裂隙巖體滲流場與應(yīng)力場動態(tài)全耦合參數(shù)反演

1、第27卷第8期巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)V ol.27 No.8 2008年8月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Aug.,2008 裂隙巖體滲流場與應(yīng)力場動態(tài)全耦合參數(shù)反演王 媛1,2,劉 杰3(1. 河海大學(xué)巖土力學(xué)與堤壩工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇南京 210098;2. 河海大學(xué)巖土工程研究所,江蘇南京 210098;3. 廣州市建設(shè)委員會,廣東廣州 510032摘要:考慮到裂隙巖體滲流和力學(xué)行為的發(fā)生與發(fā)展往往是一個動態(tài)過程,同時現(xiàn)場觀測資料也是一個動態(tài)的時間序列,為能及時利用現(xiàn)場量測的新增信息使參數(shù)反演更為合理,基于求解非恒定

2、滲流場與彈性位移場動態(tài)全耦合正分析理論與方法,應(yīng)用建立的混合遺傳算法作為優(yōu)化算法,同時利用水頭、位移等多類型動態(tài)觀測資料,建立了裂隙巖體滲流場與應(yīng)力場動態(tài)全耦合的參數(shù)反演思路。為避免在耦合反問題中由于利用多類型量測資料所帶來的量綱問題,采用了各時刻水頭、位移的相對值來構(gòu)造量綱一的目標(biāo)函數(shù)。待反演參數(shù)同時考慮了力學(xué)參數(shù)與滲流參數(shù)兩種類型,包括巖塊的彈性模量、各組裂隙的切向與法向剛度系數(shù)、各組裂隙的初始等效滲透系數(shù)等。最后以一簡單裂隙岸坡為算例,針對庫水位快速上漲情況,以各時刻的動態(tài)全耦合正分析結(jié)果作為“假想”的實(shí)測數(shù)據(jù),進(jìn)行動態(tài)全耦合參數(shù)反演。反演結(jié)果表明,利用不斷新增的實(shí)測資料可提高反演精度,

3、最終獲得的參數(shù)反演解與理論解吻合很好。關(guān)鍵詞:巖石力學(xué);裂隙巖體;參數(shù)反問題;混合遺傳算法;滲流與應(yīng)力耦合分析中圖分類號:TU 45;TD 32 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:10006915(200808165207INVERSE ANALYSIS OF FULLY COUPLED DYNAMIC WATER FLOW AND STRESS IN FRACTURED ROCK MASSESWANG Yuan1,2,LIU Jie3(1.Key Laboratory for Geomechanics and Embankment Engineering of Ministry of Educati

4、on,Hohai University,Nanjing,Jiangsu 210098,China;2. Institute of Geotechnical Engineering,Hohai University,Nanjing,Jiangsu210098,China;3. Construction Committee of Guangzhou City,Guangzhou,Guangdong510032,ChinaAbstract:Due to the dynamic process of water flow and deformation in fractured rock masses

5、 as well as time-dependent characteristics of in-situ monitoring data,a dynamic inverse method for fully coupled problem of water flow and stress is presented,in which a hybrid genetic algorithm is used for optimization;and two different types of monitoring data about water head and displacement are

6、 taken into account. In order to avoid the dimension problem caused by different types of monitoring data,related values of water head and displacement at each time step are used in building objective function. In the coupling inverse analysis,both mechanical and seepage parameters are regarded as u

7、nknown variables,such as elastic modulus of rock block,shear stiffness and normal stiffness of each fracture set,and initial equivalent permeability coefficient of each fracture set. Finally,the presented inverse method is applied to a simple example of fractured rock bank slope in case that water l

8、evel of reservoir rises quickly,while the forward calculated results at each time step are regarded as the assumed收稿日期:20071210;修回日期:20080622基金項(xiàng)目:國家自然科學(xué)基金雅礱江水電聯(lián)合研究基金項(xiàng)目(50579090,50639090;科技部“十一五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2006BAB04A06作者簡介:王媛(1969,女,博士,1989年畢業(yè)于河海大學(xué)水工專業(yè),現(xiàn)任教授、博士生導(dǎo)師,主要從事巖土工程滲流理論與測試、裂隙巖體應(yīng)力和滲流耦合等方面的教學(xué)與研究工作。

9、E-mail:wangyuan第27卷第8期王媛,等. 裂隙巖體滲流場與應(yīng)力場動態(tài)全耦合參數(shù)反演 1653 monitoring data. It is indicated that the accuracy of parameters identification can be improved if using the continuously increasing monitoring data in time;and the inverse results of parameters are in good agreement with theoretical solution.Key

10、 words:rock mechanics;fractured rock masses;parameter inverse problem;hybrid genetic algorithms; coupled analysis of water flow and stress1 引言巖體的滲流特性與裂隙的幾何參數(shù)特別是隙寬密切相關(guān),而裂隙的幾何參數(shù)又會隨巖體應(yīng)力場變化而發(fā)生顯著改變,因此裂隙巖體滲流場與應(yīng)力場之間存在著強(qiáng)烈的耦合作用,已成為人們的共識。國內(nèi)外學(xué)者18已進(jìn)行了大量的兩場耦合研究工作,然而如何確定滲流、應(yīng)力及其耦合的參數(shù)一直是該領(lǐng)域研究的難點(diǎn)和關(guān)鍵問題,為此筆者9曾提出全耦合參數(shù)靜

11、態(tài)反演的思路,基于水頭、位移等多類型觀測資料和全耦合正分析的方法,實(shí)現(xiàn)了滲流、應(yīng)力的參數(shù)靜態(tài)反演,如此不僅能夠提高傳統(tǒng)的參數(shù)反演方法的結(jié)果可信度,而且為確定這些不易直接測定的參數(shù)提供了一種有力的工具。但是在實(shí)際工程中,由于裂隙巖體滲流和力學(xué)行為的發(fā)生、發(fā)展往往是一個動態(tài)過程,它隨著工程的施工、環(huán)境的變化和時間的持續(xù)在不斷變化,而且有關(guān)巖體滲流和力學(xué)行為的觀測資料往往也是若干時間序列,因此如果不考慮巖體的這種動態(tài)行為,只通過某一時刻的觀測資料進(jìn)行反演分析即靜態(tài)反演,其反演結(jié)果在非恒定滲流場或者荷載與邊界條件變化的情況下將會失真,而且也不便應(yīng)用于巖體滲流和力學(xué)行為的動態(tài)預(yù)測。于是有必要開展基于動態(tài)

12、觀測資料的兩場耦合的動態(tài)反演方法研究,并建立裂隙巖體滲流和變形行為的動態(tài)預(yù)測模型。目前,有關(guān)滲流場和變形場單場動態(tài)反演的研究成果已有少量報(bào)道,而考慮兩場全耦合作用的動態(tài)反演研究成果尚未見報(bào)道。巖土工程參數(shù)反分析方法1014很多,鑒于工程實(shí)踐中裂隙巖體滲流場及其與應(yīng)力場動態(tài)全耦合正問題比較復(fù)雜,往往具有明顯的非線性特征,同時考慮到反演研究的工程實(shí)用性,本文仍采用新型混合遺傳數(shù)值優(yōu)化反演方法9開展裂隙巖體滲流場及其與應(yīng)力場動態(tài)全耦合的參數(shù)反演研究。2 裂隙巖體滲流場與應(yīng)力場動態(tài)全耦合方程筆者已建立了非恒定滲流場與應(yīng)力場彈性動態(tài)全耦合分析的基本控制方程及增量形式的有限元方程組15?；究刂品匠虨?2

13、1=+iikjlljkijklfpuud,=lkji,(1,2,3 (1atuzpkH k kijij=+,w=ji,(1,2,3 (1b式中:iiu,(i = 1,2,3為位移分量;p為滲流水壓力;ip,為滲流水壓力對坐標(biāo)x i的偏導(dǎo)數(shù);ijkld為裂隙巖體彈性矩陣元素,可根據(jù)應(yīng)變等效建立,與巖塊的彈性模量rE、泊松比r以及各組裂隙的法向剛度系數(shù)lnK、切向剛度系數(shù)lsK、平均間距l(xiāng) d和法向余弦lin有關(guān)16;if為體積力;w為水的重度;z為位置坐標(biāo);t為時間;eH為改進(jìn)初流量法處理自由面時以滲流水壓力表示的區(qū)域識別函數(shù)16;ijk為裂隙巖體的滲透張量元素,可根據(jù)流量等效建立,與各組裂隙的

14、等效滲透張量與法向余弦lin有關(guān),各組裂隙的等效滲透張量取決于隙寬l b、平均間距l(xiāng) d及流體的性質(zhì)如密度、黏滯系數(shù)等16?？紤]到隙寬受應(yīng)力的影響,可將ijk表征為各組裂隙初始等效滲透系數(shù)與應(yīng)力的函數(shù)。所建立的有限元支配方程為=FFpuKKKT(2 式中:pu,分別為未知節(jié)點(diǎn)位移和水壓力增量列陣;KK,K,F及F的含義詳見有關(guān)研究結(jié)果15,不再贅述。由于K與滲透張量有關(guān),是應(yīng)力張量的函數(shù),同時K中包含自由面邊界積分項(xiàng),而對于某一級荷 1654 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào) 2008年載下的每一個計(jì)算時步t 而言,自由面位置事先并不確定,因此K 也是隨自由面位置的變動而改變的,因此以上建立的動態(tài)耦合有限元

15、方程組是一個強(qiáng)烈的非線性方程組,在每一個計(jì)算時步t 內(nèi)都需要迭代求解。3 裂隙巖體滲流場與應(yīng)力場動態(tài)全耦合反演方法建立王 媛和劉 杰9已建立了裂隙巖體滲流場與應(yīng)力場靜態(tài)全耦合參數(shù)反演的思路,與靜態(tài)全耦合反演相比,動態(tài)全耦合參數(shù)反演的目標(biāo)泛函是與時間相關(guān)的,實(shí)測點(diǎn)數(shù)目隨時間也在不斷增加,因此隨著計(jì)算時間的增加,目標(biāo)泛函對優(yōu)化解的全局最優(yōu)性要求越來越高,此外,動態(tài)耦合正分析過程需要的計(jì)算量比靜態(tài)問題也大很多,因此動態(tài)耦合參數(shù)反演問題對優(yōu)化算法的要求更高。于是本文仍采用對多變量、大空間優(yōu)化問題適應(yīng)性強(qiáng)、計(jì)算效率高的新型混合遺傳算法9進(jìn)行動態(tài)耦合參數(shù)反演的嘗試性研究。基于最小二乘準(zhǔn)則,考慮到水頭和位移

16、量測信息是兩個時間序列,本文構(gòu)造如下動態(tài)全耦合參數(shù)反問題的目標(biāo)泛函為=+=Tt O N i it it it itt H H H E 112obs obs 20(X =t O N i it it it u u u 12obs obs(3 式中:it H 為第i 個水頭測點(diǎn)t 時刻的水頭計(jì)算值,obs it H 為相應(yīng)的實(shí)測值,t O N 為t 時刻水頭的測點(diǎn)數(shù),it 為相應(yīng)的權(quán)函數(shù),it u 為第i 個位移測點(diǎn)t 時刻的位移計(jì)算值,obsitu 為相應(yīng)的位移實(shí)測值。 式(3所示的目標(biāo)函數(shù)中同樣采用了水頭、位移的相對值,使目標(biāo)函數(shù)成為量綱一的數(shù)值函數(shù),從而可以避免在耦合反問題中利用多類型量測資料

17、所帶來的量綱問題。為了更有效地利用水頭實(shí)測點(diǎn),采用類似靜態(tài)的處理手段9,本文采用相應(yīng)時刻的實(shí)測點(diǎn)水頭對滲流參數(shù)的敏感性分析構(gòu)造權(quán)函數(shù)it ,可表示為 2 1( |/|max |/|max 1M j x H x H t O N i j it jj it jit =,L (4式中:M 為待反演的滲流參數(shù)個數(shù),j x 為待反演的滲流參數(shù)。至此,裂隙巖體滲流場與應(yīng)力場動態(tài)耦合參數(shù)反問題即轉(zhuǎn)化為式(3,(4構(gòu)成的多變量約束非線性優(yōu)化問題。動態(tài)全耦合反分析中待反演未知參數(shù)同時包括力學(xué)參數(shù)與滲流參數(shù)。力學(xué)參數(shù)的選取與靜態(tài)反演類似,仍采用巖塊的彈性模量及各組裂隙的切向、法向剛度系數(shù)。滲流參數(shù)雖然仍采用裂隙組的

18、初始等效滲透系數(shù)而不是宏觀的等效滲透張量,但與靜態(tài)反演不同的是,由于動態(tài)耦合分析中水頭及位移的分布與各裂隙組等效滲透系數(shù)的絕對值有關(guān),因此在動態(tài)全耦合反演中,需要以各裂隙組初始滲透系數(shù)的絕對值作為目標(biāo)未知滲流參數(shù),而在靜態(tài)反演中則采用的是相對值?；谏鲜鼋⒌哪繕?biāo)函數(shù)表達(dá)式、待反演參數(shù)的類型及新型混合遺傳的優(yōu)化算法,考慮到裂隙巖體滲流場與應(yīng)力場的動態(tài)變化特化特性,可建立如下的動態(tài)全耦合反演方法的思路:(1 針對具體的工程,首先依據(jù)相關(guān)方法進(jìn)行參數(shù)敏感性分析9,確定力學(xué)目標(biāo)未知參數(shù)。(2 根據(jù)試驗(yàn)成果或者工程經(jīng)驗(yàn),限定所有目標(biāo)未知參數(shù)的變化范圍,包括滲流和力學(xué)所有待反演的參數(shù)。(3 應(yīng)用新型混合

19、遺傳優(yōu)化算法,結(jié)合動態(tài)正分析計(jì)算,根據(jù)已量測各時刻的水頭及位移信息,反演獲得待反演的滲流、力學(xué)參數(shù)。(4 以上一次反演得到的參數(shù)作為輸入?yún)?shù)作動態(tài)耦合正分析計(jì)算,預(yù)測下一量測時刻的滲流及變形。(5 將下一量測時刻現(xiàn)場實(shí)測水頭、位移實(shí)測值作為新增的量測信息,轉(zhuǎn)入步驟(2重新做動態(tài)反演計(jì)算;對上一次的反演參數(shù)進(jìn)行調(diào)整,并依此作為輸入?yún)?shù),預(yù)測下一量測時刻的滲流及變形行為;如此反復(fù)進(jìn)行。鑒于裂隙巖體滲流場與應(yīng)力場動態(tài)全耦合反分析問題的復(fù)雜性,在本文初步的研究中認(rèn)為動態(tài)的變形過程是由外部荷載的變化引起的,暫不考慮巖體變形特性的時效性。4 滲流場與應(yīng)力場動態(tài)全耦合參數(shù)反 演分析算例結(jié)合筆者曾研制的裂隙巖

20、體滲流場與應(yīng)力場動態(tài)全耦合的三維有限元正分析程序DCou 15,依據(jù)上述所建立全耦合動態(tài)反演分析思路,編制了三維第27卷第8期王媛,等. 裂隙巖體滲流場與應(yīng)力場動態(tài)全耦合參數(shù)反演 1655 動態(tài)耦合反分析程序DCouHGA。為驗(yàn)證本文所建立理論與研制程序的正確性,采用王媛和劉杰15的裂隙巖坡算例,進(jìn)行滲流場與應(yīng)力場的三維動態(tài)全耦合參數(shù)反演分析。裂隙巖坡中發(fā)育兩組裂隙,采用等效連續(xù)介質(zhì)模型模擬,巖坡幾何尺寸及裂隙發(fā)育的幾何參數(shù)同王媛和劉杰15的研究。根據(jù)靜態(tài)力學(xué)敏感性分析結(jié)果,將水壓力測點(diǎn)與位移測點(diǎn)按圖1所示位置布置(節(jié)點(diǎn)563,565,579,581,603及605為位移測點(diǎn),其余節(jié)點(diǎn)為水壓力

21、測點(diǎn),而且圖1中測點(diǎn)號表示對應(yīng)的有限元節(jié)點(diǎn)號。本文首先取用與王媛和劉杰15相同的材料計(jì)算參數(shù),并針對其第1種工況庫水位快速上漲(庫水位以12 m/d速度上升、3 d時間可達(dá)到最高水位36 m情況,進(jìn)行動態(tài)耦合有限元正分析,再利用計(jì)算出的各級荷載結(jié)束時的各測點(diǎn)位移及水壓力值,作為假想“實(shí)測值”進(jìn)行反演分析。表16分別給出了動態(tài)耦合有限元分析中各級荷載對應(yīng)的測點(diǎn)位移及水壓力假想“實(shí)測”值。其中,表2中存有負(fù)壓,本文不以負(fù)壓作為反演依據(jù),因此這類測點(diǎn)屬于“無效”測點(diǎn)。需要說明的是,與靜態(tài)反演不同,動態(tài)反演中測點(diǎn)數(shù)目隨加載過程不斷增加,即本級荷載完成時,反演采用的實(shí)測值同時包括前面各級荷載的測點(diǎn)實(shí)測值

22、,本級荷載施加后獲得的實(shí)測值僅是“新增”的實(shí)測值。 圖1 裂隙岸坡斷面( y = 3 m及測點(diǎn)布置示意圖Fig.1 Cross-section of fractured rock slope( y = 3 m and location of measuring points表1 上游水位12 m時對應(yīng)的動態(tài)耦合反演位移“實(shí)測”值Table 1 Assumed monitoring data of displacements when water level of upstream reaches 12 m mm 節(jié)點(diǎn)編號水平位移豎向位移21 6.37-1.57463 6.81-1.554657

23、.28-1.53461 6.37-0.13543 6.81-0.155457.30-0.17表2 上游水位12 m時對應(yīng)的動態(tài)耦合反演水壓力“實(shí)測”值Table 2 Assumed monitoring data of water pressures when water level of upstream reaches 12 m 104 Pa節(jié)點(diǎn)編號水壓力節(jié)點(diǎn)編號水壓力565*563 5.83581*579 5.74605*603 4.49注:斷面位于y = 3.0 m處;“*”表示測點(diǎn)存在負(fù)壓。表3 上游水位24 m時新增動態(tài)耦合反演位移“實(shí)測”值Table 3 Assumed moni

24、toring data of displacements when water level of upstream reaches 24 m mm節(jié)點(diǎn)編號水平位移豎向位移219.05-4.394639.43-4.3546510.49-4.324619.05-0.675439.43-0.6254510.79-0.67表4 上游水位24 m時新增動態(tài)耦合反演水壓力“實(shí)測”值Table 4 Assumed monitoring data of water pressures when water level of upstream reaches 24 m 104 Pa節(jié)點(diǎn)編號水壓力節(jié)點(diǎn)編號水壓力5

25、6510.9656317.63581 6.4557913.10605 2.846038.61注:斷面位于y = 3.0 m處。表5 上游水位36 m時新增的動態(tài)耦合反演位移“實(shí)測”值Table 5 Assumed monitoring data of displacements when water level of upstream reaches 36 m mm節(jié)點(diǎn)編號水平位移豎向位移2116.31-11.6346316.56-10.6346516.85-10.5346116.21-1.1954316.45-1.2954516.74-1.33 1656 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào) 2008年表6

26、上游水位36 m 時新增的動態(tài)耦合反演水壓力“實(shí)測”值Table 6 Assumed monitoring data of water pressures whenwater level of upstream reaches 36 m 104Pa節(jié)點(diǎn)編號 水壓力節(jié)點(diǎn)編號水壓力 565 22.52 563 29.77 581 17.13 579 23.54 6058.4760314.28注:斷面位于y = 3.0 m 處。動態(tài)耦合參數(shù)反演的目標(biāo)未知參數(shù)向量取為=02f 01f 2s 2n 1s 1n r k k K K K K E ,X (5式中:i iK K s n ,(1=i ,2分別為裂

27、隙的法向和切向剛度系數(shù);0f i k (1=i ,2為初始等效滲透系數(shù)。動態(tài)全耦合參數(shù)反演分析中,以表7所示的參數(shù)取值范圍作為HGA 的優(yōu)化搜索范圍,取種群個體總數(shù)=ps N 30,交叉概率=c p 0.9,變異概率=m p 0.1,加速循環(huán)的最優(yōu)個體數(shù)目NA 取為ps N 的10%,需單純形局部搜索的個體數(shù)目NS 取為ps N 的10%。各級加載結(jié)束時對應(yīng)的參數(shù)反演結(jié)果及一些程序運(yùn)行效率指標(biāo)列于表810中。由表8可以看出,第一級荷載施加后(水位上升到12 m,利用獲得的有效實(shí)測資料反演效果并不理想,目標(biāo)函數(shù)雖然很小,但參數(shù)的反演解和理論解仍然相差很大,尤其是裂隙組的初始滲透系數(shù)誤差較大,分析

28、出現(xiàn)這一現(xiàn)象的主要原因是由于滲流實(shí)測資料信息不足,致使反演解不惟一,另外第一級荷載作用下岸坡的位移和水壓力很小,依據(jù)這樣的實(shí)測資料反演,反演計(jì)算本身的誤差也比較大,同樣會造成目標(biāo)函數(shù)很小,但反演解和理論解仍然相差較大。而由表9,10可以看到,隨著荷載的施加,利用新增的實(shí)測資料參加反演之后,獲得的參數(shù)反演解與理論解相當(dāng)吻合,這也表明在測點(diǎn)有限的情況下,采用動態(tài)反演方法,利用不斷增加的實(shí)測資料反演調(diào)整參數(shù)反演解是必要的,也是有效的。由表810提供的反演程序運(yùn)行時間來看,動態(tài)反演的計(jì)算量巨大,反演耗時明顯大于靜態(tài)情況。但隨著未來工程數(shù)值計(jì)算效率的提高,計(jì)算量的限制可望將逐漸消除。表7 裂隙岸坡動態(tài)耦

29、合目標(biāo)未知參數(shù)限值Table 7 Limit values of unknown parameters for dynamic inverse analysis類別r E /MPa1n K /(MPa ·m -11s K /(MPa ·m -12n K /(MPa ·m -12s K /(MPa ·m -1f1k /(m ·s -1f2k /(m ·s -1X 下限值 50 1 0.05 1 0.05 1×10-5 1×10-5X 上限值100 5 0.50 5 0.50 1×10-31×10-

30、3表8 上游水位12 m 時對應(yīng)的動耦合參數(shù)反演結(jié)果Table 8 Parameters by dynamic inverse analysis when upstream water level is 12 m類別r E /GPa 1n K /(GPa ·m -1 1s K /(GPa ·m -12n K /(GPa ·m -12s K /(GPa ·m -1f1k /(m ·s -1f2k /(m ·s -1目標(biāo)函數(shù)值X 理論解 67.000 2.000 0 0.100 0 3.000 0 0.150 0 1.000 0×

31、;10-4 6.000 0×10-5 X 反演解67.0681.974 70.099 43.028 00.150 41.253 0×10-45. 635 0×10-54.3×10-5相對誤差 1.0 13.3 6.2 9.3 2.4 253.0 60.8注:計(jì)算條件及效率:CPU :P4 2.1 GHz ;內(nèi)存資源:DDR 256 M ;反演程序用時約 9.0 h 。表9 上游水位24 m 時對應(yīng)的動耦合參數(shù)反演結(jié)果Table 9 Parameters by dynamic inverse analysis when upstream water lev

32、el is 24 m類別r E /GPa 1n K /(GPa ·m -1 1s K /(GPa ·m -12n K /(GPa ·m -12s K /(GPa ·m -1f1k /(m ·s -1f2k /(m ·s -1目標(biāo)函數(shù)值X 理論解 67.000 0 2.000 0 0.100 0 3.000 0 0.150 0 1.000 0×10-4 6.000 0×10-5 X 反演解67.073 02.002 50.100 32.987 40.149 51.002 7×10-45.998 6×

33、;10-51.1×10-4相對誤差 1.1 1.3 3.1 4.2 3.1 2.7 1.4注:計(jì)算條件及效率:CPU :P4 2.1 GHz ;內(nèi)存資源:DDR 256 M ;反演程序用時約 21.0 h 。第 27 卷 第8期 王 媛, 裂隙巖體滲流場與應(yīng)力場動態(tài)全耦合參數(shù)反演 等. 1657 表 10 Table 10 類別 上游水位 36 m 時對應(yīng)的動耦合參數(shù)反演結(jié)果 Parameters by dynamic inverse analysis when upstream water level is 36 m - Er /GPa 67.000 0 67.065 0 1.0

34、1 K n /(GPam 1 1 K s /(GPam 1 - 2 K n /(GPam 1 - K s2 /(GPam 1 0.150 0 0.150 2 1.0 - 0 kf1 /(ms 1 - 0 kf2 /(ms 1 - 目標(biāo)函數(shù)值 X 理論解 X 反演解 相對誤差 2.000 0 2.004 2 2.1 0.100 0 0.099 8 2.0 3.000 0 2.998 7 0.4 1.000 0×10 1.003 8×10 3.8 -4 6.000 0×10 6.000 1×10 0.1 -5 6.7×10 -4 -5 -4 注:計(jì)

35、算條件及效率:CPU:P4 2.1 GHz;內(nèi)存資源:DDR 256 M;反演程序用時約 33.0 h. 流固耦合數(shù)學(xué)模型J. 水利學(xué)報(bào),2005,36(4:405412.(LIU 5 結(jié) 論 Xiaoli,LIANG Bing,WANG Sijing,et al. Fluid-solid coupled mathematical model for water-air two-phase infiltration and deformation (1 本文針對裂隙巖體滲流場與應(yīng)力場兩場動 態(tài)全耦合反演問題進(jìn)行了嘗試性研究,建立了動態(tài) 全耦合的反演分析方法,算例的應(yīng)用結(jié)果表明,該 法是可行,有

36、效的. 3 of dual porous mediaJ. Journal of Hydraulic Engineering,2005, 36(4:405412.(in Chinese 孫 躍. 流形元與有限元變形和滲流的非同步耦合分析方法及其 應(yīng)用J. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2003,22(6:943950.(SUN Yue. Application research on non-simultaneous coupling calculation of deformation and seepage with manifold method and FEMJ. Chinese Journal

37、of Rock Mechanics and Engineering,2003,22(6:943 950.(in Chinese 4 張金才,王建學(xué). 巖體應(yīng)力與滲流的耦合及其工程應(yīng)用J. 巖石力 學(xué)與工程學(xué)報(bào), 2006, 25(10: 9811 989.(ZHANG Jincai, 1 WANG Jianxue. Coupled behavior of stress and permeability and its engineering applicationsJ. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2006,25(10:1

38、 9811 989.(in Chinese 5 陳衛(wèi)忠,楊建平,楊家?guī)X,等. 裂隙巖體應(yīng)力滲流耦合模型在壓 力隧洞工程中的應(yīng)用J. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2006,25(12: 2 3842 391.(CHEN Weizhong,YANG Jianping,YANG Jialing, et al. Hydromechanical coupled model of jointed rock mass and its application to pressure tunnelJ. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2006,25(1

39、2:2 3842 391.(in Chinese 6 殷黎明,楊春和,王貴賓,等. 地應(yīng)力對裂隙巖體滲流特性影響 的研究J. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào), 2005, 24(17: 0713 075.(YIN 3 Liming,YANG Chunhe,WANG Guibin,et al. Study on effect of (2 現(xiàn)場觀測資料往往是一個動態(tài)的時間序 列,在參數(shù)反演過程中及時利用現(xiàn)場量測的新增信 息進(jìn)行參數(shù)反演,可提高反演精度,動態(tài)反演在指 導(dǎo)工程施工反饋設(shè)計(jì),進(jìn)行工程安全預(yù)報(bào)等方面的 應(yīng)用價(jià)值不容忽視. (3 動態(tài)反演的計(jì)算量明顯大于靜態(tài)反演,可 望隨著工程數(shù)值計(jì)算效率的提高,計(jì)算量

40、的限制將 逐漸消除. (4 由于裂隙巖體滲流場與應(yīng)力場動態(tài)全耦合分 析的復(fù)雜性,動態(tài)全耦合參數(shù)反問題對優(yōu)化算法的 要求更高,本文雖采用多變量大空間優(yōu)化問題適應(yīng) 性強(qiáng),計(jì)算效率高的新型混合遺傳優(yōu)化算法,但仍 存在計(jì)算工作量大的缺點(diǎn),建議進(jìn)一步開展并行算 法在反演分析中的應(yīng)用,推動反演技術(shù)在實(shí)踐中的 應(yīng)用. 參考文獻(xiàn)(References: 1 吉小明,楊春和,白世偉. 巖體結(jié)構(gòu)與巖體水力耦合計(jì)算模型J. 巖土力學(xué),2006,27(5:763768.(JI Xiaoming,YANG Chunhe, BAI Shiwei. Structure and hydromechanical coupled

41、 calculation model for rock massJ. Rock and Soil Mechanics,2006,27(5: 763768.(in Chinese 7 geostress on permeability of fractured rock massJ. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2005, 24(17: 0713 075.(in 3 Chinese 陳衛(wèi)忠,邵建富,DUVEAU G,等. 黏土巖飽和非飽和滲流應(yīng) 力耦合模型及數(shù)值模擬研究J. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2005, 24(17:3

42、0113 016.(CHEN Weizhong,SHAO Jianfu,DUVEAU 2 劉曉麗,梁 冰,王思敬,等. 水氣二相滲流與雙重介質(zhì)變形的 1658 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào) 2008 年 G,et al. Constitutive model of saturated-unsaturated clay and its numerical simulationJ. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2005,24(17:3 0113 016.(in Chinese 8 何 翔,馮夏庭,張東曉. 巖體滲流應(yīng)力耦合有限元計(jì)算的精

43、 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在滲流反分析中的應(yīng)用J. 巖土力學(xué),2005,26(3: 404 408.(LIU Xianshan ,ZHOU Chuangbing,ZHANG Lijun. Application of neural network based on simulated annealing Gauss-Newton algorithm to seepage back analysisJ. Rock and Soil Mechanics,2005,26(3:404408.(in Chinese 13 劉先珊, 佘成學(xué), 張立君. RBFNN 模型在滲透參數(shù)反演中的應(yīng)用J. 巖土力學(xué),2003,24

44、(6:1 0251 028.(LIU Xianshan,SHE Chengxue,ZHANG Lijun. Application of RBFNN model to inversion of percolation parameterJ. Rock and Soil Mechanics,2003,24(6: 1 0251 028.(in Chinese 14 王 媛, 劉 杰. 重力壩壩基滲透參數(shù)進(jìn)化反演分析J. 巖土工程 細(xì)積分方法J. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào), 2006, 25(10: 0032 008. 2 (HE Xiang,FENG Xiating,ZHANG Dongxiao. Precise integration algorithm for FEM simulation of coupled process of seepage field and stress field in rock massJ. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2006,25(10:2 0032 008.(in C