地下工程岩体参数场反演分析应用研究

 在施工过程中,由于开挖方式、爆破以及支护施作滞后等因素的影响,洞周岩体会有不同程度的“劣化”。一般而言,受开挖施工影响,离洞室表面越近的岩体劣化程度越严重;支护施作滞后时间越长岩体劣化程度越严重。因此,提出参数场的概念,将洞周围岩物理力学参数看作受初始地质状态、施工影响而随空间变化的非稳定参数场。采用三维弹塑性损伤有限元及位移反演分析方法,经敏感度分析确定恰当的待反演岩体参数,使用局部断面模型快速反演计算方法获得各监测断面区域岩体参数场,再通过插值方法得到三维整体模型参数场,适当修正后即可用于洞室后期开挖围岩变形及稳定预测。结合瀑布沟水电站地下厂房工程,建立有限元模型,代入监测数据,反演获得洞周围岩参数场,并将计算结果用于预报后续洞室开挖的围岩变形趋势,结果显示岩体计算预测反演参数与实际监测值符合较好。     

优化反演理论在隧道围岩参数反演中的应用

优化反演法是结合优化技术来进行参数反演的一种方法,这种方法使反演的效率得到了很大的提高.它是建立寻找与之相应的位移计算值与实测值相比误差最小的围岩参数,并将所得的参数作为反演计算结果的方法.作者利用APDL编制用户程序调用现有的有限元优化模块实现对隧道围岩参数的优化反演,利用现有的工具,建立参数化模型来进行优化分析,提高了参数反演的效率,使整个优化过程的实现更加灵活简便.     

基于蚁群算法的土石坝土体参数反演

介绍了新近为求解复杂组合优化问题而提出的蚁群算法。将蚁群算法运用于土石坝土体参数反演问题的求解:先对反演参数的搜索空间进行离散,将参数反演问题转化成一个组合优化问题;再针对土体参数反演问题的特点,改进蚁群算法,并将其用于土体参数的反演计算。算例表明,改进蚁群算法可有效求解土石坝土体参数反演问题。     

基于围岩松动圈的地下工程参数场位移反分析

 受爆破松动影响,地下洞室开挖后围岩强度会有所降低,根据松动损伤程度将其视为一个连续的三维“参数场”。由围岩松动圈的形成机制,分析地下洞室开挖后松动圈的计算方法,提出考虑松动圈的围岩参数场增量位移反分析法。针对岩土工程反分析计算量巨大的实际问题,对反演计算过程进行了基于MPI的主从式并行框架改进,运用计算机集群网络进行并行计算,减少了迭代计算次数和计算耗时,极大地提高了计算效率。通过对溪洛渡水电站右岸地下厂房的参数反演,得到了较好的反演效果,验证了此法的可行性和合理性。依据反演得到的参数场对现有支护设计及洞室围岩稳定状态进行评价,并对后续开挖进行预测,为工程设计施工提出合理建议,为地下工程参数反演提供了一种新方法和新思路。     

仿生算法及其在边坡和基坑工程中的应用

提出了仿生算法(Bionic Algoritllm)的概念，讨论了仿生算法的基本原理和方法，并对几种常见的仿生算法(神经网络算法、遗传算法、蚁群算法和模糊系统方法)进行了全面改进。同时，针对边坡和基坑工程中存在大量的随机性、模糊性等不确定因素，将仿生算法用于边坡和基坑工程分析与设计中，提出了一种全新的设计思路和理念。     

DE-GWO算法优化SVM反演软土力学参数

岩土物理力学参数是岩土工程设计及施工的主要依据.为得到更符合实际的岩土力学参数,研究提出了一种更加快捷准确的参数确定方法,即基于支持向量机(SVM)的位移反分析法.基于发展于自然仿生学的群智能算法-灰狼算法(GWO),结合差分进化算法(DE)的交叉变异操作对灰狼算法进行进化,得到一种差分进化灰狼混合优化算法(DE-GW...     

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。     

基于仿生算法的滑坡危险滑动面反演(1)——滑动面搜索

滑坡稳定性分析中一个非常重要的问题就是其潜在危险滑动面搜索的问题。为了更好地进行滑动面搜索研究,这里以滑动面上的若干关键点作为搜索目标,从而使问题变成了一个搜索关键点坐标的问题。由于实际滑坡性质的复杂性,此优化问题非常复杂,采用常规优化技术常常不能奏效。为了有效地解决这个问题,这里以效率更高、效果更佳的仿生算法——免疫进化规划作为优化工具,以滑动面上关键点坐标作为优化参数,以滑坡稳定性安全系数作为优化目标进行研究,提出了一种进行任意滑动面搜索的新方法。最后,通过一个典型算例及一个边坡工程实例验证了方法的有效性。     

基于计算智能的岩土力学模型参数反演方法及其工程应用

最优估计的岩土力学模型参数是通过比较现场观测到的信息数据与理论模型得到的模型数据的差异而得到的。通过定义目标函数，将参数识别反问题转化为优化问题处理。基于梯度搜索方法的参数反演方法缺陷在于无法保证搜索到全局最优解，其主要原因在于观测误差和模型误差的存在。Tihonov(1963)证明，如果正问题(Forward Problem)是线性的，那么，反问题的解存在唯一并且连续地依赖于观测数据(稳定)。关于地下水反问题和热传导反问题以及位移反分析的数值试验发现，当正问题是线性时，如果当不考虑观测数据的观测误差时，反问题的解是唯一的，也就是说，目标函数是凸函数，正如Tihonovr所指出的那样；但是，当考虑到观测数据的观测误差时，即使正问题是线性的，反问题的目标函数是非凸的，反问题解是不唯一的。观测误差越大，目标函数的局部极小值数目越多。     

基于差异进化算法反演参数的隧道稳定性分析

在隧道和地下工程弹性问题的位移反分析中,当基本未知数多于三个时,在各参数可能的变化范围内找到一组使误差最小的最佳参数的优化反分析方法是当前岩土工程反分析研究的热点问题。论文结合一种新型的优化算法(差异进化算法),依托摩天岭1＃斜井隧道工程施工,跟踪施工进行了典型断面围岩位移监测,以现场量测位移作为基础信息求得了斜井隧道全局最优值的最佳力学参数组合。根据以上采用差异进化算法求得的反演参数,对摩天岭1#斜井隧道单层衬砌支护稳定性进行了三维数值模拟分析,分析表明,摩天岭1#斜井隧道III级围岩段喷15 cm厚钢纤维混凝土支护后,斜井隧道围岩最小应力明显降低,围岩位移明显减小,因此建议摩天岭1#斜井洞身段III级采用15 cm厚度的钢纤维喷射混凝土单层衬砌。以上研究直接指导了摩天岭隧道单层衬砌设计和施工。     

量测与监控在地下工程中的应用

从量测的有关技术规定、常用方法、量测计划、量测数据分析与反馈等方面介绍了量测与监控在地下工程中的应用。     

诱导缝在地下工程中的应用与分析

常州客运中心预留地铁站房工程通过设置诱导缝,将车站结构沿纵向分解成不同的施工段,对止水带和封头模板进行处理,分层浇筑混凝土,保证诱导缝施工质量。工程完成后任取两块墙板进行裂缝描述分析,结果表明,地下工程中设置诱导缝,并经过针对性的施工过程后,可使裂缝集中在诱导缝处出现,不仅可大幅减少裂缝的数量,还可降低外墙防裂工程费和防渗维护费。     

流体饱和多孔介质参数反演的遗传算法

根据位移响应的理论合成应与实际测量数据相拟合的原则，将流体饱和多孔介质参数反演问题归结为非线性多峰函数的最优化问题。全局最优解的求解采用了遗传算法，克服了传统的优化法难于求得全局最优的困难。数值算例的实践表明了遗传算法的可行性和稳健性。     

边坡加权位移反演方法及工程应用研究

参数反演是获得岩土强度参数的重要手段,而对于分层或者含有软弱夹层的边坡,加权位移反分析是获得其土体参数的有效反演方法。利用边坡测斜数据与土体分块的基本思想,提出了一种加权方法。根据土体深部位移曲线与最小二乘原理,将边坡土体划分为若干个具有不同位移特点的块体,单个块体的位移可以用两个量进行表示:滑动位移与变形位移。将反映块体自身强度的变形位移作为加权反分析的权重,并提出了新的反演目标函数。最后,依托实际工程,利用新方法计算了边坡的强度参数,其结果与现场试验符合较好。同时,敏感度计算的结果也表明该方法的反演效果更佳。     

地下水封裸洞储存LPG耦合问题的变分原理及应用

基于地下水封裸洞储存石油液化气的原理，给出了相应于水封裸洞气机理的应力场、渗流场以及储气场耦合系统的变分原理，并建立了以结点位移和孔隙水压力为未知量的有限元列式。通过编程并应用于工程，证明了其合理性。     

降水抗浮技术在地下工程中的应用

结合工程经验描述降水抗浮技术在地下工程中的应用,分析目前常用的几种抗浮技术措施的应用现状。探讨工程经验探讨抗浮设计水位的确定、常用的抗浮措施的合理选择及应注意的问题。     

地下工程并行优化反演分析及算例验证

 通过重构非线性惯性权重函数和引入“加速因子”,对传统粒子群优化算法的收敛性进行改进。同时基于消息传递平台对算法进行主从式并行改进,编程实现基于普通计算机机群系统分布式存储并行模式的大型地下工程并行优化反演分析。算例分析表明,改进的粒子群优化算法其收敛性能得到显著改善,并行改进策略可显著加快反演速度和提高计算效率。探讨围岩松动损伤劣化、监测数据可靠性、并行粒度和负载均衡等并行优化反演分析中所面临的主要问题及其对计算精度和效率的影响,并提出有效解决方案,为大型地下工程的参数反演和动态优化设计提供一种新思路。     

地下工程流–固耦合模型试验新型相似材料的研制及应用

 依托青岛胶州湾海底隧道的现场勘探资料,应用地质力学模型试验的流–固耦合相似理论,通过大量的配比试验,研制出一种由砂、重晶石粉、滑石粉、水泥、凡士林、硅油和适量拌合水组成的新型流–固耦合相似材料(SCVO)。通过大量的室内试验,系统地研究不同配比对材料参数的影响规律,确定控制相似材料各性能的主要组分。试验表明,材料的强度和弹性模量主要由水泥和凡士林控制;黏聚力受凡士林影响明显;渗透系数可以通过凡士林和硅油的比例调节;硅油还可以起到保水、提高材料密实度的作用。材料的变形特性和水理特性由不同的成分控制,且相互间影响很小,实现材料性质的全面调控。该材料可以模拟不同渗透性的低强度和中等强度的岩体材料,是一种非常理想的流–固耦合相似模拟材料。并已成功应用于青岛胶州湾海底隧道的地质力学模型试验研究中,力学性能和水理特性均达到试验要求,为试验取得良好结果提供材料保证。