邓肯E—B模型参数敏感性分析
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中 图分 类号 ：Ｔ Ｖ ６ ４ １ 文 献 标 识码 ：Ａ
１ 研 究 背 景
在 土石 坝 设计 和 安 全评 价 中数 值 分 析 占有 重 要地 位 ，但其 结果 的可 靠 性 ，主要 取 决 于计 算 中所 采用 的土 体本 构模 型是 否 能正 确 反 映材 料 的应 力 应 变关 系 及强 度 特性 ，以及 确 定 的模 型参 数 是 否反 映 原 位 土 体 的情 况 。但 要 建立 起 考 虑 所 有影 响 因 素 ，适 合 于 所 有 土 类 及 问 题 的 统 一模 型是 不 现 实 的 。必 须针 对 不 同 的土 类及 不 同的 问题 ，考虑 主要 影 响因 素 ，采用 不 同的 土体本 构 模 型 。 同时 ，更
方 法 ：一 是 将全 体 节 点作 为 样 本空 间 ，同 时将 全体 节 点 中 的最 大变 形 值作 为 敏感 性 分析 的 目标 评 价
对 象 ；二 是 选择 个 别 节点 作 为 样本 空 间 ，并 将 这些 节 点对 应 的位 移 作 为 目标评 价 对 象 。采 用所 有样 本点 的宏 观 位移 表 现 （ 即最 大位 移 ） 作 为 敏感 性 分析 的 目标 评 价 值时 ，由 于模 型参 数 的非 线 性 ，很难
摘 要 ：对 于 覆 盖 层 和 大 粒 径 坝 料 ，单 纯 依 靠 室 内试 验 难 以准 确 测 定 其 模 型 参 数 ，近 年 来联 合室 内和 现 场 试 验 反 演 分 析 确 定 本 构模 型参 数 的 方 法 日益 受 到 重视 。但 待反 演参 数 过 多 时 反 演 结 果 可 能 会 出 现 多值 问题 ， 因此 需 要 合 理 选 择 待 反 演 参 数 。 本 文研 究 了 土 石 坝应 力 变形 计 算 中位 移 对 邓 肯 Ｅ — Ｂ 模 型 参 数 的 敏 感 性 ，讨 论 了影 响分 析 结 果 的 因 素 ，给 出 了邓 肯 Ｅ — Ｂ 模 型参 数 的 敏感 性 排 序 。研 究 结 果 可 作 为 选 择 待 反 演 参 数 的依 据 ，同时 也 可 为 土 石 坝 应 力 变 形分 析结 果 的综 合 评 价 提 供 支 持 。 关 键 词 ：土 石 坝 ；邓 肯 Ｅ — Ｂ 模 型 ；参 数 敏 感 性 ；正 交 设 计
将参 数 变 化率 与 位 移变 化 率 对应 起 来 。 由于 土石 坝 结 构复 杂 且 三维 空 间效 应 明显 ，其 位 移 变化 十分 复 杂 ，样 本 空 间仅 包含 个 别 节点 时 ，样本 空 间 的 大小 和样 本 点 的选 择是 否 会影 响 参数 敏感 性 分 析结
文章编号 ： １ ６ ７ ２ — ３ ０ ３ １ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ２ — ０ ０ ８ １ — ０ ６
邓肯 Ｅ — Ｂ模 型 参 数 敏 感 性 分 析
杨玉生 ’ ２ ７ 刘小生 ’ ２ ７赵剑明 ２ ７汪小月 ４
（ １ ．中 国水 利 水 电科 学 研 究 院 流 域 水 循 环 模 拟 与 调 控 国 家 重 点 实 验 室 ，北京 １ ０ ０ ０ ４ ８ ２ ．水 利 部 水 工 程 建 设 与 安 全 重 点 实 验 室 ，北 京 １ ０ ０ ０ ４ ８ ）
直位 移参 数 敏感 性分 析排 序 为 、ｍ、△ 、ｎ ，文献 ［ ６ ］ 认 为水平 位 移对
直 位 移对 、
ｎ 、Ｒ 的敏感 性 较强 ， 竖
ｎ 、ｍ的敏感 性 较强 。这种 对 同类 构 筑物 分析 结 论 的差 异 ，迄今 尚没有 人给 出合 理
解 释 ，这也 说 明对应 用 于土 石坝 的邓 肯 Ｅ — Ｂ 模 型参 数 的敏感 性还 没有 达成 共识 。 对 邓 肯模 型 Ｅ — Ｂ 模 型 参 数 进行 敏 感性 分 析 时 ，在 样本 空 间和 目标 位移 值 的选 择 上 ，一 般有 两 种
关 注 。反分 析 中 ，待 反演 参数 过 多会 导致 反演 精度 降低 ，且 反演 结果 可 能 出现 多值 问题 …。 因此 ，需
要 合理 选 取 待反 演 的模 型 参 数 ，也 就 有 必要 确定 邓 肯模 型参 数 的敏 感性 ， 目前 已有部 分 研究 者 对此 做过 有 益探 讨 。 。但 对影 响 敏感 性 分析 结 果 的 因素探 讨较 少 ，且 对 于 同一 问题 ，不 同研 究者 给 出 的 参数 敏 感 性 分析 结 论 差 异较 大 。如 文献 ［ ３ ］ 给 出的堆 石 坝 参数 敏 感 性排 序 为 ｎ 、ｍ、Ｋ、 ，文献 ［ ４ ］ 认为 、妒 Ｋ对 位 移 的 敏感 性 较 强 ，文 献 ［ ５ ］ 给 出 的水 平 位移 参 数 敏感 性排 序 为 ， ｚ 、 、ｍ、 ，竖
重 要 的是对 于选 定 的土体 本 构模 型 ，合理 地 确定模 型参 数 。 邓肯 Ｅ — Ｂ模 型 是 国 内外 土石 坝 工程 领 域 应用 最 广 的土 体 本构 模 型 ，通 常采 用 室 内三 轴试 验 确定
其 参 数 。但 对 于覆 盖 层 和 大粒 径 坝 料 ，单 纯依 靠 室 内试 验难 以准 确 确定 其 工 程 力学 参 数 。 近年 来 ， 联 合 室 内和 现场 原 位 试验 ，借 助反 分 析 技术 确 定覆 盖 层 和大 粒 径坝 料 工程 力 学参 数 的方 法 日益 受 到
第１ １ 卷 第２ 期
２ Ｏ １ ３ 年６ 月
中 国水 利 水 电科 学 研 究 院学 报
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Ｖ ｏ １ ． １ １ Ｎ ｏ ． ２
Ｊ ｕ ｎ ｅ ， ２ ０ １ ３
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ １ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｗａ ｔ ｅ ｒ Ｒｅ ｓ ０ ｕ ｒ ｃ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ Ｈｙ ｄ ｒ ｏ ｐ 。 ｗ ｅ ｒ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ
１ 研 究 背 景
在 土石 坝 设计 和 安 全评 价 中数 值 分 析 占有 重 要地 位 ，但其 结果 的可 靠 性 ，主要 取 决 于计 算 中所 采用 的土 体本 构模 型是 否 能正 确 反 映材 料 的应 力 应 变关 系 及强 度 特性 ，以及 确 定 的模 型参 数 是 否反 映 原 位 土 体 的情 况 。但 要 建立 起 考 虑 所 有影 响 因 素 ，适 合 于 所 有 土 类 及 问 题 的 统 一模 型是 不 现 实 的 。必 须针 对 不 同 的土 类及 不 同的 问题 ，考虑 主要 影 响因 素 ，采用 不 同的 土体本 构 模 型 。 同时 ，更
方 法 ：一 是 将全 体 节 点作 为 样 本空 间 ，同 时将 全体 节 点 中 的最 大变 形 值作 为 敏感 性 分析 的 目标 评 价
对 象 ；二 是 选择 个 别 节点 作 为 样本 空 间 ，并 将 这些 节 点对 应 的位 移 作 为 目标评 价 对 象 。采 用所 有样 本点 的宏 观 位移 表 现 （ 即最 大位 移 ） 作 为 敏感 性 分析 的 目标 评 价 值时 ，由 于模 型参 数 的非 线 性 ，很难
摘 要 ：对 于 覆 盖 层 和 大 粒 径 坝 料 ，单 纯 依 靠 室 内试 验 难 以准 确 测 定 其 模 型 参 数 ，近 年 来联 合室 内和 现 场 试 验 反 演 分 析 确 定 本 构模 型参 数 的 方 法 日益 受 到 重视 。但 待反 演参 数 过 多 时 反 演 结 果 可 能 会 出 现 多值 问题 ， 因此 需 要 合 理 选 择 待 反 演 参 数 。 本 文研 究 了 土 石 坝应 力 变形 计 算 中位 移 对 邓 肯 Ｅ — Ｂ 模 型 参 数 的 敏 感 性 ，讨 论 了影 响分 析 结 果 的 因 素 ，给 出 了邓 肯 Ｅ — Ｂ 模 型参 数 的 敏感 性 排 序 。研 究 结 果 可 作 为 选 择 待 反 演 参 数 的依 据 ，同时 也 可 为 土 石 坝 应 力 变 形分 析结 果 的综 合 评 价 提 供 支 持 。 关 键 词 ：土 石 坝 ；邓 肯 Ｅ — Ｂ 模 型 ；参 数 敏 感 性 ；正 交 设 计
将参 数 变 化率 与 位 移变 化 率 对应 起 来 。 由于 土石 坝 结 构复 杂 且 三维 空 间效 应 明显 ，其 位 移 变化 十分 复 杂 ，样 本 空 间仅 包含 个 别 节点 时 ，样本 空 间 的 大小 和样 本 点 的选 择是 否 会影 响 参数 敏感 性 分 析结
文章编号 ： １ ６ ７ ２ — ３ ０ ３ １ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ２ — ０ ０ ８ １ — ０ ６
邓肯 Ｅ — Ｂ模 型 参 数 敏 感 性 分 析
杨玉生 ’ ２ ７ 刘小生 ’ ２ ７赵剑明 ２ ７汪小月 ４
（ １ ．中 国水 利 水 电科 学 研 究 院 流 域 水 循 环 模 拟 与 调 控 国 家 重 点 实 验 室 ，北京 １ ０ ０ ０ ４ ８ ２ ．水 利 部 水 工 程 建 设 与 安 全 重 点 实 验 室 ，北 京 １ ０ ０ ０ ４ ８ ）
直位 移参 数 敏感 性分 析排 序 为 、ｍ、△ 、ｎ ，文献 ［ ６ ］ 认 为水平 位 移对
直 位 移对 、
ｎ 、Ｒ 的敏感 性 较强 ， 竖
ｎ 、ｍ的敏感 性 较强 。这种 对 同类 构 筑物 分析 结 论 的差 异 ，迄今 尚没有 人给 出合 理
解 释 ，这也 说 明对应 用 于土 石坝 的邓 肯 Ｅ — Ｂ 模 型参 数 的敏感 性还 没有 达成 共识 。 对 邓 肯模 型 Ｅ — Ｂ 模 型 参 数 进行 敏 感性 分 析 时 ，在 样本 空 间和 目标 位移 值 的选 择 上 ，一 般有 两 种
关 注 。反分 析 中 ，待 反演 参数 过 多会 导致 反演 精度 降低 ，且 反演 结果 可 能 出现 多值 问题 …。 因此 ，需
要 合理 选 取 待反 演 的模 型 参 数 ，也 就 有 必要 确定 邓 肯模 型参 数 的敏 感性 ， 目前 已有部 分 研究 者 对此 做过 有 益探 讨 。 。但 对影 响 敏感 性 分析 结 果 的 因素探 讨较 少 ，且 对 于 同一 问题 ，不 同研 究者 给 出 的 参数 敏 感 性 分析 结 论 差 异较 大 。如 文献 ［ ３ ］ 给 出的堆 石 坝 参数 敏 感 性排 序 为 ｎ 、ｍ、Ｋ、 ，文献 ［ ４ ］ 认为 、妒 Ｋ对 位 移 的 敏感 性 较 强 ，文 献 ［ ５ ］ 给 出 的水 平 位移 参 数 敏感 性排 序 为 ， ｚ 、 、ｍ、 ，竖
重 要 的是对 于选 定 的土体 本 构模 型 ，合理 地 确定模 型参 数 。 邓肯 Ｅ — Ｂ模 型 是 国 内外 土石 坝 工程 领 域 应用 最 广 的土 体 本构 模 型 ，通 常采 用 室 内三 轴试 验 确定
其 参 数 。但 对 于覆 盖 层 和 大粒 径 坝 料 ，单 纯依 靠 室 内试 验难 以准 确 确定 其 工 程 力学 参 数 。 近年 来 ， 联 合 室 内和 现场 原 位 试验 ，借 助反 分 析 技术 确 定覆 盖 层 和大 粒 径坝 料 工程 力 学参 数 的方 法 日益 受 到
第１ １ 卷 第２ 期
２ Ｏ １ ３ 年６ 月
中 国水 利 水 电科 学 研 究 院学 报
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Ｖ ｏ １ ． １ １ Ｎ ｏ ． ２
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