力硐室围岩自身承载能力的水力劈裂测试成果，只有结合裂隙性状、岩层结构状况等进行全面分析，才能准确评价围岩的抗载强度。由于在高压力作用下，岩体中存在的软弱结构面有可能被张裂或扩展，从而改变岩层的透水性，因此只有按照工程运行状态下围岩实际承受的压力进行高压压水测试，才能得到岩层透水性的可靠资料。     

巷道围岩裂隙演化规律及渗流灾害控制

 地下水渗流导致巷道掘进工作面突水或成巷段支护失效的灾害在煤矿时有发生。基于泥岩全应力–应变加载过程的渗透特性试验研究,分析掘巷影响区不同时空条件下巷道岩体裂隙的渐次发育过程,揭示巷道围岩渗透特性的动态演化规律以及轴向、径向和环向3个方向的渗流特征。该规律对注浆孔深、间排距、注浆时机等控制渗流灾害的注浆参数设计具有明确的指导作用。进一步分析防止渗流泥化灾害的最佳注浆时机和合理注浆孔布置等渗流灾害控制关键参数,提出控制泥质巷道围岩防止渗流灾害的注浆稳定技术。该技术可用于指导渗水威胁条件下的巷道围岩施工,实现减缓或消除渗流灾变。在一穿断层导通砂岩含水层的煤矿开拓巷道工程中应用该技术,有效地控制了渗流灾害。     

含夹层盐岩渗透特性及其细观结构特征

 由于盐岩具有极低渗透率,因此很多国家将盐岩作为能源和高放废物储存库的首选储库介质。选取湖北云应盐矿层状盐岩,对20个标准试样(f 25 mm×50 mm)进行渗透特性测试以及CT扫描试验。试验结果表明,盐岩的孔隙度普遍低于0.25%;且渗透率极低,为10－16～10－18 m2,从总体趋势上看,渗透率随着围压的增大而减小。进一步通过工业CT试验,揭示了盐岩极低渗透率在细观结构方面的原因。发现层状盐岩的细观结构极其致密,其中纯盐岩仅含少量微孔洞和微裂隙,而夹层几乎不存在缺陷,因此对气体渗透具有明显的屏蔽作用;且在围压和渗流作用下,盐岩因细观结构演化致使渗透性能发生较大改变,渗透率随围压的变化趋势与孔隙度变化趋势一致。     

Aspects of rock permeability

Effective evaluation of rock permeability is required in different energy, engineering and environmental projects. Although much research has been conducted on rock permeability, it is still one of the most difficult tasks for practicing rock engineers to accurately determine rock permeability. Based on a comprehensive literature review, this paper outlines the key aspects of rock permeability by presenting the representative values of the permeability of different rocks, describing the empirical and semi-empirical correlations for estimating the permeability of rocks, and discussing the main factors affecting the permeability of rocks. The factors discussed include stress, depth, temperature, and discontinuity intensity and aperture. This paper also highlights the scale effect on rock permeability, interconnectivity of discontinuities, and anisotropy of rock permeability. This paper provides the fundamental and essential information required for effective evaluation of rock permeability.     

考虑渗流特性的岩体结构面分形特性研究

 裂隙的连通性和密度是影响岩体渗流特性的重要因素。从岩体渗流研究的需要出发,对计算机模拟的岩体裂隙网络,应用分形几何理论,提出考虑裂隙连通性和密度影响的岩体结构面信息维数的计算方法,建立信息维数与岩体渗透系数的关系,进而可以用信息维数和岩体结构面几何参数来直接推求各向异性裂隙岩体的渗透系数张量。工程算例表明：(1) 考虑渗流应力耦合作用时,用容量维数计算的渗透系数比用信息维数计算的值高出2倍多,说明用容量维数计算岩体渗透系数会夸大裂隙岩体的渗透能力;(2) 信息维数能较好地反映裂隙密度对渗流的影响。信息维数越大,表明岩体内连通裂隙数量越多,因而岩体的渗透性就更大一些。     

旋转射流破岩成孔规律研究

在前期对旋转射流结构特性及流动特性研究的基础上，利用试验的方法研究了射流压力、喷距、岩石的渗透率及强度、添加剂的浓度等因素对旋转射流破岩效率的影响。同时，研究了岩石渗透率对旋转射流和普通圆射流影响的区别。研究结果表明：在同喷距同射流压力条件下，破岩效果随着岩石强度的减小、岩石渗透率的增加而增加；相比而言，岩石的渗透率在射流的破碎效果中起着主要作用；在相同射流压力条件下随着添加剂浓度的增大，岩石的破碎深度、破碎直径和破碎体积都表现出增大后减小的变化趋势。本试验条件下的最优浓度为200－300mmp，随着渗透率的增大，旋转射流破岩成孔的效果明显优于普通圆射流的破岩成孔的效果。