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真实土体的细观结构由许多个大小不一的土颗粒团组成,传统四参数随机生长法（QSGS）构建的土体结构土颗粒团比较均匀,与实际情况存在较大的差异。为弥补这一缺陷,考虑土体孔隙率及自相关函数的影响,对传统的四参数随机生长法进行改进,实现了更接近于真实土体的细观结构重构。在此基础上基于格子Boltzmann方法,采用D2Q9模型,通过设置模型入口、出口边界为非平衡态外推格式,左右边界及土颗粒边界为标准反弹格式的边界条件,建立了模拟重构土体细观渗流场的二维模型。同时,针对一算例编制了相应的计算程序,研究了恒定流速入渗情况下重构土体的细观渗流场。研究表明：土体的渗流方向优先选择连通性较好孔隙所形成的通道,流速受控于通道整体连通性的优劣。整体贯通型的通道流动速度较快,部分连通的孔隙中其流动速度相对较慢。即使局部孔隙空间较大,其渗流速度仍取决于是否位于贯通型通道上。 相似文献
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自相关距离是进行岩土参数空间变异性分析的重要参数。基于浙江嘉兴某黏性土场地的246组静力触探试验（CPT）及18个钻孔取土室内土工试验,采用平均跨距法、递推空间法、曲线极限法计算了基于侧壁摩阻力fs、锥尖阻力qc和其他土工参数的自相关距离,分析了不同方法、不同参数计算垂直和水平自相关距离的优劣。研究表明：递推空间法的计算结果异常值少且变异系数较小,是研究区场地土体自相关距离的最优计算方法;基于fs、qc算得的自相关距离较为接近,垂直和水平自相关距离分别约为2 m和19 m,但不同土工参数计算得到的结果存在一定的差异。本研究获得了嘉兴黏性土自相关距离的典型值,为土体参数的空间变异性研究提供了基础,对该地区岩土工程的勘探点位布设、随机场的建立及后续可靠度分析具有重要的指导意义。 相似文献
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采用传统研究方法对盾构开挖面稳定性的分析多基于土体是均质、各向同性材料的假设,显然与其本身的非均质性相违背。为此,开展了考虑土体抗剪强度参数的空间变异性对盾构开挖面稳定性的影响研究。在随机场理论的基础上,采用协方差矩阵分解法建立了描述砂土内摩擦角空间变异性的三维随机场模型,借助于数值分析软件平台研究了内摩擦角的变异系数、自相关距离对开挖面失稳模式、极限支护应力的影响规律,并采用概率分析法探讨了极限支护应力特征值的选取。结果表明：砂土内摩擦角的空间变异性对开挖面稳定性有重要的影响;随内摩擦角的变异系数的增大,极限支护应力的概率分布离散性越大;开挖面失稳模式与自相关距离的大小密切相关,当自相关距离与隧道直径比较接近时,开挖面可能出现局部失稳;提出了开挖面极限支护应力特征值的概念,并结合失稳概率给出了其初步确定方法。 相似文献
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像许多土层一样,黏性土层的土性参数也具有空间变异性。土性参数的空间变异性主要是由沉积和成岩等地质作用和环境因素导致的,而相关距离的确定是分析土性参数空间变异性的关键。为了分析天津南疆港地区土层参数的空间变异性,对确定土性参数相关距离的空间递推平均法及其改进方法进行了汇总分析,并结合地质勘查资料,运用改进的空间递推平均法对天津港地区典型土层的垂直相关距离进行了统计分析,得到了典型土层地区性代表值,对该地区岩土工程的可靠度分析及勘探点位的选取具有重要的指导意义。此外,还结合工程实例讨论了相关距离的贝叶斯估值法,贝叶斯估值法比直接取平均值确定自相关距离的方法更为可靠、合理,应用贝叶斯定理对天津港南疆石化码头淤泥及淤泥质黏土层的自相关距离进行估值,为今后该地区的取样间距选择提供参考,也为可靠度理论在该地区岩土工程中的应用提供有价值的参数。 相似文献
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相关距离是随机场理论应用于实际工程可靠度分析的一个重要参数。根据随机场理论,对土性参数相关距离的计算方法进行了研究和改进,提出求解相关距离的波动函数法和加权拟合相关函数法,使相关距离的计算更加简便易行,且精度有所提高。结合大量工程地质勘察资料,对天津港地区典型土层的垂直向相关距离及水平向相关距离进行了计算和统计,获得相关距离的地区性代表值,可作为此地区实际工程的参考。同时,对取样间距及土性指标对相关距离的影响进行了分析,提出了当取样间距变化时相关距离的确定原则,并指出相关距离是反映土的空间固有变异性的基本属性,由不同土性指标求得的相关距离值基本相同。 相似文献
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《岩土力学》2017,(Z1):271-276
在岩土工程可靠性分析中,土性参数空间变异性的分析至关重要,其中土体的固有变异性可以通过随机场理论获取方差折减函数和自相关距离值进行分析。基于天津临港静力触探试验(CPT)得到的锥尖阻力,对波动函数法确定自相关距离过程中所遇到的问题进行深入研究,并分析了去趋势化方法、取样间距、取样范围等影响自相关距离的因素。结合空间递推平均法的改进方法,首次对应用波动函数法确定自相关距离时出现的多个峰值的选择开展分析,结果表明对于所分析场地的地层静力触探数据而言,应选取波动函数曲线中第一个峰值作为该土层的自相关距离值。通过去趋势化后的随机分量统计特性及对应自相关距离计算结果的对比发现,去趋势化方法要依实际情况而定,并不是所有情况都可以使用线性去趋势化方法,建议最高选用二次非线性拟合结果对原始数据去趋势化;当取样范围较大,即触探孔数量较多时自相关距离随取样间距的增大而增大。分析还表明,对于同样的样本间距,随着触探孔数量的增加,自相关距离是逐渐减小的,但这种差距随着取样间距的增大而逐渐缩小。 相似文献
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为揭示土体参数旋转各向异性空间变异性对边坡大变形特征的影响规律,将土体不排水抗剪强度参数模拟为旋转各向异性随机场,提出采用多重响应面法对随机场样本进行边坡稳定性安全系数高效求解和升序排列,进而使用随机物质点法按序模拟随机场样本的边坡大变形过程.以一饱和不排水粘土边坡为例,研究了旋转各向异性随机场的旋转角度β和弱主方向自相关长度θ2对边坡大变形特征和破坏模式的影响.结果表明：提出的基于多重响应面的随机物质点方法可以高效开展边坡大变形概率分析;β和θ2对边坡大变形特征和破坏模式均有显著影响;边坡大变形破坏的影响距离、滑动距离和滑动体积的平均值与标准差均随θ2的增加而增加;边坡大变形过程中可能产生4种破坏模式,其中深层滑动和渐进式滑动为该边坡模型的主要概率失稳模式.因此,提出的方法为边坡大变形概率分析提供了一条有效途径,考虑参数旋转各向异性空间变异性的边坡大变形概率分析对准确评估边坡失稳风险具有一定的理论参考意义. 相似文献
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岩土工程现场勘察试验通常只能获得有限的试验数据,据此难以真实地量化土体参数的空间变异性。提出了考虑土体参数空间变异性的概率反演和边坡可靠度更新方法,基于室内和现场两种不同来源的试验数据概率反演空间变异参数统计特征和更新边坡可靠度水平,并给出了计算流程。此外为合理地描述土体参数先验信息,发展了不排水抗剪强度非平稳随机场模型。最后通过不排水饱和黏土边坡算例验证了提出方法的有效性,并探讨了试验数据和钻孔位置对边坡后验失效概率的影响。结果表明：提出方法实现了空间变异土体参数概率反演与边坡可靠度更新的一体化,基于有限的多源试验数据概率反演得到的土体参数均值与试验数据非常吻合,明显降低了对参数不确定性的估计,更新的边坡可靠度水平显著增加。受土体参数空间自相关性的影响,试验数据对钻孔取样点附近区域土体参数统计特征更新的影响明显大于距离取样点较远区域。 相似文献
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将土壤或含水层的介质参数视为随机分布,建立了饱和非饱和水流运动的随机微分方程,利用随机数值求解方法,得到各种随机参数对水头分布和含水量空间变异性的影响。分析结果表明,随着渗透系数空间变异性和相关尺度的增大,含水层水头分布的变异性增大;对于区域内有抽水井分布的问题,在井点附近区域,z向水流速度空间变异性大,而在井点处变异性较小。当采用Gardner-Russo模型描述非饱和水分特征时,其非饱和土壤介质参数α的变异性对土壤负压和含水量变异性的影响大于饱和渗透系数,土壤含水量越小,含水量的空间变异性越大。初步讨论了根据随机数值方法研究地下水运动问题的可靠性分析方法。 相似文献
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为预测非饱和冻土的导热性能,基于土体微观结构,提出了非饱和冻土特征结构识别算法和多元素生成算法,并将该算法与传统有限单元法组合,建立非饱和冻土导热系数蒙特卡洛预测模型。通过土体SEM电镜图像,采用逆向四参数增长识别法识别土体中各组分含量、大小以及各方向分布概率;改进传统的四参数随机增长法,提出了考虑土、水、冰和气的多元素生成算法;基于生成的非饱和冻土模型,通过蒙特卡洛方法获得非饱和冻土导热系数,并与规范中冻土导热系数进行对比,验证了蒙特卡洛法预测模型的合理性（平均误差<4%）;通过多因素分析研究孔隙率、颗粒大小、土体导热性、饱和度以及结冰率对非饱和冻土导热性影响,各因素与导热系数的相关系数依次为：-0.352、-0.098、0.641、0.520和0.060,影响大小为：土颗粒导热性>饱和度>孔隙率>土颗粒大小>结冰率。各影响因素对非饱和冻土导热系数影响可以归纳为对热通量形成“热链”密度、宽度、连通性、热流承载力以及对“热桥”通量的影响。 相似文献
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Effect of mesoscale internal structure on effective thermal conductivity of anisotropic geomaterials
Acta Geotechnica - Geomaterials tend to be stratified due to the geological process, and their properties are often anisotropic. In this study, the quartet structure generation set (QSGS) method is... 相似文献
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多孔介质模型的重构问题是土体细观渗流机理研究的基础和关键。由四参数随机生长法(QSGS)构建土体模型,采用格子玻尔兹曼方法(LBM),通过MATLAB自编程序研究重构土在不同条件下的细观渗流机理。结果表明:随模型尺寸增大,孔隙连通程度显著提高,300×300格点大小的模型连通孔隙率增长幅度(34.38%)最大,继续扩大模型尺寸发现增加不明显;流体粒子在孔隙连通性好、孔径大的区域,会形成主渗流通道,且存在指进效应,孔道中间流速最大,可达0.0324,越靠近孔壁流速越小;大孔隙率土的流速比小孔隙率土大,而低孔隙率土中的流速相比大孔隙土更稳定;LBM模拟渗透率与经典K-C公式计算结果对比发现,孔隙率越高计算渗透率越准确(n=0.78,误差为10.22%);土颗粒越小,渗流孔道越细窄、分布越密集,对应的速度场分布更为均匀,同时流速也更小。该研究成果能较好地揭示重构土的细观渗流机理,也可为现有细观土体孔隙流研究提供一定借鉴。 相似文献
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新近沉积层是北京地区典型的浅部相对软弱土层,土层力学指标变异性较大.依据北京地区大量实际工程的勘察资料,采用土层分布随机场模型,对北京地区新近沉积典型地层的抗剪强度指标的空间概率特征进行统计分析,北京地区新近沉积土层的自相关距离一般为3～4 m,是比较合适的取样间距. 相似文献
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利用离散元方法对颗粒材料的细观力学特性研究, 目前确定数值计算模型的细观力学参数大多数通过反复调试获取, 效率低、可重复性差。本文采用开源的颗粒离散元程序LMGC开展了土体双轴压缩数值试验, 通过25组土体细观力学参数计算得到相应的宏观力学参数, 建立了BP人工神经网络反演系统。利用土体物理试验得到的土体宏观力学参数, 输入BP神经网络, 反演得到土体的细观力学参数。将所得细观力学特性参数输入所建立的土体数值计算模型, 得到土体破坏过程中的应力-应变关系曲线, 以及土体颗粒的力链图和旋转变形云图。所建立的土体数值试验模型能够较好地模拟土体变形破坏过程, 利用BP神经网络反演细观力学参数以及数值模型计算得到的土体宏观力学参数与物理试验吻合较好, 误差在10%左右, 土颗粒间力链云图以及旋转变形云图较好地揭示了土体变形破坏的机理。 相似文献
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在岩土工程设计中,准确地衡量土层参数的空间变异性决定了设计结构的可靠性和经济性,土参数的自相关距离是反映其空间变异性的一个重要指标。目前对于自相关距离与结构可靠性之间的关系的研究还很不完善。本文以单桩可靠性设计为例,选取工程场地的静力触探试验数据,引入随机场理论描述侧摩阻力和锥尖阻力的分布特征,利用递推平均法计算各地基土层侧摩阻力和锥尖阻力的自相关距离,在描述土层侧摩阻力和锥尖阻力的分布特征时考虑了自相关距离的影响,进一步结合蒙特卡洛法计算单桩的可靠指标。结果表明土参数取值考虑自相关距离的影响后,降低了土参数分布的离散程度,计算的单桩可靠指标更高。在保证桩基安全度的前提下,设计结果能够降低工程成本。 相似文献
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《Geomechanics and Geoengineering》2013,8(2):91-97
Directional variability of spatial correlation is observed in natural soils due to their depositional characteristics and it influences the response of structures founded on these deposits. Nonetheless, the results presented in most of the available literature are based on the assumption of either isotropic spatial correlation or perfect spatial correlation of soil properties in horizontal and vertical directions. It is also observed from past studies that the effect of transformation model on the total uncertainty is quite significant. Hence, an effort has been made in this paper to study the effect of anisotropy of autocorrelation characteristics of cone tip resistance (qc) and the transformation model on the bearing capacity of a shallow strip footing, founding on the surface of a spatially varying soil mass. The statistics in the vertical direction of the soil mass are taken from 8 Cone Penetration Test (CPT) records and statistics in the horizontal direction are assumed. For the case considered, it is observed that the transformation model significantly influences the degree of variability of design parameter. The results also show that isotropic correlation structure based on the vertical autocorrelation distance underestimates the variability of design parameter. On the other hand, perfect correlation in horizontal or vertical, or both directions, overestimates the variability of design parameters, and produces conservative estimates of allowable bearing capacity. 相似文献
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Bearing capacity of strip footings on spatially random soils using sparse polynomial chaos expansion
A probabilistic model is presented to compute the probability density function (PDF) of the ultimate bearing capacity of a strip footing resting on a spatially varying soil. The soil cohesion and friction angle were considered as two anisotropic cross‐correlated non‐Gaussian random fields. The deterministic model was based on numerical simulations. An efficient uncertainty propagation methodology that makes use of a non‐intrusive approach to build up a sparse polynomial chaos expansion for the system response was employed. The probabilistic numerical results were presented in the case of a weightless soil. Sobol indices have shown that the variability of the ultimate bearing capacity is mainly due to the soil cohesion. An increase in the coefficient of variation of a soil parameter (c or φ) increases its Sobol index, this increase being more significant for the friction angle. The negative correlation between the soil shear strength parameters decreases the response variability. The variability of the ultimate bearing capacity increases with the increase in the coefficients of variation of the random fields, the increase being more significant for the cohesion parameter. The decrease in the autocorrelation distances may lead to a smaller variability of the ultimate bearing capacity. Finally, the probabilistic mean value of the ultimate bearing capacity presents a minimum. This minimum is obtained in the isotropic case when the autocorrelation distance is nearly equal to the footing breadth. However, for the anisotropic case, this minimum is obtained at a given value of the ratio between the horizontal and vertical autocorrelation distances. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd. 相似文献