人工冻土流变模型的识别与参数反演

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1、第23卷第11期岩石力学与工程学报23(11)：1895～18992004年6月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringJune，2004*人工冻土流变模型的识别与参数反演1，211李强王奎华谢康和12(浙江大学建工学院岩土工程研究所杭州310027)(安徽理工大学土木系淮南232001)摘要在大量冻土蠕变试验的基础上，用等时曲线近似方法确定了冻土的屈服极限，建立了多种粘弹性和粘弹塑性流变模型，采用非线性最小二乘法反演了冻土流变参数，并基于简单性和精确性原则，建立了冻土模糊优选模型。模糊评判结果表明，在较低应力下Burgers

2、模型是最优模型，在较高应力下村山朔郎模型为最优模型。关键词土力学，冻土，流变模型，蠕变，参数辨识，模糊优化分类号TD713.2文献标识码A文章编号1000-6915(2004)11-1895-05RECOGNITIONOFMODELSANDBACKANALYSISOFPARAMETERSFORARTIFICIALFROZENSOILS1，211LiQiang，WangKuihua，XieKanghe1(DepartmentofArchitecturalEngineering，ZhejiangUniversity，Hangzhou310027China)2(Departme

3、ntofCivilEngineering，AnhuiUniversityofScienceandTechnology，Huainan232001China)AbstractBasedonfrozensoilcreeptests，yieldstresslimitisapproximatelydeterminedbymeansofexperimentaltautochroneatfirst.Thenseveralvisco-elasticandvisco-elasto-plasticrheologicalmodelsareestablished.Themodelparamet

4、erarefeedbackbythenon-linearleastsquaremethod.Afuzzyoptimizationmodelisdevelopedundertheprincipleofsimplicityandaccuracy.Asaresult，theoptimalmodelisBurgersmodelunderthelowerstresslevelorH-H/N/Smodelunderthehigherstresslevel.Keywordssoilmechanics，frozensoil，rheologicalmodel，creep，parameter

5、recognition，fuzzyoptimization法、遗传蠕变法和流变模型法等。经验方程法从冻1前言土流变特性出发，由试验直接总结出冻土流变经验方程，其缺点是只反映了流变的外部表象，无法地层冻结法是矿山凿井中常用的表土施工方法，反映其内部机理，通用性差。优点是较直观，可直通过人工冻结形成的冻结井筒帷幕起到临时支护作用，保证地层顺利开挖。实际施工过程中，由于存在接使用，因而成为工程设计人员经常采用的方法时间效应，冻结壁应视为流变体来考虑，在控制变形之一。遗传蠕变法是具有遗传积分形式的本构模的前提下，也必须考虑冻土体的流变特性。这是进行型，内部包含一个积分核函数，通过

6、求解核函数建人工冻结壁设计，保证施工安全的重要参考依据。立相应的数学力学模型，其缺点是不够直观，物在工程设计中，通常是现场采样后在实验室内进理意义不够明确，且应用不方便，较少采用。流变行人工冻土蠕变试验，从而建立冻土的力学模型。模型法是采用一些基本元件来代表物体的内部特冻土力学模型的数学表达有多种形式，如经验方程性，通过元件的组合来构建力学模型，所得到的模2002年8月14日收到初稿，2002年10月21日收到修改稿。*安徽省教委优秀青年教师资助项目(2000jq125)。作者李强简介：男，1972年生，1996年毕业于淮南矿业学院矿山建设专业，现为浙江大学博士生、安徽理

7、工大学讲师，主要从事岩土工程的教学与科研工作。E-mail：hnitjl@zju.edu.cn。•1896•岩石力学与工程学报2004年型是微分形式的本构模型，具有比较直观、物理意义由等时曲线图可以看出，冻土应力应变关系明确等优点，广大工程技术人员也经常采用。随时间增长而变化，其变化初期为直线段，到某一[2]本文的目的在于，通过试验来对冻土流变模型进应力后，曲线发生弯折。研究表明，这一弯折点行系统辨识，寻找既能精确反映冻土流变特性，又相所对应的应力可以近似视为该冻土的屈服极限。对简单，适用于工程实践的流变模型。小于此应力，冻土