堆石料彈塑性本構(gòu)模型參數(shù)反演方法研究.pdf

1、筑壩堆石料的本構(gòu)模型及其參數(shù)是合理計(jì)算面板堆石壩施工、運(yùn)行及地震過程中應(yīng)力與變形的重要基礎(chǔ)。目前主要通過級(jí)配縮尺后的室內(nèi)三軸試驗(yàn)確定模型參數(shù)，但縮尺效應(yīng)對(duì)參數(shù)的影響規(guī)律尚不清楚。一些學(xué)者結(jié)合室內(nèi)三軸試驗(yàn)成果，根據(jù)大壩施工期變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行筑壩材料參數(shù)的反演。但由于土石壩施工期、地震反應(yīng)過程及震后沉降計(jì)算分別采用不同的本構(gòu)模型且模型參數(shù)之間的相關(guān)性缺乏統(tǒng)計(jì)資料，反演得到的模型參數(shù)僅能進(jìn)行所反演問題的驗(yàn)證分析。如：根據(jù)施工期沉降監(jiān)測(cè)反演得到

2、的鄧肯EB模型、南水模型或清華K-G模型參數(shù)僅能進(jìn)行大壩的施工填筑及蓄水過程模擬。近年來，隨著堆石料本構(gòu)理論的發(fā)展，一些學(xué)者開始嘗試在彈塑性理論框架內(nèi)建立能夠反應(yīng)堆石料在靜、動(dòng)力及循環(huán)荷載作用下變形與強(qiáng)度特性的彈塑性本構(gòu)模型。隨著監(jiān)測(cè)手段的不斷發(fā)展和完善，高土石壩在施工過程中基本能夠獲取詳實(shí)、可靠的位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合靜、動(dòng)力統(tǒng)一的彈塑性本構(gòu)模型，根據(jù)施工期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反演堆石料模型參數(shù)，進(jìn)而預(yù)測(cè)地震荷載作用下大壩的動(dòng)力響應(yīng)，對(duì)于高土石壩抗震

3、設(shè)計(jì)方法和安全評(píng)價(jià)具有一定的理論意義和工程價(jià)值。
　　本文反演分析采用改進(jìn)的廣義塑性模型，該模型將初始孔隙比作為模型輸入?yún)?shù)，同時(shí)考慮了筑壩堆石料顆粒破碎，可以描述不同密度的堆石料在單調(diào)和循環(huán)荷載條件下的變形與強(qiáng)度特性，包括剪脹、剪縮、顆粒破碎、循環(huán)滯回、循環(huán)密實(shí)及循環(huán)殘余變形，采用一套參數(shù)即可完成大壩施工、蓄水及地震反應(yīng)全過程分析，并直接得到地震殘余變形。
　　論文針對(duì)堆石料彈塑性本構(gòu)模型參數(shù)反演方法，開展了下列工作：

4、r>　　（1）首先通過有限元敏感性分析確定待反演參數(shù)，進(jìn)而通過粒子群算法和人工蜂群算法等啟發(fā)式智能優(yōu)化算法隨機(jī)產(chǎn)生待反演的本構(gòu)模型參數(shù)向量，代入到有限元模型中進(jìn)行計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算得到大壩竣工期典型測(cè)點(diǎn)沉降與實(shí)際測(cè)得沉降之間的誤差不斷優(yōu)化待反演參數(shù)，直至達(dá)到設(shè)定的收斂準(zhǔn)則，然后確定優(yōu)化后堆石料的模型參數(shù)。
　　（2）采用拉丁超立方抽樣對(duì)敏感參數(shù)進(jìn)行抽樣并進(jìn)行有限元分析，得到敏感參數(shù)與大壩典型測(cè)點(diǎn)沉降之間的關(guān)系樣本，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立敏