Determination of input parameters of advanced soil constitutive models using optimization methods

Předpokladem úspěšné aplikace numerických metod v geotechnice je volba vhodného materiálového modelu a jeho vstupních parametrů. S rostoucí komplexností soudobých konstitutivních vztahů však roste i počet vstupních parametrů a tudíž náročnost jejich kalibrace. Jedním z řešení je automatizace procesu kalibrace s využitím optimalizačních metod. Pro tyto účely byla v rámci diplomové práce vytvořena programová aplikace využívající metaheuristickou optimalizační metodu Particle swarm optimization (Optimalizace hejnem částic). V první části řešení diplomové práce proběhlo rozsáhlé testování a výběr vhodných variant Optimalizace hejnem částic. Následně bylo přistoupeno k propojení vytvořené aplikace s řešičem na principu MKP (Plaxis 2D). Hodnoty vstupních parametrů materiálových modelů byly získány optimalizací na třech různých okrajových úlohách: laboratorní zkouška (edometr), in-situ zkouška (presiometr) a geotechnická konstrukce (stavební jáma). Pro optimalizaci jejich vstupních parametrů byly vybrány tři materiálové modely: lineárně-elastický perfektně-plastický Mohr-Coulombův materiálový model, elasto-plastický Hardening soil model s dvojitým zpevněním a Hardening soil small strain model zahrnující zvýšenou tuhost v oboru velmi malých přetvoření.Choice of the constitutive model and determination of input parameters are necessary for a successful application of numerical methods in geotechnical engineering. Higher complexity of modern constitutive models results in an increase of the number of input parameters and time requirements for their calibration. Optimization methods are a possible solution for this problem. An application in which metaheuristic optimization method Particle swarm optimization (PSO) is involved is presented in this thesis. Critical review and testing of various PSO alternatives was performed in the first part of this thesis. The most efective PSO alternatives were chosen. In the second part connection between PSO algorithm and finite element solver was prepared. Automatization of determination of constitutive models input parameters was performed on three boundary value problems: laboratory test (oedometer), in-situ test (pressuremeter) and geotechical construction (retaining wall). Three types of constitutive models are used. Linear elastic-perfectly plastic Mohr-Coulomb model, elastoplastic non-linear Hardening soil model and Hardening soil - small strain model.