基于遗传算法的堤防材料动力特性反演分析

论文摘要

堤防是防洪系统中的重要组成部分,我国现有各类堤防28.69万千米,它们的安全运行直接关系到广大人民的生命和财产安全。但由于人为和自然的原因,很多堤防存在不同程度的安全隐患,因此,及时准确地评价堤防安全状况非常重要。堤防材料特性是实施堤防防渗、加固维修的重要参数,而传统的参数测试方法,由于效率低和代表性差,已经不能满足工程实际的需要。国内外基于静位移的材料特性反演分析取得了显著的成果,而基于动位移的堤防材料特性研究却相对较少,本文以黄河大堤为工程背景,使用重锤式弯沉仪(HWD)对其主坝体和副坝体施加动力荷载,基于其在动力荷载作用下的动力响应,采用遗传算法对堤防的材料特性进行反演分析。主要研究内容和结论如下：1.基于堤防工程三维动力有限元的基本原理,建立了单一均匀介质和层状均匀介质的堤防三维动力有限元模型,编写了相应的堤防三维动力有限元计算程序,经与实测信息的对比考评表明该方法的计算精度满足要求。2.根据遗传算法的基本原理,建立了堤防材料特性的三维动力反演方法,编写了相应的反演分析程序,理论考评表明该方法能够实现全局最优收索,具有较高的反演精度。3.利用HWD对黄河大堤的主坝体及副坝体实施动力测试,使用本文建立的反演分析方法对主坝体和副坝体的材料特性进行反分析,结果表明该方法能够应用于实际堤防工程的检测和评价。本文研究成果,为探测堤防隐患提供了新的方法,为堤防安全评价和维修加固提供了参考,对保障堤防的安全具有重要的实际意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 堤防材料参数反演的研究现状
• 1.3 本文研究内容
• 2 堤防三维动力有限元分析
• 2.1 三维空间有限元法的基本原理
• 2.1.1 三维空间有限元的基本概念
• 2.1.2 动力有限元法的基本概念
• 2.2 堤防的三维有限元模型
• 2.3 堤防三维有限元动力分析程序设计
• 2.3.1 程序结构及主要变量介绍
• 2.3.2 程序的具体实现过程
• 2.4 数值算例
• 2.5 本章小结
• 3 基于遗传算法的堤防材料特性动力反分析程序
• 3.1 遗传算法的基本原理
• 3.1.1 遗传算法概述
• 3.1.2 遗传算法简例
• 3.2 堤防材料特性的遗传反演方法
• 3.3 遗传算法的参数选择
• 3.4 遗传算法程序设计
• 3.5 理论验证
• 3.5.1 单一均质介质
• 3.5.2 层状均匀介质
• 3.6 本章小结
• 4 工程应用实例
• 4.1 工程概况
• 4.2 HWD的工作原理及配置指标
• 4.2.1 HWD的工作原理
• 4.2.2 HWD的主要配置和计算指标
• 4.3 试验过程及测点布置
• 4.4 试验数据分析
• 4.4.1 主坝体试验数据分析
• 4.4.2 副坝体试验数据分析
• 4.5 反演参数的确定
• 4.6 反演结果分析
• 4.7 本章小结
• 5 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历