新型和声搜索算法在土坡稳定分析中的应用

首先提出了一种产生任意滑动面的策略,对可行的滑动面采用Spencer法计算其安全系数;其次改进了基本和声搜索算法的寻优思路,充分利用较优异的和声信息,在每一迭代步中产生多个新和声,然后重新选择优秀的个体进入和声库,构成迭代。该新型和声搜索算法应用于两个复杂土坡的稳定分析中,所得结果与文献中已有结果以及基本和声搜索算法的结果进行了比较,充分证明模拟任意滑动面的策略和改进和声搜索算法是高效的,可以用于复杂土坡稳定问题的分析。     

搜索土坡潜在滑动面的蚁群算法

对土坡圆弧滑动面的搜索可以简化为圆心坐标及半径的搜索问题，而非圆弧滑动面的搜索，也可简化为滑动面上若干关键点坐标的搜索问题。因此，土坡潜在滑动面的搜索可变成一个典型的复杂连续函数优化问题。本文就此提出一种新的解决连续函数优化问题的连续型蚁群算法，它具有简单易实现且计算效率高等特点，特别适用于复杂工程优化问题。最后，通过一个典型算例进行验证，并与遗传进化算法比较表明，本算法的计算效率较高。     

基于极限分析上限法双层土坡稳定性分析

已有双层边坡稳定极限分析仅考虑分层位置在坡脚处情况,针对这一局限性,基于极限分析上限定理,开展了分层位置任意条件下双层土坡稳定性极限分析,推导了双层土坡在不同破坏机制下临界高度的计算公式;通过编制ＭＡＴＬＡＢ计算程序,分析了临界高度与分层深度的关系,并得到不同因素下双层土坡临界高度随分层深度改变的变化规律;针对双层土坡在不同的几何参数和力学参数影响下,研究其临界滑动面位置的分布特点。结果表明:对于上硬下软型双层土坡,其临界高度随分层深度的增加而线性增加;对于上软下硬型双层土坡,其临界高度随分层深度的增加而减小。坡底破坏主要出现于内摩擦角较小（＜１０°）的较缓（β＜４５°）边坡,但对于上硬下软型双层土坡,在内摩擦角较大且分层深度在坡脚位置处时,也可发生坡底破坏。     

边坡临界滑动面搜索的奖惩蚁群算法研究

边坡滑动面搜索是边坡稳定计算中一项关键的问题，其实质为安全系数最小的滑动路径的搜索问题，采用路径搜索算法蚁群算法是目前研究的热点。为了克服传统蚁群算法效率低、效果差的缺点，通过引入奖惩策略，加快较优路径和普通路径上信息素的差异，分化各条路径上的信息素，从而提出了一种奖惩蚁群算法。通过把边坡滑动面搜索问题的离散模型化，采用奖惩蚁群算法解决滑动面搜索问题，提出了一种临界滑动面搜索的新方法。通过一个简单边坡和复杂边坡的典型算例计算及一个大坝边坡的工程的应用实例应用，验证了新滑动面搜索算法的有效性及其高效性。结果表明，无论是对简单边坡还是复杂边坡，本文算法都可以能以更快的速度搜索得到效果更好的临界滑动面，且工程应用效果良好。     

边坡临界滑动面搜索的奖惩蚁群算法研究

边坡滑动面搜索是边坡稳定计算中一项关键的问题,其实质为安全系数最小滑动路径的搜索问题,本文对采用路径搜索的蚁群算法引入奖惩策略,加大较优路径和普通路径上信息素的差异,分化各条路径上的信息素,以克服其收敛速度慢、早熟收敛的缺点。通过把边坡滑动面搜索模型离散化,采用奖惩蚁群算法解决滑动面搜索问题,提出了一种临界滑动面搜索的新方法。最后对一个简单边坡和复杂边坡的典型算例及一个大坝边坡工程的应用实例进行了计算,验证了新算法的有效性及其高效性。结果表明,无论是对简单边坡还是复杂边坡,本文算法都能以更快的速度搜索到结果更好的临界滑动面,工程应用效果良好。     

引入和声策略的遗传算法在土坡非圆临界滑动面求解中的应用

借鉴和声搜索算法中产生新解的方式在基本遗传算法中产生新的子代，同时提出一种修复策略替换惩罚策略来修复搜索过程中可能出现的不可行解，以更有效的搜索解空间，从而形成和声遗传算法。利用该算法对两个土坡的最小安全系数及其临界滑动面进行搜索，并同采用基本遗传算法和基本和声算法的计算结果进行比较，证明了本文提出的两种策略是有效且合理的。     

和声退火算法及其在土坡稳定分析中的应用

借鉴和声搜索算法中新解产生的方式来实现模拟退火算法中的扰动过程,把和声库中的最坏解视为模拟退火算法的初始最优解,形成的和声退火算法具有较强的全局搜索能力;用修复策略替换惩罚策略,修复搜索过程中可能出现的不合理滑动面,可以更有效地搜索解空间。均质土坡和非均质边坡最小安全系数实例计算结果表明,和声退火算法取得了较基本和声搜索算法及模拟退火算法均好的结果,可以用于土坡稳定分析计算。     

一种新型遗传算法及其在土坡任意滑动面确定中的应用

提出了一种便于工程应用的改进模拟任意滑动面策略。针对简单遗传算法容易陷入局部最优值的缺陷，借鉴和声算法产生新解的方式来产生遗传算法中的子代个体。该策略能综合利用整个父体的信息来构建子代。将该方法用于求解两个复杂土坡的最小安全系数，所得结果与已有文献结果比较证明，新型遗传算法能搜索到更小的安全系数，可应用于土坡稳定分析。     

动态和声搜索算法在土坡稳定分析中的应用

为了改善基本和声搜索算法中参数不易确定的问题,通过设置一系列参数组合,根据每组参数组合的搜索表现,动态地选择并确定和声算法的参数,提出动态和声搜索算法,并将动态和声搜索算法应用于土坡稳定分析中,通过算例分析证明了动态和声搜索算法的有效性。     

Rosenblueth法在边坡可靠度分析中的应用

针对在确定具有最小可靠度指标的滑动面时蒙特卡罗法耗时长的问题,通过两个典型土坡,采用简化Bishop法计算滑动面的抗滑稳定安全系数从而构建了边坡可靠度分析的功能函数,利用圆弧构建潜在滑动面,利用Rosenblueth法计算每个潜在滑动面的可靠度指标,采用和声搜索算法搜索潜在滑动面的变化以寻求最小可靠度指标滑动面,并与常规极限平衡方法得到的最小安全系数对应的滑动面进行了比较。结果表明:简单均质土坡临界滑动面与最小可靠度指标滑动面基本重合,非均质土坡最小可靠度指标滑动面与临界滑动面相差较大,可靠度指标相差也较大,在具体应用时建议采用Rosenblueth法进行最小可靠度指标滑动面的确定。     

渗流作用下边坡自稳临界高度计算

大多边坡中存在地下水,渗流是影响边坡稳定性的关键因素之一。由经典的土力学理论,在存在地表超载和地下水渗流情况下,推导出了计算岩土体自稳临界高度的一系列公式,扩展了经典的计算公式应用范围,证明了地下水渗流不改变边坡潜在滑动面的位置但减少了岩土体自稳临界高度。研究成果可用于自然边坡、填土边坡、堤坝边坡、已知滑动面的滑坡、基坑开挖边坡的稳定性评价。     

有限元稳定分析法在确定土体结构极限承载力中的应用

本文引入有限元稳定分析法来求解土体结构的极限承载力。在有限元应力应变分析的基础上，通过搜索临界滑动面并增大外荷载使临界滑动面安全系数为1.0来确定极限承载力，并指出由此得到的极限承载力是土体结构沿临界滑动面整体达到极限平衡时的真正承载力。算例表明此法可行，同时将该方法推广到求解边坡极限承载力和地基承载力。文中还研究了边坡极限承载力同自重和坡角的关系。与各传统地基承载力公式比较发现，在土体内摩擦角比较大时，经验公式均低估了地基承载力。最后分析了计算参数变化对地基承载力的影响。     

确定概率临界滑面的简化方法

在对边坡进行可靠度分析时,通常选择强度参数均值对应的确定性临界滑面或最小可靠度指标对应的概率临界滑面作为计算滑面,前者为确定性滑面上的可靠度指标,并非最小可靠度指标,后者作为边坡体系可靠度的近似,更接近于边坡的实际破坏概率。Hassan和Wolff提出的概率临界滑面计算方法,基于强度参数的特定组合,进行几次稳定性计算确定最小可靠度指标对应滑面,简便易行,无需专用的可靠度分析软件。为证明该方法的有效性,将其运用到简单均质土坡与非均质土坡算例中,并将工程中常用的正交设计运用到可靠度计算中,进行对比分析。结果显示:2个算例均表明最小可靠度指标对应的滑面与参数组合中最小安全系数对应的滑面相一致。因此,在工程应用中,可以采用该方法确定最小可靠度指标对应滑面。     

边坡临界滑动面确定的蛙跳算法

将蛙跳算法引入到边坡极限平衡稳定性分析中,详细介绍了蛙跳算法的流程,并对典型土坡进行了计算分析,结果表明:蛙跳算法搜索到的最危险滑动面上较多的点位于软弱夹层内,所得到的安全系数比遗传算法结果更为合理。通过正交试验分析了蛙跳算法各个参数对计算结果的影响,并给出了推荐的参数取值。     

基于元胞自动机模型的库岸边坡失稳模拟方法

库岸边坡的运行稳定对于水利工程尤其是高坝工程的服役安全至关重要,其失稳破坏极易引起工程自身效益和周边生命财产安全的巨大损失,有必要针对其运行稳定性加以分析研究。针对传统边坡失稳分析方法的岩土力学参数取值困难和动态变化特征考虑不足的弊端,结合边坡物理力学性质提出一种基于元胞自动机模型的库岸边坡失稳模拟方法,在位移实测数据的驱动下动态辨识了边坡失稳的发展路径。结果表明：库岸边坡的失稳破坏存在渐变到突变的累进发展过程,且失稳区域主要集中在沿地层界限分布的地滑堆积区。研究方法对于特征复杂、组分混合的库岸边坡失稳模拟具有一定的应用效果和推广价值。     

滑移线积分变换在土坡稳定性中的应用

根据边坡变形潜在滑体势能变换的特点,用 Bishop 法、耗散能法和有限单元法分别对双层和 3 层土质边坡进行了稳定性分析。首先通过对边坡滑移线积分公式的转化和推导,建立了以势能耗散能量表示的改进极限平衡法求解安全系数的计算式。结合平面应变两类型边坡算例分析,并利用 VC ＋＋程序语言编制简易的安全系数和滑移线方程的求解程序,对双层和 3 层土质边坡稳定性进行计算分析。计算结果显示：耗散能法得到的潜在滑移线解析式满足指数方程,且在层面附近间断; Bishop 法得到的潜在滑移线经过坡脚,其解析式满足圆方程;耗散能法所得安全系数介于 Bishop 法和有限元法之间,为研究边坡稳定性和工程加固的合理范围提供了借鉴,这对极限平衡法求解边坡稳定性也是一种有益的补充。