差異性較大的多個土性參數(shù)反分析方法研究.pdf

1、土性參數(shù)的反分析是巖土工程中的一個重要研究課題。它以現(xiàn)場監(jiān)測到的物理量(如位移)為基礎(chǔ)，借助優(yōu)化理論，反演出接近現(xiàn)場實際的巖土介質(zhì)參數(shù)、預(yù)測巖土結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為、指導(dǎo)信息化施工。然而，巖土工程中的土性參數(shù)反分析通常具有待反參數(shù)多、各參數(shù)差異性大(即量綱不同、數(shù)量級不同)、取值范圍受約束(如泊松比的取值為0～0．5，彈性模量和滲透系數(shù)均大于零)等特點。由于這些特點的存在，使得利用現(xiàn)有優(yōu)化理論同時反演多個土性參數(shù)變得異常困難。
　　

2、本文在充分考慮上述土性參數(shù)特點的基礎(chǔ)上，通過引入轉(zhuǎn)換函數(shù)，首先將原來數(shù)量級相差很大、量綱不同且有約束條件限制的多個待反參數(shù)問題轉(zhuǎn)換為不受數(shù)量級、量綱限制的無約束多參數(shù)反分析問題。然后將傳統(tǒng)優(yōu)化理論中的單純形法和鮑威爾法與有限單元法相結(jié)合，初步建立了差異性較大的多個土性參數(shù)的反分析方法。最后通過深入分析3個代表性算例的反分析結(jié)果，探討了本文方法的可行性。論文取得的主要成果為：
　　 1．尋找出了3類轉(zhuǎn)換函數(shù)(即指數(shù)類函數(shù)、三角類函

3、數(shù)和雙曲類函數(shù))。這些函數(shù)均能夠?qū)⒉煌烤V的土性參數(shù)無量綱化、將不等式約束條件無約束化、將數(shù)量級別差異性無差異化。
　　 2．針對彈性非固結(jié)問題和飽和土非線性彈性固結(jié)問題，通過分析6種形式的[D]矩陣與5種轉(zhuǎn)換函數(shù)的各種組合，尋找出了相應(yīng)的多參數(shù)反分析的最佳[D]矩陣形式和轉(zhuǎn)換函數(shù)類型。
　　 (1)．對土性參數(shù)較少的均質(zhì)地基而言，6種形式的[D]矩陣以及任一形式的轉(zhuǎn)換函數(shù)均能很好地反分析出土性參數(shù)，且反分析結(jié)果幾乎不受

4、初值的影響。
　　 (2)．對土性參數(shù)較多的多層地基而言，除G—E模型外，其它模型以及任一轉(zhuǎn)換函數(shù)都能較好地反分析出土性參數(shù)，并且[D]矩陣與轉(zhuǎn)換函數(shù)的各種組合所得結(jié)果差異不大。此外，當(dāng)[D]矩陣采用E—μ模型和G—μ模型并結(jié)合第1、2、4和5類轉(zhuǎn)換函數(shù)時，反分析結(jié)果受初值影響較小。
　　 (3)．綜合反分析所需迭代次數(shù)以及反分析結(jié)果受初值影響程度等因素，本文認(rèn)為E—μ模型和G—μ模型較好，并且第2類轉(zhuǎn)換函數(shù)為最佳轉(zhuǎn)換函