遗传优化RBPNN的隧道围岩力学参数反演计算

针对隧道围岩参数取值的不确定性,以现场量测得到的位移信息量为基础,利用结构分析有限元的正演分析法提取实验样本,构造遗传算法全结构优化的径向基概率神经网络(RBPNN)模型,反演围岩力学参数.结果表明,利用遗传优化径向基概率神经网络反演围岩力学参数能够达到工程应用要求,为隧道施工的理论及其工程化方法提供了有效的途径.     

公路隧道围岩稳定性评价的改进人工神经网络方法

本文运用改进的人工神经网络方法 ,研究了公路隧道围岩稳定性的评价定级问题 .首先讨论了模型建立和算法选择与分析 ,并对实际的工程问题进行了计算和模拟 .所得的评价定级结果接近于实际 ,计算方法可靠 ,计算时间适中 ,方法稳定性良好 .本文的研究结果表明 ,利用人工神经网络方法评价隧道围岩的稳定性具有广阔应用前景 .     

考虑底部隆起的浅埋隧道围岩压力计算分析

针对浅埋隧道开挖后底部隆起变形现象,应用极限分析上限法构造了考虑底部隆起变形的围岩压力计算模型,结合线性Mohr-Coulomb准则等推导出极限围岩压力的理论表达式。通过约束条件将围岩压力的计算转化为数学中的最优化问题,编制程序进行了优化计算。将计算结果与工程实测数据及文献计算结果进行了对比,验证了当前方法的可靠性。同时,指出在运用极限分析法处理浅埋隧道围岩压力问题过程中应将隧道底部一同考虑,对隧道底部支护会对整个围岩压力产生影响,有助于隧道结构的整体稳定。研究可以为浅埋隧道的开挖、支护提供一定的理论指导.     

基于Schwarz-Christoffel变换的圆形隧道围岩应力分布特征研究

隧道围岩应力还原到实际区域的变换方法被越来越多地应用到工程实践中,对复杂形状围岩体内的隧道围岩应力计算方法和隧道围岩稳定性的研究具有重要的实践指导意义.该文建立了不规则岩体中开挖圆形隧道的力学模型,运用复变函数理论,通过映射函数Schwarz-Christoffel变换,得到复平面单位圆到隧道所处多边形岩体的映射函数,在复变函数数域内分析了多边形岩体应力的求解步骤,运用弹性力学理论等推导了不规则岩体中圆形隧道的复变应力函数Φ(ξ)和φ(ξ)的表达式,并得出围岩体任一点应力分量σρ和σθ的解析通式.通过具体算例分析可知,岩体形状对圆形隧道的稳定性有较大的影响,隧道所处4种形状下的围岩体最大应力值分布规律为:顶底板的最大应力值从六边形、五边形、四边形、圆形围岩体依次减小,帮部的最大应力值从圆形、四边形、五边形、六边形围岩体依次减小.     

求解波场变换反演问题的连续正则化方法

本文研究波场变换反演问题.利用连续正则化方法求解波场变换反演问题,构造展平泛函,基于已经正则化的变分问题用差分法作有限维逼近.利用偏差原理和Newton三阶迭代收敛格式选出最优的正则化参数,实施数值求解.通过对数值计算结果与已知波场函数对比,证明该方法的有效性和可行性.与离散正则化算法相比,本文的连续正则化算法具有保结构和收敛速度快等优点.     

单位圆外域-洞室外域共形映射下任意开挖断面隧洞围岩应力解析解

以地下任意开挖断面隧洞为研究对象,将原岩应力场归化为无穷远处与水平轴呈一角度的均匀应力场,引入单位圆外域-洞室外域的共形映射函数,把目标域中以变量z表示的围岩应力函数转化为映射域中的变量ζ表示.将洞壁的应力边界条件方程转化成Cauchy积分方程,利用被积函数的解析性和留数理论,获得了任意开挖断面隧洞围岩应力函数解析通式和围岩应力解析解.将椭圆形隧洞应力边界条件代入应力函数解析通式,求得的φ(z)和ψ(z)与文献结果一致;以公路两车道隧道为研究对象,利用围岩应力解析解开展围岩应力计算和分析,所获结果符合工程规律;利用ABAQUS软件对隧道洞壁应力进行对比分析,分布规律与解析解结果一致.研究表明,只要给出任意开挖断面隧洞的单位圆外-洞室外域共形映射函数,利用研究成果可方便地开展围岩应力解析计算分析.     

基于MINRES-QLP截断牛顿法的全波形反演

在全波形反演过程中,二阶梯度信息扮演着重要的作用.然而,由于其巨大的计算量和内存需求,限制了其在全波形反演问题中的应用.本文基于MINRES-QLP方法提出了一种高效的截断牛顿全波形反演方法.该全波形反演方法能够充分利用目标泛函的二阶梯度信息,提高反演精度.MINRES-QLP反演方法还能够利用Hessian阵负特征值信息,从而提高算法的重构分辨率和计算效率.针对Hessian阵计算难题,本文给出了一种矩阵向量相乘的快速算法.基于二维2004 BP模型,Sigsbee模型,验证了MINRES-QLP截断牛顿反演方法的有效性.数值结果表明MINRES-QLP截断牛顿法能充分利用二阶梯度信息和Hessian阵负特征值信息,从而加速算法收敛速度和提高成像精度.     

隧洞围岩应力复变函数分析法中的解析函数求解

利用复变函数理论进行地下任意开挖断面隧洞围岩应力分析的前提,是根据围岩应力边界条件方程推导出两个解析函数．从Harnack定理出发,将隧洞围岩应力边界条件方程转化成积分方程;把Laurent级数有限项表示的映射函数引入积分方程中,将以任意开挖断面为边界条件的解析函数求解转化成以单位圆周线为边界条件的求解问题．对积分方程中各被积函数在讨论域内的解析性进行了分析,在此基础上利用留数理论求解了方程中各项积分值,并获得了用来表示任意开挖断面隧道围岩应力的两个解析函数通式．给出了圆形和椭圆形隧道的两个解析函数求解算例,所获得的结果与文献中的结果一致．利用留数理论推导出的两个解析函数通式,适用于任意开挖断面隧洞的围岩应力解析解的计算,且计算过程更为简单,计算结果更为精确．     

Abel变换数值反演的积分算子方法

本文研究了Abel变换的数值反演问题.利用Abel变换的理论反演公式与数值求导的积分算子法相结合的方法,对反演公式中奇异积分合理处理,获得Abel变换数值反演的一种算法,并进行了理论分析与数值实验. 结果表明该算法具有计算简单、数值稳定等优点.     

二维恒定各向同性介质渗透系数反演的遗传算法

给出了利用遗传算法求解二维恒定各项同性介质渗透系数反演的一种新方法,该方法把参数反演问题转化为优化问题通过遗传算法求解.数值模拟结果表明:该方法具有精度高、收敛速度快、编程简单、易于计算机实现等优点,值得在实际工作采用.     

圆形硐室岩爆机制及其突变理论分析

硐室岩爆机制是围岩中处于极限状态的塑性变形集中区承载能力下降时,其中完好岩体部分以弹性方式卸载,当后者释放的弹性能超过前者形变耗散的能量时便发生岩爆．以岩体等效应变为状态变量,建立了硐室岩爆的突变模型,给出岩爆释放地震能计算式．分析表明: 岩爆发生条件与岩体的升降模量比及岩体裂隙发育程度有关;对于特定冲击倾向的岩体,存在相应的临界软化区深度,当满足岩爆发生条件,且软化区深度达到临界深度时会发生岩爆．     

A semi-analytical solution for shallow tunnels with radius-iterative-approach in semi-infinite space

This study presents a semi-analytical elastic-plastic solution for a shallow tunnel subjected to ground loss in the strain-softening surrounding rock. The most important contribution is the radius-iterative-approach in which the initial plastic radius is first determined by the strain continuity boundary condition on the elastic-plastic interface and then corrected to the precise one. The corrected approach follows three steps: (1) Applying the radius increment technique to semi-infinite space (2) Carrying out the plastic radius correction by using iteration method from the elastic-plastic interface to the tunnel wall. (3) If the calculated convergence value is equal to the convergence value on the tunnel wall, the accurate determination of the plastic region, stresses, and displacements, of the whole half plane, can be derived consequently. All the results compare favorably with numerical simulation results. The study completes the theoretical framework for addressing the fundamental problem of shallow tunnels excavated in the semi-infinite space and also provides a useful theoretical tool for potential application on the tunnel and underground engineering problems.     

混凝土重力坝多参数弹性位移反演分析不唯一性理论探讨

反演分析是现场监测⁃反演分析⁃工程实践检验⁃正演分析及预测的闭环系统的重要环节,而参数反分析是工程实践中研究最多的反分析问题.针对混凝土重力坝多参数反演分析是否具有唯一性,基于均质地基上重力坝在水压力作用下的位移解析解建立目标函数,进而以目标函数和非空凸集构建一个凸规划问题,然后通过分析目标函数的Hesse矩阵是否是正定矩阵,验证目标函数是否是严格凸函数,从而辨识构建的凸规划问题是否具有唯一全局极小点.对坝体和岩基弹性参数的不同组合方案分析表明,当采用理论值与实测值的差值的l1范数作为目标函数时,目标函数的Hesse矩阵均不能保证为正定矩阵,即混凝土重力坝多参数弹性位移反演分析凸规划问题不具有唯一全局极小点,反演分析不唯一.     

非线性不平衡弹性轴系动力学的安全裕度准则

给出了一个弹性转子系统的非线性动力学安全裕度准则.采用分解和聚合的方法将系统的积分空间与观察空间分离,在积分空间中得到高维系统的稳态轨迹;根据转子系统振动的国际标准确定安全准则的能量界限,在一系列观察空间中采用能量相比正面积准则计算安全裕度.给出了滑动轴承非线性油膜力条件下不平衡转子系统安全裕度计算的实例.所建议的安全裕度准则包括了工程中通用的稳定裕度的计算,它是解决非线性系统安全裕度和稳定裕度量化计算问题的一种有效方法.     

任意荷载下成层粘弹性地基的一维固结

针对成层粘弹性地基模型,运用Laplace变换及矩阵传递法求解了任意荷载下成层粘弹性地基一维变形问题,得到了频域内的通解,通过Laplace逆变换,即可计算成层粘弹性地基在任意荷载下的一维变形.Terzaghi一维固结理论解是本文的一个特例.结合三层地基的算例,可以看到粘弹性地基的固结相对于弹性地基有个滞后过程,但随时间最终趋于一致;循环荷载下粘弹性多层地基固结时,其有效应力和变形都呈振荡增长,且不与荷载同步,而要相对滞后.此外,通过一工程实例,对该方法的可靠性进行论证,以证明该法确能指导工程实践.     

逆冲断层地震主震的突变理论分析

逆冲断层系统作准静态形变时的功、能量增量关系可以分解为关于体积应变能的功能增量关系和关于偏应力能的功能增量关系．采用突变理论方法对逆冲断层系统的偏应力功能量增量关系进行的分析表明:折迭突变模型展示的性状可对逆冲断层地震主震的发震条件、演化过程和若干震后特性作恰当描述．围岩的围压大,最大主应力大,逆冲潜断层面倾角小,围岩切向刚度与断层抗剪强度曲线软化段拐点处斜率的比值小, 则震时围岩弹性能释放量大、 震级高, 断层破裂半错距大, 围岩端面位移振幅也大．断层岩体破裂扩容和震时围岩体积应变能释放, 增强了前述效应．     

Analytical solutions for the circular stress transducer embedded in rheological rock mass

The rheological stress recovery (RSR) method was proposed to measure the in-situ stress of rock mass with time-dependent property by drilling a hole and embedding transducers into it. To solve the stress distribution on the transducer, a viscoelastic axisymmetric plane model was firstly built considering an arbitrary stress boundary condition. The analytical solution was developed by dividing the stress boundary conditions into axisymmetric and anti-axisymmetric combining with Laplace transformation technique. The explicit stress expressions on interfaces of rock–grout and grout–transducer was obtained using Burgers and Boltzmann viscoelastic models, respectively. Furthermore, the variations of transducer surface final stress, which is related to rheological time, geometric and mechanical properties of rock mass, grout parameter, and transducer materials, was proposed for calculating the measured stress by RSR method. For both of Burgers and Boltzmann viscoelastic model, final stress increases as elastic modulus ratio increases when elastic modulus ratio under 20, and the final stress could be ignored when diameter ratio is over 1.4. The rheological time increases with increasing of viscosity coefficient and the modulus ratio, but decreases as the shear modulus increases. The results in here provide a simple method for stress analyzing and have great value for understanding the relationship between the initial stress of rock mass and the measured stress for the RSR method.