岩土力学 ›› 2026, Vol. 47 ›› Issue (7): 2502-2514.doi: 10.16285/j.rsm.2025.0842CSTR: 32223.14.j.rsm.2025.0842
张浩1,袁淼1,陈浩华2,杜子博3
ZHANG Hao1, YUAN Miao1, CHEN Hao-hua2, DU Zi-bo3
摘要: 隧道渗流性态分析是合理估算隧道涌水量并保障其施工和长期运维安全的关键,但准确合理预测隧道渗流性态面临地层渗透特性难以获知的难题。针对水下隧道的稳态和瞬态渗流问题,基于神经网络的自微分功能编译渗流控制方程,构建包含控制方程、边界条件、初始条件等物理约束的损失函数,并结合网络输出数据与监测数据的损失函数,建立了水下浅埋隧道稳态和瞬态渗流性态的物理信息神经网络(physics-informed neural networks,简称PINNs)正反演分析模型。通过与有限差分法(finite difference method,简称FDM)基准解答对比,验证了其有效性与可靠性。在此基础上,考虑总水头恒定和零水压两类典型边界条件,开展了水下隧道稳态渗流和瞬态渗流的正反演分析。结果表明:在正向求解方面,通过引入时空坐标仿射变换,PINNs模型能够有效模拟各向异性地层中隧道渗流的瞬态-稳态过程,并实现对其渗流性态的精准推演。反向求解PINNs模型,不仅可实现对渗透系数等关键参数的快速、准确反演,而且可以同时推演隧道渗流的渗流形态。提出的数物融合PINNs模型能够有效反演感知地层渗透性质,实现了隧道二维渗流场中总水头演化过程的高度还原,为精准快速估算隧道涌水量提供了有效途径。
中图分类号: U452| [1] | 何毅, 张帅, 黄熙龙, 刘家志, 袁冉. 增量型物理信息神经网络及其在非线性弹性本构中的应用[J]. 岩土力学, 2026, 47(5): 1812-1824. |
| [2] | 王志良, 肖智桓, 申林方, 李邵军. 基于物理信息神经网络岩石裂隙渗流传热耦合作用机制研究[J]. 岩土力学, 2026, 47(2): 703-716. |
| [3] | 潘秋景, 吴洪涛, 张子龙, 宋克志, . 基于多域物理信息神经网络的复合地层隧道掘进地表沉降预测[J]. 岩土力学, 2024, 45(2): 539-551. |
| [4] | 李林, 左林龙, 胡涛涛, 宋博恺, . 基于孔压静力触探试验测试数据的原位固结系数物理信息神经网络反演方法[J]. 岩土力学, 2024, 45(10): 2889-2899. |
| [5] | 虞洪, 陈晓斌, 易利琴, 邱俊, 顾正浩, 赵辉, . 软土修正剑桥模型参数反演及其应用研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(11): 3318-3326. |
| [6] | 刘博, 徐飞, 赵维刚, 高阳, . 隧道工程结构模型试验系统研究综述与展望[J]. 岩土力学, 2022, 43(S1): 452-468. |
| [7] | 江巍, 欧阳晔, 闫金洲, 王志俭, 刘立鹏, . 边坡岩土体抗剪强度的逆向迭代修正反演方法[J]. 岩土力学, 2022, 43(8): 2287-2295. |
| [8] | 朱旻, 陈湘生, 张国涛, 庞小朝, 苏栋, 刘继强, . 花岗岩残积土硬化土模型参数反演及工程应用[J]. 岩土力学, 2022, 43(4): 1061-1072. |
| [9] | 郑立夫, 高永涛, 周喻, 田书广. 基于流固耦合理论水下隧道冻结壁厚度优化研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(3): 1029-1038. |
| [10] | 马春辉, 杨杰, 程琳, 李婷, 李雅琦, . 基于量子遗传算法与多输出混合核相关向量机的堆石坝材料参数自适应反演研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(6): 2397-2406. |
| [11] | 彭祖昭,封 坤,肖明清,何 川,蒋 超,陈怀伟,. 基于压力拱理论的水下隧道合理覆岩厚度研究[J]. , 2018, 39(7): 2609-2616. |
| [12] | 王开禾,罗先启,沈 辉,张海涛. 围岩力学参数反演的GSA-BP神经网络模型及应用[J]. , 2016, 37(S1): 631-638. |
| [13] | 陈 健,王占盛,戎虎仁,. 互相关参数随机场反演的“一体两分”方法[J]. , 2016, 37(6): 1773-1780. |
| [14] | 杨 荷,周 伟,马 刚,李少林,常晓林. 基于响应面法的高堆石坝瞬变-流变参数反演方法[J]. , 2016, 37(6): 1697-1705. |
| [15] | 程 立 ,刘耀儒,潘元炜,杨 强,周 钟,薛利军,. 基于蓄水期反演的锦屏一级拱坝极限承载力分析[J]. , 2016, 37(5): 1388-1398. |
|
||