岩土体力学参数不同取值方法下的本构模型研究

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岩土体力学参数和本构模型是边坡稳定性分析和防护工程设计计算的基础。力学参数的取值通常由试验数据结合某一回归分析方法确定,而没有对比各种方法的优缺点进行综合取值,因此有必要进行不同方法下力学参数的取值研究。本构模型也涉及到力学参数的取值问题,参数取值的不同对本构模型拟合的精确度有怎样的影响,进而对边坡稳定性分析的精确计算、抗滑设施的准确布置有怎样的影响值得探究。本文针对不同参数取值对新本构模型拟合精度的影响展开,主要包括以下几点内容:(1)以岩土体力学参数的取值方法及本构模型研究为主题,总结了岩土体力学参数的数理统计特征及其取值方法,对现行几种主要的本构模型进行了阐述,分析其优缺点,为本文的研究提供参考。(2)介绍了最小二乘法、点群中心法和随机-模糊法的基本原理及求解步骤,总结了三种方法的异同点,其中最小二乘法只考虑了参数的随机性,没有考虑其模糊性,而点群中心法受人的主观影响较大,这两种方法均受限于异常点;随机-模糊法将参数作为随机-模糊变量,通过迭代可求得最优解,但受限于隶属度函数。(3)将岩土体力学行为特征曲线由两种类型推广至三种,并介绍了一种可以描述Ⅰ、Ⅲ两种类型曲线的新本构模型,包括剪应力-应变和主应力-应变两种形式,两种形式具有相似的模型特征,该模型不仅可以描述多种力学行为特征且针对岩土体破坏后区应力、应变不连续的问题同样可加以说明。(4)以Matlab软件为平台,对三种岩土体力学参数的优化取值方法及新本构模型进行了程序编写,并对新本构模型进行了GUI可视化界面的设计,实现了参数输入以及拟合结果输出的可视化,很大程度上提高了计算的效率。(5)以某一黏性土剪切试验和某一混凝土三轴试验为例,计算出三种取值方法下的凝聚力和内摩擦角,应用于新本构模型中进行应力-应变关系的拟合,并将新本构模型与邓肯-张模型对比;研究表明:三种方法均能够对参数进行较好的回归分析,新本构模型对应力-应变关系拟合的吻合度也较好且优于邓肯-张模型,但参数取值精度的偏差造成了新本构模型拟合实验数据精确度的不同,因此在参数的取值分析中应综合考虑多种方法,选取最优的参数值并应用于理论研究和工程设计中。
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