A PINN-based modelling approach for hydromechanical behaviour of unsaturated expansive soils

膨胀性粘土 土壤水分 孔隙比 本构方程 膨胀的 岩土工程 理查兹方程 地质学 工程类 含水量 土壤科学 材料科学 结构工程 抗压强度 复合材料 有限元法
作者
K.K. Li,Zhen‐Yu Yin,Ning Zhang,Jian Li
出处
期刊:Computers and Geotechnics [Elsevier]
卷期号:169: 106174-106174 被引量:25
标识
DOI:10.1016/j.compgeo.2024.106174
摘要

Hydromechanical behaviour of unsaturated expansive soils is complex, and current constitutive models failed to accurately reproduce it. Different from conventional modelling, this study proposes a novel physics-informed neural networks (PINN)-based model utilising long short-term memory as the baseline algorithm and incorporating a physical constraint (water retention) to modify the loss function. Firstly, a series of laboratory tests on Zaoyang expansive clay, including wetting and drying cycle tests and triaxial tests, was compiled into a dataset and subsequently fed into the PINN-based model. Subsequently, a specific equation representing the soil water retention curve (SWRC) for expansive clay was derived by accounting for the influence of the void ratio, which was integrated into the PINN-based model as a physical law. The ultimate predictions from the PINN-based model are compared with experimental data of unsaturated expansive clay with excellent agreement. This study demonstrates the capability of the proposed PINN in modelling the hydromechanical response of unsaturated soils and provides an innovative approach to establish constitutive models in the unsaturated soil mechanics field.
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