基于模拟退火算法的堆石体本构模型参数反演分析

本文探讨了基于模拟退火算法对堆石体本构模型参数进行反演分析的实用性和有效性。堆石体本构模型参数的准确性对数值分析的可靠性至关重要，而参数反演分析对于提高数值分析的可靠性具有重要的实际意义。 堆石坝的数值分析结果的可靠性依赖于本构模型能否准确反映土体的应力应变关系，以及模型参数是否能够真实地反映土体的实际情况。传统的室内试验方法确定参数往往会导致设计结果与实际工程情况出现偏差，造成坝体位移计算值与原型观测数据之间存在差异，从而影响有限元分析结果的准确性。 为了减小这种差异，作者提出了一种结合模拟退火算法的参数反演方法。模拟退火算法是一种基于退火过程的随机搜索优化算法，它模拟了物理系统退火过程，通过模拟退火来达到全局最优解。这种方法具有较强的全局搜索能力和跳出局部最优解的能力，适用于大规模优化问题。 模拟退火算法的实现主要通过Metropolis准则和温度控制策略来完成。目标函数是根据优化问题的目标函数值来设计的，它类似于金属退火过程中内能的变化。算法的步骤包括初始温度的设定、参数的随机选择与更新、基于Metropolis准则的新解接受或拒绝，以及温度逐步下降直至满足停止条件。 在具体应用方面，本文以国内某面板堆石坝的实测变形资料为依据，通过敏感性分析确定了需要反演的参数。这些参数包括内摩擦角φ、体积模量K、强度衰减因子Rf和切线模量Kb。通过模拟退火算法，作者在三维有限元模型的基础上，根据实际观测资料，对这些参数进行反演，并整理分析反演得到的沉降结果。 实例分析部分详细介绍了某水库大坝的工程概况，包括坝型、尺寸、施工过程等信息。该大坝是面板堆石坝，坝顶长度达到448米，最大坝高132.5米，具有重要的防洪作用。坝体在设计和施工过程中采取了钢筋混凝土面板、碎石垫层和过渡料区等结构。坝体的填筑始于1998年，并在2000年达到预期高程。 通过应用模拟退火算法，作者成功地进行了参数反演，并且得出了模拟退火算法是一种有效的参数反演方法。该方法不仅提高了参数反演的速度，而且在保证反演精度的前提下，能够同时反演多个参数，从而为面板堆石坝的进一步分析研究奠定了基础。作者的工作对于推动模拟退火算法在工程领域的应用具有重要的参考价值。 文章还指出，参数反演分析方法自1971年被提出以来，已经取得大量研究成果，但仍存在诸如受人为因素影响大、收敛速度慢、全局搜索能力差等问题。模拟退火算法能够克服这些问题，提供了一种更加有效的参数反演手段，具有广阔的应用前景。