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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1.1模型设n为构成坡体的介质数量,Ei(i=1\: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.(i=2,...,n)(11)βi求出后,各介质弹模计算如下E1=E10/λ,Ei=βiE1.(i=2,...,n)(12)1.2优化算法多介质位移反分析的目标函数一般存在多个极小值,使用单纯形法,Powell\%法等优化算法求解,计算结果一般与初值有关.本文建议利用递归技术将多变量优化问题转换为一系列的单变量优化问题.这种转换增加了计算工作量,但是每次迭代只需操纵一个变量,可以控制反演结果与初值无关.用i-1表示βi-1.取某一结定值,G(βi)表示β2,β3,...,βi-1取给定值时,函数f(2,3...i-1,βi,...,βn)的最小值,G(βi)=minf(2,3...i-1,βi...βn),(13)目标函数式(9)可写成G(β2)=minf(β2,β3...βn).(14)式(14)形式上变成了单一变量β2的优化问题.G(β2)的优化过程需要调用G(β3),相应地G(β3)的优化过程需要调用G(β4

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