[发明专利]基于遗传算法和黏弹性理论的PFWD路基模量确定方法

说明书

本发明公开了一种基于遗传算法和黏弹性理论的PFWD路基模量确定方法，具体为：采用便携式落锤弯沉仪获取实测荷载时程曲线和实测位移时程曲线；在指定弹性模量E、泊松比μ、粘性系数η的范围内，通过随机算法生成若干种群，个体基因为一组路基的弹性模量E、泊松比μ、粘性系数η，生成初始种群；按照真实荷载时程曲线，基于黏弹性理论，正算获得所有个体对应的理论位移时程曲线，进行相关性计算；按照相关性越高适应度越高的原则，通过多种群遗传算法筛选出所有种群的最优个体，解码获得对应的弹性模量E、泊松比μ、粘性系数η，即完成路基模量确定。本发明降低系统误差，提高确定结果准确性，效率高，适应性强。

技术领域

本发明属于道路工程技术领域，涉及一种基于遗传算法和黏弹性理论的PFWD路基模量确定方法。

背景技术

路基是路面结构的基础，其抗变形能力对路基路面结构的强度和刚度起着决定性作用，而路基模量的检测一直是道路设计中的一个难题。

目前，现场路基模量快速无损检测的方法主要有落锤式弯沉仪FWD法和便携式落锤弯沉仪PFWD法。FWD法以其准确、高效、安全、方便以及更能反映车轮对路面的实际作用而被广泛用于道路检测和评估，但FWD法需要牵引车辆，部分地点不易到达，因此在路基施工质量控制方面难以应用；PFWD法在保留了FWD法的优势的同时克服了FWD法的一些不足，常被用于路基施工质量控制。

而传统方法在进行PFWD路基模量反算时，往往将路基视为线弹性结构，采用位移峰值和荷载峰值进行模量反算。Asli和Hoffman从理论上证明了传统方法会导致显著的系统误差，传统方法反算的结果往往会大于真实结果。因此，需要对传统反算方法进行改进以满足现有路基工程需要。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种基于遗传算法和黏弹性理论的PFWD路基模量确定方法，降低系统误差，提高确定结果准确性，效率高，适应性强，解决了现有技术中的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种基于遗传算法和黏弹性理论的PFWD路基模量确定方法，具体按照以下步骤进行：

S1，采用便携式落锤弯沉仪获取实测荷载时程曲线和实测位移时程曲线；

S2，在指定弹性模量E、泊松比μ、粘性系数η的范围内，通过随机算法生成若干种群，每个种群包含若干个体，个体基因为一组路基的弹性模量E、泊松比μ、粘性系数η，生成初始种群；

S3，按照真实荷载时程曲线，基于黏弹性理论，利用所有种群中每个个体对应的弹性模量E、泊松比μ、粘性系数η，正算获得所有个体对应的理论位移时程曲线，将理论位移时程曲线与实测位移时程曲线进行相关性计算；

S4，按照相关性越高适应度越高的原则，通过多种群遗传算法筛选出所有种群的最优个体，解码获得对应的弹性模量E、泊松比μ、粘性系数η，即完成路基模量确定。

进一步的，所述步骤S1中，载荷传感器相对误差小于1％，绝对误差±0.1kN；位移传感器有效测试精度1μm。

进一步的，所述步骤S3中，基于黏弹性理论，根据所有个体对应的弹性模量E、泊松比μ、粘性系数η，正算获得理论位移时程曲线，具体为：

S31，对路基实测荷载时程曲线进行离散化处理，假定时间间隔Δt，依次计算每一时间段的荷载增量Δp_i；

S32，通过式(1)计算每个种群最优个体弹性模量E、泊松比μ、粘性系数η对应的单位长期荷载作用下的路基位移函数；

其中，δ为荷载板半径，单位m；H(t)是阶梯函数，G表示剪切模量，t表示荷载作用时间，μ表示泊松比，K表示体积模量，J₀(x)为零阶贝塞尔函数，r为计算点位距荷载中心的径向距离，单位m；e为常数，x是积分参数；