反分析的基本知识ppt课件.ppt

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1、岩土数值分析岩土工程参数反分析方法一、基本概念与方法概述1、基本概念在岩土工程问题中，一般都是根据已知边界条件、初始条件和材料力学参数来求解区域内的应力、位移分布等这种分析过程通常称之为正分析。有限元等数值计算软件迅速发展，可以处理几乎所有的岩土工程问题，貌似计算结果精度高、后处理精确、方便万能的假象精确结果后面所隐藏的不确定性(非线性问题、动力问题)所采用本构模型的局限性相应参数的不确定性，参数难以用简单试验获得这些导致数值模拟的预测结果与实际情况有时相差很大(1)对岩土工程数值分析方法缺乏系统的知识和深入的理解，出现问题？理论问题或数学模型问题；计算方法问题或

2、本构模型问题；参数的确定问题或计算本身的问题等。正分析常见问题？(2)本构模型本身的局限性，岩土体物理力学性质太复杂，难以准确地用数学模型和本构模型描述。邓肯-张模型不能反映剪胀性，不能反映压缩与剪切的交叉影响；模型只能考虑硬化，不能反映软化；模型不能反映各向异性。剑桥模型也仅能考虑硬化而不能反映软化，不能反映土的剪切膨胀和各向异性，不能用于超固结土等。(3)现有的试验手段和设备不能提供适当、合理和精确的参数，少数样本点所获得的参数难以准确地描述整个空间场地的物理力学性能，特别是岩土体性质随时间变化时土样扰动较多的参数难以用常规的试验手段和设备获取反分析根据已知的

3、系统模型和系统响应来反演系统参数或根据已知的系统参数和系统响应来推求系统模型前者又称为参数识别，后者又称为模型识别。对于参数的识别和估计，实际上都应隶属于系统识别的范畴。由工程基本情况确定几何条件、荷载条件、边界条件；通过地质勘探和室内外试验确定地质条件、本构模型、力学参数等；通过解析法、半解析法或数值法，求解结构或岩土介质的物理量(如应力、应变等)。正（演）分析反（演）分析则是利用工程中的实测值〔如应力、孔压、位移等)，通过数值试算确定岩土介质的参数，或是本构模型。故反演可分为模型参数反演和具体模型识别；参数反演为主要研究对象在岩土工程中得到越来越多的应用反分析

4、/反演分析back/inverse/反馈分析反馈分析是综合原型观测资料正分析和反演分析的成果，通过理论分析计算或归纳总结，从中寻找某些规律和信息，及时反馈到设计、施工和运行中去，从而达到优化设计、施工和运行的目的。难度但随着计算理论和计算技术的日益发展，各种数值分析方法的日臻完善；快速及时地收集和分析各种信息已成可能。按反馈的对象分为：设计、施工和运行等方面。早在上个世纪60年代，在隧道工程中通过对围岩和支护的观测和量测，信息反馈，修改施工和设计方案，使其更好地反映实际情况，而取得了显著的经济效益。NATM比如：施工期大坝安全/降低工程造价例如利用施工期浇注混

5、凝土的温度观测资料，馈控温度设计和控制接缝灌浆的时间，当混凝土内温升超过允许值时，进行人工冷却，否则不必冷却。由于在设计时估计库水温不准，使设计控制的准稳定温度场的均值一般要比实际温度低4~8摄氏度，从而增加温控费用或延长施工周期。因此，施工期观测资料的反馈设计分析有一定的社会经济效益和科学效益。运行期大坝及基岩实际承载能力反馈运行荷载运行控制荷载主要是强度和稳定的要求，有安全系数法、可靠度理论法等；利用原型观测资料反馈混凝土坝的实际安全度，大坝的安全度主要包括稳定（沿坝基面或深层滑动面）、强度，对裂缝较多的大坝还要校核抗裂安全度。通过对运行期大坝的反馈分析，评估

6、大坝的原型结构性态，监控大坝的运行，具有很好的指导作用。在岩土工程反分析领域内，根据现场量测到的不同信息，反分析可以分为应力反分析法、位移反分析法和应力（荷载）与位移混合反分析法。有限单元法等数值计算方法的发展迅猛，位移量测信息相对比较容易获取，且精度较可靠，因此，目前在工程中位移反分析法应用最为广泛。位移反分析法可分为解析法和数值法。解析法根据系统响应与待估参数之间的显示表达式，直接得出待估参数的数学表达式，从而直接基于系统响应得出待估的参数值但是由于实际工程中问题本身的复杂性，一般很难用显式来表示系统响应与待估参数之间的关系，因此只适宜求解简单几何形状和边界条

7、件下的线弹性和线粘弹性等问题。在复杂岩土工程中，使用较广泛的是数值法。数值法，解决复杂工程形态和非线性问题，对复杂的岩土工程问题更具有普遍的适用性。数值法就其求解过程、是否考虑力学参数的非确定性、是否利用神经网络等智能方法又可做进一步分类。比如就数值法的求解过程而言，它又可划分为逆解法（逆反分析）、直接法（正反分析）、正反耦合法、图谱法、神经网络法和模糊法等。直接法是把参数的反演问题转化为一个目标函数的寻优问题，直接利用正分析的过程和格式，通过迭代最小误差函数，逐次修正未知参数的试算值，直至获得“最佳值”。这类方法采用的计算过程和计算方法与正分析完全一致，具有很宽

8、的适用范围