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天津大学硕士学位论文神经网络有限元在岩土工程中的应用姓名：陈海军申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：王成华20070101神经网络有限元在岩土工程中的应用作者：陈海军学位授予单位：天津大学相似文献(10条)1.学位论文常斌基于数值仿真试验的岩土工程智能化方法及应用研究2005当前众多岩土工程智能化分析系统中普遍存在的根本问题——样本源缺乏、样本代表性不足、样本关系过于离散、专家经验奇缺等，使智能方法在岩土工程中的应用尚属于望梅止渴、画饼充饥的可怜境地。同时，当前岩土工程数值分析中也广泛存在着就事论事，重解决实际个体问题、轻共性规律探索的现象，使数值分析处于辅佐工程经验、细化设计指标的次要、从属地位。本文针对以上不足，提出了将岩土工程系统数值仿真试验与岩土工程智能化分析方法相结合的思路，以典型数值分析与试验结果作为主样本群的智能化解决方案，推动岩土工程传统设计方法向实验、数值相结合的理性化设计转变。从冻土工程热学参数取值，到冻土通风管路基温度场时域演化过程预测，从岩体力学参数取值，到节理断层硐室围岩稳定性与支护结构强度分析，在4个具体方面对岩土工程智能分析系统的研发框架设计、主样本群的数值仿真试验设计与分析、边界样本群的经验化专家取值、各样本群结构关系的专家准则与构建策略、巨型样本群模型的建模方法、系统集成的具体难点等关键问题，进行了研究探索，独立开发了岩土工程智能分析平台下的四套完整的智能分析系统。本文主要创新点可简要归纳为以下五个方面：(1)提出反映冻土物质组成、粒度、级配、孔隙率对导热系数影响的综合等效热学指标。以规范数据及国内外实测值为样本源，构建智能分析模型，开发了能够预测任意场地土导热系数变化规律的“冻土导热系数取值智能分析系统”。(2)以基于最新的冻土水热力三场耦合模型和对流换热边界以及考虑拉帘子效果的系统数值仿真试验结果为主样本群，结合冻土工程领域专家建议，构建并行分区大规模神经网络预测模型，开发了面向工程设计人员的能够预测路基温度场连续演化过程的“冻土通风管路基优化设计智能分析系统”。(3)指出在岩体地质强度指标和扰动性指标人为判定过程中个人主观因素(感受性因素、情绪因素、气质因素、知识结构因素)的负面影响，引入心理学概念、原理加以分析，提出其解决方案与数学模型。借助神经网络模型辅助取参，采用本文的削弱主观因素影响的方法，基于Hoek-Brown准则，开发了能够预测工程岩体变形模量、整体抗压、单轴抗压、抗拉强度、等效内聚力、等效内摩擦角的“岩体力学参数智能评价系统”。(4)在考虑断层与施工过程影响的系统数值仿真试验的基础上，依据岩体地下硐室工程专家经验，采用并行分区大规模神经网络预测模型串联补充模型的方式，开发了面向工程设计人员的能够考虑断层距离、断层倾角、断层厚度、围岩侧压力系数、变形模量、内聚力、内摩擦角、泊松比、硐室埋深、硐跨、高跨比共11项因素变化的影响，对硐室围岩应力场、位移场和支护结构内力进行量化分析的“节理断层硐室稳定性与支护结构强度智能分析系统”，该系统还能根据实测位移对围岩参数进行自动化反演。(5)在总结各种智能分析系统研发的基础上，构架了包括岩土体参数确定、系统数值仿真试验、智能模型建立、智能定量分析与优化设计、升级与管理、系统开发与集成6大部分的完整的岩土工程智能分析系统研发策略，并指出各研发环节中的难点及其解决方法。*注：本研究得到以下几项基金的联合资助青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应之六“青藏铁路数字路基及仿真平台”.中国科学院知识创新工程重大项目(No.KZCX1-SW-04)寒区冻土路基冻胀融沉机理与加固措施优化设计方法研究.中国科学院寒区旱区环境与工程研究所创新基金(210020)国家自然科学基金(50479023)：非贯通裂隙岩体动强度动变形性质研究中国科学院院长基金(9844)：裂隙岩土介质的波传播特性研究中国科学院“百人计划”基金(兰州中科院寒区旱区环境与工程研究所)：冻土的结构性数力模型、理论框架与应用研究冻土工程国家重点实验室(兰州)开放基金(9713)：寒区节理岩体的波传播特性研究各平台的研发借助了以下备课题组的集体研究成果：冻土工程热学参数智能分析研究——李宁、常斌、李国玉、陈飞熊、全晓娟等岩体强度参数取值智能分析研究——李宁、常斌、张平、张鹏、康佳梅等冻土通风管路基优化设计与分析研究——李宁、苏波、李国玉、全晓娟、常斌、陈飞熊等节理断层硐室稳定性与支护结构强度预测分析研究——李宁、张志强、马玉扩、常斌、陈方方、康佳梅等在岩体力学参数的研究过程中，曾多次得到EvertHoek先生的帮助。2.期刊论文周世良.胡晓.王江无限元在岩土工程数值分析中的应用-重庆交通学院学报2004,23(z1)介绍岩土工程数值分析中常用的无限单元的坐标变换式和位移函数,并对一具有精确解的平面问题进行常规有限元分析及有限元与无限元耦合分析.研究表明,引入无限元分析无限域或半无限域问题具有更高的精确性,且节省计算工作量.3.学位论文周恩华岩土工程数值分析中的过渡区方法及其APDL编程实现2002作者正是看到了这种内在的模糊性,突破常规的按照材料分区定义区域的思维,提出了过渡区方法,建议以材料过渡区来替代那些给剖分带来几何拓朴困难的材料分界面.为了计算过渡区单元的材料参数,该文利用模糊数学的思想建立了隶属度加权算法.对于过渡区单元首先求出它对各个材料区域的隶属度,然后以相应的隶属度为权值,通过对基本材料属性加权平均求得过渡区单元的材料参数.该文提出的隶属度加权算法易于编程实现,己在ANSYS中的APDL平台上编程实现了该算法,进一步提高了有限元前处理的自动化程度.4.期刊论文王笑冰.赵寿刚.孟献颖.马卫东.杨小平岩土工程试验计算与工程技术研究-人民黄河2000,22(9)介绍了黄河水利科学研究院岩土工程室在多年的治黄实践中,应用土力学理论及相关技术,针对像黄河这样的多泥沙及泥沙淤积严重的河流存在的具体工程问题,进行了软土试验、在淤土地基上加高土坝、水力冲填筑坝技术等课题的研究.结合工程编写了岩土工程固结计算和多种数值分析计算程序,通过多种技术手段解决了工程建设中出现的大量技术难题,并对今后岩土工程的研究发展方向进行了初步探讨.5.学位论文魏庭光地下洞室群工作性态研究——天荒坪电站地下洞室群围岩的三维弹塑性有限元分析1996该文首先对地下结构问题的特点进行了探讨,说明对地下结构进行弹塑性数值分析的意义、重要性、其次对岩土工程三维弹塑性有限元分析方法进行介绍,指出地下结构数值分析与一般岩土工程数值分析的不同点,在此基础上,独立编制了相应的三维弹塑性有限元程序.并通过相应考题.最后,应用该程序对天荒坪电站地下洞室群进行数值分析,所得结果是合理的.6.期刊论文李焕强.李渝生.刘涛.陈智强.LIHuan-qiang.LIYu-sheng.LIUTao.CHENZhi-qiang三维数值分析在岩土工程应用中的误差问题-岩土力学2005,26(12)岩土工程本身的复杂性使岩土工程的三维模型分析结果与实际有一定的误差.利用已有的工程反馈资料,对模型参数进行反演分析.修正易调整的误差因素,来弥补不易调整的误差因素,将模型计算结果的最终误差降到最小.将得到的反演参数用于下一阶段的模型分析,由此获得的三维计算结果更接近真实值.7.期刊论文苏华友非线性数值分析在岩土工程中的应用-西南科技大学学报2003,18(3)天然岩土体中都存在着不同成因的节理、裂隙和断层等软弱面,在对这种天然材料进行理论研究与工程设计时,需要应用非线性数值分析方法.介绍了几种主要的非线性数值理论,并重点讨论了有限元非线性分析和位移反分析法在边坡工程和地下工程中的应用.8.学位论文叶祥记广义节点无网格法理论及其在岩土工程中的应用2006无网格法是在最近二三十年发展起来的一种新的数值方法。它与传统的基于网格的数值算法如有限单元法的最大不同在于逼近函数的构造上不再是基于网格的。这个特点使得它可以克服有限单元法的一些缺点。本文首先回顾了无网格法的发展历程，比较全面地介绍了各种无网格法的基本理论及其特点。在大量前人工作的基础上，提出了广义节点无网格法，这种方法是通过对传统无网格法引入广义节点进行改造，是一种内容更加丰富的无网格法，传统的无网格法可以看作广义节点无网格法特例。在所发展的广义节点无网格法基础上，进一步发展了配点型的广义节点无网格法，这种方法克服了基于Galerkin弱形式的无网格法的计算量大，需要背景网格等缺点，因而是真正的无网格法——不仅构造逼近函数不需要网格，求解系统方程也不需要背景网格。并且由于引入了广义节点，配点型的广义节点无网格法还可以通过提高广义节点的阶数来克服配点法所固有的稳定性问题。在广义节点无网格框架下发展了增广Lagrange乘子法用以解决非连续问题，取得了较好的结果。最后利用所发展的无网格法来求解线弹性问题、用于土力学固结分析、求解弹塑性问题、材料非连续问题、接触摩擦问题、求解裂纹应力强度因子等等。并通过或与解析解或与有限元解或与文献解进行比较分析，充分表明本文方法的有效性和可行性。9.期刊论文贾金青.郑卫锋.陈国周.JIAJin-qing.ZHENGWei-feng.CHENGuo-zhou预应力锚杆柔性支护技术的数值分析-岩石力学与工程学报2005,24(21)对深基坑支护的一种新技术--预应力锚杆柔性支护法作了简单介绍.运用有限差分方法对其进行了分析研究,并与相同条件下的土钉支护进行了比较分析,计算表明预应力对基坑潜在滑移场的控制是非常有效的.基于改进的杆系有限元法,通过实际工程对预应力锚杆柔性支护技术进行了数值计算,得到了预应力值对基坑位移的影响曲线及锚杆轴力的分布规律,并与现场监测进行了比较,验证了程序计算的正确性.通过数值分析,体现了该技术在严格控制基坑变形、超深基坑支护方面具有明显的优越性.10.学位论文郝冬雪孔扩张理论研究及自钻式旁压试验数值分析2008旁压试验的基本原理是利用旁压仪对钻孔壁施加横向均匀应力，使孔壁土体发生径向变形直至破坏，量测压力和径向变形的关系，或加压使孔壁膨胀至某孔径时做保持试验，观测超孔隙水压力的消散过程，然后可根据试验结果(压力-体积曲线或超孔隙水压力消散曲线)确定土体的物理力学性质、区分土类及确定地基承载力等。其中，自钻式旁压试验(SBPT)因具有扰动小、测试深度大等优点成为确定土性参数有效的原位测试手段之一。在饱和软黏土层中宜采用SBPT，但利用常用的步骤确定的黏土不排水剪切强度及渗透特性参数与其它高质量的试验结果有差别。因此，分析其在确定黏土不排水剪切强度和渗透性参数时可能产生的误差及修正研究是本论文的研究目的之一。大多数旁压试验的分析方法基于柱形孔扩张理论，其中包含材料特性、旁压仪几何特征和排水条件等重要假设。除了对旁压试验机理解释及反分析确定土体特性参数外，孔扩张理论还是许多其它岩土工程问题研究的基础理论。目前利用较符合实际地描述土体的非脆性软化及剪胀，并考虑中主应力影响的模型进行的孔扩张分析尚少。因此，发展和完善孔扩张理论是本论文研究的另一目的。具体地，论文主要研究内容及所取得的研究成果包括以下方面：1、回顾SBPT在确定土性参数上的应用，讨论了以孔扩张理论为基础确定的土性参数的误差来源，总结了现有的误差分析方法及误差修正。2、针对中主应力对孔扩张问题的影响，采用SMP破坏准则及非关联流动法则，并结合Bolton简化的应力-剪胀关系及Bolton模型，以反映砂土的剪胀和应变软化特性，运用塑性区离散分析方法，对不同初始状态下典型石英砂(Ottawa砂)中的柱形孔扩张问题进行了分析及数值计算，不仅得到了砂土中柱孔扩张的应力场、应变场、极限扩孔压力、塑性区半径，还可获得塑性区土体的内摩擦角、剪胀角和孔隙比的变化。该数值方法可同时用来分析零和非零初始孔径的柱形孔扩张问题。通过与基于Mohr-Coulomb破坏准则的计算结果比较分析，探讨了孔扩张问题中的中主应力效应，并阐述了砂土的相对密度、初始应力、临界状态摩擦角对塑性区半径比、极限扩孔压力、剪