岩土力学 ›› 2026, Vol. 47 ›› Issue (8): 2891-2903.doi: 10.16285/j.rsm.2025.1342CSTR: 32223.14.j.rsm.2025.1342
宋博恺1,李林1,左林龙1, 2,张述涛2, 3,李尧1
SONG Bo-kai1, LI Lin1, ZUO Lin-long1, 2, ZHANG Shu-tao2, 3, LI Yao1
摘要: 软土地基固结度的快速推演是软基填筑稳定性判别和工后沉降预测的重要依据。现有数据驱动型推演模型高度依赖大规模样本且脱离物理机制,在排水边界与地层条件复杂时易出现精度不足和泛化性较差的问题。基于算子通用逼近定理,将软基固结的物理机制引入DeepONet算子模型,构建了软土地基固结度的物理信息深度算子推演模型TDC-PI-DeepONet (time-dependent consolidation-physics-informed DeepONet)。模型分支网络以固结系数场为输入,主干网络以时间-深度坐标为输入,二者输出的特征向量形成固结系数场到孔隙水压力时空演化的映射关系,并对映射结果进行物理机制约束,从而实现任意排水边界和地层条件下的固结过程的快速推演。考虑固结系数的空间变异性,根据对数正态高斯随机场生成固结系数场的数据集,并将固结方程及初始、边界条件以残差形式嵌入损失函数。通过对不同排水边界条件下单层与双层地基固结过程进行推演,并与解析解、PINNs以及DeepONet算子模型预测结果对比,验证了模型的可靠性和先进性。结果表明,相比于PINNs物理神经网络模型,TDC-PI-DeepONet在不同排水边界及土层条件下对孔隙水压力演化过程的推演更加准确,误差水平整体更低且分布更集中,基于测试集EL2的统计结果,模型平均误差约降低26%,对新工况的推演时间由数百秒降至数十毫秒;相比DeepONet算子模型,TDC-PI-DeepONet在多层非均质及固结系数差异较大的工况下误差更小。TDC-PI- DeepONet模型为复杂软土地层固结过程的快速推演和软基信息化、智能化填筑提供了新的技术路径和理论支撑。
中图分类号: TU 447| [1] | 郭焕明, 张虎, 丑亚玲, 郑波, 胡金涛, 韩善博, . 径向冻融过程中软黏土水热力试验研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(3): 905-915. |
| [2] | 崔金虎, 王路君, 叶智刚, 燕秉法, 黄家晟, 朱斌, . 循环温度荷载下高温管道-软土地基相互作用模型试验研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(11): 3286-3294. |
| [3] | 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. |
| [4] | 应宏伟, 闫旭政, 周建, 龚晓南, 王阳扬, 韩华超, 侯靖. 堤坝软土碎石桩复合地基计算参数研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(S1): 669-677. |
| [5] | 王才进, 武猛, 杨洋, 蔡国军, 刘松玉, 何欢, 常建新. 基于生物地理优化的人工神经网络模型预测 软土的固结系数[J]. 岩土力学, 2023, 44(10): 3022-3030. |
| [6] | 胡静, 唐跃, 张家康, 邓涛. 高速列车荷载作用下饱和软土地基动力响应研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(11): 3169-3181. |
| [7] | 江留慧, 李传勋, 杨怡青, 张锐. 变荷载下双层地基一维非线性固结近似解析解[J]. 岩土力学, 2020, 41(5): 1583-1590. |
| [8] | 吴建涛, 叶 霄, 李国维, 蒋 超, 曹雪山, . 高路堤下PHC桩加固软土地基的承载及变形特性[J]. 岩土力学, 2018, 39(S2): 351-358. |
| [9] | 宗钟凌,鲁先龙,李青松,. 静压钢管注浆微型桩抗压与抗拔对比试验研究[J]. , 2018, 39(S1): 362-368. |
| [10] | 汪益敏,闫 岑,于 恒,李 奇. 静载作用下土工格栅加筋拓宽路堤土中应力特征试验研究[J]. , 2018, 39(S1): 311-317. |
| [11] | 商翔宇,郝 飞,顾建祥,况联飞,周国庆,郑秀忠,. 重塑黏土的高压次固结特性初探[J]. , 2018, 39(7): 2387-2394. |
| [12] | 肖 忠,王 琰,王元战,刘 莺, . 桶间距对四桶吸力式基础各单向承载力的影响及最优间距的确定[J]. , 2018, 39(10): 3603-3611. |
| [13] | 李洪江,童立元,刘松玉,顾明芬,陆湛秋,. 软土地基刚柔性桩水平承载位移控制标准研究[J]. , 2017, 38(9): 2676-2682. |
| [14] | 焉 振,王元战,. 考虑软基不排水强度循环弱化的格型钢板桩防波堤动力有限元分析[J]. , 2017, 38(5): 1454-1462. |
| [15] | 曾超峰,薛秀丽,郑 刚,. 软土区基坑预降水引起支护墙侧移的典型参数影响研究[J]. , 2017, 38(11): 3295-3303. |
|
||