基于降阶投影的初始渗流场反演方法

为了解决传统基于降阶模型的参数反演方法的高耗时问题,提出了一种改进的降阶反演方法(IterROM),用于执行快速参数反演任务。不同于传统降阶反演方法先训练后反演的流程,该方法将参数反演与降阶模型训练紧密融合,使用训练中的降阶模型代替原始模型进行参数反演,同时将反演结果应用于降阶模型的训练。该方法在参数反演阶段使用观测资料和后验误差共同组成目标函数,并使用降阶模型解与全阶模型解的最大节点误差作为迭代终止精度。经过某工程初始渗流场反演模型的测试,发现IterROM相比传统方法精度高、计算成本低,可用于快速执行初始渗流场的反演任务。     

广义Bayes法在裂隙岩体渗透系数随机反演中的应用

工程中由于存在各种随机因素,采用确定性的渗流分析方法进行渗透系数的反演必然会导致结果的不确定性.本文基于渗流场的随机有限元分析方法,结合变尺度优化算法和广义Bayes法,建立了一种渗透系数的随机反演方法,推导了详细的计算公式.该方法不仅考虑量测水头、渗透系数的随机性,还考虑了边界水头的随机性,不仅可以获得渗透系数的均值反演结果,还可以得到标准差的反演结果.最后将该法应用于重力坝坝基渗流算例分析中,以渗流有限元正分析计算结果作为"假想"的实测点水头值,通过随机反演,同时获得渗透系数均值与标准差的反演结果,将输入信息与反演结果对比分析,验证了渗透系数和标准差反演结果的正确性.     

贝叶斯框架下大坝渗流参数反演组合代理模型研究

渗流参数贝叶斯反演的关键在于解决对渗流正演模型大量调用而导致的计算耗时问题.现有提高贝叶斯反演计算效率的研究大多采用基于单一机器学习算法的代理模型,计算精度较低.针对上述问题,本文提出一种贝叶斯框架下大坝渗流参数反演组合代理模型.该方法在贝叶斯框架下集成支持向量回归(SVR)、Kriging和多元自适应回归样条(MAR...     

基于van Genuchten-Mualem模型的饱和-非饱和介质流动随机数值分析

基于van Genuchten-Mualem非饱和水分特征模型,联合运用Karhunen-Loeve展开法、混沌多项式展开以及摄动方法,对饱和-非饱和流问题进行随机数值分析。将土壤特性参数假定为协方差已知的随机函数,并按Karhunen-Loeve法分解,把压力水头表示为多项式。通过摄动方法得到一系列关于水头展开式的偏微分方程,用有限差分法进行求解,获得了压力水头的随机描述,并计算其均值和方差。应用本文的随机模型研究了二维非饱和以及饱和-非饱和介质流动的实例,结果与动量方法的计算结果一致,而且计算效率高于传统的动量方法。     

基于神经网络的中线工程高边坡土体渗透参数反演研究

基于神经网络的非线性映射特性,在渗流有限元计算的基础上,结合水头和流量等实测资料提出了边坡渗透参数的反演方法.将该方法应用到南水北调中线工程高边坡渗流反演分析中,得到了能够反应工程实际的边坡土体的综合渗透参数.同时利用反演出的渗透参数进行渗流计算,结果表明,该方法对高边坡的渗透参数反演具有较高的识别精度,反演结果可靠.     

河流水质纵向弥散系数反问题的迭代算法

以函数逼近和Tikhonov正则化为基础，利用算子识别摄动法、线性化技术，建立了河流水质纵向弥散系数反问题的迭代算法，并给出了计算实例，其结果表明，该方法具有数值精度高，稳定性好，收敛速度快，整个参数反演过程可以程序化，由计算机完成等优点。值得在实际工作中采用。     

地下水水流模型的摄动待定系数随机有限元法

把Taylor展开式、摄动技术、待定系数法和有限元方法相结合，提出了求解随机地下水水流问题的摄动待定系数随机有限元法(PCSFEM)，推导出地下水水头均值和方差的表达式，避免了求地下水水头的一阶导数和二阶导数，对于一般的随机地下水问题均能给出地下水水头的随机特征，对随机变量数较少的随机问题特别有效。同时选取二维承压地下水水流问题(有解析解)作为例子，进行随机数值模拟试验，以检验方法的有效性和局限性。     

基于主成分分析的非饱和渗流参数反分析方法

针对高心墙堆石坝渗流测点多,监测序列具共线性的问题,文章提出了基于主成分分析的非饱和渗流参数反分析方法。依托典型堆石坝工程,构建非饱和非稳定渗流概化模型,通过分区域提取心墙渗压监测序列的主成分,构建以非饱和渗流参数为自变量的心墙渗压响应面方程及目标函数,采用多目标优化进行参数反分析计算,由此研究主成分分析对渗流参数反分析的适用性,并与传统反演方法进行对比。研究表明,相比传统方法,该方法提高了参数反分析精度及计算效率。     

基于神经网络的土体渗透参数反演研究

基于神经网络的非线性映射特性,在渗流有限元计算的基础上,结合水头和流量等实测资料提出了边坡渗透参数的反演方法.对南水北调中线穿黄工程高边坡渗流反演进行了分析,得到了边坡土体的渗透参数为3.97×10-4cm/s,综合给水度为0.027,并进行了渗流计算.结果表明,采用反演的渗透参数所计算的各观测井的水位值与实测值基本相同,误差较小.     

基于RF-GWO的水利工程地质渗透系数智能反演分析

地质渗透系数是准确分析水利工程渗流的关键参数。针对传统反演方法计算效率低、精度差的问题,采用有限元正演模型和正交试验设计构建渗透系数反演样本集,建立了基于随机森林(RF)算法的渗流计算代理模型;在此基础上,引入灰狼优化(GWO)算法,提出了基于RF-GWO的渗透系数智能反演方法,并以Z抽水蓄能电站为研究案例进行了验证。结果表明：RF模型对各钻孔水位预测结果均接近实测值,性能优于CART和BP模型;GWO可搜寻到地质最佳渗透系数,钻孔水位反演结果合理,相对误差最大为0.42%,精度满足工程要求,计算的天然渗流场分布形态也符合一般山体渗流场分布规律。建立的反演模型能够快速准确地推断工程区地层渗透系数,具有实际工程应用价值。     

摩擦桩承载稳定性的概率分析方法

海相沉积土层深厚地区的桩基承载力主要是侧摩阻力,侧摩阻力直接决定于桩土间的相对位移。据此提出了按桩顶沉降准则分析摩擦桩承载稳定性的可靠度方法。首先引进接触面单元模拟桩-土的相互作用,采用数值模拟随机响应方法拟合桩顶位移的状态方程,并给出了在确定近似解析解时,近似函数形式的选取原则,函数中待定系数及数值模拟采样点的确定方法及步骤,可靠度指标及失效概率的计算方法。最后,作为工程实例,分析了某建筑物桩基的稳定性。     

地震动和结构参数双重随机的重力坝抗滑稳定可靠度分析

地震动和坝体结构参数的随机性均对重力坝抗滑稳定可靠度有重要影响。首先建立了重力坝建基面抗滑稳定极限状态方程,将坝体水平和竖向惯性力随机过程的最大值作为随机变量,根据随机过程参数获得此随机变量的均值和方差,实现了将地震荷载和结构参数双重随机性问题统一到随机变量模式下;然后采用JC法分析了某实际工程重力坝建基面抗滑稳定可靠度,并结合地震发生的概率分析了该重力坝抗滑稳定的失效概率;最后采用正交试验法分析了各结构随机参数对可靠度和失效概率的敏感性。结果表明：本文提出将随机过程最大值作为随机变量的方法可以用于地震动和结构参数双重随机情况下的重力坝抗滑稳定可靠度分析;实例工程混凝土重力坝沿建基面抗滑稳定可靠指标为4.23,失效概率为0.001 17%;坝体材料密度、地基泊松比以及建基面黏聚力系数和摩擦系数对可靠度计算结果影响较为显著。     

近似拟合法确定离散系数的适用性和选点策略

通过随机数学试验的设计和运行,对近似拟合法的适用范围和选点策略进行探讨。试验结果表明:取C*(质量浓度与时间的乘积)最大的点作为t2,并取两边最接近的2点(最好等距)为t1和t3是一种较好的取点策略;计算出DL,tmax,u后,利用S值(顶端曲率相反数的自然对数),dt(t1,t2,t3时差)和t2′(t2与tmax时差)进行检验,可以判断计算结果的可靠性。     

加权平均的权重优选算法及其应用

通过分析指标值与目标期望值，提出加权平均优选权重的算法。为解除权重的两个约束条件，引入参数，采用e指数函数定义权重。运用最优梯度下降法使目标的计算值与期望值误差最小来迭代优选权重，建立迭代算法模型。将此算法应用于计算龙凤山水库的流域日平均降水量，改进传统计算方法的不足。经过迭代模型对参数率定与检验的误差分析，总误差及每个样本的误差比泰森多边形法的误差明显减小，说明本文提出的算法与应用是科学合理的，便于推广应用。     

不确定性信息下流域土壤侵蚀量计算

根据流域土壤、地形、降雨、植被、管理技术等因素存在的多种不确定性特点，运用盲数来描述和处理通用土壤流失方程USLE中各参数的不确定性，尝试性地提出了不确定性信息下流域土壤侵蚀量计算的新方法。根据这一方法，不仅可以求得研究区域土壤潜在侵蚀量的各种可能取值区间，也可以得到各区间相应的主观可信度。再由盲数均值计算公式，最终得到整个研究区域土壤潜在侵蚀总量。在此基础上，结合区域土壤中氮、磷含量资料，可以计算出吸附态氮、磷的流失量。实例研究表明，运用盲数理论研究流域土壤侵蚀量和吸附态氮、磷流失量，理论上是可行的，计算结果是可信的。     

Valid hydrodynamic interaction regions of multiple ships advancing in waves

Based on the 3-D surface panel method combined with the translating-pulsating source Green function, an approximate approach is developed to solve the hydrodynamic interacting problem of multiple ships advancing parallel in waves. Focus is on improving the calculating efficiency. In this approach, each ship is assumed to be in each other＇s far-field, and the near-field term in this Green function is neglected if the source point falls on one ship and the field point on others. Further, a matching relationship between the far-field waves and the interfered regions, which are defined as the overlapping areas between the mean wetted body surface of one ship and the propagating regions of the waves generated by another ship, is introduced to avoid the unnecessary computation of the relative terms of the Green function, if the field point is not in the overlapping areas. The approach is validated through studying the hydrodynamic terms and the free motions of two or three ships in side-by-side arrangement by comparing the obtained results with the model tests and the predictions of the exact method. The average calculating speed for the present approximate method is about 1.65-1.8 times of that for the exact method for solving the hydrodynamic interaction problem of two ships, and 2.56-2.73 times for that of three ships.     

厦门地铁隧道变形控制指标的确定方法

依托厦门风化花岗岩地层的盾构隧道工程,以土体参数的空间变异性为切入点,针对当前隧道变形控制指标体系存在的针对性不足、科学性不够及适用性不强等问题,结合现场监测数据的统计分析和基于随机场理论的可靠度分析,提出了厦门轨道交通隧道工程变形控制指标的综合确定方法。结果表明:厦门典型风化花岗岩地层中,盾构隧道施工引起最大地表沉降的统计平均值为-13.50 mm,监测数据的95%分位数约为-32.42 mm;根据可靠度分析,最大地表沉降服从标准正态或对数正态分布形式,随机计算所得最大地表沉降的95%分位数为-35.43 mm。从安全角度出发,建议将-35.0 mm作为厦门典型风化花岗岩地层盾构隧道施工地表沉降的控制值。     

随机梯度法在新安江模型参数 优选中的应用

基于近似梯度法及模式搜索法,提出了复合两种方法的随机优化方法。以Nash确定性系数为目标函数,对新安江模型的参数空间随机搜索后运用梯度法进行了优化,然后采用参数空间筛选策略,以获得全局最优解集。上述方法结合导数信息和随机性质的算法,使优化方法脱离局部极小解从而达到近似全局最优解集。以杨楼单元流域为应用实例进行了研究,结果表明,随机梯度法可以成功地率定概念性水文模型参数。     

某垃圾填埋场氯化物运移的不确定性分析

实际污染物的运移浓度和污染范围受水文地质参数的数值不确定性和空间分布随机性的影响,常规数值模型不能有效地模拟污染物运移。分别将水文地质参数的数值不确定性和空间分布随机性考虑到常规数值模型中,以某垃圾填埋场氯化物渗滤液运移为例,计算了该垃圾填埋场1940-2000年60 a氯化物的运移浓度和运移范围变化情况。以第43年计算结果为例,结果表明:考虑了不确定性因素的随机模型多次模拟结果平均值与实际值吻合更好,说明随机模拟法较常规数值模拟更具有优势;当自变量变化范围为20%时,考虑数值不确定性的随机模型计算结果比同等条件下考虑空间随机性模型计算结果的平均偏差值和平均方差值大25.04%和26.95%; 60 a内氯化物浓度和污染范围的计算结果不确定性大小存在变化,两种不确定性模型计算得到的结果大小变化趋势一致,即呈现出先增大后减少的趋势。通过不确定性分析可以掌握该地区氯化物浓度的变化范围,在划分不同浓度置信区间的基础上进行风险分析,为地下水的污染防治提供数据参考。