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    188宝金博页面版: 岩土力学反分析的数值反演方法

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    内容提示： 第 23 卷 第 2 期 水 利 水 电 科 技 进 展 2003 年 4 月 岩土力学反分析的数值反演方法 赵新铭 ， 刘 宁， 张 剑 ( 河海 大学土木工程学院 ， 江苏 南京210098) 摘要 ： 通过对岩土力学反分析 的数 学描述法的介绍， 揭示 了岩土力学反分析 的本质 ． 介绍位移反 分 析中各种数值反演方法及其应用， 包括基于矩阵求逆原理 的逆解法 ， 优化反 演法， 图谱法 以及基 于 遗传算法和人工神经网络 的智能反 演方法， 并介绍了反演方法的最新进展 ． 阐述各类反演方法的原 理、 特点、 适用范围和存在 的局限性 ， 指 出数值反演方法进一步研究的方向． 关键词 ： 岩石力学； 土力学； 反...

    文档格式：PDF | 页数：4 | 浏览次数：42 | 上传日期：2013-10-13 14:13:44 | 文档星级：
    第 23 卷 第 2 期 水 利 水 电 科 技 进 展 2003 年 4 月 岩土力学反分析的数值反演方法 赵新铭 ， 刘 宁， 张 剑 ( 河海 大学土木工程学院 ， 江苏 南京210098) 摘要 ： 通过对岩土力学反分析 的数 学描述法的介绍， 揭示 了岩土力学反分析 的本质 ． 介绍位移反 分 析中各种数值反演方法及其应用， 包括基于矩阵求逆原理 的逆解法 ， 优化反 演法， 图谱法 以及基 于 遗传算法和人工神经网络 的智能反 演方法， 并介绍了反演方法的最新进展 ． 阐述各类反演方法的原 理、 特点、 适用范围和存在 的局限性 ， 指 出数值反演方法进一步研究的方向． 关键词 ： 岩石力学； 土力学； 反分析 ； 数值反演方法 ； 位移 中图分类号： TU452 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1006— 7647(2003)02— 0055— 04 2O 世纪 7O 年 代 中后 期 ， 由 Kirstan 提 出 ， 后经 Gioda， Sakurai， Maier 和 Cividini 等学者 的发展 ， 基于 实测位移反求岩体力学参数和初始地应力的位移反 分析是逆向思维在岩石力学研 究 中的一 次成 功应 用 ， 开辟 了岩体参数和初始地应力研究的新途径 ， 受 到了普遍的关注， 并且 由于反分 析得 到的参数作为 在同一模型下正分析的输入参数大大提高了分析结 果的可靠性而受到工程界的欢迎? 1 、 在 岩土 力 学 位移 反 分 析 研究 中 ， 反演 方 法 的 研 究一直是重点和热点 问题 ， 因为反分析结果的可靠 性及反演效率与反演方法密切相关 ． 本文对现有各 种数值反演方法进行 了总结 ， 分析 了各种方法的原 理、 特点和存在 的局限性 ， 同时介绍了数值反演方法 的 新进展 ． 1岩 土力学反分析的数学描述法 设 D 为 n 维 空 间的 连通 开 区域 ， 变 量 ) ， 其中某个变元可表 示时 间， D 的边界记为 BD ， 则 系统模型的一般形式为 ( u， Q) = f ， ( u， Q) = g ， 式中l Q 为系统状态变量 ； 1 1 ,， f ，g 均为 为与介质特性有关的物理参量 ； L 为作用于 D 上 的 微分算子 ； M 为作用于边界上的微分算子 ； ，为作用 条件 ， 是 ∈D 的函数 ； g 为边界作用条件 ，是 BD 的 函数 ． u 的分量中含内因(如介质特性参数等 )及外 因 = ( ， ， ?， ∈ D ∈ BD ( 1) (2) 的函数 ； u ∈ ( 如外力作用等) ． 如 u， f ，g 已知， 把 “ ， f ，g 代人 式( 1) 和(2) ， 均存在某种 意义下 与物理背影符合 的 广义解 ， 此求解过程为正分析 ； 相反 ， 如 u， f ， g 并非 全已知 ， 而在 D 的某个子集 D 上， 可实测 出解 Q 的 某些信息 ． 那么， 如何从这些实测信息 中求得 u， f 。 g 中的未知量， 则为一个反分析过程【 2J ． 2岩土力学反分析的数值 反演方法及 其应用 2． 1逆 解 法 逆解法是依据矩阵求逆原理建立的反演分析计 算法． 它是直接利用量测位移 由正分析方程 反推得 到的逆方程 ， 从而得到待定参数 ( 力学特性参数和初 始地应力分布参数等) ． 简单地说 ， 逆解 法即是正分 析的逆过程 ． 此法基于各点位移与弹性模量成反 比。 与荷载成正比的基本假 设 ， 仅适用于线弹性等 比较 简单的问题． 其优点是计算速度快 ， 占用计算机内存 少 ， 可一次解出所有的待定参数 ． 在逆解法 的研究和应用方 面， 日本学者 Saku— rai C 3,4]提出了反算隧洞 围岩地应力及岩体 弹性模量 的逆 解法 ， 该 方法基 于 有 限元分 析 的逆过 程 。 只进 行 逆分析一次便可得 到参数 的最佳估计 。 因此在实际 工程中得到了广泛应用． 然而 ， 这种方法对于不确定 性系统还有待进一步研究 ． 随着岩土工程的发展 ， 其 结构设计正有传统 的确定性方法转向概率方法 ， 相 应地其分析手段也转变为概率手段． 因此在分析时， 需事先知道岩土介质特性参数的概率分布及其数字 特征 ， 如均值、 方差及高 阶矩 ． 对于岩土介质这一本 基金项 目： 国家 自然科学基金资助项 目(59809003) ； 188宝金博页面版部博 士点基金资助项 目( 1999029402) 作者简介 ： 赵新铭( 1962- -) ， 男， 河南 巩义人 ， 副教 授， 博士研 究生， 主要从事工程力学研究 ． ·55· 维普资讯 http://www.cqvip.com

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