基于LSMPS算法的軟土固結(jié)-蠕變模型參數(shù)識別研究.pdf

1、軟土路基在受到外界荷載作用過程中，先期是由孔隙水排出產(chǎn)生的固結(jié)變形，隨著土體骨架被壓密，在荷載的作用下會產(chǎn)生與時間有關(guān)的形變—蠕變。如何確定軟土路基最終沉降量及探討軟土固結(jié)-蠕變機理成為軟土加固與穩(wěn)定的重要研究方向。本文以土力學(xué)理論、經(jīng)典固結(jié)理論、蠕變模型理論為基礎(chǔ)，通過開展室內(nèi)盤錦濱海公路路基軟土三軸固結(jié)蠕變剪切試驗獲取軟土固結(jié)蠕變軸向變形、孔隙水壓力等數(shù)據(jù)，提出了二階廣義Kelvin固結(jié)-蠕變模型，利用基于搜索模式的最小二乘算法－L

2、SMPS（Least Square Method based on Pattern Search）對二階廣義的Kelvin模型的參數(shù)進行搜索與優(yōu)化，并且以工程仿真為依托，進行軟土路基固結(jié)-蠕變機理工程仿真分析。具體研究成果如下：
　?。?）開展了不同圍壓下軟土三軸固結(jié)-蠕變試驗，獲得了分級加載下軟土試樣在不同偏應(yīng)力水平下的孔隙水壓與時間的關(guān)系以及豎向變形隨時間發(fā)展的曲線，利用陳氏加載法將分級加載曲線轉(zhuǎn)化為“分別加載”曲線，利用同一

3、時刻應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系將“分別加載”曲線轉(zhuǎn)化為應(yīng)力應(yīng)變等時曲線。通過試驗研究發(fā)現(xiàn)采用衰減的指數(shù)類型函數(shù)可以描述軟土的變形-時間之間的函數(shù)關(guān)系，而廣義的Kelvin蠕變模型本構(gòu)方程和衰減的指數(shù)函數(shù)之間具有高度的相似特征，因此可以使用高階廣義的Kelvin模型本構(gòu)方程作為描述軟土試樣的固結(jié)-蠕變特征的本構(gòu)方程。
　?。?）利用LSMPS算法對簡化的二階廣義的Kelvin模型的參數(shù)進行模式化搜索，對模型的參數(shù)通過迭代的方法進行搜索和優(yōu)化，研究

4、發(fā)現(xiàn)，簡化的廣義Kelvin模型方程是各模型參數(shù)的單調(diào)函數(shù)，在理論上可以確定該方程在全局上存在唯一的極值而不會使模式化搜索陷入局部最優(yōu)。對比通過LSMPS算法確定的廣義Kelvin模型方程與試驗數(shù)據(jù)之間的相似度，相關(guān)性系數(shù)均在0.99以上，因此，使用該方法所確定參數(shù)的模型在描述軟土固結(jié)-蠕變特征方面效果較好。
　　（3）分析了軟土Biot固結(jié)方程，考慮了軟土發(fā)生蠕變時產(chǎn)生的節(jié)點附加應(yīng)力對 Biot固結(jié)方程的影響，確定了軟土固結(jié)-蠕