岩土工程反分析研究现状

从数值求解过程、力学参数的非确定性、是否利用神经网络角度对岩土工程中反分析方法的类别及研究现状作了较全面的综述，并就目前反分析中亟待解决的问题及发展前景进行了总结和展望。     

岩土工程参数确定方法研究

按照从简单到复杂，从易到难的顺序总结了岩土工程参数的确定方法，主要包括：试验方法经验判断以及反分析法。讨论各种方法本身的优缺点，以及其适用范围。从多学科交叉引入的人工智能反分析方法借助计算机技术的发展为岩土工程中的非均质、非线性问题找到解答。     

围岩松动圈的弹塑性位移反分析方法探索

在按弹塑性理论进行地下工程设计与分析时，真实工作状态下岩体力学参数的确定十分重要和必要。为确定这些岩体力学参数，从洞室监测过程中的实际情况出发，根据掌子面的推进过程与监测位移间的变化情况，将监测位移进行弹塑性分离，从而提出一种行之有效、易于工程实际操作的考虑围岩松动圈的弹塑性位移反分析方法。该反分析方法所得结果与设定值吻合良好，并通过工程实例得到验证，为工程实践提供一个切实可行的实施方案以确定这些有用的参数，是岩土工程信息化设计、施工的重要手段。     

考虑参数空间变异性的失稳边坡参数概率反分析

概率反分析能够有效地考虑岩土体参数不确定性并融合现场监测数据和观测信息等更新岩土体参数统计特征,进而使得边坡稳定性评价更为符合客观工程实际,然而目前参数概率反分析几乎没有考虑参数固有空间变异性的影响。结合多重响应面和子集模拟提出了考虑岩土体参数空间变异性的边坡参数概率反分析方法,并以芝加哥国会街切坡为例,融合边坡失稳和滑动面入滑点与出滑点的大致位置这两个现场观测信息,概率反分析得到边坡不排水抗剪强度参数的后验统计特征。结果表明:本文提出方法可以有效地解决考虑参数空间变异性的低概率水平边坡参数概率反分析问题,具有较高的计算效率。子集模拟中每层随机样本数目对计算结果具有重要的影响,常用的500组样本点难以获得满意的计算结果。此外,土体参数空间变异性对概率反分析计算结果具有重要的影响,考虑参数空间变异性边坡参数由平稳随机场更新为非平稳随机场,与工程实际相符,然而忽略参数空间变异性更新后的参数仍服从平稳分布。     

岩土工程反分析的计算智能研究

 传统岩土工程学科的研究方法及思路限制了岩土工程反分析技术，乃至整个学科的发展，因此，从研究思维变革的根本上着手，把现代智能科学中的新发展分支—计算智能引入岩土工程反分析，可望使其产生一个飞跃性突破，以至带动整个岩土工程学科的发展。基于此思路，本文把计算智能方法引入反分析领域(本文反分析指位移反分析)，全面而系统地进行了反分析的计算智能研究。 岩土物性参数反演可分为正反分析(优化反分析)及逆反分析两种。针对正反分析目标函数的复杂性，把进化计算引入正反分析研究，提出了进货反分析方法。基于前人的研究及对算法机理的分析，提出了一种快速收敛遗传算法反分析方法。首次结合进化规划、人工免疫系统原理及有限元计算提出了一种新的免疫进化规划反分析方法，标准算例证明它是一种相当理想的正反分析方法。从系统逆辨识的全新角度观察反分析研究，提出了基于神经网络的逆反分析思路。并提出了一种结构及权值同时进化的新型进化神经网络模型，并由它进行了进化神经网络逆反分析研究。 为了进行模型辨识，基于岩土本构模型的统一表达式，提出了一种新的岩土本构模型类内辨识的进化方法。基于分子生物学及现代进化论观点，创造性地提出了一种既模拟生物种间竞争又模拟生物种内竞争的生态竞争进化模型。基于此，提出了一种岩土本构模型类间识别并同时反演其物性参数的新算法。 根据位移时序分解原理，以灰色系统拟合位移序列的趋势，以本文提出的网络结构及算法参数同时进化的进化神经网络逼近序列的趋势偏离量，首次提出了基于灰色系统—进化神经网络的位移时序混合智能建模新方法。并通过两个工程实例验证了该混合智能方法的良好位移建模及预测能力。 最后，采用天生桥一级电站工程、某抽水蓄能电站工程及三峡永久船闸中隔墩岩体三个工程实例进行了免疫进化规划参数反分析、生态竞争模型岩体本构识别及灰色系统—进化神经网络位移序列建模预测研究，从工程实例角度验证了前述反分析方法的可行性。 计算智能在岩土工程中的应用研究是一个新兴的领域，本文仅进行了一定程度的计算智能反分析研究，但也未能穷尽。因此，本文研究只能起到抛砖引玉的作用，期望对此方面研究有兴趣的广大研究者共同努力，促进此项研究的发展。     

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。     

路堑边坡位移与失稳反分析应用与问题

反分析方法为岩体力学参数的获取提供了较为有效的途径，本文对岩体参数的反分析方法进行了一些研究，从动态设计和信息施工的角度出发，以现场量测信息为基础，建立了有限元位移反分析的方法，并把反分析与正分析结合来进行预测预报。本构模型是岩体参数反分析的一个重要方面，合适的模型可使参数确定变得容易。对具体边坡工程的实例，本文采用Duncan—Chang本构模型，以位移为反演依据，反分析了边坡模型中的粘聚力和内摩擦角两个参数，并把反演的参数带入正分析模型，计算下一阶段的位移，为工程的预测预报提供理论依据。     

岩土参数反算在工程应用中的分析

由于岩土体的复杂性和室内外试验的不确定性,在选定物理力学参数时存在许多实际困难,综合考虑各种因素的影响,基于传递系数法来反算边坡稳定性强度参数,选取合理的计算参数对边坡稳定性进行分析。数值分析结果表明,岩土体强度参数内摩擦角φ和黏聚力c对边坡稳定性影响较大,且内摩擦角φ较黏聚力c对边坡稳定性更为敏感。反算分析方法对完善岩体工程问题的设计理论起到重大的指导作用。     

岩体材料参数反分析的有限元方法研究

本文主要研究讨论了工程反分析和岩土工程中关于求解材料力学参数的方法,在岩土工程中称为反分析法。一般来说,反分析问题比正分析问题要困难得多。经验表明,有限元法是反分析的有力工具。反分析目前有多种方法,本文着重讲述了逆反分析法。     

地下道路污染物对流扩散反问题伴随同化研究

在反问题框架内,基于偏微分方程最优化控制理论的伴随同化方法,建立了融合动力模型和观测信息的地下公路隧道污染物对流扩散反问题的计算模型,并给出了模型求解方法。以对流扩散方程中的源项为例进行了反演计算,并利用反演计算出的源项对污染物浓度进行了预测。研究表明,与传统的正问题模型相比,反问题模型反演计算得到的源项可以动态地反映隧道内车流量、车速、排放特性等因素的综合影响,并且计算得到的污染物浓度场精度更高。应用该方法,通过有效的对各类污染物观测资料进行客观利用,可以识别一些不确定参数,从而更好地实现对污染物浓度分布的分析与预测。     

地下水影响下裂隙岩质边坡变形的Fuzzy测度分析

根据裂隙岩质边坡工程实际,采用 Fuzzy 数学理论中的 Fuzzy 测度理论,将工程开挖引起裂隙岩质边坡移动变形这一客观现象视为一模糊事件,依此建立了在地下水影响下岩体移动变形预测分析的 Fuzzy 测度模型。利用该模型可对边坡岩体移动变形参数进行反分析,并可对边坡开挖过程中引起的岩体移动变形进行定量计算,进而对地下水影响下岩质边坡总体稳定性和稳定程度进行预测。对已有的矿山边坡岩体移动变形及其稳定性进行了具体的分析预测,结果符合工程实际。     

浅谈地铁工程围岩参数的位移反分析方法

在阐述位移反分析提出的背景及研究现状的基础上,分析了反分析过程中需要了解的基本概念及其分类,并介绍了目前常用的几种反分析方法,对地铁工程的信息化施工及岩体力学反问题的理论研究具有重要意义。     

岩石和混凝土材料参数识别的修正高斯-牛顿算法

基于位移原形观测资料,采用修正的高斯－牛顿算法求解最小二乘问题识别混凝土和岩石介质的弹性模量。建 立了考虑先验信息的修正高斯－牛顿算法的迭代格式和迭代步长的确定方法。结合数值算例,研究了参数识别中需要 解决的反问题的唯一性和稳定性问题。最后介绍了此方法在工程中的实际应用情况。     

计算机和信息管理技术在岩土工程中的应用现状与前景

一直以来,研究解决岩土工程相关问题的主要基本理论为岩土力学。然而,现代岩土工程涉及的范围愈来愈广,深入地下空间愈来愈深,遇到的问题愈来愈复杂,对计算结果的可靠性和实用性要求愈来愈高,因此,在发展完善传统基本理论的同时,引进了大量的先进技术、研究方法和手段,而且卓有成效。本文重点论述了在岩土工程研究领域,计算机信息管理技术的应用现状、发展趋势和广阔前景。     

公路隧道围岩压力研究与发展

由于岩土体性质、地应力、边界条件、施工过程等方面的复杂性和随机性,使得公路隧道围岩压力的确定或计算变得十分困难.近百多年来,国内外的学者不断地结合新工艺、新技术,从不同角度出发对其进行了深入的研究,从最初的松动压力到现在的形变压力、从经验公式法到反分析预测法等,取得了不少有价值的成果.但随着近年来公路隧道的结构越来越复杂、断面越来越大,现有的这些围岩压力的计算方法已很难满足其建设的需要,发展更加合理的围岩压力计算方法已经成为一种迫切的需要.作者首先对经验公式法、理论计算法、现场量测法、模型试验法和反分析预测法等围岩压力计算方法的研究和发展进行分析和评价,指出这些方法中普遍存在的问题.在此基础上对我国公路、铁路隧道中经验公式的适应性和适用性进行了重点讨论,旨在为公路隧道围岩压力计算的研究和发展提供借鉴和参考意义.     

基于差异进化算法的土层多参数动态反分析

为得到更加真实准确的深基坑施工过程各土层参数值,确保深基坑工程质量和安全稳定性,以大连某地铁车站深基坑工程为研究背景,根据现场地下连续墙水平位移实测数据,采用正交设计法对各土层参数进行敏感性分析,然后,基于差异进化多参数反分析方法,对深基坑各土层参数进行静态和动态位移优化,最后,根据地下连续墙体水平位移现场监测数据,对数值模拟结果进行辅助验证。研究结果表明:动态反分析的土层参数值更接近土层真实值,利用动态反分析得到的土层参数进行数值模拟分析,其结果比静态反分析模拟结果更接近实际监测数据,从而验证了该方法的合理性和正确性,为后续深基坑稳定性研究和变形预测提供技术支持。     

路堑边坡位移与失稳反分析应用与问题

反分析方法为岩体力学参数的获取提供了较为有效的途径,本文对岩体参数的反分析方法进行了一些研究,从动态设计和信息施工的角度出发,以现场量测信息为基础,建立了有限元位移反分析的方法,并把反分析与正分析结合来进行预测预报。本构模型是岩体参数反分析的一个重要方面,合适的模型可使参数确定变得容易。对具体边坡工程的实例,本文采用Duncan-Chang本构模型,以位移为反演依据,反分析了边坡模型中的粘聚力和内摩擦角两个参数,并把反演的参数带入正分析模型,计算下一阶段的位移,为工程的预测预报提供理论依据。     

土石坝渗流反演分析的现状及发展

介绍了现有土石坝土体渗流参数反演分析的基本原理、基本方法及反演分析的发展,充分利用了原位监测资料的信息,对大坝的安全状态做出了准确评价,并在充分了解各类反演法的基础上,选择适合具体问题的方法,从而得到更加可靠的反演结果。     

数字地下空间与工程

从当今信息化技术在岩土及地下工程的研究现状与趋势出发,系统完整地提出了数字地下空间与工程的概念,即为地下空间与工程提供开放的信息组织方法和信息发布框架,建立完整的数据标准及数据处理方法,并提供可视化手段及相关软件。首先对地下空间与工程的基本理论框架体系进行了研究,分别从工程、信息、服务和软件架构四个角度对体系进行描述和定义,给出了地下空间与工程的数据分类体系与数据标准化方法,将地下空间与工程中的对象建模分为地质体建模、地下管线建模和地下构筑物建模三大类,并对建模方法分别进行详细阐述。然后对空间查询与空间分析方法进行了探讨,在三维可视化与虚拟现实技术方面,提出了应用时应当遵循的一些基本准则。最后结合上海长江隧道的实际工程,进行了尝试和应用。研究结果表明,数字地下空间与工程是一个信息的发布与共享平台,也是一个地下空间与工程的数字化博物馆,通过它能使复杂的地下空间与工程透明化,真正实现对庞杂的工程资料综合动态管理,提高数据可视化程度,充分体现出工程信息的价值,提高工程效率,实现工程智能决策。还阐述下一步应重点开展的一些研究工作。     

基于强度折减法的边坡岩土体抗剪强度参数反演

鉴于传统位移优化反分析复杂的数学运算和迭代程序编制,提出了将强度折减法与位移优化反分析法相结合求解边坡岩土体抗剪强度参数。将双参数优化模型转变为单参数优化模型,通过折减系数将位移与抗剪强度参数联系起来,并结合有限元分析、数据拟合、最小二乘法优化,反演边坡岩土体折减系数。通过算例验证了所提方法的可靠性。结果表明:在合理选取初始值的条件下,通过该方法可以求得边坡岩土体抗剪强度参数;该方法不仅避免了复杂的数学计算和迭代程序的编制,还克服了双参数反演时二元线性或非线性回归引起的较大误差。