基于优化WOA-BP策略的土体冻胀率因素敏感性定量分析

土体冻胀是寒区工程建设面临的重要挑战之一,对其进行准确预测和敏感性分析,对于保障工程安全与稳定、预防结构变形与破坏至关重要。针对东北某矿区三种土样,在不同冷端温度、含水率和干密度条件下,实施了单向冻结且不补水的冻胀实验。基于实验数据,分析了影响冻胀率的关键因素,构建了以干密度、含水率、冷端温度、比重及结冰温度为输入变量的WOA-BP预测模型,引入Chebyshev混沌映射与自适应权重调整策略,优化得到Chebyshev混沌映射自适应权重的WOA-BP神经网络。经验证,该模型预测误差小,可以较好地预测土体的冻胀率。结合Garson算法、扰动法及蒙特卡洛模拟等三种方法,对土体冻胀率的影响因素进行了敏感性分析,所得结果一致。该矿区土样的冻胀率对干密度、比重、含水率、冷端温度、结冰温度变化的敏感程度依次降低。

宁夏衬砌渠道渠基冻胀率水热响应试验研究

衬砌渠道周围的水分与温度场分布存在明显差异,此范围内渠基土在水热两场耦合作用下冻胀有明显不同。基于这种差异,开展渠基土在不同水分、温度条件下冻胀率试验研究。结果表明:在不同温度条件下,土体冻胀率随温度的变化过程可分为2个阶段,当温度从0℃降至-5℃左右时,在此阶段产生的冻胀率约占整个冻胀过程的50%~80%,冻胀率与温度线性关系明显。随着温度继续降低,2者非线性关系明显。在无补水情况下,相同温度条件下的土体,初始含水率越大,所产生的冻胀率越大;初始含水率25%和35%的土体产生的冻胀率均为初始含水率15%土体的1倍到2倍以上。当土体在冻胀过程中有水分补充时,其冻胀率与水分变化线性关系明显,初始含水率越大的土体产生的冻胀率增量越大,初始含水率25%、35%的土体冻胀率增量均为15%土体的2倍以上。提出的水热耦合条件与渠基土冻胀率的多元非线性关系与试验数据吻合较好。建立数值模拟模型,对衬砌渠道不同位置处冻胀作用分布与变形进行计算与分析,结果表明:温度越低、水分越大,衬砌渠道所受到的切向冻胀力与法向冻胀力越大。水热变化差异越大时,土体冻胀导致的衬砌渠道冻胀变形越显著。

放顶煤开采顶煤变形的膨(碎)胀率分区

针对目前顶煤变形分区的研究现状,提出了膨(碎)胀率分区的概念和相应的计算方法,以现场实测资料为依据对顶煤的变形演化进程进行了量化分区,从理论上验证了不同厚度、硬度煤层放顶煤工作面顶煤的变形特点,为进一步量化煤体的可放程度提供了一种新方法。

寒区隧道岩体冻胀率的取值方法和冻胀敏感性分级

通过分析岩石冻胀试验数据,修正岩石冻胀率的计算公式;分析裂隙冻结时可能出现的冻胀情况并给出相应的线冻胀率值;将岩体裂隙分布形态简化为"层状",推导岩体冻胀率的计算公式。计算开放条件下不同岩性不同级别岩体的冻胀率范围。开放条件下,岩体冻胀率的特点有:非冻胀敏感性岩石构成的岩体的冻胀主要来自于孔隙、裂隙中的原位水冻胀,孔隙/裂隙率越大,冻胀率越大;冻胀敏感性岩石构成的岩体的冻胀主要受水热迁移作用的影响,水热迁移作用越强烈,冻胀率越大;随着围岩级别增大,裂隙发育,岩体的冻胀率随之增大,冻胀敏感性岩石构成的岩体的冻胀率增长幅度大于非冻胀敏感性岩石构成的岩体。考虑岩石及裂隙填充物的冻胀敏感性、围岩级别、岩石的孔隙率以及地下水补给条件的影响,对岩体冻胀性进行分级,并评估依托工程围岩的冻胀性,根据围岩的冻胀性选择合理的支护参数将节约工程成本。

青藏粉土单向冻结冻胀率变化特性研究

开展了饱和青藏粉土在开放系统不同温度梯度条件下的单向冻结试验,对冻结过程中冻结深度和冻胀速率的发展变化过程进行了研究.结果表明:不同顶板温度下,土样均在25 h左右达到冻结稳定状态,之后冻结深度基本不再发生变化.土样冻结过程中,冻胀速率表现为快速减小、较小值保持稳定、快速增大、较大值保持稳定四个阶段.基于以上试验结果,对土样冻结过程中冻胀率的变化过程进行了研究,发现冻胀率随冻结深度的增加先减小后增加,冻胀率从减小变为增大的时刻就是冻结深度趋于稳定的时刻,而冻胀率快速增大的时刻为冻胀速率进入较大值保持阶段的时刻.冻胀率变化的内在机理为土样冻结过程中由冰透镜体分凝所导致的未冻区固结和已冻区冻胀共同作用的结果.

热采井预应力隔热管柱最佳胀率设计

根据预应力隔热管在制造、下入和注蒸汽等工况下的受力变形特点,建立了基于最佳胀率原理的隔热管内、外管设计计算力学模型,推导出相应工况下隔热管在井口和井底封隔器位置处的最大胀率、最小胀率和比例胀率的计算公式。利用VisualBasic语言编制了相应的计算软件,对胜利油田多口热采井预应力隔热管进行了计算分析,得到了不同下入深度和注汽温度时隔热管最佳胀率设计值。结果表明,最佳胀率设计方法可以满足注蒸汽条件下隔热管强度设计要求;在下入工况下,井口隔热管内外管胀率随下入深度增加而线性减少;在注汽工况下,隔热管的胀率要比下入工况下的增加显著;建议在隔热管胀率设计时要以注汽时隔热管受力为基准,采用比例胀率方法进行设计。

冻融循环下含砂粉土冻胀率和融沉系数的试验研究

以青藏高原东部共(和)—玉(树)高速公路玛多段地基的含砂粉土为研究对象,对含砂粉土在多因素(含水率、压实度、荷载)作用下的冻胀率及融沉系数的变化特征展开研究。在封闭系统条件下开展了三向冻融试验,总结了土样冻胀率及融沉系数的变化规律;结合麦夸特法及全局优化法进行了优化计算,建立了预测稳定冻胀率和稳定融沉系数的计算模型。研究结果表明:冻胀率和融沉系数随荷载的增加、压实度的降低、含水量的增加而增加,随冻融次数的增加先增大后减小最后趋于稳定;建立的稳定冻胀率和稳定融沉系数预测模型有较好的拟合效果,因此可用此模型对含砂粉土的稳定冻胀率和稳定融沉系数开展预报。

基于季节冻土微观结构特征的神经网络冻胀率仿真预测

为了寻求基于宏观-微观物理参数间接得到季节冻土冻胀率的途径,根据现有技术手段容易测试到土的性质参数,利用BP神经网络法对季节冻土冻胀率进行预测.选取微观孔隙参数及结构单元体参数各4个、外部条件参数3个共11个参数,建立季节冻土冻胀率神经网络预测模型.结果表明:在33个检验样本中,误差最大为0.19,最小为0.00,有4个样本的误差在0.1～0.19之间,其他样本误差都在0.05以下,占总样本数的88%,说明模型能反映冻胀变化的基本趋势.因此,文中建立的基于11个宏观微观物理参数的BP神经网络冻胀率预测模型是可行的.

封闭系统中饱和冻结粘土冻胀率的解析解

冻土冻胀变形是由于土样中的水变成冰,使得土样的孔隙受到法向冻胀力的作用,导致孔隙扩展,土体的冻胀率由孔隙的扩展长度和水变成冰的膨胀率决定。封闭系统中饱和冻结粘土冻胀过程中,孔隙受到冻胀力的作用使得孔隙长轴扩展、短轴膨胀,长轴尖端屈服,致使孔隙的面积增大。通过分析孔隙受到冻胀力的作用而扩展,借助小屈服假设求得冻胀量的解析解。对青藏高原北麓河白青粘土的实验表明,所求得的解析解与实验结果较好地吻合。

基于SSA–BP方法土冻胀率影响因素敏感性分析

土体冻胀率影响因素敏感性分析是人工冻土重要研究内容之一,对工程建设具有重要意义。人工冻土冻胀率影响因素众多,且各影响因素彼此耦合。选用甘肃地区砂壤土、黏土、壤土的实验数据,采用麻雀搜索算法优化反向传播算法(back propagation, BP)神经网络建立预测模型,在此基础上提出一种冻胀率影响因素敏感性计算方法。结果表明优化预测模型的预测精度远高于传统BP神经网络预测模型,且冻胀率各影响因素在砂壤土、黏土、壤土中最敏感的分别为冻结速率、初始干容重、初始含水率,为防范工程冻胀危害提供了重要参考。

白砂岩土的冻胀率试验研究

通过白砂岩土的冻胀率试验,分析了土体冻胀率与含水率、饱和度、以及干密度之间的变化规律,供讨论和参考。

基于小样本人工冻土冻胀率智能预测方法

土体在低温下的冻胀将会对工程设施建设和运营等方面造成不利的影响,由于土体冻胀率受制于众多因素,因此土的冻胀率计算一直是研究的热点、难点。为了解决冻胀率计算难、繁等问题,以69组已知冻胀率样本为研究对象,采用支持向量机回归模型计算方法,随机选取59组样本对建立的径向基核函数和多项式核函数两种预测模型进行训练,再利用训练后的两种预测模型对10组样本进行预测。通过试验值和两种模型训练值、预测值进行对比,结果表明径向基核函数预测模型的预测效果更好。建立的冻胀率预测模型将支持向量机回归模型在人工冻土方面应用进行了拓展,为冻胀率预测提供了一种新的智能方法。

回归正交设计法建立盐胀率拟合方程的优缺点分析

回归正交设计法是研究盐胀率预报模型的常用方法之一,而回归正交设计法的适用性以及回归方程的优缺点分析却少有涉及。以现有试验数据为基础,进一步做回归方程的方差分析和SPSS逐步回归分析,具体研究回归方程显著性低、显著性系数可靠度低、计算值与实测值误差大、回归系数波动性大等缺点以及减少试验量、计算简单、影响因素直观、体现交互作用等优点,得出二次回归方程可作为盐胀率预报模型的粗略估计。更准确的预报及规律研究,需要建立更加准确的计算公式。

硫酸盐渍土盐胀率影响因素交互作用分析

基于硫酸盐渍土正交试验结果,得出了硫酸盐渍土的水、热、盐、力盐胀率计算公式,对盐胀率各影响因素间的交互作用规律进行了分析,为进一步治理盐胀病害提供一定的理论基础。

冻融循环下路基土冻胀率与塑性指数相关性研究

取季节性冻土区3种不同塑性指数路基土,通过对室内制备的试样在经历0～8次完整冻融循环过程后,统计试件体积冻胀率及高度冻胀率,得出如下结论:冻胀率随冻融循环次数增加而增大,相同冻融循环次数条件下,冻胀率随塑性指数增加而增大.对试验数据进行多元非线性拟合,建立不同塑性路基土冻胀率与塑性指数及冻融循环次数关系,拟合效果理想,可为缺乏冻胀率资料的季冻区路基设计及施工提供参考.

不同系统单向冻结条件下土体冻胀率与冻结速率分析

冻胀率与冻结速率是描述土体冻胀特性的重要参数,为掌握土体在不同系统单向冻结条件下的冻胀率与冻结速率特点,在相同外界降温速率下开展了不同初始含水率土体在封闭系统与开放系统室内单向冻结试验,观测土体位移及温度垂向变化过程,分析土体冻胀率、冻结锋面迁移规律及冻结速率特点。结果表明,土体在开放系统下冻胀率随时间分布规律受土体初始含水率影响比封闭系统明显;开放系统下冻胀率形成的起始时间比在封闭系统下滞后至少4 h,并随着冻结时间的增长,冻胀率的增长差异愈加不同。两系统下冻结速率与冻结深度呈负相关,显著性分析P值为2.09×10^(-5),不同系统对土体冻结速率影响显著;同一系统下,土体的初始含水率对冻结速率亦有显著影响。

青藏铁路多年冻土区典型土样冻胀率特性研究

青藏铁路穿越高原多年冻土区546 km,沿线分布着各种地形地貌单元,包括盆地、高山区、高平原、谷地等,各处的地层岩性和冻土赋存环境各不相同.通过对青藏高原多年冻土区典型土样的冻胀率试验,分析了高原多年冻土的冻胀率与含泥量、含水率、干密度之间的规律.结果表明:高原冻土具有较大的冻胀率,其冻胀率随含泥量的增加而增加,随含水率的增大而增大,随干密度增大而减小.

基于灰色关联度的青藏高原黏性土冻胀率影响因素敏感性分析

敏感性分析是土体冻胀率研究的一个重要方面。本文基于灰色关联分析理论,以青藏高原地区的黏性土为实例,采用灰色关联度分析土粒比表面积、含水量、密度、温度、含盐量、荷载6个不相关因素对黏性土冻胀率的敏感性。研究结果表明:对青藏高原地区黏性土冻胀率敏感性影响大小的因子依次为含水量、土粒比表面积、温度、荷载、密度和含盐量,即土体冻胀率受土体自身特性的影响最大,为工程建设的防冻胀和冻胀病害治理提供了重要参考;灰色关联度法可较准确直观地表示各因素影响土体冻胀率的敏感程度,能够把分析结果定量化,是一种既简单又实用的分析方法。

寒区路基土冻胀特性试验及冻胀率预测模型分析

为研究寒区路基土的冻胀特性,结合阜新至盘锦高速公路工程实际,基于线性冻胀率的计算原理,考虑温度、含水率及压实度3方面因素对寒区路基土的冻胀特性进行了分析,提出了寒区路基土线性冻胀率预测模型.回归分析结果表明:不同冻结温度和含水率综合作用下路基土线性冻胀率预测模型的相关性系数均在0.90以上,拟合效果良好.

室内冻胀率试验装置及试验方法改进研究

冻胀量试验是对土体进行冻胀敏感性评价提供依据。在《土工试验方法标准》的基础上,对室内冻胀量验装置和试验方法进行了研究。主要针对单向冻结方式、补水方式、降温速度以及冻结深度确定进行了改进和完善。并对改进后的试验方案及工程应用效果进行了初步的探讨。