各種數(shù)據(jù)分析方法在巖土工程中的運(yùn)用比較,地質(zhì)工程論文

各種數(shù)據(jù)分析方法在巖土工程中的運(yùn)用比較,地質(zhì)工程論文邊界元法，顧名思義，就是只在邊界上剖分單元，把邊界分方程轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性代數(shù)方程，進(jìn)而得出各邊界單元處特定的邊界值，然后再利用把邊界值同域內(nèi)數(shù)值聯(lián)絡(luò)起來的解析公式，這樣就能夠?qū)⒂?jì)算區(qū)域內(nèi)的任何一點(diǎn)的函數(shù)值求算出來。根據(jù)邊界元法的求算途徑可分為兩種類型:直接法和間接法，前者利用具有明確物理意義的變量來建立邊界積分方程;后者卻是利用不很明確的變量，一般，邊界被加上了虛擬力和虛擬位移，這種虛擬力和虛擬位移是根據(jù)一定規(guī)律分布的，作為基本未知數(shù)，建立離散化的方程，待求出這些變量后再計(jì)算邊界域內(nèi)的位移和應(yīng)力。1．2邊界元法在巖土工程中的應(yīng)用在深基坑工程支護(hù)方式中，土釘墻越來越多得應(yīng)用于工程中。一般方式方法中，人們將主動(dòng)區(qū)視為剛形體，用安全系數(shù)數(shù)值的大小來判定土釘墻的安全可靠性。在實(shí)際的工作中，土釘墻主動(dòng)區(qū)并非剛性體，它會(huì)隨著開挖深度等因素的不同而發(fā)生大小不同的變形，所以，極限平衡法的應(yīng)用有一定的局限性。另外，有限元法也有應(yīng)用在分析土釘墻穩(wěn)定性的案例，用位移或應(yīng)力值的大小來反映它的受力機(jī)制和狀況。固然，在一定程度上，與極限平衡法相比，有限元法要相對(duì)合理一些，但是它和在工程中廣為應(yīng)用的安全系數(shù)直接聯(lián)絡(luò)起來較為困難，加上在計(jì)算經(jīng)過中所需土體參數(shù)常規(guī)實(shí)驗(yàn)不易確定等因素，在工程中的應(yīng)用也遭到了一定程度的限制。通過分析深基坑工程中土釘墻力學(xué)性狀和對(duì)實(shí)際應(yīng)用的分析，對(duì)提出的擁有土釘墻安全系數(shù)意義上的彈塑性邊界元法的合理性給予了合理性證明。工程實(shí)踐證明，邊界元法是較為理想的數(shù)值分析方式方法。2非線性數(shù)值分析在巖土工程中的應(yīng)用下面本文將以FLAC為例對(duì)有限元非線性分析法在巖土工程中的應(yīng)用進(jìn)行扼要分析。2．1FLAC的基本原理FLAC，即快速拉格郎日差分分析，是力學(xué)計(jì)算的數(shù)值分析方式方法之一，主要應(yīng)用于巖體力學(xué)中分析計(jì)算一般巖石的應(yīng)力和應(yīng)變。它的基本原理類似于離散元的機(jī)構(gòu)，但它使用于多種材料形式與邊界條件的非規(guī)則區(qū)域的連續(xù)問題求解。在求解經(jīng)過中，不需要求解大型剛度方程組。相比于以往的差分分析方式方法，F(xiàn)LAC能夠?qū)B續(xù)介質(zhì)進(jìn)行大變形分析，另外，還能夠模擬巖石沿某一軟弱面產(chǎn)生的滑動(dòng)變形。2．2非線性數(shù)值分析在巖土工程中的詳細(xì)應(yīng)用從非線性數(shù)值分析方式方法來講，僅從蠕滑體的位移變形來看，相比擬于天然狀態(tài)下而言，蠕滑體的變形位移在有雨的情況下其位移要大很多，這也進(jìn)一步講明，水是邊坡穩(wěn)定性的重要影響因素。假如能夠結(jié)合邊坡位移變形的檢測成果進(jìn)行分析，就能夠有效地將計(jì)算分析成果用于指導(dǎo)礦山的實(shí)際生產(chǎn)，對(duì)邊坡動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性進(jìn)行預(yù)測和預(yù)報(bào)。3粒子群算法在巖土工程中的應(yīng)用先前使用的常規(guī)粒子群算法具有一定的局限性，一方面容易出現(xiàn)早熟收斂，另一方面，后期收斂速度較慢，因而，一些工作人員對(duì)標(biāo)準(zhǔn)粒子群算法進(jìn)行了一定的改良，以期得到更為精到準(zhǔn)確的結(jié)果。一些工程師對(duì)慣性權(quán)進(jìn)行了一定程度的改變，采取了線性遞減權(quán)值策略，使粒子群算法的計(jì)算性能得到了一定的提高，并在某工程區(qū)域地應(yīng)力反演中得到了驗(yàn)證。他們?cè)趯?duì)慣性權(quán)重采取線性動(dòng)態(tài)公式的基礎(chǔ)上，改良了粒子群算法，并將其應(yīng)用于錦屏二級(jí)水電站輔助洞粘彈性參數(shù)反演中。同時(shí)，他們還改良了粒子適應(yīng)值的比擬方式和粒子運(yùn)動(dòng)的方式，分析巖土材料時(shí)采用了改良的粒子群算法，同時(shí)提高了搜索的效率和求解進(jìn)度。另一些工程師則是充分利用自然界的遷徙規(guī)律，在粒子演化經(jīng)過中參加了自適應(yīng)的變異算子和遷徙算子，以保持粒子群的多樣性，進(jìn)而防止了算子的早熟收斂。4概率分析方式方法在巖土工程中的應(yīng)用在實(shí)際的巖土工程中，利用概率分析方式方法需要遵循下面原則:4．1失效控制原則在巖土工程的各項(xiàng)分析中，現(xiàn)有的方式方法一般都是建立在整體失穩(wěn)的物理機(jī)制基礎(chǔ)上的。事實(shí)上，不管是地基承載力問題，還是土坡和土壓力問題，整體失穩(wěn)都是失效控制的原則。一般情況下，不是地基中最薄弱的點(diǎn)出現(xiàn)極限平衡狀態(tài)的概率，而是失效概率就是產(chǎn)生整體失穩(wěn)現(xiàn)象的概率。實(shí)際上，后者的失效概率要比前者大得多。另外在巖土工程中，也會(huì)出現(xiàn)以最薄弱點(diǎn)出現(xiàn)失效作為控制情況。4．2地質(zhì)勘探資料的概率處理原則理論上，地質(zhì)特征或地層特征是已經(jīng)確實(shí)存在于空間中的，而不是完全隨機(jī)的變量。假設(shè)能夠進(jìn)行無限多的查勘工作，那么情況是能夠預(yù)知的。但是在實(shí)踐經(jīng)過中，地質(zhì)勘探工作和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)工作都不是無限的，需要利用少量資料去將整個(gè)情況進(jìn)行推斷。如此一來，就必須將地質(zhì)特征和地層特征看成是隨機(jī)變量，進(jìn)而利用概率統(tǒng)計(jì)理論進(jìn)行分析。4．3巖土性質(zhì)統(tǒng)計(jì)參數(shù)的概率處理原則鑒于巖土性質(zhì)的空間可變性，某一性能參數(shù)不應(yīng)看作一個(gè)隨機(jī)變量，而應(yīng)看作依靠于土體各點(diǎn)不同位置變化的一族隨機(jī)變量，他們之間是不盡一樣的，但是又有一定的關(guān)聯(lián)。因而，在對(duì)巖土的性質(zhì)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)時(shí)要嚴(yán)格結(jié)合實(shí)際情況，認(rèn)真分析華而不實(shí)的嚴(yán)密關(guān)聯(lián)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，然后得到相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)參數(shù)概率。4．4性能指標(biāo)代表數(shù)值取值中的概率處理原則在執(zhí)行規(guī)定的時(shí)候，需要注意一下兩個(gè)原則:目的總體的劃分和參數(shù)估計(jì)方式方法的選擇。由于在地基設(shè)計(jì)匯總用的巖土性能指標(biāo)應(yīng)當(dāng)由勘察報(bào)告提供，其統(tǒng)計(jì)參數(shù)反映了工程場地巖土性能指標(biāo)客觀的變異性和不可避免的主觀因素造成的不確定性，因而，及時(shí)對(duì)于同一類的巖土，在全國范圍內(nèi)，作為一個(gè)目的總體進(jìn)行對(duì)對(duì)統(tǒng)計(jì)子樣的提取是值得商榷的。因而，全國性規(guī)范所提供的一些設(shè)計(jì)參數(shù)不能給出平均趨勢(shì)，只能作為起步設(shè)計(jì)或缺乏資料時(shí)采用。5總結(jié)各種數(shù)據(jù)分析方式方法在巖土工程中具有不同的分析優(yōu)勢(shì)。例如粒子群算法具有計(jì)算簡單、全局搜索能力強(qiáng)以及收斂塊等特點(diǎn);邊界元算法具有可將復(fù)雜問題簡化，改變傳統(tǒng)算法，提高計(jì)算簡便度和可靠度的特點(diǎn)等。在巖土工程中，利用這些數(shù)值分析方式方法簡化了工程工作，提高了工程的可操作性和實(shí)際運(yùn)行效率。以下為以下為參考文獻(xiàn)［1］繆愛偉，孫世國，王佳，劉文波．粒子群算法在巖土工程位移反分析應(yīng)用中的研究進(jìn)展［J］．路基工程，2020，17(6):8－11．［2］