时空效应下岩质边坡位移反分析研究

摘要

随着我国基础建设的蓬勃发展，在高速公路的建设与建筑基坑的开挖过程中，常常面临着边坡的稳定性分析与处理，因此如何准确获得边坡的力学参数，在边坡处理问题中，显得尤为关键。在实际勘察工作中获取的边坡力学参数，往往存在“尺寸效应”、“时间滞后”、代表性不强等问题，而如果是现场的大剪实验又存在费用较大，工程经济投入高的问题。随着监测技术的发展，利用现有边坡的时间位移观测值的位移反分析方法所取得参数可以弥补以上缺陷。它的基本思想是：根据目标值确定反分析计算模型，通过构建对应的目标函数，不断地优化以寻找目标函数的全局最小值，因此最小目标函数对应的岩土力学参数即为岩土体的等效力学参数。而本文中通过位移变形监测反分析得到的力学参数，因其考虑了时间因素和开挖等效应，综合了岩体本身的特征，结果更具有准确性。本文基于FLAC数值模拟实验和现场变形监测实验，采用遗传—神经网络算法进行了岩质边坡位移反分析，得出了岩质边坡四个重要的力学参数即刚度参数和强度参数，并与地勘值进行了对比。论文主要工作如下：
　　 ①定性讨论了岩质边坡破坏模式、破坏过程，以及影响岩质边坡稳定性的主要因素。
　　 ②将先进的实验设计方法——均匀实验设计引入到岩质边坡变形计算和模拟分析中，在实际的允许范围内，将四个力学参数值(c,φ，E,μ)进行均匀实验方案的设计，并且运用FLAC数值软件进行了数值模拟实验，计算特征点的X向的位移值，构建位移反分析的训练样本库。
　　 ③采用MATLAB软件进行人工神经网络编程，构建了神经网络模型，并得到成熟网络，以此代替数值仿真。
　　 ④对标准遗传算法进行了改进，运用MATLAB软件，编写了遗传—神经网络程序。通过现场沉降位移监测数据，构建了适应度函数。
　　 ⑤成功地将此程序应用到重庆长寿区长寿湖旅游专用高速公路第C1合同段中K1+118-K1+230左侧设计为挖方岩质高边坡岩体参数反算中。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1课题背景与意义

1.2国内外研究现状

1.2.1边坡稳定性理论研究进展

1.2.2智能计算与参数反演的发展及研究现状

1.3本文研究的主要内容及技术路线

1.3.1主要研究内容

1.3.2研究思路

2岩质边坡工程特性与破坏模式分析研究

2.1岩质边坡的分类

2.2影响高速公路边坡稳定性因素

2.2.1地质构造和地应力

2.2.2地层与岩性

2.2.3岩体结构

2.2.4开挖扰动的影响

2.2.5振动的作用

2.2.6水的作用

2.2.7其它因素

2.3岩质边坡破坏分析

2.3.1岩质边坡可能的失稳模式

2.3.2岩质边坡变形破坏的过程分析

2.3.3岩质边坡位移反分析理论模型

2.4本章小结

3边坡位移神经网络预测模型的建立

3.1人工神经网络原理

3.1.1人工神经网络概述

3.1.2 BP(Back-Propagation)神经网络

3.2岩质边坡的数值模拟

3.2.1计算范围、单元类型及网格划分

3.2.2边界条件

3.2.3材料参数的确定与本构模型的选择

3.3工程概况及数值建模

3.3.1工程概况

3.3.2 FLAC建模

3.4均匀设计试验

3.4.1均匀设计

3.4.2均匀设计表的构造

3.4.3计算模型及物理力学参数

3.4.4试验均匀设计

3.4.5神经网络样本构建

3.5人工神经网络正演分析与验证

3.5.1 BP网络设计

3.5.2人工神经网络训练与验证

3.6本章小结

4基于遗传—神经网络算法的边坡位移反分析研究

4.1岩质边坡位移反分析概述

4.2边坡现场监控量测实验研究

4.2.1监测的目的与意义

4.2.2沉降监测方法和方案

4.2.3监测数据处理

4.3遗传算法概述

4.3.1遗传算法的实质

4.3.2遗传算法的主要步骤

4.3.3遗传算法的基本特点

4.4遗传—神经网络位移反分析模型

4.4.1岩质边坡位移反分析的基本思想

4.4.2岩质边坡位移反分析数学模型

4.5岩质边坡位移反分析的遗传—神经网络的实现

4.5.1编码

4.5.2初始群体

4.5.3适应度函数定标

4.5.4遗传操作

4.6反演结果及分析

4.7本章小结

5结论与展望

5.1结论

5.2展望

致 谢

参考文献

附 录