正交设计试验在岩石高边坡参数反演中的应用

利用FLAC^3D强大的FISH语言编程功能,对边坡稳定性分析中岩体力学参数进行反演,将正交设计、差分法和神经网络方法结合,构建新的边坡岩体力学反分析模型,为确定边坡岩体力学参数开辟了新的思路。     

浅谈BP神经网络力学参数反分析法的应用

通过现场原位滑坡试验,获取岩石的物理力学参数及滑坡体的深部位移和地表位移,将力学参数经过均匀试验设计,用于FLAC3D数值模拟计算,得到边坡开挖产生的深部位移,并建立BP神经网络,进行力学参数反分析,反分析值和真实值误差在5%~10%之间,用反分析获得的力学参数进行边坡开挖的FLAC3D数值模拟所获得的2号测斜管不同深度的位移与现场实测位移基本吻合。     

基于弹性原理的沥青混合料细观模型数值模拟

由于传统基于连续介质的沥青路面力学分析未考虑沥青混合料细观结构对其宏观性能的影响,该文基于数字图像识别技术,建立沥青混合料细观尺度下的二维有限元模型,赋予两组分弹性参数,进行数值模拟分析;最终获得了AC-25、AC-30、ATB-25共3种级配沥青混合料的应力、应变场.模拟结果表明:良好的细观结构能形成更均匀的应力、应变场,传统沥青混合料设计法忽视了细观结构对宏观性能的影响,导致沥青混合料材料设计性能与实际性能之间存在着差异.     

基于离散单元法的沥青马蹄脂模型细观参数确定

采用离散元软件PFC对沥青马蹄脂的细观力学行为进行模拟,其中数值模型细观参数的确定是国内外研究学者公认的难题。为了解决这一难题,PFC程序采用伯格斯粘弹性模型模拟沥青马蹄脂的细观接触,并通过伯格斯模型本构行为方程推导模型参数与细观参数之间关系,然后通过室内试验将代表材料性质的宏观参数转化成细观参数,并给出具体的表达式,避免使用模型参数试算的方法,从而直接确定PFC接触模型参数。     

基于改进BP神经网络的隧道位移反分析研究

通过LM算法改进的BP神经网络位移反分析理论及数值模拟获得隧道位移反分析模型,基于现场勘测位移数据反演出围岩关键物理力学参数,将反演结果与该隧道区段的岩石试验所得参数进行对比,符合度高达97.3%,说明LM-BP神经网络位移反分析模型能较好地反映隧道中围岩物理力学参数与隧体形变之间的非线性模糊特性。此外,将该反演模型运用到与样本位置相距5m、10m、15m的区段进行力学参数反演,得出模型可靠性较高的区段范围,可在一定程度上通过反分析模型及该区段的岩石力学参数反推工程后续施工的围岩位移变化特征。     

基于随机骨料模型的钢筋混凝土柱多尺度数值模拟

作为一种典型的非匀质复合材料,混凝土的细观结构将影响钢筋混凝土结构的力学行为和破坏特征。在混凝土材料细观模型的基础上,结合随机骨料法提出了一种钢筋混凝土柱非线性力学分析二维多尺度数值模拟方法。对钢筋混凝土柱拟静力滞回性能进行了数值模拟,并与二维实体模型以及二维全骨料模型模拟结果进行了对比分析。结果表明:采用多尺度模型模拟获得的钢筋混凝土柱的宏观力学行为和细观破坏特征均与试验结果吻合良好,同时多尺度模型可以有效降低计算成本,在有限计算资源下实现计算时间与计算精度的平衡。     

考虑初始缺陷的水泥基复合材料细观开裂研究

为了研究微观初始缺陷对水泥稳定碎石基层材料（CTB）细观开裂的影响，基于离散元法（DEM）和随机算法构建了细观非均质随机骨料数值模型，结合参数反演确定了模型细观参数，并引入裂隙网络（DFN）来表征水泥砂浆内部的微观初始缺陷。通过虚拟半圆弯曲（SCB）试验模拟了细观开裂过程，比较分析了数值模拟结果和试验结果，并进一步研究了裂隙密度和宽度对结构细观开裂的影响。结果表明：细观断裂模型的数值模拟结果和试验结果基本吻合，模型能较好地表征细观随机开裂行为；材料的宏观开裂是由于细观损伤的累积导致，宏观裂纹的产生经历了平稳扩展和快速贯通的过程；张力是裂纹演化的驱动力，裂纹通常沿着砂浆与骨料的界面薄弱区进行扩展；微观缺陷显著影响水泥基材料的力学性能和断裂行为，初始裂隙通过诱导微裂纹的扩展与贯穿，降低结构整体强度，但是在一定程度上增大了结构的容许形变，其中20~40 m·m^-2的裂隙密度和0.3~0.45 mm的裂隙宽度对材料强度影响最为显著，施工过程中合理控制裂隙密度和宽度对于提高材料抗裂能力有益。所构建的细观模型可以很好地捕捉微裂纹的扩展和贯穿过程，能够实现对细观断裂的精确模拟，为探索水泥基复合材料的破坏过程和机理提供了一种新的研究手段。     

基于GA-BP神经网络的隧道围岩力学参数反演

为在岩土工程设计和施工中获得更加合理、可靠的岩体力学参数,改善BP神经网络算法存在的收敛速度慢、依赖初值等不足,采用GA-BP神经网络方法,对隧道围岩力学参数反演进行了研究。依托江西省萍莲高速公路莲花隧道工程,选取右洞YK35+095～YK35+135段作为模拟对象,利用FLAC3D有限差分法,按照微台阶法开挖,构建三维数值计算模型;设计了25组围岩力学参数的正交试验,代入已建立的数值模型,得到系列拱顶沉降、周边位移以及地表沉降值,由此构造了神经网络的样本;采用遗传算法和神经网络相结合,其中遗传算法种群规模取值30,最大遗传代数取值25,交叉概率取值0.8,变异概率取值0.01,通过网络训练,得到了训练成熟的GA-BP神经网络,建立了待反演的围岩力学参数与位移之间的映射关系;将莲花隧道YK35+115断面实测的拱顶沉降、周边位移和地表沉降值,输入到已训练成熟的GA-BP神经网络模型中,输出得到围岩的弹性模量、泊松比、黏聚力、内摩擦角等参数。结果表明:采用GA-BP神经网络反演获得的围岩力学参数,代入到FLAC3D数值模型中正演计算,得到拱顶沉降、周边位移和地表沉降与现场实测值仅相差2.94%,3.16%和4.86%,误差较小;基于GA-BP神经网络的隧道围岩力学参数反演方法精度较高。     

基于均匀设计的隧道围岩参数反演分析

根据油房湾隧道断面的实测位移,基于均匀设计方法进行了围岩力学参数的反演分析。反演分析考虑了隧道分期开挖及初次支护的全过程模拟,通过对反演参数的多水平数值模拟试验,以实测点量测位移与计算位移的平方差为评价指标,反演获得了油房湾隧道围岩的最佳力学参数组合,以用于隧道围岩稳定性预测和评价。     

路堑边坡不同开挖顺序的效果分析

应用岩体力学理论和FLAC数值模拟技术,根据路堑边坡的开挖过程和施工程序,对路堑边坡设计中必须考虑的基本问题进行了数值模拟和分析.通过数值模拟,得到了公路工程路堑开挖施工过程中应力场和位移场随施工进展的动态分布特征,据此可以较好地进行边坡开挖预估控制.     

沙湾特长隧道软弱破碎千枚岩围岩参数敏感性分析与反演研究

为解决甘肃渭武土建试验2标沙湾特长隧道围岩软弱破碎、遇水软化以及强度低等使得围岩力学参数难以准确确定的难题,采用ABAQUS数值计算和正交设计方法进行参数敏感性分析,确定各参数对围岩变形的影响程度。基于粒子群优化的BP神经网络算法建立PSO-BP参数反演分析方法,并编制反分析程序。根据反演的参数进行数值模拟,分析围岩和支护结构位移、应力及塑性区分布情况。研究结果表明： 沙湾隧道围岩位移影响因素重要性依次为黏聚力c、泊松比μ、内摩擦角φ、弹性模量E;PSO-BP参数反演分析方法是一种有效的反分析方法,具有较高的精度。     

沥青混凝土材料细观损伤的数值模拟

在对沥青路面心样进行轴向压缩疲劳试验时,结合CT扫描技术拍摄了不同疲劳阶段下沥青混凝土的细观结构图像,利用细观力学及断裂力学方法建立了一细观模型,运用有限元程序对试件的宏观裂纹形成这一复杂过程进行了模拟。结果表明,该模型能有效模拟材料的损伤演化过程,在有限的实验研究基础上,运用细观力学方法数值模拟沥青混凝土的力学性能是可行的,以弥补试验的不足。     

基于DEM的水平受荷桩受力特性模拟

利用相似原理,建立水平受荷桩模型,对桩-土水平相互作用问题进行三维离散元数值模拟和研究。结果表明三维离散元法在模型重力场与原型重力场等效的条件下,能够较好地模拟桩周土体的细观结构变化与宏观力学之间的关系。     

基于滑动面深度的地震作用下边坡强度参数反分析

边坡参数反演是获取边坡强度参数的重要手段.与传统的安全系数及位移反分析不同,提出了基于滑动面深度的边坡参数反演方法.基于极限分析上限定理,利用拟静力方法,计算了地震力作用下边坡的外力功率与内能耗散表达式,并结合强度折减法,推导了简单边坡在地震力作用下的安全系数公式.利用优化算法得到边坡的最小安全系数后,可以求出边坡在地震力作用下临界滑动面的方程,得到边坡不同位置的滑动面深度.并利用滑动面深度对强度参数进行反演.计算结果表明,随着地震加速度的增大,边坡的滑动面深度逐渐增大.通过数值计算与工程实例的对比,证明新方法是有效可靠的.     

高速铁路填方路基粗粒土细观力学性质的离散元模拟

基于离散元方法,建立一个表征填方路基粗粒土细观力学性质的颗粒流模型。同时,利用三维颗粒流程序PFC3D的内置FISH语言,进行二次开发,真实地模拟了粗粒土的颗粒级配曲线。通过大量的颗粒流数值模拟试验,准确地标定了表征粗粒土细观力学性质的相关细观参数。计算结果表明:离散元模拟结果和室内土工试验结果基本一致,粗粒土呈现出较大的体缩和体胀性,同时分别对比了不同围压下,路基粗粒土离散元模拟与室内三轴试验下的应力-应变曲线,其变化规律基本一致。     

基于连续-离散耦合的公路拓宽路基变形及换填处治宏细观分析

公路拓宽改建是适应交通运输能力增长的重要应对措施,而由于新旧路基材料性质不同导致的差异沉降和路基稳定性是该类工程建设过程中需重点关注的关键问题。针对公路拓宽改建的工程问题,采用连续-离散耦合数值分析方法,对路堤边坡断面建立二维模型,连续、离散网格区域分别采用有限差分连续元和颗粒离散元进行建模。基于模型不平衡力变化规律、细观接触力链与宏观变形特征、细观配位数与土体沉降机理等模拟结果,从宏观和细观两个角度协同分析拓宽路堤差异沉降及其对路基变形的影响,并针对采用轻质土方式进行道路拓宽的工程效果进行了模拟分析。结果表明:(1)细观颗粒的不平衡单元面积比参数可与宏观不平衡力共同判定计算模型的收敛性及计算结果的合理性;(2)路基拓宽前后,细观接触力的分布规律可表明土体宏观位移变化的发展方向;(3)模型中细观颗粒在计算过程中的配位数变化可解释土体沉降变形机理;(4)采用轻质土换填方式拓宽路基,可大幅减少路基的沉降变形及新旧路堤的差异沉降,表明该技术应用于软土区域的公路拓宽工程具有显著优势;(5)连续-离散耦合分析方法可反映公路路基变形破坏的力学机制及差异沉降产生的内在本质,可在岩土工程灾害防控措施及其机理研究方面进一步推广应用。     

浅变质岩系高边坡稳定性快速评价方法研究

介绍了岩质工程边坡稳定性分析中常用的几种方法,并以在建的厦蓉高速公路贵州段工程高边坡为研究对象,利用赤平极射投影法对边坡勘测所得的大量结构面数据进行统计分析,对其稳定性给予了初步定性的判断。同时还介绍了反分析、试验和经验法等几种获取岩质边坡力学参数c、φ值的方法。结合初步分析结果和已确定的力学参数,再利用不平衡推力传递法定量地计算分析该边坡的稳定性,最后将其结果与数值模拟分析的结果进行比对,尝试提出一种建立岩质边坡稳定性快速评价体系的思路。     

基于BP神经网络的阿拉套山隧道围岩物理力学参数反演分析

为研究高寒地区设置中心深埋水沟单线铁路隧道的围岩力学参数问题，以兰新铁路新建博州支线阿拉套山隧道为工程背景，基于FLAC3D数值模拟软件联合MATLAB中的神经网络工具箱构建BP神经网络算法，建立隧道开挖位移正演和反演模型，对围岩物理力学参数作反演分析。通过对中心水沟开挖前的拱顶和拱腰监测数据做拟合分析，发现隧道变形已趋于稳定，反演过程不需考虑中心水沟开挖对围岩的二次扰动。以水沟开挖前的拱顶沉降值和拱腰收敛值作为输入函数，以围岩的体积弹性模量K、剪切弹性模量G、黏聚力c、内摩擦角φ、重度γ作为输出函数训练神经网络模型，利用训练好的模型进行所需参数的反演分析。将反演参数代入FLAC3D正演模型计算后，提取中心水沟开挖前的拱顶沉降值和拱腰收敛值，与中心深埋水沟开挖前的实际监控量测值相比较为接近。结果证明，围岩物理力学参数的反演较为合理，对于变形的预测较为准确，可为隧道后期工程的施工和优化设计提供参考。     

安徽沿江高速K125+730～+895段滑坡治理

文章在分析本边坡破坏机理的基础上,提出软质破碎风化岩土体边坡必须及时防护或采取预加固措施的理念;借助Gslope-W软件建摸并反演本边坡的力学参数,在此基础上模拟不同工况下边坡的稳定性,提出科学合理的治理对策。     

雪峰山公路隧道风机洞室围岩稳定性研究

雪峰山公路隧道中的通风洞室结构复杂,洞室断面跨度较大、间距较小,因此,设计与施工过程的围岩安全性与稳定性是工程设计施工的关键,有必要采取有效的数值计算方法和计算模型,对洞室群进行详细的数值模拟分析.在地应力反演结果的基础上,应用国际通用程序三维快速拉格朗日分析(FLAC--3D)对风机洞室在不同围岩力学参数下的力学行为进行数值模拟,得到了洞室围岩的应力、位移和破损区的分布规律,研究成果对工程具有重要的指导意义.