浅层地表缺陷动力探测技术研究

论文摘要

本文根据有限元动力分析原理,采用Fortran90语言编程对浅表地层下空洞缺陷模型在动荷载作用下进行了数值模拟,对模型中空洞大小、位置、埋深的不同及作用力位置的偏移等因素对(FWD)时程曲线的影响进行了分析,得出了不同工况下的影响情况,为判断和反演空洞的大小、位置、埋深等提供了技术依据。然后,本文提出了在使用FWD脉冲荷载作用下采用遗传算法进行对其反演,尝试通过反演的方法来识别空洞的存在进而确定其位置和几何尺寸。本文的主要内容为：1.基于有限元的基本原理,采用考虑Rayleigh阻尼的空间三维非均质线弹性体系作为结构模型,通过Newmark法求解在FWD脉冲荷载作用下结构的动力响应,并用Fortran90语言编制了相应的正演计算程序,通过与实际数据对比验证了正演程序的正确性。2.采用遗传算法作为反演优化算法,在时域下建立路面结构动态反演的方法,并编制了动力反演程序,同时对理论数据和实测数据进行分析,验证了反演程序的合理性和有效性,为实际工程应用提供了参考。3.将以往对材料特性的反演,扩展到对浅表地层空洞缺陷的反演,并对其做了有益的尝试。首先对浅表地层下既有空洞的情况进行正演模拟,然后通过对在不同工况时FWD动载作用下求得的时程曲线进行分析,据此来探索查找空洞的位置和大小的规律。依据这些规律对在不同工况下空洞位置和大小进行了模拟反演分析和工程试验分析。4.通过理论考评和实例对比分析表明利用利用动力对浅表地层空洞缺陷(大小、位置等)探测具有一定的适用性,为检测浅表地层缺陷提供了新的技术路径。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 工程背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 探测技术的发展
• 1.2.2 岩土反分析的研究现状
• 1.2.3 反演算法的发展
• 1.3 本文主要工作
• 2 有限单元法简述
• 2.1 有限元基本理论
• 2.2 有限单元法的主要分析步骤
• 2.2.1 单元划分
• 2.2.2 位移模式
• 2.2.3 单元分析
• 2.2.4 形成总刚
• 2.2.5 引入边界条件
• 2.2.6 动力学求解
• 3 正演模拟及验证
• 3.1 建立几何模型
• 3.2 模型网格划分
• 3.3 形成总刚度矩阵
• 3.3.1 等参变换
• 3.3.2、选择单元类型
• 3.3.3、位移函数
• 3.3.4、单元分析
• 3.3.5、内部自由度凝聚
• 3.4 形成总质量矩阵
• 3.5 形成阻尼矩阵
• 3.6 动力方程的求解
• 3.7 验证正演程序
• 4 反演算法及程序设计
• 4.1 概念
• 4.2 遗传算法
• 4.3 反演程序设计
• 5 空洞缺陷的模拟与实例分析
• 5.1 空洞的正演模拟与分析
• 5.2 反演工况模拟
• 5.3 工程实例分析
• 6 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历