人工冻土蠕变非定常开尔文模型.pdf

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1、第３４卷第２期安徽理工大学学报（自然科学版）Ｖｏｌ．３４Ｎｏ．２２０１４年６月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｎｈｕｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ）Ｊｕｎ．２０１４人工冻土蠕变非定常开尔文模型毛芬，姚兆明（安徽理工大学土木建筑学院，安徽淮南２３２００１）摘要：为了更好地描述人工冻土的蠕变特性，将广义开尔文模型中的经典Ｎｅｗｔｏｎ黏壶中的黏滞系数定义为与时间有关的非定常参数，通过推算得到非定常开尔文模型，用粒子群优化算法识别模型中的参数。非定常开尔文模型能模拟不同应力下的蠕变试验数据，

2、效果都很好，充分说明了该模型的合理性。目前采用非定常开尔文模型来研究人工冻土的蠕变规律的很少，此方法的提出为人工冻土领域的计算开辟了新思路。关键词：人工冻土；蠕变特性；非定常开尔文模型中图分类号：ＴＵ４４５文献标志码：A文章编号：１６７２－１０９８（２０１４）０２－００１３－０４Ｎｏｎ－ｓｔａｔｉｏｎａｒｙＫｅｌｖｉｎＭｏｄｅｌｏｆＡｒｔｉｆｉｃｉａｌＦｒｏｚｅｎＳｏｉｌＣｒｅｅｐＭＡＯＦｅｎ，ＹＡＯＺｈａｏ－ｍｉｎｇ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，ＡｎｈｕｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃ

3、ｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＨｕａｉｎａｎＡｎｈｕｉ２３２００１，Ｃｈｉｎａ）Abstract：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｂｅｔｔｅｒｄｅｓｃｒｉｂｅｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｃｒｅｅｐ，ｔｈｅｖｉｓｃｏｓｉｔｙｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｉｎｔｈｅｃｌａｓｓｉｃａｌＮｅｗｔｏｎｃｌａｙｐｏｔｗａｓｄｅｆｉｎｅｄａｓａｎｏｎ－ｓｔａｔｉｏｎａｒｙｐａｒａｍｅｔｅｒｒｅｌａｔｅｄｗｉｔｈｔｉｍｅ，ｔｈｅｎｔｈｅｎｏｎ－ｓｔａｔｉｏｎａｒｙＫｅｌｖｉｎｍｏｄｅｌｃａｎｂｅｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｒｅｃｋｏｎｉｎｇ．Ａｔｌａｓ，ｔｔｈｒ

4、ｏｕｇｈＰａｒｔｉｃｌｅＳｗａｒｍＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌｃａｎｂｅｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｕｓｉｎｇｔｈｅｎｏｎ－ｓｔａｔｉｏｎａｒｙＫｅｌｖｉｎｍｏｄｅｌｔｈｅｃｒｅｅｐｔｅｓｔｄａｔａｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｔｒｅｓｓｃａｎｂｅｓｉｍｕｌａｔｅｄ，ａｎｄｔｈｅｒｅｓｕｌｔｉｓｖｅｒｙｇｏｏｄ，ｓｏｉｔｃａｎｆｕｌｌｙｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｓｔｈｅｒａｔｉｏｎａｌｉｔｙｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌ．Ａｔｐｒｅｓｅｎｔ，ｔｏｒｅｓｅａｒｃｈｔｈｅｃｒｅｅｐｌａｗｏｆａｒｔｉｆｉｃｉａｌｆ

5、ｒｏｚｅｎｓｏｉｌｕｓｉｎｇｔｈｅｎｏｎ－ｓｔａｔｉｏｎａｒｙＫｅｌｖｉｎｍｏｄｅｌｉｓｒａｒｅ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｍｅｔｈｏｄｏｐｅｎｓｕｐｎｅｗｉｄｅａｓｆｏｒｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆａｒｔｉｆｉｃｉａｌｆｒｏｚｅｎｓｏｉｌａｒｅａ．Keyword：sａｒｔｉｆｉｃｉａｌｆｒｏｚｅｎｓｏｉｌ；ｃｒｅｅｐｌａｗ；ｎｏｎ－ｓｔａｔｉｏｎａｒｙＫｅｌｖｉｎｍｏｄｅｌ近年来，冻结法施工的应用越来越广泛，因此建立起来的，鉴于非定常算子在黏弹性本构建模方［１－２］对人工冻土的蠕变本构关系的研究必不可少，人工面具有

6、的一些优越性，本文拟采用引入与时间冻土作为一种特殊的岩土类材料，由于土中冰包裹有关的非定常参数的开尔文模型来模拟人工冻土体和未冻的黏滞水膜的存在，使得建立冻土材料的在一维单向压缩条件下的蠕变过程，在该模型中开本构模型比较困难，开尔文模型被发现是一个解决尔文模型的黏滞系数η被与时间有关的函数代力学建模难题的有力工具，目前的研究多倾向于用替。通过推算可以得到含非定常的人工冻土蠕变定常模型来模拟岩石蠕变本构关系。常用的岩石模型。蠕变模型有西原正夫模型、伯格斯模型和宾厄姆模岩石力学理论与工程实践中的重要课题之一型等，以上这些模型在岩土工程界具有

7、重大影响，是本构模型的参数辨识。目前蠕变模型参数辨识但它们都是基于传统的经典黏弹性定常本构模型方法主要有：回归方法、最小二乘法及其改进方法、收稿日期：２０１３－０７－１１基金项目：国家自然科学基金资助项目（４０９７２１８８／ＤＯ２１４）；安徽省博士后基金资助项目作者简介：毛芬（１９８８－），女，湖北荆州人，在读硕士，研究方向：岩土工程。１４安徽理工大学学报（自然科学版）第３４卷［３］模式搜索法以及蠕变曲线分解法等。以上的优广义开尔文模型本构方程为化算法都对问题有一定的约束条件，如要求优化函σEkσ０t０ε（t）＝（１－eη）＋（５）数可

8、微等。粒子群优化算法作为一种仿生算法是EkE１一种模拟生物智能行为的优化算法，该算法利用生式中：Ek为开尔文体中弹簧的弹性模量；E１为串联物群体内个体的合作和竞争等复杂行为产生群体弹簧的弹性模量；η为广义开