一维冻结土体冻胀曲线的分形优化

分形几何理论作为研究自然界具有自相似性质的非线性问题的主要手段,被广泛应用于岩土工程中。土体的冻结涉及到土体本身的性质、温度场、水分场和应力场的共同作用,采用数值解法又必须对其进行大量的简化,使其所求得的数值解或拟解析解与实际值存在较大差距。采用神经网络方法研究表明,在冻胀初期系统难以稳定,同时对于低含水量的土体误差也较大。近年来,通过国内外学者的大量研究,发现土体冻结过程中同样存在分形现象。通过分析土体冻胀特征,提出采用分形插值方法研究一维冻结土体的冻胀问题。采用Douglas Peuker算法和随机中点移位法相结合的方法对一维冻结土体的冻胀曲线进行了优化。研究结果表明,采用该方法对冻胀曲线进行优化,既可保留其原有的宏观结构特征也可以反映微观结构动态;经过插值处理后,曲线的特征点和特征形状并无变化;但细节部分随着分形维数的增加,逐步得到细化。由此真实地反映了冻胀过程,为研究土体的冻胀过程提供了一种新的方法。

两种冻胀模型的对比分析研究

随着对冻胀理论研究的深入,形成了多种冻胀计算模型,其中桥连式分凝冻胀模型与冻胀预报模型引起了人们注意。对两种模型的对比研究表明,桥连式分凝冻胀模型仅考虑了一维冻结,假设水分迁移只发生在竖直方向,并未考虑水平方向的水分迁移,使得计算冻深偏大。此外,实际的冻胀过程中在温度与外荷载的共同作用下会伴随有融沉现象的发生,融沉现象也是影响冻胀的一个重要因素,在计算时应予以考虑。冻胀预报模型考虑了影响冻胀的各主要因素的综合作用,可定量计算实际结果,但必须有足够的试验数据才能保证拟合出的结果真实可靠,进而避免由于偶然因素造成结果的不准确。此外由于试验数据由室内试验得到,并未进行现场验证,若想应用于实际工程中,还需进一步进行现场试验验证。