本發明涉及模擬分析，具體涉及一種基于計算機模擬的碎石墊層動態加載變形分析系統。

背景技術：

1、道路下的碎石墊層是一種具有一定壓實度的散體材料，在振動的條件下會碎石顆粒會產生位移，相互間錯動，最終達到振動密實的一種狀態。

2、引起巖土體振動的振源可分為天然振源和人工振源兩種。地震、波浪力、風力都是天然振源，交通荷載、爆炸、打樁、機器基礎都是人工振源，這些振源的振動頻率、振動次數和振動波形各不相同。天然振源發生隨機振動的激振力，人工振源有隨機振動也有周期性振動。例如爆炸等瞬時荷載引起的振動是隨機的，連續運轉的機器引起的振動是周期性的。對于公路下的碎石墊層，引起其振動的振源主要為人工振源中的交通荷載，交通荷載具有一定的規律性，因此可利用施加規律的周期荷載進行模擬。而且在不同動荷載下土的強度和變形各不相同，其共同特點是都受到加荷速率和加荷次數的影響。

3、針對碎石墊層的變形分析一般是采用動三軸試驗，但是由于動三軸試驗是較為復雜的巖土動力特性室內試驗，是將土的試樣按照要求的濕度、密度、結構和應力狀態制備于一定試樣容器之中，然后施加不同形式和不同強度的振動荷載作用，再量測在振動作用下試樣的應力和應變，從而對土性和有關指標的變化規律做出定性和定量的判斷，具備試驗條件復雜、設備較大、成本高等缺點，不方便使用。

技術實現思路

1、本發明通過在實際動三軸實驗和模擬動三軸實驗進行比較的基礎上，通過改進后的遺傳算法模擬生成級配碎石物理模型對應的級配碎石物理模型力學參數集，并且結合對應的級配碎石物理模型，完成對碎石墊層動態加載變形分析的加載數值模型的設置，并在加載數值模型的基礎上執行對碎石墊層動態加載變形分析的數值模擬，無需采用室內動三軸試驗，為碎石墊層動態加載變形分析提供便利。

2、一種基于計算機模擬的碎石墊層動態加載變形分析系統，包括：

3、級配碎石物理模型設置模塊，用于設置級配碎石物理模型；

4、級配碎石物理模型力學參數集模擬設置模塊，用于在實際動三軸實驗和模擬動三軸實驗進行比較的基礎上，通過改進后的遺傳算法模擬生成級配碎石物理模型對應的級配碎石物理模型力學參數集，以完成級配碎石物理模型力學參數集模擬設置的模擬設置；

5、碎石墊層動態加載變形分析模塊，用于在級配碎石物理模型和對應的級配碎石物理模型力學參數集的基礎上，執行模擬動三軸實驗，實現對碎石墊層動態加載變形分析。

6、優選地，在級配碎石物理模型力學參數集模擬設置模塊中，在實際動三軸實驗和模擬動三軸實驗進行比較的基礎上，通過改進后的遺傳算法模擬生成級配碎石物理模型對應的級配碎石物理模型力學參數集，具體包括如下步驟：

7、步驟s1：構建m個級配碎石物理模型力學參數模擬集，并將所有級配碎石物理模型力學參數模擬集組成種群集合，并設置最大迭代次數；

8、步驟s2：計算級配碎石物理模型力學參數模擬集對應的適應度，并將適應度最大的級配碎石物理模型力學參數模擬集記為最優級配碎石物理模型力學參數模擬集，并將最優級配碎石物理模型力學參數模擬集存入最優庫中；

9、步驟s3：在級配碎石物理模型力學參數模擬集對應的適應度的基礎上，通過遺傳算法對種群集合進行迭代更新，迭代更新具體包括選擇、重組和變異操作；

10、步驟s4：重復步驟s2-步驟s3，直至迭代次數到達最大迭代次數，輸出最優庫中適應度最大的級配碎石物理模型力學參數模擬集作為級配碎石物理模型對應的級配碎石物理模型力學參數集。

11、優選地，在級配碎石物理模型力學參數集模擬設置模塊中，構建級配碎石物理模型力學參數模擬集，具體包括如下步驟：構建一個初始集合，初始集合中包括n個元素，n為級配碎石物理模型力學參數集中的級配碎石物理模型力學參數的總個數，針對初始集合中的第n個元素，n=1，2，3，…，n，選擇第n個級配碎石物理模型力學參數對應的參數范圍內的隨機值對初始集合中的第n個元素進行賦值操作；直至初始集合中的所有元素均被賦值，將初始集合記為級配碎石物理模型力學參數模擬集，完成級配碎石物理模型力學參數模擬集的設置。

12、優選地，在級配碎石物理模型力學參數集模擬設置模塊中，級配碎石物理模型力學參數模擬集對應的適應度的計算方式如下：通過實際動三軸實驗獲取級配碎石物理模型對應的動力回彈模量，并記為實際動力回彈模量；加載級配碎石物理模型和對應的級配碎石物理模型力學參數模擬集，通過數值模擬的方式計算得到級配碎石物理模型對應的動力回彈模量，并記為模擬動力回彈模量；計算不同試驗條件下的實際動力回彈模量和模擬動力回彈模量之間均方誤差作為級配碎石物理模型力學參數模擬集對應的適應度。

13、優選地，在級配碎石物理模型力學參數集模擬設置模塊中，選擇操作包括如下內容：在級配碎石物理模型力學參數模擬集對應的適應度的基礎上通過輪盤賭選擇算法選擇0.5m個級配碎石物理模型力學參數模擬集組成父代集合，將種群集合中除開父代集合剩余的級配碎石物理模型力學參數模擬集組成母代集合。

14、優選地，在級配碎石物理模型力學參數集模擬設置模塊中，重組操作包括如下內容：基于級配碎石物理模型更新每個級配碎石物理模型力學參數對應的重組概率，從父代集合和母代集合中分別隨機選擇一個級配碎石物理模型力學參數模擬集，在所有級配碎石物理模型力學參數對應的重組概率的基礎上，通過輪盤賭選擇算法選擇一個級配碎石物理模型力學參數，并將選擇的兩個級配碎石物理模型力學參數模擬集在選擇的級配碎石物理模型力學參數上對應的數值進行替換，且選擇過的級配碎石物理模型力學參數模擬集后續不再選擇。

15、優選地，在級配碎石物理模型力學參數集模擬設置模塊中，變異操作包括如下步驟：針對任意一個級配碎石物理模型力學參數模擬集，通過隨機函數生成一個0至1之間的隨機數η，判斷η＞pc是否成立，pc為變異閾值，若是η＞pc成立，生成一個0至n之間的隨機值μ，將級配碎石物理模型力學參數模擬集中的第μ個數值替換為第μ個級配碎石物理模型力學參數對應的參數范圍內的隨機值；若是η＞pc不成立，繼續選擇下一個波形鋼腹板組合梁橋模擬設計參數集。

16、優選地，在級配碎石物理模型力學參數集模擬設置模塊中，基于級配碎石物理模型更新每個級配碎石物理模型力學參數對應的重組概率，具體包括如下步驟：

17、將級配碎石物理模型對應的級配碎石物理模型特征集與級配碎石物理模型力學參數集標準庫進行匹配，級配碎石物理模型力學參數集標準庫中包括已經完成級配碎石物理模型力學參數集模擬設置的級配碎石物理模型和對應的級配碎石物理模型力學參數集，將級配碎石物理模型對應的級配碎石物理模型特征集和級配碎石物理模型力學參數集標準庫中的級配碎石物理模型對應的級配碎石物理模型特征集進行依次匹配，匹配方式為計算級配碎石物理模型對應的級配碎石物理模型特征集和級配碎石物理模型力學參數集標準庫中的級配碎石物理模型對應的級配碎石物理模型特征集之間的相似度，并判斷級配碎石物理模型對應的級配碎石物理模型特征集和級配碎石物理模型力學參數集標準庫中的級配碎石物理模型對應的級配碎石物理模型特征集之間的相似度是否高于相似度閾值，若是級配碎石物理模型對應的級配碎石物理模型特征集和級配碎石物理模型力學參數集標準庫中的級配碎石物理模型對應的級配碎石物理模型特征集之間的相似度高于相似度閾值，視為匹配成功，輸出匹配成功對應的級配碎石物理模型力學參數集，并記為標準級配碎石物理模型力學參數集；

18、針對第n個級配碎石物理模型力學參數對應的重組概率an，通過如下公式對重組概率an進行更新：an=（fn-hn）-2an，其中fn為最優級配碎石物理模型力學參數模擬集中第n個級配碎石物理模型力學參數對應的數值，hn為標準級配碎石物理模型力學參數集中第n個級配碎石物理模型力學參數對應的數值。

19、本發明具有以下優點：

20、本發明通過在實際動三軸實驗和模擬動三軸實驗進行比較的基礎上，通過改進后的遺傳算法模擬生成級配碎石物理模型對應的級配碎石物理模型力學參數集，并且結合對應的級配碎石物理模型，完成對碎石墊層動態加載變形分析的加載數值模型的設置，并在加載數值模型的基礎上執行對碎石墊層動態加載變形分析的數值模擬，無需采用室內動三軸試驗，為碎石墊層動態加載變形分析提供便利。