黄土非线性本构模型参数反演
|
摘要
通过位移反分析来确定初始参数已经成为工程发展的需要。对于线弹性问题的反分析已经做了大量的工作，并且取得了很多成果，但对于非线性问题的位移反分析目前只是处于研究和探讨阶段，没有形成成熟的理论和方法。对于黄土非线性本构模型参数的反演工作就做的更少。
本论文用正演和优化相结合的方式对黄土的非线性本构模型中的参数进行反演。优化方法采用的是近几年发展很快的一种新型算法——遗传算法，此算法在函数优化领域得到了广泛的应用，本论文用遗传算法的基本思想，结合实际问题独立编制了C语言程序，用遗传算法对黄土的非线性本构模型参数进行优化。正演方法采用数值方法中的有限单元法，用现在应用广泛的有限元计算软件进行正演计算，并首次在ANSYS实现了对土的非线性弹性模型的计算。用工程实例验证了用遗传算法进行位移反分析的可行性。
本论文所作的工作提供了这样一种思路，依据建筑物建造之前，从地基土载荷试验中获取的试验数据，通过由遗传算法所建立的黄土非线性本构模型参数反演的方法，可以进行黄土非线性本构模型参数的优化识别。而由识别出的参数，可以对建筑物构造后的黄土土体变形进行较高精度的预测。
本论文从新的侧面，促进了对黄土非线性本构模型参数反演的研究，对于正确的选用黄土非线性本构模型参数，提高土体变形稳定分析的精度，具有一定的参考价值和理论意义。
With the development of the main engineering, we need educe the parameter by displacement back-analysis. Now, we have done much research in the problem of liner elastic model, and obtain much achievement. But less research have been done in the problem about nonlinear model. The research on the back analysis of nonlinear model is in the stage of start. We have not some certain appropriable method to solve this problem. More less job has been done on the loess nonlinear model.
This paper use a method to educe the parameter by coincide optimization and forward-analysis. This method is genetic algorithm-a new method to make optimize, it develops very fast lately and has been largely used in function optimizing. According to its basic ideology, I write a C program to complete soil parameter optimize. The forward-analysis method is finite element method. By some software I realize the forward -analysis calculation, and realize the calculation of Duncan-Chang model. It's feasible to execute displacement back-analysis by Genetic Algorithms by engineering example.
This paper provides a process: according to the experimental data from the groundsill load experiment, we can identify the parameter of the loess nonlinear model by using the genetic algorithm before construct the building. By the parameter we can forecast the groundsill distortion.
This paper advances the study of the parameter back-analysis of loess nonlinear model from a new side. It has certain reference value and theory significance for how to select the parameter of loess nonlinear model and promoting the stabilization analysis precision of soil distortion.
本论文用正演和优化相结合的方式对黄土的非线性本构模型中的参数进行反演。优化方法采用的是近几年发展很快的一种新型算法——遗传算法，此算法在函数优化领域得到了广泛的应用，本论文用遗传算法的基本思想，结合实际问题独立编制了C语言程序，用遗传算法对黄土的非线性本构模型参数进行优化。正演方法采用数值方法中的有限单元法，用现在应用广泛的有限元计算软件进行正演计算，并首次在ANSYS实现了对土的非线性弹性模型的计算。用工程实例验证了用遗传算法进行位移反分析的可行性。
本论文所作的工作提供了这样一种思路，依据建筑物建造之前，从地基土载荷试验中获取的试验数据，通过由遗传算法所建立的黄土非线性本构模型参数反演的方法，可以进行黄土非线性本构模型参数的优化识别。而由识别出的参数，可以对建筑物构造后的黄土土体变形进行较高精度的预测。
本论文从新的侧面，促进了对黄土非线性本构模型参数反演的研究，对于正确的选用黄土非线性本构模型参数，提高土体变形稳定分析的精度，具有一定的参考价值和理论意义。
With the development of the main engineering, we need educe the parameter by displacement back-analysis. Now, we have done much research in the problem of liner elastic model, and obtain much achievement. But less research have been done in the problem about nonlinear model. The research on the back analysis of nonlinear model is in the stage of start. We have not some certain appropriable method to solve this problem. More less job has been done on the loess nonlinear model.
This paper use a method to educe the parameter by coincide optimization and forward-analysis. This method is genetic algorithm-a new method to make optimize, it develops very fast lately and has been largely used in function optimizing. According to its basic ideology, I write a C program to complete soil parameter optimize. The forward-analysis method is finite element method. By some software I realize the forward -analysis calculation, and realize the calculation of Duncan-Chang model. It's feasible to execute displacement back-analysis by Genetic Algorithms by engineering example.
This paper provides a process: according to the experimental data from the groundsill load experiment, we can identify the parameter of the loess nonlinear model by using the genetic algorithm before construct the building. By the parameter we can forecast the groundsill distortion.
This paper advances the study of the parameter back-analysis of loess nonlinear model from a new side. It has certain reference value and theory significance for how to select the parameter of loess nonlinear model and promoting the stabilization analysis precision of soil distortion.
引文
[01] 高大钊《岩土工程标准规范实施手册》，中国建筑工业出版社，1997。
[02] 孙建兵，管新建，乐金朝。土基模量的非线性反演分析。华北水利水电学院学报，2002．06。
[03] 谭建国等。《使用ANSYS6.0进行有限元分析》。北京大学出版社，2002．05。
[04] 孙均等。《地下结构有限元法解析》。同济大学出版社。1988．06。
[05] 刘祖典，李靖，郭增玉，饶文英。陕西关中黄土变形特性和变形参数的探讨。岩土工程学报。1984．05。
[06] 王小平，曹立明。《遗传算法—理论、应用与软件实现》。西安交通大学出版社。2002．01。
[07] 谭浩强。《C语言程序设计》。清华大学出版社。1999．12。
[08] 王世夏。《水工设计的理论和方法》。中国水利水电出版社。2000。
[09] 谢康和，周健。《岩土工程有限元分析理论与应用》。科学出版社。2002．05。
[10] 钱鸿缙，王继唐等。《湿陷性黄土地基》。中国建筑工业出版社。1985．9。
[11] 郑颖人，龚晓南。《岩土塑性力学基础》。中国建筑工业出版社。1989．08。
[12] 钱家欢，殷宗泽。《土工原理与计算》。中国水利水电出版社。1996．05。
[13] 杨林德等。《岩土工程问题的反演理论与工程实践》。北京科学出版社。1996．04。
[14] 孟高头。《土体原位测试机理、方法及其工程应用》。北京地质出版社。1997．03。
[15] 陈火红。《Marc有限元实例分析教程》。机械工业出版社。2002．04。
[16] 陈精一，蔡国忠。《电脑辅助工程分析——ANSYS使用指南》。中国铁道出版社。2001．04。
[17] 宴启鹏，徐文焕，刘维宁。岩土工程弹塑性位移反分析的数据库方法。中国公路学报。第7卷，第1期。
[18] 陈建峰，孙红，石振明，沈明荣．修正剑桥模型渗流耦合模型参数的估计．同济大学学报．2003年5月．
[19] 刘维倩，黄光远等．岩土工程中的位移反分析法．计算结构力学及其应用．第12卷第1期．
[20] 高玮，郑颖人。岩土工程非确定性反分析研究动态。地下空间
[21] 李立新，石程云．岩土工程位移反分析方法综述．沈阳建筑工程学院学报．1996年7月．
[22] 黄宏伟．岩土工程中位移量测的随机逆反分析．岩土工程学报．1995年3月．
[23] 安关峰，殷坤龙，唐辉明．遗传算法在边坡数值计算中的应用．地球科学——中国地质大学学报．2002年3月．
[24] 马选荣，高效伟．岩土工程中的反分析．力学与实践．第17卷第1期．
[25] 高玮，郑颖人．采用快速遗传算法进行岩土工程反分析．岩土工程学报．2001年1月．
[26] 郭雪莽，田明俊，秦理曼．土石坝位移反分析的遗传算法．华北水利水电学院学报．2001年9月．
[27] 吴立军，刘迎曦，韩国城．多参数位移反分析优化设计与约束反演．大连理工大学学报．2002年7月．
[28] 王登刚，刘迎曦，李守巨．岩土工程位移反分析的遗传算法．岩石力学与工程学报．2000年6月．
[29] 谢定义，张爱军．复合地基沉载试验的计算机模拟分析．第七届土力学与岩土工程学术会议论文集．1997年．
[30] 纪恒水．原位测试技术评价新近沉积土工程特性的应用．岩土工程技术．1996年第4期．
[31] 王志玲，张印杰，彭劼．非饱和土弹塑性模型研究．岩土力学．2002年10月．
[32] 陈远洪，洪宝宁，龚道勇，刘萌成．一个考虑土体流变的修正剑桥粘弹塑性模型．河海大学学报(自然科学版)．第30卷第5期．
[33] 饶为国，赵成刚，王哲，尤昌龙．一个可考虑结构性影响的土体本构模型．固体力学学报．第23卷第1期．
[34] 陈素雍，王发荣，单景雷．关中地区饱和黄土工程地质特性．西安工程学院
学报．22卷．
[35] 刘世君，蒋中明，徐卫亚，高明军．岩体非线性随机反分析优化算法的研究．三峡大学学报(自然科学版)．第24卷第3期．
[36] 王靖涛．建立岩土本构模型的数值方法．华中科技大学学报(城市科技版)．第19卷第1期．
[37] 赵新铭，郑恒祥，刘宁，金栋．岩土力学反分析的智能反演方法．郑州大学学报．第34卷第2期．
[38] 陈国良．《遗传算法及其应用》．北京：人民邮电出版社．1996．
[39] 刘世君，徐卫亚，王春红，高明军．遗传算法的改进及其在岩体位移反分析中的应用．电力勘测．总第34期．
[40] 赵新铭，刘宁，束善杭．DFP优化法及其在位移反分析中的应用．华北水利水电学院学报．第23卷第1期．
[41] 乐金朝，管新建，孙建兵．土基模量的非线性反演分析．华北水利水电学报．第23卷第2期．
[42] 黄绍槟，谭昌明．软土地基沉降的二维非线性粘弹性反演与预测．岩土力学．第23卷第1期．
[43] 沈珠江．现代土力学的基本问题．现代力学与科技进步．清华大学出版社．1997．
[44] 钟万勰，程耿东．中国计算力学的回顾和发展．现代力学与科技进步．清华大学出版社．1997．
[45] 房营光，莫害鸿．深基坑工程施工过程动态反演与变形预测的半解析分析．岩石力学与工程学报．第21卷第10期．
[02] 孙建兵，管新建，乐金朝。土基模量的非线性反演分析。华北水利水电学院学报，2002．06。
[03] 谭建国等。《使用ANSYS6.0进行有限元分析》。北京大学出版社，2002．05。
[04] 孙均等。《地下结构有限元法解析》。同济大学出版社。1988．06。
[05] 刘祖典，李靖，郭增玉，饶文英。陕西关中黄土变形特性和变形参数的探讨。岩土工程学报。1984．05。
[06] 王小平，曹立明。《遗传算法—理论、应用与软件实现》。西安交通大学出版社。2002．01。
[07] 谭浩强。《C语言程序设计》。清华大学出版社。1999．12。
[08] 王世夏。《水工设计的理论和方法》。中国水利水电出版社。2000。
[09] 谢康和，周健。《岩土工程有限元分析理论与应用》。科学出版社。2002．05。
[10] 钱鸿缙，王继唐等。《湿陷性黄土地基》。中国建筑工业出版社。1985．9。
[11] 郑颖人，龚晓南。《岩土塑性力学基础》。中国建筑工业出版社。1989．08。
[12] 钱家欢，殷宗泽。《土工原理与计算》。中国水利水电出版社。1996．05。
[13] 杨林德等。《岩土工程问题的反演理论与工程实践》。北京科学出版社。1996．04。
[14] 孟高头。《土体原位测试机理、方法及其工程应用》。北京地质出版社。1997．03。
[15] 陈火红。《Marc有限元实例分析教程》。机械工业出版社。2002．04。
[16] 陈精一，蔡国忠。《电脑辅助工程分析——ANSYS使用指南》。中国铁道出版社。2001．04。
[17] 宴启鹏，徐文焕，刘维宁。岩土工程弹塑性位移反分析的数据库方法。中国公路学报。第7卷，第1期。
[18] 陈建峰，孙红，石振明，沈明荣．修正剑桥模型渗流耦合模型参数的估计．同济大学学报．2003年5月．
[19] 刘维倩，黄光远等．岩土工程中的位移反分析法．计算结构力学及其应用．第12卷第1期．
[20] 高玮，郑颖人。岩土工程非确定性反分析研究动态。地下空间
[21] 李立新，石程云．岩土工程位移反分析方法综述．沈阳建筑工程学院学报．1996年7月．
[22] 黄宏伟．岩土工程中位移量测的随机逆反分析．岩土工程学报．1995年3月．
[23] 安关峰，殷坤龙，唐辉明．遗传算法在边坡数值计算中的应用．地球科学——中国地质大学学报．2002年3月．
[24] 马选荣，高效伟．岩土工程中的反分析．力学与实践．第17卷第1期．
[25] 高玮，郑颖人．采用快速遗传算法进行岩土工程反分析．岩土工程学报．2001年1月．
[26] 郭雪莽，田明俊，秦理曼．土石坝位移反分析的遗传算法．华北水利水电学院学报．2001年9月．
[27] 吴立军，刘迎曦，韩国城．多参数位移反分析优化设计与约束反演．大连理工大学学报．2002年7月．
[28] 王登刚，刘迎曦，李守巨．岩土工程位移反分析的遗传算法．岩石力学与工程学报．2000年6月．
[29] 谢定义，张爱军．复合地基沉载试验的计算机模拟分析．第七届土力学与岩土工程学术会议论文集．1997年．
[30] 纪恒水．原位测试技术评价新近沉积土工程特性的应用．岩土工程技术．1996年第4期．
[31] 王志玲，张印杰，彭劼．非饱和土弹塑性模型研究．岩土力学．2002年10月．
[32] 陈远洪，洪宝宁，龚道勇，刘萌成．一个考虑土体流变的修正剑桥粘弹塑性模型．河海大学学报(自然科学版)．第30卷第5期．
[33] 饶为国，赵成刚，王哲，尤昌龙．一个可考虑结构性影响的土体本构模型．固体力学学报．第23卷第1期．
[34] 陈素雍，王发荣，单景雷．关中地区饱和黄土工程地质特性．西安工程学院
学报．22卷．
[35] 刘世君，蒋中明，徐卫亚，高明军．岩体非线性随机反分析优化算法的研究．三峡大学学报(自然科学版)．第24卷第3期．
[36] 王靖涛．建立岩土本构模型的数值方法．华中科技大学学报(城市科技版)．第19卷第1期．
[37] 赵新铭，郑恒祥，刘宁，金栋．岩土力学反分析的智能反演方法．郑州大学学报．第34卷第2期．
[38] 陈国良．《遗传算法及其应用》．北京：人民邮电出版社．1996．
[39] 刘世君，徐卫亚，王春红，高明军．遗传算法的改进及其在岩体位移反分析中的应用．电力勘测．总第34期．
[40] 赵新铭，刘宁，束善杭．DFP优化法及其在位移反分析中的应用．华北水利水电学院学报．第23卷第1期．
[41] 乐金朝，管新建，孙建兵．土基模量的非线性反演分析．华北水利水电学报．第23卷第2期．
[42] 黄绍槟，谭昌明．软土地基沉降的二维非线性粘弹性反演与预测．岩土力学．第23卷第1期．
[43] 沈珠江．现代土力学的基本问题．现代力学与科技进步．清华大学出版社．1997．
[44] 钟万勰，程耿东．中国计算力学的回顾和发展．现代力学与科技进步．清华大学出版社．1997．
[45] 房营光，莫害鸿．深基坑工程施工过程动态反演与变形预测的半解析分析．岩石力学与工程学报．第21卷第10期．