基于差异进化算法的岩土工程参数反分析

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1、第1章绪论性或函数分布形式进行了反演分析的研究，王芝银等把这些成果应用于粘弹性及弹塑性反分析中[91。在初始地应力的分布更加符合现场实际条件的同时，不少反分析法开始注重现场实测条件。在考虑时间相关性、空间效应、消除量测前丢失位移的影响等方面，有些文献针对五种常用流变模型(Maxwell，Kelvin，Thomson，广义Kelvin及Burbgers模型)进行了有限元和边界元法位移反分析的系统研究，提出了逆解回归法和逆解优化法；朱维申(1989)则考虑时空效应对三个地下巷道或隧道进行了反演分析【lol；王芝银(1987～1988)利用空间

2、效应及围岩与支护相互作用的增量位移庭接反算支护荷载和初始地应力酬，虽然避开了许多未知因素的影响，但在反算地应力时需要已知较可靠的空间。90年代初至今，岩土体的模型识别问题、考虑岩土体本身随机性的非确定性反分析得到了迅速的发展，系统论、信息论等也被应糟到位移反分析研究中，同时提出了考虑施工过程的仿真反分析及动态施工反分析技术，把现代智能科学中的新发展分支——计算智能引入岩土工程反分析，使其产生～个飞跃性突破，带动了整个岩土z程学科的发展。把计算智能方法弓l入反分析领域，全面系统地进行了反分析的计算智能研究【121，如神经网络、遗传算法等现代

3、优化方法在岩土王程中开始应用。冯夏庭(1999)应用神经网络结合有限元法进行位移反分析【13】：高玮(2005)应潮遗传算法、粒子群等仿生算法进行位移反分析【141[强l于神经网络的智能反演方法：文献【16】基于BP网络建立了边坡位移反分析方法，得到了三峡永久船闸边坡多介质岩体的宏观等效弹性模量，并利用该弹性模量进行了有限元戒分析计算，预测了三峡永久船闸开挖边坡下一开挖阶段的应力及交形发展趋势。陈建锋等旧把篱单遗传算法圈Biot固结有限元相结合进行了路堤的双层地基±性参数反演研究，结果证明该法能克服传统优化方法的缺点，所得结果不但误差小而

4、且收敛速度也快。大连理工大学李守巨、刘迎曦、王登两n等在此方面作了一系列研究。他嚣】采用二进铡鲁适应遗传算法和有限元技术进行了混凝土重力坝弹性参数的反演识别【181，并进行了地下隧道围岩弹性参数的遗传反分析研究。并且，采用简单遗传算法及有限元技术进行了土体渗流固结系数的非线性识别研究【跨圾岩体初始应力场的优化反演。基于差异进化算法的岩士工程参数反分析总之，随着计算机的被广泛应用于工程研究，加快了工程问题定量研究的步伐，先进的计算方法与计算手段相结合必然获得更可靠的计算结果。1。3研究的理论依据反分析按照Gioda的划分可归为三类：反演法，

5、即直接按量测位移求解逆方程得到参数；正演法，即首先给定参数的试探值，通过迭代运算和误差函数的优化技术求的参数的“最佳值”；考虑先验信息及量测误差的哭叶斯方法或卡尔曼滤波法。位移反分析是利用现场量测位移来反推工程区域的力学特性及其地质背景的初参数，即工程区域内围岩的力学特性参数、初始地应力等。现场察测到的位移带有丰富的信息，既依赖于工程地质和岩石力学理论，又依赖于岩体工程的现场实际量测，是理论性和实践性都很强的一种实用技术，它反映了岩土体的力学性质及各种因素的综合作用，可表示如下渊：U拳f(a，f，占，∥，秽，妒，翠，f)(1。1)式中：口

6、，f～地应力分量；口，驴一岩体的泊松比、弹性模量；c，妒一岩体的内粘聚力、内摩擦角；露，卜岩体的粘滞系数、时间。由于岩体所处的力学状态不同，反分析需采用不同的本构关系，同时可得到不同的力学特性参数，如弹性参数(弹性模量E、泊松比∥等)、粘弹性参数(粘弹性模量、粘弹性系数等)、弹塑性参数(弹性模量E、内粘结力c、内摩擦角垂等)、粘塑性参数(粘弹性模量、糙弹性系数、粘塑性参数等)。位移反分析法以量测的位移信息为基础，选择确定的围岩结构和岩体的力学模型及相应的边界条件，构成合适的使实测位移与计算位移具有最小误差的目标函数，并采用最优化算法来反推

7、待求的围装参数。常用的目标函数为：：。／。窭窆(材u一材i，)z(1·2)：。／=∑∑(材u一材iJ)2tLz，．，，#1，11式中：肟一正况数，扩测点总数，砘厂测点i在jf工况的测点位移计算值，髭气厂2’测点i在歹工况的测点位移实测值。第1章绪论一般情况下，岩土工程问题都具有规模大、所涉及地层介质材料性质复杂、施工影响较大及监测与施工等难子同步等特点，对此类问题的求解通常只能借助于有限元等数值方法。对这类问题做基予监测位移的反演研究时，其面临的是一个高度复杂的非线性系统的辩识问题，而且由于实际监测位移中不可避免的存在观测噪声，因此对这类

8、反问题的研究只能采用优化反演来寻求满意解。目前解决优化问题的传统方法可归结为以下三类【2l】：(1)解析法：该法通常借助目标函数的导数等辅助信息来指导搜索。一般而言，只有当目标云数的性态比较清