岩土工程问题的反演理论与工程实践邹鹏

岩土工程问题的反演理论与工程实践邹鹏

邹鹏

中国有色金属工业昆明勘察设计研究院有限公司650051

摘要：岩土工程勘察分析作为当前建筑工程施工建设以及生产扩展、资源开发的重要工作，在实际加强岩土工程勘测分析的过程中，切实需要综合采用多种方法全面分析，切实提升岩土工程勘测的精确性，对岩土工程存在的问题精细化分析，以此为工程稳定性、牢固性施工奠定基础。

关键词：岩土工程；反演理论；工程实践

1岩土工程问题的反演理论阐述

1.1反演理论的发展

岩土工程问题反演理论的应用是在力学领域深入发展基础上创新得出的全新理论。对于岩土工程而言，无论是支护操作还是深基坑开挖都需要对力学性能全面分析，只有在切实根据岩土工程系统力学性能的基础上，对各项力学参数分析，以此确定关于岩土工程具体化的勘测数据信息，为工程建设奠定基础。在岩土工程力学性能研究中，研究学者逐渐探索出“反问题”，即借助某些物理量对系统内的初始参数进行推算，后来发展成为系统化的反分析方法。

此种方法最初开始应用于瑞典，即开始进行初始地应力的测量，后期则不断拓展，开始借助现场量测信息反演确定，应用范围不断拓展。在岩土工程初始力量测定中，开始使用的基本上为反演分析计算法、钻孔位移法、孔径变化负荷法，而以上无论哪种方法的应用极大受到了理论上限制，严重限制了以上方法的应用，导致其在任意形状的岩土工程中缺乏适用性，基本上是在圆形钻孔中应用。圆形钻孔中所应用的反演理论方法都是基于弹性平面应变问题上计算的，随着岩土工程勘测精确度的提升，需要深入到三维空间中测得初始应力，以此最少需要设置三个点的钻孔。此种方法虽然解决了任何岩土工程反演理论的适用性问题，但是其精确度却大大降低。

图1某地铁基坑工程概况图

表1基坑基本参数设置图

1.2反演理论的分类

岩土工程问题的反演理论应用中，其主要分为正反分析法和逆反分析法。在实际应用中，反分析法在岩土工程现场测量中，根据基本关系式的建设，其又可以分为解析法和数值法，两种方法的应用优势不同，建设过程也是不同的。解析法在实际应用中推演较为细致，计算相对也是简单的，但是应用于岩土工程的适用性却是非常低的。相比较之下，所使用的数值法应用适用性强，具体应用中又可以分为边界单元法和有限元法两种。有限元基础上的反演计算法已经取得了巨大的效果，应用体系相对也是较为成熟的，如逆反分析法、正反分析法、位移图谱法。而边界元位移反分析计算法研究起步晚，但是其实际应用数据准备工作简单、所需内存小，以此得到了较快的发展。对于位移反分析方法的使用，具体可以分为选择型和混合型两种类型，在设置已知参数值的基础上，实现反演计算，常用的有：材料弹性参数作为已知值反求初始地应力，同样也可以将初始地应力设置成为已知值以此反求材料弹性参数等。混合型在具体使用中则主要是借助给定位移量测值基础上，借助扰动应力增量量测值，对初始地应力和材料弹性参数实现反演计算。

此外，反演计算方法在实际应用中其又可以按照使用数学模型的不同，可以分为确定性分析、不确定性分析两种类型。此种分类方法主要是岩土工程实际勘察中，存在的不确定因素是较多的，不确定因素的存在就优先选择不确定分析方法。在实际应用中，不确定分析方法又分为模糊数学方法、灰色理论方法、时间序列分析方法、离散元方法、卡尔曼滤波器、概率方法等多种方法。而在概率方法实际应用中，其又可以分为分析法和极大似然法两种类型。

图2支护结构模型图3转化后压土的压力

表4数据拟合及反演算结果

2反演理论在工程实践中的应用分析

1.4工程应用

将反演理论应用于基坑边坡变形的预测中，以此能够进一步得到关于岩土工程边坡设置的稳定性，为工程事故预防提供有效的借鉴依据。而对于深基坑来讲，深基坑的安全稳定性判别主要借助两种方法实现判定：一方面，基坑支护结构体系本身不会出现损害现象，其稳定性得到有效维护；另一方面，基坑边坡如果出现变形，不会由于变形量导致周围岩土或者管线受到损害。

上图为某地区地铁深基坑建设基本状况图，通过反演理论对深基坑边坡稳定性问题进行探究分析。

对该工程基坑边坡稳定性进行反演计算，通过反演推算边坡稳定性。通过反演预测基坑变形的实际位移、预测位移等进行对比，以此确定基坑边坡是否稳定。

基坑边坡结合表2和表3实现转化分析，以此对预测位移和实际位移进行对比。如表4

通过上表分析，基坑边坡开挖到坑底之后，支护结构整体上出现位移，但是预测位移和实际位移都是处在同一深度上，而在垫层、底板浇筑之前，支护结构受到基坑的限制影响小。以此能够得出基坑周围支护结构向坑内出现的位移是较大的，但是坑外位移是较小的。对此，而实预测结果显示支护结构位移则是较小的，以此中分证明了预测结果的准确性。

小结

综上所述，反演理论在岩土工程问题分析中应用具有非常突出的效果，反演理论在长期发展中，演变出不同类型，不同类型在岩土工程的适用性范围也是不同的，实际岩土工程问题勘测分析中，基于岩土工程基本状况层面上，根据反演理论合理选择反演计算方法，尤其是对于基坑边坡支护稳定性的反演计算，通过最终反演计算结果为实际岩土工程稳定性、安全性施工建设提供有效借鉴依据。

参考文献

[1]隧道三维电阻率E-SCAN超前探测反演与优化方法研究[J].岩土工程学报,2017,39(2):218-227.

[2]黄伟,刘华.基于粒子群优化-高斯过程回归的智能岩土体参数快速反演方法[J].土工基础,2016(2):196-200.

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