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基于LSMPS算法的软土固结-蠕变模型参数识别研究
| 论文题名： | 基于LSMPS算法的软土固结-蠕变模型参数识别研究 |
| 关键词： | 软土路基;固结蠕变;竖向沉降;剪切试验;LSMPS算法 |
| 摘要： | 软土路基在受到外界荷载作用过程中，先期是由孔隙水排出产生的固结变形，随着土体骨架被压密，在荷载的作用下会产生与时间有关的形变—蠕变。如何确定软土路基最终沉降量及探讨软土固结-蠕变机理成为软土加固与稳定的重要研究方向。本文以土力学理论、经典固结理论、蠕变模型理论为基础，通过开展室内盘锦滨海公路路基软土三轴固结蠕变剪切试验获取软土固结蠕变轴向变形、孔隙水压力等数据，提出了二阶广义Kelvin固结-蠕变模型，利用基于搜索模式的最小二乘算法－LSMPS（Least Square Method based on Pattern Search）对二阶广义的Kelvin模型的参数进行搜索与优化，并且以工程仿真为依托，进行软土路基固结-蠕变机理工程仿真分析。具体研究成果如下： （1）开展了不同围压下软土三轴固结-蠕变试验，获得了分级加载下软土试样在不同偏应力水平下的孔隙水压与时间的关系以及竖向变形随时间发展的曲线，利用陈氏加载法将分级加载曲线转化为“分别加载”曲线，利用同一时刻应力应变关系将“分别加载”曲线转化为应力应变等时曲线。通过试验研究发现采用衰减的指数类型函数可以描述软土的变形-时间之间的函数关系，而广义的Kelvin蠕变模型本构方程和衰减的指数函数之间具有高度的相似特征，因此可以使用高阶广义的Kelvin模型本构方程作为描述软土试样的固结-蠕变特征的本构方程。 （2）利用LSMPS算法对简化的二阶广义的Kelvin模型的参数进行模式化搜索，对模型的参数通过迭代的方法进行搜索和优化，研究发现，简化的广义Kelvin模型方程是各模型参数的单调函数，在理论上可以确定该方程在全局上存在唯一的极值而不会使模式化搜索陷入局部最优。对比通过LSMPS算法确定的广义Kelvin模型方程与试验数据之间的相似度，相关性系数均在0.99以上，因此，使用该方法所确定参数的模型在描述软土固结-蠕变特征方面效果较好。 （3）分析了软土Biot固结方程，考虑了软土发生蠕变时产生的节点附加应力对 Biot固结方程的影响，确定了软土固结-蠕变共同作用时的统一有限元模型；利用ADINA8.4提供的强大工程仿真平台将由 LSMPS确定的模型参数转化为ADINA中提供的专门用于模拟岩土蠕变的Lubby2本构模型各参数，使之模拟软土路基的地应力、孔隙水压力、固结-蠕变变形在软土路基内部的分布状况。 以上研究成果为进一步丰富和完善软土固结-蠕变变形特征、有效控制软土路基的以及合理设计软土路基工程的加固稳定方案提供了理论依据。 |
| 作者： | 李军 |
| 专业： | 岩土工程 |
| 导师： | 易富 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 辽宁工程技术大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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