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水利工程论文-边坡弹性模量位移反分析及其工程应用.doc

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水利工程论文-边坡弹性模量位移反分析及其工程应用.doc

水利工程论文边坡弹性模量位移反分析及其工程应用摘要本文建立了边坡弹性模量位移反分析模型,提出了实用反分析优化算法,并结合三峡船闸高边坡位移反分析实例,对上述模型和算法进行了验证关键词边坡弹性模量位移反分析水坝、基坑、边坡等的位移反分析研究至到近年才开始受到关注和重视[1,2]这些地表工程存在如下特点1工程规模一般较大,涉及的介质较多;2初始地应力场受地形、介质等的影响较大;3施工周期长,时效因素较为显著;4监测与施工很难同步进行由于这些因素的影响,地表工程需要建立自己的反分析模型,不能借用地下工程的位移反分析方法本文所建立的模型,首先考虑了多种介质弹性模量位移反演,其次扬弃了一步开挖假定,反分析的基础位移资料可以是阶段开挖位移增量为了减轻反演工作难度,本文所建立的模型假定初始地应力场已知,每种介质属于均匀各向同性线弹性体文中建议的优化算法的基础是递归技术和单变量优化算法,单变量的易操纵性基本上可以保证反演结果与初值无关三峡船闸高边坡位移反分析结果表明,上述模型和算法是合理的1反分析模型和优化算法11模型设N为构成坡体的介质数量,EII1\N为待求的各介质弹模反分析的目标函数取计算位移矢量U与实测位移矢量的点积的最小值,即1式中F,U均为EI的函数约束方程为有限元方程FEXCAV,2及EI0,I1,,N3式中EIK′I为介质I贡献的刚度矩阵分量;FEXCAV为开挖力4N,B分别为插值形函数矩阵和应变位移矩阵;B为体积力矢量;ΩEXCAV为开挖区;若为阶段开挖位移增量,则Σ0是上一步开挖后坡体的应力,若为位移全量,则Σ0是初始地应力对于多介质线弹性问题,Σ0一般是EII1,,N的函数但是可以证明[3],当EI之间的相对大小不变时,Σ0与EI的绝对大小无关,相应地FEXCAV为常量这一特性可以用来减少一个优化变量将式2改写为5令U0为EI取某一组值EI0时的计算位移,将U0乘以同一比例因子Λ,并代入式1得6F/Λ0,7由此可求出EI0维持现有比例关系时,使F取极小值的EIEIEI0/ΛI1,,N8对于单变量优化问题,利用式7只需要一次试算即可求出弹模值;对于二变量优化问题只需要迭代求解E1与E2的比值,即减少了一个优化变量多变量问题类推令ΒIEI/E1I2,,N,式1至式3的优化模型可进一步改写成MINFΒ2,Β3,,ΒNMINFE1,E2,,EN9约束条件10ΒI0I2

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