岩土工程位移反分析的智能反演综述

在分析岩土力学位移反分析研究现状的基础上 ,着重介绍了位移反分析智能反演方法的原理、特点及近年来在此方面的研究进展。研究表明 ,智能位移反分析简便实用、计算精度高 ,克服了传统算法的诸多不足 ,具有广阔的应用前景 ,是位移反分析的一个新的发展方向。     

隧道围岩位移智能化反演研究

在分析隧道工程特点及围岩位移反分析研究现状的基础上,着重介绍了三种位移智能反演方法的原理、特点及普遍存在的问题,经研究证实了隧道位移智能化反演结果的正确性,对隧道围岩稳定性评价、信息化施工及岩石力学反问题研究具有重要意义.     

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。     

隧道位移智能化反分析及其应用

在阐述隧道工程的特点及位移反分析的必要性和研究现状的基础上，分析了隧道位移智能化分析的特点、神经网络模型及输入输出参数。结合实例分析，证明了隧道位移智能化反分析结果的正确性，对隧道围岩稳定性评价、信息化施工及岩石力学反问题研究具用重要意义。     

隧道位移智能化反分析及其应用

在阐述隧道工程的特点及位移反分析的必要性和研究现状的基础上 ,分析了隧道位移智能化反分析的特点、神经网络模型及输入输出参数。结合实例分析 ,证明了隧道位移智能化反分析结果的正确性 ,对隧道围岩稳定性评价、信息化施工及岩石力学反问题研究具用重要意义。     

岩体弹塑性模型力学参数对位移的影响度研究

弹塑性位移反分析可归结为对一个极值问题的优化求解。但在求解该极值问题前，须先确定其目标函数的影响因素，即确定弹塑性位移反分析问题的可反演参数。采用连续介质快速拉氏分析(FLAC)对地下采场进行数值模拟计算，采用正交试验设计法确定模拟计算方案，采用数理统计分析法研究岩体弹塑性模型力学参数对地下采场顶板中点竖向位移及侧帮中点水平位移的影响度，建立了影响度评价方法，确定了弹塑性位移反分析问题的可反演多数。     

加权位移反演法确定岩体结构面的力学参数

在直接法位移反分析的基础上，针对岩体结构面的变形特征提出了加权位移反演法，用现场实测位移来反演求取可能的控稳结构面的力学参数，并用灵敏度分析证实了该方法的正确性。最后利用加权位移反演法计算得出了某工程岩坡３条顺层缓倾角泥化夹层的ｃ，ｆ值，结果表明加权位移反演法具有较高的实用价值。     

位移反分析法的理论分析及工程应用

从分析岩体初始地应力场和进行地应力回归计算两方面探讨了位移反分析法的理论,通过工程算例说明了位移反分析法在工程中的应用,研究了位移反分析法的工程应用前景,以推广位移反分析法的应用。     

多参数优化反演分析法及其应用

研究了多参数情况下反分析的多点拟合法，可同时反演多个岩体力学参数，实现了位移计算值与实测值的多点拟合。结合某拱坝进行了多参数位移反分析，得到了较合理的计算结果。     

岩石力学反问题的几个基本问题

就岩石力学反问题的几个基本问题进行了讨论,即岩石力学参数和初始地应力的可辨识条件及其在巷道位移反分析中的应用;金属支架荷载反算解的稳定性分析;地下巷道位移反分析中各种优化方法的探讨;巷道位移反分析测点的最优布置;巷道位移反分析有限元网格划分范围的确定;弹塑性位移反分析的可靠性研究及巷道的孔形优化.     

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。     

位移反分析的自适应神经模糊推理方法

现有各种位移反分析方法均存在着这种或那种不足之处：基于最优化理论的位移反分析方法，解的稳定性较差，易陷入局部极小，反演参数较多时收敛速度较慢，且难以搜索到最优解；基于人工神经网络的位移反分析方法，当解空间稍大时便难以收敛到所需要的精度，且训练结果不具有唯一性，因而很难获得与实际岩体相吻合的反演结果；基于遗传进化的位移反分析方法，需对搜索过程进行大量经验性干预才能搜索到最优解；基于遗传进化和神经网络的位移反分析方法，亦只在较小的解空间内才有效。针对这些不足之处，应用自适应神经模糊推理系统的原理，建立了位移反分析的自适应神经模糊推理方法，并应用该方法对所设定的某一标准弹塑性问题的力学参数进行了反演，反演结果表明，在较大的解空间内，这种位移反分析方法收敛速度快、解的稳定性好、反演结果精度高，是一种优异的位移反分析方法。     

位移反分析观测方案的整数规划确定法

位移反分析结果的质量依赖于位移观测方案，本文针对位移观测方案设计的困难，提出了０—１整数规划确定法，满足反分析的有效性和现场位移观测方案优化的要求。从算例分析结果，获得了许多对设计观测方案具有指导意义的结论。     

大连地铁隧道监测数据分析及参数智能反演

差异进化算法(Differential Evolution)是一种新型的智能优化算法,对初始值无要求,收敛速度快,对非线性函数适应性强,具有并行运算特性,尤其适应于多变量复杂问题的寻优,将该算法与有限元理论相结合编制智能位移反分析程序。针对大连地铁隧道实际工程,对地表沉降、拱顶沉降和收敛位移进行监控量测,并对数据进行拟合和回归分析;利用智能位移反分析程序和监测数据完成参数反演,以解决围岩力学参数不准确的瓶颈,反演的参数与实际勘测的十分接近;根据反演参数进行有限元数值模拟的正分析,将数值模拟的结果与实际监测数据进行对比分析,对施工过程中围岩是否安全稳定具有重要的理论意义和实用价值。     

岩土工程反分析的初步探讨

介绍了岩土工程反分析的定义、特点及本质，重点讨论了位移反分析的概念、分类、发展现状，指出了反分析存在的一些问题及未来的主要发展方向。     

基于改进遗传算法的拱坝位移反分析

利用遗传算法对拱坝地质力学参数位移反分析的方法进行了研究。针对简单遗传算法的早熟现象，引入了小生境技术与自适应杂交变异概率的方法，并结合拱坝地质力学模型试验与三维有限元方法，给出了适合推求拱坝地质力学参数的反分析方法。结合实际工程，反演了拱坝基岩的弹性模量和泊松比。结果表明，该算法适用于拱坝地质力学参数的位移反分析，可以有效地解决简单遗传算法的早熟现象，而且收敛效率也有明显提高。     

地下巷道弹性位移反分析中改进的Gauss-Newton-Marquit方法

针对地下巷道弹性位移分析的Gauss-Newto-Marquit方法提出了改进措施，将随机有限元中常用的直接求偏导数方法引入地下巷道弹性位移反分析问题，代替了Gauss-Newton-Marquit方法中求偏导数常用的差分法，从而大大提高了算法的效率，也使反分析结果的可靠性和精度有所提高。工程算例表明，改进后的Gauss-Newton-Marquit方法可更高地解决地下巷道弹性位移反分析问题，是一种值得推广的优化算法，并可望在大型工程中有良好的应用效果。     

黏弹性介质参数反演的同伦方法

以介质的动态时域位移响应作为参数反演的依据，对黏弹性介质的材料参数进行反分析研究。动态时域位移响应比拟静态和频域位移响应含有更丰富的信息，且在实际工程中所测得的信息也多为动态时域信号，因此将时间全过程的位移信息用于黏弹性介质参数反分析，将使黏弹性介质参数反演的结果更为合理、更接近实际。根据位移响应的理论合成值应与实际测量数据相拟合的原则，将黏弹性介质参数反演问题转化为非线性算予方程的零点求解问题；然后，应用大范围收敛的同伦方法求出非线性算予等于0的根作为反问题的解。以黏弹性半空间介质为例进行数值模拟。模拟结果表明，反演结果不依赖于初始值的选取，且反算过程稳定收敛，说明同伦反演方法对于黏弹性参数的动态反演是适用、有效的。     

卵砾石层中隧道考虑松动圈的位移反分析应用

研究了考虑围岩松动圈的位移反分析在卵砾石层隧道工程中的应用。由于江苏省常宁高速公路茅山隧道大部分处于卵砾石地层中，围岩稳定性差，隧道埋深浅，必须采用隧道信息化施工。为了确保隧道施工的安全进行，将隧道简化为平面应变问题，实现了位移反分析计算，采用考虑围岩松动圈的双介质模型，反演松动圈的弹性模量。然后利用有限元法，对隧道动态施工过程进行了仿真数值模拟研究，并将计算分析结果反馈设计和施工，进而调整设计，指导施工，确保了工程的安全施工。     

三峡工程永久船闸边坡位移反分析回顾

总结了1994～2000年间，作者在三峡工程永久船闸高边坡的第一期和第二期位移反分析方面的主要研究成果，包括理论与工程应用、边坡岩体变形机制及其数值模拟方法等。认为位移反分析理论研究很重要，但足由十岩体变形的非连续性，工程应用上应该加强岩体的宏观变形行为及其数值模拟方法的研究。就三峡工程的块状结构边坡而言，岩体的变形主要由松动区的变形构成，在变形分析中将松动区等效为一种弱化的线弹性材料，模拟其宏观变形行为是合适的。