2010年3月第26卷第2期　

沈阳建筑大学学报(自然科学版)

JournalofShenyangJianzhuUniversity(NaturalScience)　Mar.　2010

Vol.26,No.2

文章编号:1671-2021(2010)02-0225-07

岩土工程非线性优化反演模型

在ABAQUS中的应用

贾善坡

1,2

,伍国军

2

(11长江大学城市建设学院,湖北荆州434023;21中国科学院武汉岩土力学研究所,湖北武汉430071)

摘　要:目的针对常规反演方法应用于岩土工程参数反演时搜索效率低、计算量大的缺点,提出了基于改进Nelder-Mead算法的有限元优化反分析法,.方法基于混合罚函数法,,作为一个单独模块嵌入到改进的Nelder-Mead,.给出了具体的应用实例,结果表明,改进-,用较少的迭代次.结论笔者提出的优化反演方、渗流场以及位移反分析.

关键词:岩土工程;优化反演;混合罚函数;有限元;ABAQUS中图分类号:TU454　　　文献标志码:A　　　　　随着监控量测技术和现代控制技术的发展,岩土工程领域提出了基于实测的反演分析方法,为岩土力学参数和地应力场的获取提供了新的途径.由于岩土材料的不均匀性,通过试验手段确定岩土力学参数不仅代价高昂,而且所得结果往往缺乏代表性,难以满足数值分析的需要,因此利用现场监测信息反演岩土力学参数是一种较理想途径并被应用于生产实践中,日益成为岩土工程信息化设计与施工的核心环节.目前,基于量测的反演分析主要在宏观尺度领域广泛应用,如隧道和边坡的信息化施工;水电站及地下工程的安全监控;利用地基GPS站网测定地壳变形;岩体初始应力场和渗流场的获取;监测滑坡灾害等.由于岩土体介质的非线性,难以建立待反演参数与量测信息之间的显式关系,目前主要采用正演优化反分析方法实现上述参数识别过程.但是,优化反演法本身存在两个问题:解的不适定性问题和计算量过大问题.不适定性主要表现在极小的观测误

差会引起反演结果的较大波动,同时,由于岩土介质的非线性特性,满足有限观测信息的反演结果常常具有不唯一性.研究表明,采用合理有效的数值方法和优化算法可以克服反演过程中的计算量过大和不适定性等问题

[1-6]

.

笔者针对上述问题,提出了基于改进Nelder-Mead算法的有限元优化反分析法,并基于混合

罚函数法对反演模型进行了改进,提高了计算效率.最后运用两个算例对此法进行了验证.

1　非线性优化反演模型

岩土工程反分析法是根据现场的监测数据反求岩土力学参数、初始地应力场或渗流场参数,包括应力反分析法、位移反分析法、渗流反分析和混合反分析法.由于位移量测比应力和孔隙压力

(或流量)量测更经济方便,且获取监测数据更容

易,因此,目前岩土工程中位移反分析应用最普遍

[7]

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　　收稿日期:2009-10-10

基金项目:国家自然科学基金重大国际合作项目(50720135906);长江大学科研发展基金项目(801170010110)作者简介:贾善坡(1980—),男,博士,主要从事岩石力学与地下工程方面研究.