基于机器学习的软土压缩模量预测及沉降分析

目前,常规土体试验及预测方法都难以准确获得压缩模量E_(s)。现基于机器学习理论建立一种非参数集成优化法计算E_(s),并与传统回归模型对比分析。从昆明地铁5号线会展中心场地选取203组泥炭质土物理力学指标样本,结合工程经验,选取其中8个重要的物理指标作为输入集,利用遗传算法优化BP神经网络输入层、隐含层及输出层之间的权值及阈值,采用相关系数R、正确率ACC及均方根误差RMSE多个评估指标优化确定算法的重要参数,将建立好的模型应用于多种土体,并与目前应用较多的方法对比分析,最后比较经验公式与本文方法预测地基沉降的性能。结果显示,GA-BP神经网络方法对分析样本适应性强、算法收敛快、所得结果精准可靠,具有较大优越性。该方法对软土场地多参数预测具有一定的指导意义。

基于因子分析法的大深度黄土压缩模量影响因素分析

以中平(中卫─平凉)铁路扩能改造项目62个最大深度21.9~93.7m勘探点的625组土工试验数据为依托,根据物性指标分布特征将大深度范围内的黄土划分为三层,基于因子分析法研究了黄土物性指标与压缩模量的相关性,分析了压缩模量的主要影响因素,提出大深度范围内黄土压缩模量的经验预测方法。结果表明:筛选出大于25 m的黄土层、小于等于25 m的黄土层三个影响最大的公共因子分别为孔隙比、饱和度、液限和孔隙比、含水率、液限;所建立模型的预测结果与实测数据误差较小,对三层黄土压缩模量预测的平均误差分别为5.8%、4.3%、5.6%,比视作单一土层拟合模型的12.4%的平均误差减小一半还多;对大深度黄土分层进行土力学分析,可以提高分析的准确度,但压缩模量的主要影响因素相近,浅层范围内含水率和压缩模量的相关性更高,而深层黄土饱和度与压缩模量的相关性更好。

土的压缩模量与变形模量的理论关系

在实际工程中经常用到土的变形模量,由于测试变形模量需要花费较多的时间和费用,故常常通过压缩模量来估算变形模量,但这种估算有很大争议。本文首先指出长期公认的变形模量与压缩模量间的关系式E_(0)=βE_(s)中存在的问题,然后重新推导了它们的关系式E_(0)=β′E_(s),考虑到土的结构性、应力历史条件以及土体扰动,最后建立了一种新的变形模量与压缩模量的关系式E_(0)=αE_(s)。

基于孔压静力触探试验的黏性土压缩模量预测

为获取真实反映土体天然状态的力学参数,以杭政储出(2018)62号地块商务兼容商业用房项目为例,运用室内试验和原位测试的方法,获取各黏性土层的压缩模量,研究基于孔压静力触探试验的既有经验方法预测土体压缩模量的有效性,提出了杭州软土地区新的孔压静力触探锥尖阻力与压缩模量之间的相互关系。结果表明:不同经验预测方法得到的结果与实际土体压缩模量存在不同程度的偏差;基于实测的孔压静力触探试验锥尖阻力,计算得到修正锥尖阻力,拟合修正锥尖阻力q t与E S-LAB进行拟合,提出了适用于杭州地区软土的压缩模量预测经验公式。

基于CPTU的江浙海上风电工程土体压缩模量解译方法

针对浙江嘉兴和江苏盐城某海上风电工程,开展室内固结试验和孔压静力触探(CPTU)试验,采用线性、指数和对数3种模型建立考虑土体原位有效应力状态压缩模量Es与修正锥尖阻力q_(t)的关系。研究结果显示,考虑原位有效应力的Es与修正锥尖阻力q_(t)的相关性远高于100~200 kPa固结压力段对应的压缩模量E_(s1-2)与q_(t)的相关性,采用线性模型得到的黏性土压缩模量E_(s)与q_(t)之间的关系更加可靠,嘉兴与盐城海域黏性土经验系数α分别为1.820和3.315;两海域砂土的压缩模量E_(s)与q_(t)之间并无明显的相关性,结果显示两海域砂土的压缩模量E_(s)均存在下限值10 MPa。

基于标准压缩模量及土层埋深对河套地区土体压缩模量的预测研究

随着各类建设工程标准越来越高,勘察设计、施工及运营中对沉降的关注也不断提高。当土体埋深较深时,由室内试验获得的标准压缩模量Es1-2已无法切实反映土体在自重应力作用下的压缩性,将其直接用于计算中已不准确。但压缩模量的获取费时费力,因此对土体的压缩模量预测方法非常必要。本文以河套平原地区某铁路代表性地层为研究对象,研究了压缩模量Es与Es1-2之间的关系,并以标准压缩模量Es1-2及土层埋深H为基础,建立了推求各压力段压缩模量的方法。结果表明预测公式可以较好的估算河套平原地区预定深度土体的压缩模量Es,进而验证了本研究中对河套地区压缩模量预测公式的可靠性。

压缩应变驱动组织工程力学微环境构建促进软骨再生研究

目的组织工程是软骨再生研究中一种前景广阔的方法。未成熟的软骨组织工程构建物严重限制在体的修复进程,这对软骨组织工程的发展提出了一个挑战。方法通过低温3D打印制备了一种丝素蛋白/Ⅱ型胶原蛋白支架。利用光学相干弹性成像方法确定了软骨细胞/支架复合体体外成熟培养的最佳力学环境,并对体外培养成熟的人工软骨进行了体内缺损修复评估。结果研究表明,丝素蛋白/Ⅱ型胶原蛋白具有良好的理化性能和生物相容性,经细胞增殖实验验证10%的压缩应变是体外最佳压缩负荷。在最佳体外压缩负荷下,软骨细胞能在支架上快速增殖生长,从而达到更好的“成熟”效果。体外培养的软骨细胞/支架复合物能有效提高植入后的软骨修复效果。修复12周后,新组织的压缩弹性模量达到0.682±0.010 MPa(周围宿主软骨的压缩弹性模量为0.714±0.011 MPa)。结论通过力学刺激可以体外构建成熟的软骨细胞/支架复合物,并且显著提高了体内软骨缺损修复的效果。该工作极大地推荐了力学刺激在再生医学中的应用。通过对支架的力学调控,重新分配其内部力学微环境,将为适用于三维组织工程、干细胞分化、体外成熟植入物模型和原位再生医学的仿生软材料领域带来启示。

压缩模量融合CPT数据的贝叶斯空间插值方法

大规模现代化展览场馆对基础不均匀沉降较为敏感,持力层压缩模量的空间分布特征对于控制地基变形至关重要.常规工程勘察钻孔仅提供少量精确的压缩模量土工试验值,但原位测试可提供大量随机的静力触探值,为了融合室内试验和原位测试的数据,提出压缩模量的贝叶斯空间插值方法.核心研究内容包括:根据岩土工程勘察的数据精度,将测试数据分为硬数据和软数据;使用空间随机函数描述压缩模量的空间变异性;利用最大熵理论分析软数据的不确定性,基于贝叶斯理论,建立随机场插值方法,对未知点压缩模量的后验分布进行估计.为了验证该方法的有效性,将贝叶斯空间插值方法应用于上海国家会展中心浅部持力层(粉质黏土层)的压缩模量空间变异性分析.与普通克里金插值方法比较,贝叶斯方法能融合多源勘察数据进行空间插值,精度更高.

孔压静力触探方法测定土体压缩模量应用研究

对湖南省某高速公路路基土采用孔压静力触探仪(CPTU)进行了原位测试,并取不同深度处的原状土样在室内测定其压缩模量。根据现场CPTU测试数据和室内压缩模量测试结果进行了土层的划分,评价了多个现有基于CPTU数据的土体压缩模量预估经验公式的适用性,进而建立了压缩模量与CPTU锥尖阻力之间的相关关系。研究结果表明:采用CPTU原位探测数据进行土层划分具有良好的可靠性,土体压缩模量与CPTU测试中的锥尖阻力之间存在强相关性。建立的基于CPTU的压缩模量预估公式可为量化软土层压缩特性提供参考,是公路工程中软土层路基沉降分析的科学依据。

参考切线模量与参考压缩模量间关系研究

参考切线模量通常要通过室内试验测定,而参考切线模量与参考压缩模量都是由固结压缩试验得出,且存在一定比例关系,参考切线模量同时与刚度参数、参考割线模量、参考加卸载模量也存在一定比例关系。文中探析了参考切线模量与参考压缩模量之间的关系,这对HSS模型刚度参数的确定具有重要意义。

不同影响因素下沥青砂浆的动态模量及其主曲线研究

为了分析沥青种类、试验温度和加载频率对沥青砂浆动态模量的影响,以基质沥青、SBS改性沥青、高模量改性沥青砂浆试件为研究对象,进行单轴压缩动态模量试验,测定了沥青砂浆在不同沥青、不同温度、不同频率下的动态模量,建立了沥青砂浆的动态模量主曲线。结果表明:相同温度和加载频率下,3种沥青砂浆动态模量值由大到小的顺序为高模量改性沥青砂浆、SBS改性沥青砂浆、基质沥青砂浆;沥青砂浆动态模量随着试验温度的上升或者加载频率的降低具有相似的下降趋势。不同温度下动态模量值相差较大,加载频率25 Hz时,当温度由-10℃变至20℃,基质沥青砂浆、SBS沥青砂浆及高模量改性沥青砂浆动态模量值分别减小了86%、84%、80%;采用Sigmoidal主曲线模型拟合3种沥青砂浆动态模量数据的相关性较好,利用时温等效原理,可获得更宽温度域和频率域的动态模量值。

双桥静力触探与土的压缩模量关系研究

通过对双桥静力触探锥头阻力、侧摩阻力与室内压缩模量关系的回归分析,对江苏省不同地貌单位不同地质成因的百余个项目的黏性土压缩模量与双桥静力触探锥头阻力、侧摩阻力的指标进行了统计,并与单一指标进行了对比,利用线性回归进行了分析,结果表明:黏性土的压缩模量与双桥静力触探锥头阻力显著相关,与双桥静力触探锥头阻力、侧摩阻力两个指标高度相关,存在较好的线性关系,采用双桥静力触探探头锥头阻力、侧摩阻力两个指标拟合黏性土压缩模量的公式比较符合实际,为实际工程中利用原位测试手段取得土的压缩模量提供借鉴。

考虑颗粒破碎的固化泥粒-砂土混合填料压缩特性研究

固化泥粒与砂土的混合填料为废弃工程泥浆的资源化处置提供了理想解决方案,而填方工程的压缩特性与混合填料的强度特性及颗粒破碎特征密切相关。该文通过开展不同颗粒级配的混合填料大尺寸压缩试验,建立考虑颗粒破碎的固化泥粒‒砂土混合填料的侧限压缩试验离散元(DEM)模型,探究了压实过程中混合填料压缩模量变化和固化土颗粒破碎量,重点分析了固化泥粒掺入比与初始孔隙比等因素对混合填料的压缩特性和应力‒应变关系的影响规律,并论证了混合填料用于填方工程的可行性。结果显示:密实条件下固化泥粒‒砂土混合填料的压缩性与泥粒掺入比呈正相关,而与泥粒强度呈负相关,并且一定固化泥粒的掺入可有效降低松砂在低应力水平下的压缩性,而高应力水平下受泥粒破碎的影响导致混合填料压缩性稍有提升;混合填料在压缩过程中,其颗粒破碎度随泥粒掺入比和砂土初始孔隙比的增加而提高,且在压缩终态破碎率均趋近于80%。

大坝填筑料力学特性压缩试验

大坝堆石料的压缩特性关系到坝体变形,大坝不均匀变形又严重影响大坝的运行安全。文章以某大坝上下游填筑料为研究对象,通过现场大型压缩试验,分析了填筑料的压缩特性。对比了软岩含量为10%、20%、30%填筑料的压缩模量变化规律,同时对比了不同含水状态的填筑料。研究表明,压缩模量随着压力的增大首先呈线性增大,随后加速增大,最终趋于稳定;孔隙比随着压力的增大首先呈线性减小,随后加速下降,最终两种状态下孔隙比逐渐接近;软岩含量相同时,天然状态下压缩模量峰值高于饱和状态下。当含水量相同时,压缩模量峰值随着软岩含量而减小,并且天然状态下压缩模量减小幅度更大。本大坝工程填筑料对的压缩模量建议值:天然和饱和状态的分别为120~150MPa和80~120MPa。

湿陷性黄土压缩特性试验分析

为评定湿陷性黄土的湿陷性,确定地基沉降量,评定地基稳定性,采用室内压缩试验对湿陷性黄土的压缩特性进行检测,通过对不同初始含水量的试样进行侧限压缩试验,获得可靠的试验数据。室内压缩试验结果表明,随含水量和垂直压力的增加,压缩变形量增加;随初始含水量增加,压缩系数增加,压缩模量下降;在最佳含水量下,路基压缩性最小,可为湿陷性黄土分布地区地基结构设计与加固处治方法的选择提供参考依据。

大断面黄土隧道围岩弹性抗力系数、变形模量与压缩模量试验研究

对于高速铁路大断面黄土隧道严格的设计计算而言,黄土隧道围岩的弹性抗力系数、变形模量和压缩模量十分重要。以郑西客运专线大断面黄土隧道工程为依托,利用现场平板载荷试验研究大断面黄土隧道围岩水平方向和拱底竖直方向的弹性抗力系数、变形和压缩模量,并提出与隧道埋深有关的弹性抗力系数、变形和压缩模量的参考计算公式。

考虑压缩模量深度效应的深厚软土桩基沉降计算

对于深厚软土桥梁桩基础的沉降计算,土层的压缩模量是一个极为重要的参数。针对京沪高速铁路桥梁桩基沉降,以DK152工点处的土工试验数据和现场测试成果为基础,通过拟合分析得到与土层深度有关的天然状态下压缩模量计算公式。在该基础上,进一步运用神经网络建立土层压缩模量与桩基沉降之间的映射关系,对不同土层在不同深度的压缩模量进行反演分析,相关反演结果与经验公式计算值基本一致,得到的桩基沉降量与现场监测位移吻合良好,说明文中提出的压缩模量计算公式的准确性和实用性,相关模型概化和反演计算方法也是合理的,对深厚软土地基下高速铁路桥梁深长桩基的沉降计算有一定的参考价值。

外荷载作用下软土压缩模量的动态演化规律研究

在软土地基的压缩性评价和变形计算中,压缩模量是一个重要的土性参数,目前一般是通过室内侧限压缩试验曲线得到,通常是一个常数。实际上,压缩模量在地基固结过程中会随着土体固结度的增加而逐渐增大,因此,探讨外荷载作用下软土压缩模量的变化规律显得十分必要。以珠江三角洲地区某高速公路代表性软土地基为研究对象,采集天然状态和超载预压后两种状态的淤泥质土样,分别开展不同压力条件下的室内固结试验,通过分析比较两种状态土样的试验数据,得出了两种状态下淤泥质土压缩模量随压力变化的定量关系和压缩模量随压力及时间演化的规律。在此基础上,结合天然状态和超载预压后的淤泥质土样在室内再压缩前后的微观结构图像,分析了两种状态下淤泥质土压缩模量随压力和时间演化的机理。从而为软土变形计算的参数合理取值提供了有用的参考,且对软基堆载预压过程中控制加荷速率和分级荷载的大小具有重要的现实意义。

松散岩块侧限压缩模量的试验研究

通过对松散岩块进一步的压实试验研究,得出了松散岩块的侧限压缩模量与孔隙率及岩块抗压强度之间的关系。研究结果表明,松散岩块的侧限压缩模量与孔隙率之间既可用指数关系也可用幂函数关系来描述,二者都具有很高的相关系数。同时,岩块强度与压缩模量之间呈线性关系,回归所生成的直线方程斜率和截距均与孔隙率有很强的相关性。最后得出压缩模量与岩块强度、孔隙率之间的统一关系式。

应用孔压静力触探(CPTU)确定软土压缩模量的试验研究

回顾了采用孔压静力触探(CPTU)测试参数确定压缩模量(Es)的现有方法,并在江苏选择3个高速公路软土场地进行了CPTU试验,以高质量原状土样固结试验得到的Es值作为参考值评估了各经验方法的预测有效性,进而提出了新的江苏典型软土锥尖阻力–压缩模量Es相关关系;同时采用不同CPTU测试参数计算的Es值预测了某条高速公路软基的沉降量,并和现场沉降观测值进行了比较,结果表明:基于净锥尖阻力qn的Senneset(1989)方法能够很好的预测Es值;同样,基于CPTU测试参数预测的高速公路软基沉降量也接近于现场实测沉降,验证了应用CPTU确定软土Es值进而预测软基沉降的可靠性。