CPTU数据校准上海深层软土参数的随机力学-贝叶斯方法

城市深层地下空间的开发需要开展科学计算。合理的本构模型和准确的岩土参数是岩土力学分析的两大支撑。修正剑桥模型（modified cam-clay, MCC）的岩土参数简单直观,被广泛应用于岩土工程实践。室内土工试验由于取样扰动、试验误差等不可避免的缺陷,难以精确获得深层岩土参数。结合先验知识、室内试验数据和孔压静力触探（piezocone penetration test, CPTU）测试数据,将关键岩土参数视为随机变量,采用随机力学-贝叶斯方法,校准深层软土的关键岩土参数,如临界状态应力比、压缩系数、回弹系数和超固结比。以上海市苏州河深层排水调蓄管道系统工程——云岭竖井基坑工程为背景,以基础底板处的深部第(8)层土为研究对象。首先,利用MCC模型的柱孔扩张理论,揭示了CPTU数据（锥尖阻力、侧摩阻力和孔隙水压力）与极限扩孔应力之间的力学转换机理,利用苏格兰Bothkennar岩土试验场地的试验数据,验证CPTU测试数据力学模型的适用性;其次,建立关键岩土参数与CPTU数据之间的二次非交叉响应面,利用MCMC(Markov-chain Monte Carlo)抽样算法,获得关键岩土参数...     

基于CPTU确定软黏土超固结比的理论改进方法

 利用孔压静力触探(piezocone penetration test,CPTU)试验结果确定超固结比(over consolidation ration,OCR)不仅能避免传统室内试验方法中土样扰动的问题,还能得到地层剖面上连续的OCR值。将静力触探锥头的挤土模式看作是球形孔的扩张,锥面上的正应力和剪应力分别假定为极限扩孔压力和锥–土接触摩擦力;基于修正剑桥模型中圆孔扩张的近似闭合解,提出了利用CPTU测试结果确定OCR的理论改进方法。分别选取轻超固结和重超固结场地的CPTU试验结果,对提出方法的可靠性进行验证。结果表明,在综合考虑锥面粗糙度以及贯入速率等因素的影响后,预测得到的OCR值较已有理论方法更接近实测结果。最后在连云港海相黏土中对该理论改进方法进行应用,计算表明该土层处于欠固结～轻超固结状态。     

基于统一硬化参数的砂土临界状态本构模型

在临界状态理论的基础上,通过引入状态参数来调整硬化参数和剪胀方程,从而更好地反映砂土的剪胀、剪缩特性以及砂土对密度、有效主应力的双重依赖性,通过引入修正屈服函数的参数,能更好地描述砂土的塑性变形特性。同时,模型采用砂土等向固结线和临界状态线在孔隙比与有效应力幂函数平面内呈线性关系,并且只用一组材料参数即可描述在较大密度和较大有效应力范围内砂土的应力应变响应。通过模拟结果与试验结果对比,验证了模型的有效性。     

基于贝叶斯–粒子群优化算法的污染场地隔离墙阻隔效果CPTU原位评价方法

新建隔离墙投入使用前应进行质量检测以确保防渗性和均匀性。对其进行快速评价的难点在于高质量采样困难,室内试验耗时长。采用了孔压静力触探(CPTU)测试技术对新建隔离墙进行原位快速评价。通过对超孔隙水压力和水平渗透系数进行相关性分析,考虑参数空间变异性,应用随机场理论进行建模,模型参数定量描述了防渗缺陷层产生的原因。采用贝叶斯方法与粒子群算法相结合对模型参数进行求解,实现利用超孔隙水压力数据对新建隔离墙防渗缺陷层的快速识别和缺陷原因的定量评价。通过与传统的基于Robertson土体行为类别(SBT)分类方法的分层结果进行对比,指出传统土分类方法在隔离墙防渗评价中的不适用性。最后,结合CPTU孔压消散试验结果,评估新建隔离墙的连续水平渗透系数剖面。结果表明,提出的采用超孔隙水压力数据的CPTU原位评价方法可以正确识别新建隔离墙的防渗缺陷层并定量反映其原因。分析结果可为制定隔离墙修复计划提供指导信息。     

基于现代原位测试CPTU的土体液化势统一评价方法

静力触探(CPT)测试是国际上常用的砂质土液化判别技术,但无法反映孔隙水压力(孔压)对液化行为的影响.能够测试孔压的现代原位测试技术孔压静力触探(CPTU)对砂质土、粉质土具有更高的辨识度和灵敏度,因此在砂质土、粉质土液化评价方面具有独特的优势.通过编译的CPTU液化案例数据库,在简化应力框架下,通过粒子群优化核极限学...     

优化确定土体本构模型参数

提出了一种确定不同本构模型参数之间关系的最优化方法,指出该方法以已知的σ1/σ3—ε1曲线与参数未知的本构模型算得的σ1/σ3—ε1曲线差值的绝对值为目标函数,以本构模型参数的取值范围为约束条件,利用最优化方法迭代计算,求得最优模型参数。     

饱和砂土液化后流体本构模型研究

利用空心圆柱扭剪仪开展了饱和南京细砂液化后常速率加载试验,考虑了有效固结压力和加载速率对饱和南京细砂液化后流体特性的影响,结果表明:液化后静加载过程中剪应力与孔压比的发展具有明显的二阶段特性,且剪应力与孔压比的发展有着良好的线性相关关系,有效围压及加载速率对二者的关系有着明显影响;据此提出一种符合液化后静加载过程的率相关性及孔压相关性流体本构模型,该模型将构成饱和砂土强度的土颗粒摩阻力与土–水黏滞阻力分别表示为时变型和非时变型剪切稀化流体;最后进行了该模型的验证性试验,并将模型预测结果与其他学者研究成果对比,验证试验及对比结果均表明该模型具有较好的适用性。     

基于CPTU测试的砂质与粉质土液化概率模型与评价方法研究

无黏性土的液化与孔隙水压力密切相关,能直接测试孔隙水压力的孔压静力触探(CPTU)原位测试技术在土体液化势评价方面具有独特的优势。采用严格的数学方法推导了基于CPTU测试技术的液化概率评价模型。新的概率模型以映射函数的形式表示,该映射函数将液化概率P_L与基于CPTU的确定性模型中得到的安全系数F_s相关联,其中CPTU确定性模型是通过核极限学习机算法和稳健搜索技术建立的。该新的概率性模型考虑了模型固有的不确定性和参数的不确定性,同时对该概率模型进行对比分析。结果表明：当安全系数F_S为1时,液化发生的概率P_L为15.2%。该新模型的明显优势在于它直接使用CPTU数据,更符合液化行为现象,同时适用于砂质土和粉质土。该新模型无需钻孔取样室内试验,即可进行完整的液化评估或初步筛选。最后用中国唐山地震液化案例说明所提新概率模型考虑模型和参数不确定性的应用。     

黏塑流变本构模型力学参数辨识研究

伴随着各种复杂地质条件,大型地下洞室围岩流变特性与其长期稳定性密切相关,流变本构模型是认识围岩流变力学特性非常重要的一个方面。流变本构模型力学参数是流变本构模型准确应用的一个首要条件。本文主要开展了三个方面的工作:(1)研究推导了岩体黏塑流变本构模型,对其力学参数进行了理论分析;(2)对砂岩进行了不同围压下瞬时三轴压缩试验和三轴流变压缩试验,得到了砂岩相关试验数据,其可以较好的反映砂岩的瞬时力学特性和流变力学特性;(3)基于不同围压下瞬时三轴压缩试验和三轴流变压缩试验,结合改进粒子群优化算法,对流变本构模型的力学参数进行了拟合优化,得到了不同围压下整体流变力学参数。与试验数据对比发现,拟合得到的流变模型力学参数可以较好的反映岩体的流变力学特性,可以为流变本构模型实际应用提供参考。     

基于随机场理论的江苏海相黏土空间变异性评价研究

土体空间变异性分析是进行岩土工程可靠度设计的理论基础。采用随机场理论,提出了典型江苏海相黏土的随机场特征及参数,对基于孔压静力触探(CPTU)测试数据的空间变异性进行了系统分析。由于竖直方向上CPTU锥尖阻力数据的样本容量较高,通过对锥尖阻力进行一次多项式去趋势来获得平稳的波动分量,并利用常用的5种自相关模型拟合波动分量的自相关系数。采用修正的Bartlett统计公式来检验波动分量的平稳性,选取最优的竖直波动范围。竖直变异系数由波动分量和去趋势函数来确定。鉴于水平方向上的CPTU锥尖阻力数据的样本容量较小,采用平均零跨距法估计水平波动范围,水平变异系数由总体变异系数来表示。结果表明,竖直向和水平向上江苏海相黏土较报道值显示出更强的空间变异性。     

基于参数相关性和混合神经网络的结构随机灵敏度分析方法

针对进行随机分析时采用蒙特卡罗计算法效率低,未能考虑参数之间相关性,导致在分析参变量对结构力学性能的影响时得到错误的灵敏度系数,以及原有灵敏度计算方法只能考虑局部梯度等问题,采用改进的混沌粒子群算法优化网络寻址结构,利用混合神经网络构建复杂结构响应的近似模型,通过相关参数与独立正态参数之间的等效变换建立符合参数相关性的随机序列对结构进行随机性分析,并根据文中提出的灵敏度度量方法计算随机变量的全局灵敏度系数。通过算例验证所提方法的可行性,且考虑参数之间相关关系得到的结构随机响应更符合工程实际情况。同时,利用所提出的随机灵敏度计算方法可以更好地反映各随机变量对结构响应的相关性和敏感性。     

基于CPTU数据融合技术的黏性土应力历史与强度特性评价研究

超固结比(OCR)和不排水抗剪强度(S_u)是土的基本力学参数,对土体沉降变形分析和稳定性计算具有重要影响。采用数据融合技术,结合孔压静力触探(CPTU)测试数据,提出了江苏典型黏性土超固结比和不排水抗剪强度的预测模型。利用特征级数据融合技术(回归树、模型树)与决策级数据融合技术(自举聚合、堆叠泛化)对预测模型的可行性进行分析。将土的超固结比和不排水抗剪强度的预测值、室内试验所得到的参考值以及CPTU传统方法所得到的估计值进行对比分析。结果表明,模型树预测结果比回归树要好,决策级融合算法可以提高回归树的预测结果,但对模型树的预测结果影响较小;叠加回归树和模型树的预测结果会使其预测的不排水抗剪强度比回归树预测的结果要好,但比模型树预测的结果要差;对于几种数据融合模型,OCR预测值大致相当,回归树模型在预测OCR方面稍优于其他数据融合模型,数据融合技术能更好地预测土的超固结比和不排水抗剪强度。     

旁压试验反演邓肯-张模型参数方法研究

研究了联合室内模拟试验和现场旁压仪试验综合确定邓肯 -张E-B 模型有关参数的方法。内容包括 :①采用邓肯 -张E-B 模型和有限元方法 ,对旁压试验机理进行数值模拟 ;②研制采用阻尼最小二乘法非线性优化理论 ,依据实测旁压曲线 ,进行土体本构模型参数反演的方法和计算机程序 ;③在对模型各参数敏感性分析基础上 ,以室内试验结果为初值 ,对某工程地基覆盖层现场旁压试验实测曲线进行E-B 模型参数的反演分析。为实际工程的计算分析提供了更为可靠依据     

基于CPTU测试的高速公路改扩建新老地基土工程特性评价研究

软土地基上进行高速公路扩建项目面临着极大的挑战,必须对新老地基土体的工程特性进行全面的评价。传统室内试验方法会对土体产生扰动,而且时间长、成本大。孔压静力触探(CPTU)技术作为一种新型的原位测试方法,可以测试锥尖阻力、侧壁摩阻力与孔隙水压力等参数,而且具有多功能、连续性、高精度等优点,在国外得到广泛的应用。采用多功能CPTU技术对京沪高速公路扩建工程新老地基土体进行原位测试,基于承载力理论与孔穴扩张理论分别解译了新老地基土体的应力历史、变形与固结特性参数。研究发现:该方法可以更准确地确定软土层的分布、厚度和深度,可为进一步分析新老路基差异沉降的计算提供科学依据,更好地指导路基拼接相互作用与地基处理的设计和施工。     

砂与粉煤灰改良桂林红粘土水土特性研究

桂林红黏土的物理性质、矿物成分具有其独特性,在改善其工程性质时使用掺砂与粉煤灰混合材料,为了研究砂与粉煤灰掺量对桂林红黏土的改良效果,通过对界限含水率实验、直接剪切实验、击实实验等室内实验的指标值的分析,得到不同掺量对红黏土的相关指标的变化关系,找出改良效果最好的掺量比例为砂20%、粉煤灰10%。     

确定亚塑性模型参数n、hs的一种改进方法

研究了亚塑性本构模型中颗粒硬度hs和指数n的实验确定方法,并且指明其不足之处。根据亚塑性理论和优化方法,提出了用局部搜索最优解来确定hs和n的方法,并通过试验对改进方法进行了验证。结果表明,该方法可有效确定这两个参数。     

基于CPTU测试p-y曲线法及其在桩基水平承载中的应用

 孔压静力触探(piezocone penetration test,CPTU)原位测试提供的是最直接、最原始的土性参数,可以精细化反映土层信息随深度的非线性变化。采用原位测试CPTU锥尖贯入参数对桩基水平承载力进行评价,建立锥尖参数与p-y曲线参数的综合对应关系,提出基于CPTU原位测试的单桩p-y曲线计算及水平承载力确定方法。依托典型场地(靖江长江漫滩,宿迁废黄河泛滥区,苏州昆山太湖流域)水平试桩资料,对比验证了CPTU法p-y曲线模型的准确性及其在桩基水平承载预测中的可行性。结论表明：CPTU测试p-y曲线法能准确反映水平受荷桩的土抗力发挥特点,是一种高效、快速的桩基水平承载力确定方法。     

A Bayesian method of estimating kinetic parameters for the inactivation of Cryptosporidium parvum oocysts with chlorine dioxide and ozone

The main objective of this paper is to use Bayesian methods to estimate the kinetic parameters for the inactivation kinetics of Cryptosporidium parvum oocysts with chlorine dioxide or ozone which are characterized by the delayed Chick-Watson model, i.e., a lag phase or shoulder followed by pseudo-first-order rate of inactivation. As the length of the lag phase (CT(lag)) is not known, Bayesian statistics provides a more accurate approach than traditional statistical methods to fitting the delayed Chick-Watson kinetics. Markov Chain Monte Carlo method is used to estimate CT(lag) and first-order rate constant values. This method is also used to estimate the minimum CT requirement (with safety factor) for 99% inactivation of C. parvum oocysts.     

岩石力学随机参数的统计方法及研究现状综述

对确定岩石力学随机参数概率分布的各种方法和研究状况进行了论述，分析探讨了岩石力学随机变量参数分布类型的检验方法及岩石参数统计方法，并对其未来作了研究展望。