土釘支護(hù)數(shù)值模擬及優(yōu)化分析.pdf

1、土釘擋土技術(shù)是近年發(fā)展起來(lái)用于土體開挖和邊坡穩(wěn)定的新技術(shù),屬當(dāng)前國(guó)內(nèi)外較為流行的主動(dòng)受力支護(hù)方法,其最大的特點(diǎn)在于安全度高,施工簡(jiǎn)單方便,工期短,造價(jià)低,噪聲污染小,適應(yīng)性強(qiáng),結(jié)構(gòu)柔性大,抗震好等優(yōu)點(diǎn),彌補(bǔ)了傳統(tǒng)支護(hù)方法的許多缺點(diǎn),因此,在巖土工程界有較為活躍的研究,而在實(shí)際工程中也得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。
　　本文完成的主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新如下:
　　其次,對(duì)土釘最佳傾角進(jìn)行了研究。對(duì)此分別考慮了土釘拉力由拉斷強(qiáng)度條件決定和土

2、釘拉力由拔出強(qiáng)度條件決定兩種不同情況。理論分析和數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明,在土釘足夠長(zhǎng)使土釘拉力達(dá)到拉斷強(qiáng)度的條件下,最佳土釘入射角應(yīng)為仰角或水平,穩(wěn)定性安全系數(shù)隨土釘入射角的增大而單調(diào)減小;而當(dāng)土釘比較短使土釘拉力由拔出強(qiáng)度條件決定時(shí),最佳土釘入射角應(yīng)為傾斜向下,而且應(yīng)該從上到下逐層減少向下傾角;一般地,土釘與危險(xiǎn)滑面切線的夾角等于或接近土體內(nèi)摩擦角時(shí),土釘對(duì)安全系數(shù)的貢獻(xiàn)最大。
　　進(jìn)行土釘支護(hù)穩(wěn)定性安全系數(shù)的有限元強(qiáng)度折減法分析時(shí),

3、空間模型可能不存在塑性區(qū)貫通面,因此建議以計(jì)算的收斂性作為土體穩(wěn)定與否的評(píng)判準(zhǔn)則,而不是以土體是否存在塑性區(qū)貫通面作為評(píng)判準(zhǔn)則。
　　針對(duì)土釘支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題開展了土釘支護(hù)參數(shù)對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響的分析研究。首先針對(duì)土釘最佳長(zhǎng)度和布置方式,即土釘設(shè)置究竟是上長(zhǎng)下短好,還是上短下長(zhǎng)好進(jìn)行了研究。從穩(wěn)定性安全系數(shù)的角度看,數(shù)值計(jì)算結(jié)果不能準(zhǔn)確地描述土釘長(zhǎng)度上下變化的“好”與“壞”。本文通過(guò)對(duì)多峰值極值求解的遺傳算法對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行了

4、探討,得出了定性的和針對(duì)具體算例的定量的結(jié)論:土釘?shù)淖罴验L(zhǎng)度可以公式計(jì)算求出,從穩(wěn)定安全系數(shù)角度而言,不能簡(jiǎn)單地判斷上長(zhǎng)下短或上短下長(zhǎng)的優(yōu)劣,而應(yīng)視土層分布變化情況而定。
　　其次,對(duì)土釘最佳傾角進(jìn)行了研究。對(duì)此分別考慮了土釘拉力由拉斷強(qiáng)度條件決定和土釘拉力由拔出強(qiáng)度條件決定兩種不同情況。理論分析和數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明,在土釘足夠長(zhǎng)使土釘拉力達(dá)到拉斷強(qiáng)度的條件下,最佳土釘入射角應(yīng)為仰角或水平,穩(wěn)定性安全系數(shù)隨土釘入射角的增大而單調(diào)減小

5、;而當(dāng)土釘比較短使土釘拉力由拔出強(qiáng)度條件決定時(shí),最佳土釘入射角應(yīng)為傾斜向下,而且應(yīng)該從上到下逐層減少向下傾角;一般地,土釘與危險(xiǎn)滑面切線的夾角等于或接近土體內(nèi)摩擦角時(shí),土釘對(duì)安全系數(shù)的貢獻(xiàn)最大。
　　在解決算法收斂速度和計(jì)算精度的難題方面,在變尺度混沌優(yōu)化方法的基礎(chǔ)上,提出了一種新的混合混沌優(yōu)化方法,從而提高了算法的搜索效率,使求解能夠很容易跳出局部?jī)?yōu)化解而獲得全局最優(yōu)解。在此基礎(chǔ)上,把混沌優(yōu)化搜索技術(shù)引入到基本混合粒子群算法中,

6、有效地改進(jìn)了原方法后期收斂速度慢和易于陷入局部極小值的缺點(diǎn),提高了算法的收斂速度和計(jì)算精度,對(duì)土釘支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了有意義的嘗試。
　　針對(duì)目前土釘支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)中所采用的純遺傳算法等優(yōu)化方法計(jì)算量大和時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn),提出將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與遺傳算法相結(jié)合進(jìn)行土釘支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用研究,該方法只需少量樣本可建立輸入與輸出之間的全局映射關(guān)系,從而得出不同設(shè)計(jì)變量下的最小安全系數(shù)近似值供遺傳算法調(diào)用,進(jìn)而極大地降低用其他優(yōu)化方法尋求最小安全系數(shù)的