基于沉降代理模型的复合地基优化设计方法

• 作 者: 李欣
• 出 处: 湖南大学
• 发表日期: 2017年期
• 关键词: 复合地基 试验设计 有限元 支持向量机 遗传算法 响应面模型 粒子群算法 径向基函数 蚁群算法

在满足承载力、沉降和稳定性要求下,优化复合地基的结构形式和设计参数以达到工程既安全可靠又经济实用,是工程师所追求的目标。然而,针对较复杂的复合地基进行优化设计时,因其缺乏明确可靠的沉降计算公式,很难建立有明确表达式的优化设计数学模型,若直接基于数值模拟来建立优化设计模型,则计算工作量巨大。为此,本文在国家自然科学基金(51278186)及国家重点研发计划(2016YFC0800203)的支持下提出一种基于沉降代理模型的复合地基有限元优化设计方法,并针对不同地质情况、不同类型的几种复合地基分别进行优化设计。论文的主要工作和结果如下。(1)对于岸边软土区水泥搅拌桩复合地基的优化设计,首先采用均匀试验设计方法,探讨水泥搅拌桩复合地基中水泥掺入比及桩数对复合地基沉降的影响;其次,引入最小二乘支持向量机建立复合地基的沉降代理模型;再次,以水泥搅拌桩复合地基的经济性为目标函数,路堤、地基的沉降、差异沉降为约束条件,建立复合地基优化的数学模型并基于遗传算法进行全局寻优;最后,输出最优的复合地基加固方案。(2)对于深厚软土区水泥搅拌桩复合地基的优化设计,首先基于正交设计方法进行数值试验方案设计,研究水泥掺入比、桩长及桩数对深厚软土区水泥搅拌桩复合地基沉降的影响;然后,建立路堤沉降、差异沉降的响应面代理模型;再然后,建立复合地基优化设计的数学模型,并基于粒子群算法对最经济加固方案进行搜索;最后,输出能满足复合地基加固规范要求的,最经济水泥搅拌桩水泥掺入比、桩长及桩数的组合。(3)对于长短桩复合地基的优化设计,首先以长、短桩的桩长,桩间距以及桩体强度为试验因素,进行多因素的均匀试验方案设计;其次,根据试验方案,基于有限元法计算路堤作用下长短桩复合地基的路面沉降、差异沉降,并引入径向基函数,建立长短桩复合地基沉降的径向基函数代理模型;再次,建立复合地基优化设计的目标函数,通过蚁群算法全局寻优;最后,输出最优的长短桩复合地基加固方案。