非饱和膨胀土模型的参数确定及应用
发布时间：2021-03-04 03:49
随着膨胀土工程建设的增多,因膨胀土特殊性产生的工程问题愈发突出.当前,应对膨胀土工程的数值手段较为欠缺,现有数值手段存在限制条件多、参数繁杂及参数确定困难等弊端,建立简洁有效的膨胀土数值模型具有重要的实践意义.借鉴非饱和流固耦合理论,基于膨胀变形与基质吸力的线性假定,将膨胀应变作为单独场变量,构建适用于非饱和膨胀土的多场耦合数值模型.引入差分进化优化算法,通过反演分析计算,确定数值模型参数与室内试验参数的定量关系,构建完整的数值模型参数确定体系.通过与大型室内物理模型试验进行对比,验证膨胀土数值模型的可行性与准确性,补充与完善膨胀土多场耦合模型,为后续工程应用、科学研究等提供必要的理论基础与分析手段.
【文章来源】：北京交通大学学报. 2020,44(04)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
反演分析流程
网格模型顶面设为位移监测面,以顶面各节点位移均值作为最终膨胀量计算值.计算终止条件为模型整体饱和度达到1且满足最终收敛要求.根据膨胀土物理力学试验结果[14],材料参数概化为:弹性模量30 MPa,泊松比0.3,孔隙率n为0.3,饱和渗透系数K为1×10-9m/s,残余饱和度S0为0.4,V-G模型参数a、b分别为2×105、0.221.
选取上覆荷载0、50、100 kPa,干密度1 290、1 330、1 390 kg/m3,初始饱和度0.76、0.83、0.93共计27组室内荷载膨胀试验进行反演计算分析,相对误差-膨胀率关系见图3.由图3可见,最大相对误差为2.84%,相对误差较大主要集中在膨胀率较低位置,与相对误差计算方式存在一定关系.以上覆荷载0 kPa、干密度1 390 kg/m3、初始饱和度0.76试验反演分析计算为例,种群5个个体的进化过程见图4.种群个体d1～d5由初始0.2～0.3 MPa区间内均匀分布,经过8次进化筛选,种群个体差异性已经非常小,最优个体目标函数值已达0.006 5<0.01,满足设定的精度要求,而平均目标函数值为0.038,说明5个个体与最优个体的差异并不大,可以提前终止迭代计算,继续迭代进化,个体之间的差异继续缩小,最终膨胀模量收敛于0.245 MPa.
【参考文献】：
期刊论文
[1]降雨诱发膨胀土边坡渐进破坏研究[J]. 张良以,陈铁林,张顶立. 岩土工程学报. 2019(01)
[2]自适应差分进化算法在边坡滑面搜索中的应用[J]. 张锟,徐青,王一凡,阿湖宝. 岩土力学. 2017(05)
[3]基于差异进化算法的隧道渗流反分析与工程应用[J]. 马春景,姜谙男,王军祥,陈维,胡雪峰,刘义河. 铁道科学与工程学报. 2016(05)
[4]膨胀岩湿度应力场本构模型二次开发研究[J]. 王凯,刁心宏. 岩石力学与工程学报. 2015(S2)
[5]基于多场耦合数值分析的膨胀土边坡浅层膨胀变形破坏机制研究[J]. 丁金华,陈仁朋,童军,龚壁卫. 岩土力学. 2015(S1)
[6]基于SFG模型的非饱和膨胀土本构模型研究[J]. 李吴刚,杨庆,刘文化,杨钢. 岩土工程学报. 2015(08)
[7]膨胀土膨胀模型及边坡工程应用研究[J]. 黄斌,程展林,徐晗. 岩土力学. 2014(12)
[8]南阳膨胀土渠道滑坡破坏特征与演化机制研究[J]. 陆定杰,陈善雄,罗红明,戴张俊,李扬帆,陈平. 岩土力学. 2014(01)
[9]膨胀土边坡物理模型试验研究（英文）[J]. 程展林,丁金华,饶锡保,程永辉,徐晗. 岩土工程学报. 2014(04)
[10]有效应力原理解析[J]. 路德春,杜修力,许成顺. 岩土工程学报. 2013(S1)
本文编号：3062509
【文章来源】：北京交通大学学报. 2020,44(04)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
反演分析流程
网格模型顶面设为位移监测面,以顶面各节点位移均值作为最终膨胀量计算值.计算终止条件为模型整体饱和度达到1且满足最终收敛要求.根据膨胀土物理力学试验结果[14],材料参数概化为:弹性模量30 MPa,泊松比0.3,孔隙率n为0.3,饱和渗透系数K为1×10-9m/s,残余饱和度S0为0.4,V-G模型参数a、b分别为2×105、0.221.
选取上覆荷载0、50、100 kPa,干密度1 290、1 330、1 390 kg/m3,初始饱和度0.76、0.83、0.93共计27组室内荷载膨胀试验进行反演计算分析,相对误差-膨胀率关系见图3.由图3可见,最大相对误差为2.84%,相对误差较大主要集中在膨胀率较低位置,与相对误差计算方式存在一定关系.以上覆荷载0 kPa、干密度1 390 kg/m3、初始饱和度0.76试验反演分析计算为例,种群5个个体的进化过程见图4.种群个体d1～d5由初始0.2～0.3 MPa区间内均匀分布,经过8次进化筛选,种群个体差异性已经非常小,最优个体目标函数值已达0.006 5<0.01,满足设定的精度要求,而平均目标函数值为0.038,说明5个个体与最优个体的差异并不大,可以提前终止迭代计算,继续迭代进化,个体之间的差异继续缩小,最终膨胀模量收敛于0.245 MPa.
【参考文献】：
期刊论文
[1]降雨诱发膨胀土边坡渐进破坏研究[J]. 张良以,陈铁林,张顶立. 岩土工程学报. 2019(01)
[2]自适应差分进化算法在边坡滑面搜索中的应用[J]. 张锟,徐青,王一凡,阿湖宝. 岩土力学. 2017(05)
[3]基于差异进化算法的隧道渗流反分析与工程应用[J]. 马春景,姜谙男,王军祥,陈维,胡雪峰,刘义河. 铁道科学与工程学报. 2016(05)
[4]膨胀岩湿度应力场本构模型二次开发研究[J]. 王凯,刁心宏. 岩石力学与工程学报. 2015(S2)
[5]基于多场耦合数值分析的膨胀土边坡浅层膨胀变形破坏机制研究[J]. 丁金华,陈仁朋,童军,龚壁卫. 岩土力学. 2015(S1)
[6]基于SFG模型的非饱和膨胀土本构模型研究[J]. 李吴刚,杨庆,刘文化,杨钢. 岩土工程学报. 2015(08)
[7]膨胀土膨胀模型及边坡工程应用研究[J]. 黄斌,程展林,徐晗. 岩土力学. 2014(12)
[8]南阳膨胀土渠道滑坡破坏特征与演化机制研究[J]. 陆定杰,陈善雄,罗红明,戴张俊,李扬帆,陈平. 岩土力学. 2014(01)
[9]膨胀土边坡物理模型试验研究（英文）[J]. 程展林,丁金华,饶锡保,程永辉,徐晗. 岩土工程学报. 2014(04)
[10]有效应力原理解析[J]. 路德春,杜修力,许成顺. 岩土工程学报. 2013(S1)
本文编号：3062509
本文链接：https://www.wllwen.com/guanlilunwen/chengjian/3062509.html
