不确定性岩石力学参数的区间反分析

考虑量测信息的不确定性，将岩石力学参数视为未知但有界的区间变量，建立了非线隆岩石力学参数的区间反分析模型。运用带约束的优化技术查变容差法求解反演模型，得出了不确定性力学参数的区间范围，研究了不同的量测精度和反演参数个数对反分析结果的影响，结论合乎规律，为实际工程分析提供了有价值的信息。     

岩石力学参数的区间参数摄动反分析方法

考虑岩体量测数据及其力学参数的不确定性,将它们视为未知但有界的物理量,用区间变量表示,提出了区间参数有限元控制方程的摄动求解方法,进一步建立了识别力学参数的区间反分析模型。基于区间参数摄动求解方法,分两步依次辨识出需反演力学参数的区间均值及其离差,得到力学参数的区间范围。以某巨型水电工程地下厂房模型洞围岩力学参数反演为例,研究了量测精度对结果的影响,计算结果表明该方法是合理可行的。     

城市雨洪模型参数不确定性分析及应用

针对分布式城市雨洪模型的研究现状,分析讨论了城市雨洪模型及其模拟结果的不确定性问题,并以深圳市某独立排水片区为例,采用GLUE方法分析SWMM模型参数的不确定性。首先构建排水区的SWMM模型,针对敏感性参数随机生成多个参数方案,通过MATLAB编程调用SWMM动态链接库多次进行参数率定,以Nash-Sutcliffe效率系数(NS)大于0.8为阈值进行最佳参数方案的筛选,得到置信度为90%的排水区径流量区间。研究结果表明,GLUE方法能够分析出模型敏感性参数的不确定性,此种模型不确定性研究方法可为实际工程提供更加科学的预测。     

巷道围岩初始应力场和弹性模量的区间反演方法

从有限元数值计算的角度对岩土工程参数的可辨性进行了分析。在可辨识性分析的基础上，考虑观测数据的不确定性，建立了在联合采用围岩位移和应力观测数据的同时，识别地应力和围岩弹性模量的反演模型。并采用约束变尺度方法求解该反演模型，获得地应力和弹性所在区间范围。     

岩土工程中位移量测的随机逆反分析

本文考虑了岩土工程中量测位移及介质力学模型的随机不确定性，基于随机有限元和特征函数法分析，提出了反演岩土体初始地应力场、介质力学特性参数的均值及多阶矩的随机逆反分析方法。研究结果表明随机逆反分析更能符合实际不确定岩土工程的要求。     

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。     

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。     

堆石坝参数反演的蚁群聚类RBF网络模型

 将蚁群算法与径向基(RBF)网络相结合,提出一种用于堆石坝力学参数反演的蚁群聚类径向基网络模型。该模型用蚁群聚类算法搜索RBF网络基函数中心,模拟蚁群觅食聚类的概率转移特性,所得到的聚类结果类间离散度和比传统K均值聚类结果小,能够得到更合理的基函数中心,从而获得较准确的坝体参数和位移之间的非线性映射关系。在进行参数灵敏度分析的基础,对一座堆石坝的反演分析表明,蚁群聚类RBF网络模型可有效地求解堆石坝多参数反演问题,反演结果优于BP网络模型和K均值RBF网络模型。     

砂土区间地铁盾构施工土体参数反演及其验证

在地铁砂土区间盾构法施工过程中,由于盾构机的掘进和注浆填充对周围的土层有一定的扰动作用,该土层的力学参数产生了一定变化。现场原位试验很难准确测得土体的参数。根据工程重要性和施工的信息化要求,土体的部分力学参数需要利用施工过程中地表沉降监测数据进行位移反演得出。结合沈阳某砂土区间盾构施工监测,利用改进的遗传优化的神经网络算法对其土体参数进行反演,得出较为准确的土体参数,并将其代入数值模型中进行计算验证。结果表明,数值计算结果与监测数据基本吻合。     

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。     

岩体参数反演计算的稳定性研究

将锚杆支护与围岩注浆相结合,即采用锚注支护,在软岩巷道支护中获得了广泛的应用,但锚注支护岩体参数的确定相当不易。本文从工程实际中比较容易量测的位移入手,采用反分析方法,确定锚注岩体的等效力学参数,为锚注支护巷道围岩稳定性评价及锚注支护参数的合理确定奠定理论基础。     

土石坝土体参数反演的一种新方法

为了确保基于遗传算法的土石坝土体参数反演结果的可靠性,应用数值逼近方法,分析了反演结果失真的原因,讨论了保证土体参数反演结果全局收敛的条件。在此基础上,提出了补偿观测信息的虚拟位移法,初步解决了观测值少、待反演参数较多时,反演结果失真的问题。最后用一个简单的算例验证了该方法是可行和有效的。     

Forward and backward uncertainty propagation: an oxidation ditch modelling example

In the field of water technology, forward uncertainty propagation is frequently used, whereas backward uncertainty propagation is rarely used. In forward uncertainty analysis, one moves from a given (or assumed) parameter subspace towards the corresponding distribution of the output or objective function. However, in the backward uncertainty propagation, one moves in the reverse direction, from the distribution function towards the parameter subspace. Backward uncertainty propagation, which is a generalisation of parameter estimation error analysis, gives information essential for designing experimental or monitoring programmes, and for tighter bounding of parameter uncertainty intervals. The procedure of carrying out backward uncertainty propagation is illustrated in this technical note by working example for an oxidation ditch wastewater treatment plant. Results obtained have demonstrated that essential information can be achieved by carrying out backward uncertainty propagation analysis.     

Estimation of heat-transfer characteristics on the hot surface of glass pane with down-flowing water film

A hybrid inverse scheme of the Laplace transform and finite-difference methods in conjunction with a sequential-in-time procedure, least-squares method and experimental temperature data is applied to solve a 2D transient inverse heat conduction problem in order to estimate the unknown transient total heat flux and overall heat-transfer coefficient on the hot surface of the glass pane with the down-flowing water film exposed to a fire environment. It can be difficult to estimate this overall heat-transfer coefficient because it mainly involves the convection and radiation heat-transfer coefficients and that due to the mass transfer. The functional form of the total heat flux is unknown a priori and is assumed to vary with time and space. Thus, a series of connected cubic polynomial function in space and a linear function in time can be introduced to approximate this unknown surface heat flux during a specific time interval before performing the inverse calculation. Later, the unknown surface heat flux, surface temperature and overall heat-transfer coefficient at a specific time can be estimated from the knowledge of experimental measured temperature data and the given heat-transfer coefficient on the cold surface of the glass pane obtained from the correlation between the local Nusselt number and Rayleigh number. The results show that the effect of the down-flowing water film flow rate on the present estimates cannot be negligible. The overall heat-transfer coefficient on the downstream region of the glass pane can be markedly higher than that on the upstream region.     

基于扩展卡尔曼滤波的岩石流变模型参数识别

针对岩石材料本身复杂性及观测条件引起的室内外试验数据中存在的不确定性,引入卡尔曼滤波方法,将岩石流变模型参数视为某随机过程的状态估计量,构造相应的卡尔曼滤波方程进行参数识别。以构皮滩水电站岩石工程黏性软岩的单轴压缩蠕变试验为例,对广义开尔文模型的有关参数进行识别,结果表明该方法具有很高的识别精度。同时探讨不同观测误差对滤波过程及参数识别结果的影响,数值试验表明该算法具有较强的抗噪声干扰能力,为解决岩石力学参数识别中的不确定性问题提供一个有效的理论方法。     

岩土工程反分析的扩展贝叶斯法

基于概率与数理统计理论和现代信息理论，针对传统贝叶斯法中观测信息与先验信息不匹配的缺陷，探讨了一种新的反演方法。该方法通过引入匹配系数β,将现场量测信息和先验信息有机地结合起来，克服了传统贝叶斯法的不足，在形式上完成了目前常用的最小二乘法、最大似然法及传统贝叶斯法准则函数的统一，并可由量测数据的质量和数量推算预测模型的最佳阶数。同时，可以由β值的定量分析，直观地得到量测值与参数初始估计值之间的权重比例。     

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。     

基坑开挖引起的周边土体三维位移场的简化分析

虽然不少经验方法可以用来计算基坑开挖引起的地表沉降以及围护墙水平位移,但是目前基坑开挖引起的地表以下土体位移场的预测缺乏简单的计算方法,而主要依赖于有限单元法。有限元分析中如何选用合理的参数来准确计算开挖引起的土体位移一直是个难题。在有限单元法的基础上,考虑土体小应变特性,基于芝加哥地区实际基坑工程的实测数据,通过反分析方法确定了能够准确计算基坑开挖引起的土体位移的合理计算参数。利用这些参数较为准确地计算了基坑开挖引起的土体位移,总结了基坑周边土体三维位移场的衰减规律,并由统一表达式来表示,同时结合围护墙水平变形与墙后地表沉降的经验公式,通过二次拟合提出了基坑周边土体三维位移场的简化计算方法。通过与有限元计算结果以及实测结果的对比,验证了该方法的合理性。     

基于一次逆可靠度法的边坡稳定性分析

本文从逆可靠度设计思路出发,解析并采用基于逆可靠度的边坡稳定性分析方法,对某边坡的安全系数进行了分析。结果表明,忽略参数的不确定性将会导致过高估计边坡安全系数。最后,讨论了可靠度水平与边坡安全系数的变化关系。