深圳填海场地基坑设计参数反分析研究

深圳填海场地受地质条件以及土体不确定性的影响较大,其土层参数难以确定。结合深港西部通道深基坑工程,根据实测的支护结构内力和变形,反演出地基土层的土体变形模量、地基系数的比例系数和综合等效内摩擦角。结果表明,反分析方法原理简单,计算快捷,结果精确,可以更好地应用于后续基坑工程变形预测分析。反演得到的土工参数可以用于设计。     

磁器口车站中洞法施工的非线性二维数值模拟

研究目的：为了预测北京地铁五号线磁器口车站中洞法施工引起的地表沉降，评价各部开挖过程的土体稳定性，在开工前需对施工过程进行数值模拟。 研究方法：运用大型通用有限元软件（ANSYS）模拟计算磁器口车站中洞开挖过程，采用合理的计算参数和“生死”单元法对其进行非线性数值模拟分析，给出中洞开挖引起的地表沉降计算结果；对分析显示的土体薄弱部分进行及时加固，确保开挖过程中土体处于稳定状态。 研究结果：通过对监测结果与数值分析结果的比较，证明了计算模型和参数选取的合理性以及计算结果的正确合理性。 研究结论：理论计算地表沉降曲线与施工实测曲线趋势和数值基本一致；数值模拟结果用于定性分析土体稳定性非常有用，要做到定量分析难度很大；数值模拟时必须对关键参数（如变形模量等）及其敏感性加以讨论和分析。     

基于万有引力搜索算法优化支持向量机的软土路基参数反演

理论计算沉降误差较大的一个重要原因就是其涉及的土体参数取值不够准确,因此,参数反演成为减小参数测试误差的一种有效手段。为此,结合数值分析和智能优化,提出一种基于万有引力搜索算法优化支持向量机的软土路基参数反演方法。根据均匀试验设计方法,对加载过程中的路基沉降进行数值模拟,并根据数值计算结果构造出支持向量机的训练样本。同时选择适用性强且应用广泛的径向基函数作为核函数,建立支持向量机沉降代理模型,从而减少有限元计算沉降的次数和耗费的时间,提高运算效率。运用万有引力搜索算法对支持向量机的2个重要参数进行寻优,进一步提高支持向量机的拟合精度,获得优化后的沉降代理模型。利用优化后的沉降代理模型计算得到随荷载与时间变化的沉降序列值,并将路基的实测沉降序列数据作为比较依据,根据实测沉降序列值与计算沉降序列值之间的残差平方和最小的原则获得需反演的参数。运用该反演方法对广东某高速段软土路基的工程实例进行分析,将2个计算断面反演得到的参数再代入数值模型中计算。研究结果表明,得到的沉降计算值与实测值的相对误差分别为3.68%和4.76%,说明该反演方法行之有效且精度较高,为岩土工程参数的反演提供了一种新手段...     

防波堤抛石挤淤沉降数值计算方法研究

引用非定常西原黏弹塑性流变模型表达淤泥质软黏土的本构关系;结合模拟退火全局优化算法理念,基于MATLAB和ABAQUS交互软件平台,开发模拟退火法与有限元耦合反演程序,以获得模型计算参数;最后进行抛石挤淤后防波堤基础下卧淤泥质软黏土的变形数值计算分析。结果表明,非定常西原黏弹塑性流变模型适宜于表达淤泥质软黏土的本构关系;模拟退火全局优化算法与有限元耦合反演模型计算参数的效果好,适用于沉降数值计算分析。本文为抛石挤淤后防波堤基础沉降预测和控制提供了数值计算方法参考。     

盾构隧道管片计算模型参数的敏感性分析

目前国内盾构隧道设计没有统一的国家规范,因而各设计单位主要参考国际隧道协会推荐的设计方法及日本等国规范、并结合设计者自己的工程经验进行设计。由于大和超大直径盾构隧道管片结构试验很少,管片设计参数取值只能参考日本规范和国内通过试验获取的有限资料。这些资料提供的参数取值范围较大,因而管片设计参数的取值具有一定的随意性。结合国内常用的管片结构计算方法——惯用计算法和梁-弹簧模型法参数取值进行分析,提出设计中应重点关注的参数取值建议。结论为:管片结构的抗弯刚度及纵向接头的抗剪刚度对管片内力影响显著而复杂,匀质圆环模型中的刚度折减系数及错缝拼装中的弯矩提高系数对计算管片变形和内力的准确性影响很大。     

基于土体硬化模型的紧邻铁路基坑变形分析

研究目的:控制紧邻铁路运营线的深大基坑变形,是保证既有铁路安全运营的关键。在基坑数值分析中,其关键是选择合适的土体本构模型和计算参数。本文利用反分析的手段,通过将计算结果与现场监测数据进行对比分析,初步确定本工程采用的土体本构模型中主要岩土参数的数值,该方法对类似工程有一定的借鉴意义。研究结论:(1)利用反分析的手段,得出了本工程土体硬化模型高级刚度参数与土体压缩模量Es(0.1~0.2)的经验关系;(2)利用得到的参数,计算了基坑开挖引起的地面沉降量及围护桩弯矩值,与现场监测值及理正基坑计算结果吻合较好,目前该基坑工程已经完工,基坑围护结构保证了既有铁路安全运营的要求。(3)利用本文提出的反分析方法,通过土体压缩模量得到土体硬化模型高级刚度参数,对分析敏感环境条件下的基坑工程具有一定的参考价值。     

基于MEC-BP神经网络的基坑水平位移反演分析

随着城市地铁建设快速发展,地铁车站基坑的变形要求越来越严格,基坑土层设计参数的选择面临着极大挑战.利用思维进化算法(MEC)优化BP神经网络的初始权值和阈值,结合有限元数值模拟,提出基于基坑水平位移的土层参数反演分析方法.采用文献算例对该方法进行验证,并与不同反演方法进行对比.研究结果表明:1)MEC-BP神经网络对多工况水平位移的反演分析结果与文献结果基本一致,验证了该方法的有效性和实用性;2)MEC-BP神经网络的收敛速度快于遗传神经网络(GA-BP),其反演结果优于常规BP神经网络、GA-BP方法和修正高斯-牛顿法(G-N);3)采用标量误差函数Ferr进行寻优,可以提高MEC-BP法水平位移反演分析结果的稳定性和准确性.     

花岗岩残积土的修正摩尔库伦模型参数取值研究

MIDAS GTS岩土分析软件中的修正摩尔库伦模型在基坑开挖分析中的应用非常广泛,其加载模量和卸载再加载模量分开定义,可适用于模拟包括软土在内不同类型的土体,其应用的关键是本构参数的选取。华南地区的花岗岩残积层分布广泛,对基坑变形以及邻近地铁隧道变位影响很大。在修正摩尔库伦模型参数中,加载曲线割线模量最为关键,其值可由未修正的标准贯入试验击数推算得到。本文通过反分析法确定割线模量的经验系数,并确定参考割线模量与参考切线模量、卸载再加载模量取值的比例关系。最后通过一基坑的应用实例验证了推荐参数取值方法的实用性和合理性。     

岩溶区桩基注浆加固效果的影响因素分析

目前关于岩溶区桩基沉降计算的研究相对较少,还没有成熟的计算理论及计算公式,这给岩溶区铁路客运专线桥梁基础设计提出了难题。本文以某高铁为依托工程,建立岩溶区桩基有限元模型,模拟了不同注浆方案对控制岩溶区桩基沉降的效果,系统分析了注浆土体变形模量和桩尖土层厚度对不同注浆加固效果的影响规律,可为同类工程提供参考。     

基于围岩力学参数反演的隧道结构受力分析

本文以重庆摩天岭隧道为例,采用正交数值试验,获得了神经网络的训练样本,并结合现场监控数据反演了围岩物理力学参数,最后根据反演结果对隧道结构受力进行了分析。研究结果表明:在规范规定的同种围岩级别力学参数范围内取值得到的数值模拟结果相差甚大;采用正交试验、现场监控量测与BP神经网络结合的手段反演结果较好,得到的力学参数能较好地反映隧道的实际受力状况;隧道衬砌为受压控制,支护结构处于安全状态,原设计合理。     

考虑渗流固结耦合作用的软土深基坑降水施工的三维数值模拟

在广泛研究前人关于本课题研究资料的基础上,基于三维比奥固结理论和修正剑桥模型,对三维渗流固结耦合模型在复杂地质条件下软土深基坑降水计算中的应用进行了研究,并以上海某一实际基坑降水工程为例,对其降水过程进行了三维有限元计算。通过对该工程的三维有限元分析表明,考虑渗流固结耦合作用的三维数值模拟方法能够很好地模拟基坑降水引起的基坑及土体变形特征。因此,在深基坑降水及其引起周边土体变形的计算中,运用该数值模拟方法具有重要的现实意义。研究成果可为日后类似工程的设计、施工和研究提供有益的借鉴和参考。     

基于实测洞壁应力的硬岩隧道初始应力场反演分析

以九岭山隧道DK1685+645断面作为典型断面,通过应力解除法结合弹性力学理论公式推算得出该断面处洞壁切向应力为43.808 MPa,侧压力系数为0.757。控制侧压力系数不变,并以该应力作为初始应力场的基准值,采用数值模拟方法对该断面处初始应力场进行反演分析。计算得到该断面处竖向初始应力为20.500 MPa,水平初始应力为15.519 MPa。计算结果可为具有相近埋深与岩性的隧道岩爆预测提供参考。     

糜棱岩断层破碎带水文地质参数反演的实例分析

以广州地铁七号线穿越糜棱岩断层破碎带的某盾构隧道区间为例,研究利用有限元方法反演糜棱岩断层破碎带水文地质参数的合理性。通过建立三维有限元模型模拟糜棱岩断层破碎带的抽水试验、现场涌水测试试验,分析拟合现场实测数据与数值模拟计算结果,从而确定糜棱岩断层破碎带的水文地质参数。结果表明:断层破碎带的水文地质参数不为单一值,符合糜棱岩断层破碎带裂隙发育程度不一的特性;通过对抽水试验的数值分析,说明有限元模型能高度拟合现场试验过程,因而反演得到的水文地质参数具有合理性;通过对现场涌水测试试验的数值分析,最大涌水量的实测值与计算值之间的相对误差值为4.8%,进一步说明反演得到的水文地质参数合理。     

基于正交试验设计的深基坑岩土力学参数反分析

运用正交试验设计确定了待反演的深基坑岩土力学参数,根据分析确定通过观测点竖向位移来反演土体参数E。按深基坑开挖实际情况,运用有限元方法结合人工神经网络进行力学参数反分析。在网络训练中,提出了一种PSO融合BP的算法。实例证明,通过竖向位移来反演参数E是合理的,采用PSO-BP方法提高了人工神经网络训练速度,收敛更快,其反演结果准确。     

合成轨枕式无砟轨道垂向受力影响参数分析

根据弹性地基梁板理论,运用有限元方法,建立了合成轨枕式无砟轨道"梁-梁-板"计算模型.运用所建立的有限元模型分析了扣件刚度、树脂砂浆刚度等参数对轨道结构垂向受力特性的影响;分析得出,扣件刚度取动刚度50 kN/mm进行设计是合适的;树脂砂浆的弹性模量宜在200～300 MPa间取值.     

高速铁路软基处理前后指标分析和参数反演

研究目的:目前沉降计算方法和参数都是建立在软土未经过处理基础上的,经过处理后这些方法和参数是否仍然适用,对于加固前后地基土性质的变化,很少有相关的研究。另外,通过土工试验得到的计算参数,受到试样扰动等影响,参数往往不准确,因此利用现场的实测数据对相关的参数进行反演,具有重要的工程意义。本文通过高速铁路软土地基的现场试验,对粉喷桩、浆喷桩的压缩模量与无侧限抗压强度的比值,排水固结法的固结系数、压缩模量进行反演,并对地基处理前后的物理力学指标变化进行分析。研究结论:(1)搅拌桩桩体模量可以取为无侧限抗压强度的40-50倍;排水固结法处理地基的淤泥质粉质黏土层,根据实测沉降推算的固结系数为室内土工试验的2.37倍;由静力触探得到的压缩模量大多比现场实测推算的小,室内土工试验大多比推算值大;(2)真空预压处理地基对压缩模量的提高最大,提高了1.99倍,搅拌桩处理对压缩模量提高最小,仅提高了34%左右;(3)软土地层经过加固处理后,软土由高压缩性土变化为中等压缩性土,经过各种方法加固处理后,软土的含水率下降,但其饱和度基本不变,仍然为饱和土,可以采用现行的软土沉降计算方法进行计算;(4)该研究成果可为地基处理相关指标和参数提供参考。     

典型软土层中群桩变刚度调平设计方案研究

群桩等刚度设计中因“加筋遮帘效应”会导致各基桩间轴向内力出现差异,造成上部结构开裂、倾斜,严重影响上部建筑结构的安全和使用。为减小群桩各基桩间轴向内力差,通过开展群桩变刚度调平优化设计研究,以进一步提高群桩的承载性能。基于变刚度调平设计理念,采用三维有限元分析软件ABAQUS对竖向受荷群桩的沉降特性及基桩轴向内力分布特征进行分析。重点选取粉质黏土、砂层土和淤泥质土等典型软弱土层,通过改变桩长、桩径和桩间距3个关键参数的调节方式以调平基桩刚度,使基桩轴向内力分配均衡化,据此提出3种典型土层中基桩变刚度调节优化设计方案。研究结果表明：粉质黏土、砂层土和淤泥质土中,各基桩轴向内力差异与中心桩内力值比例分别高达90.5%,51.3%和51.8%,且不同调节方式对不同土层中基桩刚度调节效果影响程度不同;3种典型土层中,变桩长、桩径的方式可显著降低各基桩间内力差值,但淤泥质土和砂层土中变桩间距对降低内力差的效果较小。不同土层中基桩刚度调节效果影响程度的不同与土层力学特性、桩土相互作用和荷载承担比例直接相关,故群桩变刚度调平设计应针对不同典型桩侧土层组合采取合适的调节方式。     

影响加筋土挡墙墙背水平土压力的参数分析

结合加筋土挡墙离心模型试验墙背水平土压力数据,验证数值模拟的可行性,在此基础上通过FLAC~(3D)数值模拟,研究刚性地基加筋土挡墙的力学特性及其影响因素。在进行数值模拟时,通过改变筋材的长度、竖向间距和刚度及有无连接件,探讨其对挡墙背后水平土压力的影响。研究结果表明,筋材模量及连接件对墙背水平土压力的影响最为显著,采用合理的筋材设计参数组合,可以有效减小墙背处的水平土压力及墙面板位移,提高挡墙的整体稳定性。在实际工程中两个因素都应该引起重视,研究结果可为相关工程提供一定的参考及建议。     

铁道车辆缓冲器弹性胶泥粘弹性参数的数值反演

研究弹性胶泥的基本物理参数。提出以弹性胶泥简单的静压试验和动力试验反演复杂的三维粘弹性本构参数的数值方法。依据弹性胶泥松弛模量的物理意义,建立三维粘弹性本构模型。依据静压试验的静压力和观测点位移试验数据,建立以弹性有限元为基础的弹性位移反演模型,优化求解该模型可得到泊松比、杨氏模量。根据弹性力学本构关系的基本原理,通过泊松比、杨氏模量可得到粘弹性模型所需要的剪切平衡模量和体积平衡模量。依据动力试验的激振力和观测点位移的时程曲线,建立以粘弹性大变形动力有限元为基础的粘弹性参数反演模型,利用改进的遗传算法对其余和时间相关的粘弹性参数进行优化求解。以重载货车用新型胶泥缓冲器为实例,对弹性胶泥的基本粘弹性参数进行数值反演。反演结果和试验结果吻合较好。     

穿越施工中管线与土层共同变形规律分析

研究目的:为了解穿越工程中管线与土层的共同变形规律,建立管-土相互作用三维有限元模型,分析土体及管线刚度、新建隧道直径、管线与隧道净距对管线沉降和内力的影响。研究管线沉降和弯矩随管土刚度系数K的变化规律,提出柔性管线、弹性管线和刚性管线的管土刚度系数K判定值,给出管线最大弯矩和最大沉降的简便计算公式。进行室内离心模型试验及现场实测,将管线监测数据与数值模拟进行对比研究。研究结论:(1)管线沉降和弯矩均随管土刚度系数K的增大而减小;(2)当K<0.1时,管线为柔性管线,管线与土层能够协同变形不产生脱空,此情况下可把土层沉降当作管线沉降来计算管线内力;(3)当K>100时,管线为刚性管线,管线很容易与土层产生脱空,可采用土层反力作为荷载来计算管线内力;(4)当0.1≤K≤100时,管线为弹性管线,可能与土层产生脱空,宜通过考虑管土分离的有限元模型进行其受力分析;(5)本研究成果可为隧道施工中既有管线的安全评价提供理论依据。