[发明专利]路面结构力学特性系统识别技术

摘要

本发明公开了一种路面结构力学特性系统识别技术，该技术以系统识别原理和灵敏度分析理论为基础，建立了路面结构反演分析的基本方法，利用奇异值分解技术解决了反演方程的“病态”问题。针对不同路面结构的力学特性，研究了多层地基上多块板水泥混凝土路面模型、粘弹性动力模型和非线性模型，建立了基于多块板相互作用的水泥混凝土路面力学特性系统识别技术、路面粘弹动力特性系统识别技术和应力非线性特性系统识别技术。本发明在学术上丰富和发展了路面结构反演理论，在应用上对于检测和控制路基路面施工质量、科学评价路面结构承载能力具有重大实用价值，对于推动落锤式弯沉仪无损检测技术的发展和提高我国公路检测与评价技术水平具有重要作用。

主权项

1、一种路面结构力学特性系统识别技术，其特征是：(1)利用落锤式弯沉仪检测系统对路面进行现场试验，观测路面结构在已知荷载作用下的弯沉盆信息；(2)建立了反映路面结构材料特性的力学模型，计算在相同荷载作用下相应于落锤式弯沉仪传感器位置处的弯沉；(3)建立了基于灵敏度分析的路面结构反演方程，利用奇异值分解技术解决了反演方程的“病态”问题；实现方法如下：设路面结构力学模型可表示为：W^c＝f(E₁，E₂，……E_n；x)                      (1)其中x为空间变量，这里用来表示传感器距荷载中心处的距离，W^c表示计算弯沉向量，E₁……E_n表示n个需反算的力学特性参数；第k个传感器的弯沉值W_k可表示为：W_k＝f_k(E)                                     (2)式中E表示向量{E₁…E_n}^T将上式用泰勒级数展开，并取其一阶近似量，则有：f_k(E+ΔE)＝f_k(E)+f_kΔE                      (3)上式可写为：ek=fk(E+ΔE)-fk(E)]]>=▿fk·ΔE=∂fk∂E1ΔE1+∂fk∂E2ΔE2+······+∂fk∂EnΔEn---(4)]]>如果用f_k(E)代表实测弯沉，f_k(E+ΔE)代表调整力学特性参数后的计算弯沉，ΔE表示力学特性参数的调整量，则e_k表示力学特性参数调整后计算弯沉与实测弯沉之间的误差量；对不同传感器处建立上述方程，则有：e1=∂f1∂E1ΔE1+∂f1∂E2ΔE2+······∂f1∂EnΔEn]]>e2=∂f2∂E1ΔE1+∂f2∂E2ΔE2+······∂f2∂EnΔEn---(5)]]>………………em=∂fm∂E1ΔE1+∂fm∂E2ΔE2+······∂fm∂EnΔEn]]>将上述方程组两边除以f_k，使方程变成无量纲的方程组，则有：e1f1=∂f1∂E1·E1f1·ΔE1E1+∂f1∂E2·E2f1·ΔE2E2+······+∂f1∂En·Enf1·ΔEnEn]]>e2f2=∂f2∂E1·E1f2·ΔE1E1+∂f2∂E2·E2f2·ΔE2E2+······+∂f2∂En·Enf2·ΔEnEn---(6)]]>………………emfm=∂fm∂E1·E1fm·ΔE1E1+∂fm∂E2·E2fm·ΔE2E2+······+∂fm∂En·Enfm·ΔEnEn]]>将上式表示为矩阵或向量形式，即：r=[e1f1,e2f2,e3f3······emfm]T]]>F＝[F_ki]Fki=∂fk∂Ei·Eifkk=1,2······m;i=1,2······n]]>α=[ΔE1E1,ΔE2E2,······ΔEnEn]T]]>则方程(6)可表示为：变为：r＝Fα                                             (7)误差向量r可由模型计算弯沉和实测弯沉完全确定，矩阵F为灵敏度矩阵，其中的元素F_ki表示第k个传感器处的弯沉对第i个力学特性参数的敏感性，可采用数值计算方法建立；方程(7)采用奇异值分解技术进行求解，其中任何一个m×n阶矩阵A(m≥n)都可以分解为m×n阶正交矩阵U，n×n阶对角矩阵w和n×n阶正交矩阵v的转置V^T的乘积，即：A＝U·W·V^T                                    (8)其中             U^TU＝V^TV＝E矩阵F的条件数r＝w_max/w_min反映了矩阵的奇异性。当r无穷大，即w_min＝0时，矩阵是奇异的，当r较大但非无穷时，矩阵是病态矩阵；因此，奇异值分解理论不仅可以诊断方程是否病态，而且可以通过消去最小奇异值给出方程的稳定解答。