巖石流變的本構(gòu)模型及其智能辨識研究.pdf

1、中南大學(xué)博士學(xué)位論文巖石流變的本構(gòu)模型及其智能辨識研究姓名：陳沅江申請學(xué)位級別：博士專業(yè)：巖土工程指導(dǎo)教師：潘長良曹平2003.1.1并用有關(guān)室內(nèi)試驗(yàn)和工程應(yīng)用實(shí)例對其進(jìn)行了驗(yàn)證。所得結(jié)果表明，該本構(gòu)方程由于具有不可逆熱力學(xué)的根基，并且避開了經(jīng)典粘彈塑性力學(xué)所作的“屈服面”人為假設(shè)，故其可用來有效描述耗散型地質(zhì)材料特別是軟巖、土等的復(fù)雜的非線性流變特性。巖石流變組合模型的本構(gòu)方程通式—n階線性常微分方程，是一種典型的SISO線性定常系統(tǒng)

2、。從這一基本認(rèn)識出發(fā)，利用系統(tǒng)辨識的相關(guān)原理，研究了各種不同階次組合模型的可觀測性、可控性以及可辨識性，并實(shí)現(xiàn)了本構(gòu)方程各種表達(dá)形式(輸入輸出形式、差分方程形式、連續(xù)型狀態(tài)方程形式及離散型狀態(tài)方程形式)之間的相互轉(zhuǎn)換。在此基礎(chǔ)上，首次探討了利用連續(xù)型Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(HNN)的優(yōu)化計(jì)算原理用于上述巖石流變本構(gòu)模型通式辨識的可能性及相關(guān)算法，并在matlab軟件包中開發(fā)了相應(yīng)的計(jì)算程序。有關(guān)的考題驗(yàn)證及工程實(shí)際應(yīng)用表明，該算法是成

3、功可信的，能有效用于加變形破壞實(shí)際中?？?、位移輸出可測的可近似描述為線性時(shí)不變系統(tǒng)的大量巖土工程流變首次提出了將有限元計(jì)算(FEM)、均勻設(shè)計(jì)(uD)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)三者有機(jī)結(jié)合對巖石流變的非線性本構(gòu)模型進(jìn)行辨識的方法。為了該方法的順利實(shí)現(xiàn)，首先編制了用于辨識目的的巖石非線性流變有限元分析程序；然后，為了利用該有限元程序獲得基于先驗(yàn)知識的具有全局代表性的ANN本構(gòu)訓(xùn)練數(shù)據(jù)，研究了UD方法在待辨識本構(gòu)參數(shù)向量設(shè)計(jì)中的有效性。由于該方法

4、充分考慮了各因素試驗(yàn)點(diǎn)在試驗(yàn)范圍內(nèi)的“均勻分散”性，從而能用較少的試驗(yàn)點(diǎn)獲得盡可能最多的信息。這對于巖土本構(gòu)模型辨識這種涉及本構(gòu)參數(shù)較多、且各參數(shù)取值范圍較大的多因素多水平情況尤為適用。其次，設(shè)計(jì)了利用實(shí)際監(jiān)測位移數(shù)據(jù)辨識圍巖流變本構(gòu)模型參數(shù)的ANN模型，且基于maflab軟件平臺研制了辨識用的相關(guān)程序，并用有關(guān)考題驗(yàn)證了UDFEMANN本構(gòu)模型辨識方法的成功可行性。最后，研究了UD。FEMANN方法在某單位實(shí)際地下工程軟弱圍巖流變本構(gòu)