1.4　主要研究工作

1.4.1　主要內(nèi)容

目前日益增多的高填土涵洞工程沒(méi)有相應(yīng)適用的理論指導(dǎo)，導(dǎo)致在實(shí)際設(shè)計(jì)中由于不正確的土壓力計(jì)算公式而出現(xiàn)各種病害。高填土涵洞垂直土壓力計(jì)算過(guò)大，造成涵洞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不經(jīng)濟(jì)，土壓力數(shù)值過(guò)小導(dǎo)致涵洞施工或運(yùn)營(yíng)期間出現(xiàn)各種破壞病害。針對(duì)以上問(wèn)題，本書(shū)主要進(jìn)行以下幾方面研究。

（1）相似材料涵洞模型制作。高填土涵洞模型試驗(yàn)的涵洞模型采用相似材料制作。相似材料通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)選用砂、石膏和硅藻土的混合物。在基于相似定理、量綱分析法推出的相似指標(biāo)指導(dǎo)下，決定相似材料配比是否符合要求。用相似材料制成拱涵和蓋板涵兩種涵洞結(jié)構(gòu)形式，以便研究涵洞結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)。

（2）高填土涵洞模型試驗(yàn)研究。設(shè)計(jì)制作模型試驗(yàn)箱，在涵洞模型上逐層填土加載模擬實(shí)際施工過(guò)程。相似材料制成的拱涵、蓋板涵上布置應(yīng)變片，測(cè)試隨其上部填土高度的增加自身結(jié)構(gòu)應(yīng)力場(chǎng)的變化，得出涵洞自身結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布；在填土的不同標(biāo)高處埋設(shè)土壓力計(jì)，測(cè)試埋設(shè)涵洞的周?chē)馏w（包括涵洞頂部、側(cè)面填土和地基土層）應(yīng)力場(chǎng)變化，得出其分布；探討涵洞初期病害原因；在填土的不同位置埋設(shè)沉降標(biāo)志，測(cè)試隨填土高度的增加涵洞頂部、底部土體的沉降變形，得出其位移場(chǎng)變化情況，總結(jié)出土壓力與沉降變形的聯(lián)系。

（3）高填土涵洞現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究。依托實(shí)際工程，選取兩處高填土涵洞完成現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究。涵洞結(jié)構(gòu)形式分別為拱涵和蓋板涵，完成監(jiān)測(cè)方案制定、監(jiān)測(cè)儀器的布設(shè)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集。根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析涵洞頂部、側(cè)面土壓力與填土高度的關(guān)系，對(duì)模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

（4）考慮多種影響因素的有限元數(shù)值模擬研究。考慮涵洞埋設(shè)的地形條件、填土特性、地基處理方式的不同和涵洞結(jié)構(gòu)形式等因素對(duì)高填土涵洞土壓力的影響，設(shè)計(jì)出20組數(shù)值模擬方案。總結(jié)出影響土壓力分布的主要因素，為建立高填土土壓力公式提供參考。

（5）不同地基形式下的高填土涵洞土壓力計(jì)算理論研究。由模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬結(jié)果得出在附加應(yīng)力和土拱效應(yīng)共同作用下的高填土涵洞土壓力分布規(guī)律，并分別建立剛性和柔性兩種地基形式，進(jìn)而得出對(duì)應(yīng)的高填土涵洞土壓力計(jì)算公式。公式以填土高度h₀為分界，建立剛度差異引起的附加應(yīng)力作用和土拱效應(yīng)作用的兩個(gè)階段土壓力公式。與模型試驗(yàn)實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)、其他九種規(guī)范公式對(duì)比驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)本書(shū)的計(jì)算公式符合土壓力分布。

（6）自適應(yīng)遺傳算法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（AGA-BP）智能系統(tǒng)對(duì)涵洞變形（應(yīng)力）的預(yù)測(cè)研究。將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和考慮地基處理方式，填土材料及涵洞結(jié)構(gòu)形式的定性數(shù)據(jù)組成樣本，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)大的非線性映射能力，對(duì)涵洞自身結(jié)構(gòu)應(yīng)力進(jìn)行預(yù)測(cè)。提出自適應(yīng)的交叉、變異概率公式，適應(yīng)度函數(shù)確定為BP累計(jì)預(yù)測(cè)誤差標(biāo)準(zhǔn)差并作為網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的判定標(biāo)準(zhǔn)，可以有效地防止神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的“過(guò)訓(xùn)練”問(wèn)題。基于matlab工程軟件為平臺(tái)，自行編制自適應(yīng)遺傳算法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能系統(tǒng)，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行不斷地優(yōu)化，得到全局意義的最優(yōu)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比表明該系統(tǒng)是可行的。