基于进化策略的路基稳定性分析

基于边坡稳定分析的简化毕肖普（A.W.Bishop）条分法,提出用进化策略搜索最危险滑动面及其对应的最小安全系数的方法.该方法模拟了生物进化过程,克服了传统方法容易陷入局部最小值的缺点,是一种全局优化算法,并通过某一高路堤公路边坡对其进行了验证.     

基于仿生算法的滑坡危险滑动面反演(1)——滑动面搜索

滑坡稳定性分析中一个非常重要的问题就是其潜在危险滑动面搜索的问题。为了更好地进行滑动面搜索研究,这里以滑动面上的若干关键点作为搜索目标,从而使问题变成了一个搜索关键点坐标的问题。由于实际滑坡性质的复杂性,此优化问题非常复杂,采用常规优化技术常常不能奏效。为了有效地解决这个问题,这里以效率更高、效果更佳的仿生算法——免疫进化规划作为优化工具,以滑动面上关键点坐标作为优化参数,以滑坡稳定性安全系数作为优化目标进行研究,提出了一种进行任意滑动面搜索的新方法。最后,通过一个典型算例及一个边坡工程实例验证了方法的有效性。     

滑坡综合集成智能分析方法研究进展

本文综合课题组在滑坡方面的研究,以具体的滑坡工程为实例,详细介绍了滑坡现场监测、基于GIS的滑坡三维可视化、综合集成智能滑坡分析方法,包括滑坡变形预测的进化支持向量机建模、加固方案优化设计的进化神经网络-数值方法、基于动态聚类的进化神经网络危险性分区、滑体参数反演的进化支持向量机-有限元方法、滑动面搜索的免疫连续蚁群-极限平衡分析、滑动面参教反演的粒子群优化算法等。结果表明,所提出的滑坡研究综合集成智能分析方法是适用、科学和合理的。     

用遗传算法确定地基承载力

 地基承载力的确定是基础工程设计中至关重要的一环。基于运动单元法的基本思想所提出的地基承载力的求解方法, 构造出一种适合于地基整体破坏类型的优化分析约束条件, 采用遗传算法搜索最危险滑动面与地基极限承载力的方法。该方法秉承生物遗传进化过程, 扩展了传统的极限平衡方法确定地基承载力的应用范围, 并且克服了传统方法易于陷入局部极小值的缺点。     

局部安全系数法在土坡稳定分析中的应用

假定各条块的局部安全系数与滑动面的整体安全系数不相等,联合潘家铮极大值原理与优化算法构建了一种求解整体安全系数的新方法.对于给定滑动面,该方法将推力线与条块间力的倾角视为优化变量,利用优化算法寻找一组优化变量使此滑动面的整体安全系数达到极大值,同时可得到各条块的局部安全系数.在众多可行的滑动面中,选择整体安全系数最小的滑动面作为临界滑动面.利用该法对澳大利亚计算机应用协会(ACADS)的考题以及已有文献中的典型例题进行了计算,通过比较分析了该法的合理性.     

一个新的非圆弧滑动全局最优化算法

提出了一种新的非圆弧滑动边坡稳定分析算法,该算法直接建立在条分法的基础上。滑坡体被离散成一系列的土条之后,滑动面变成由这些土条的节点来控制。该算法的实质是随机移动这些节点,用非数值的方法如模拟退火法使滑动面的移动向潜在的最危险滑动面移动。该算法不需要设定搜索范围,不需要假定滑面形状,能够自然算出复杂几何特征和材料特性真实边坡下最危险滑动面的形状。同时由于变换过程的局部性,计算效率大为提高。计算结果表明,该算法准确找到了全局最优解,并验证了在某些情况下滑动面为圆弧状或分段直线状,或其组合形式。     

基于Dijkstra算法的边坡极限平衡有限元分析

基于有限元计算结果,将边坡稳定性问题转化为图论中寻找最短路问题。通过引入图论中解决最短路问题的Dijkstra算法到搜索边坡最危险滑动面及其安全系数中去,对Dijkstra算法作了一定的改进,建立了一种新的边坡稳定性分析方法--基于Dijkstra算法的极限平衡有限元方法。通过一算例对该法进行验证,计算得的安全系数和危险滑动面位置与推荐答案基本一致,说明该方法应用于边坡工程的可行性。将该方法应用于糯扎渡水电站右岸泄洪洞出口边坡的稳定性分析,与极限平衡法和强度折减法作了比较。研究表明,该方法计算得到的安全系数介于极限平衡法和强度折减法之间;危险滑动面位置与这两种方法计算得到的危险滑动面位置基本一致,该方法应用于复杂岩体边坡的稳定性分析可行。最后,对于逆坡向发展的滑动面,以洛古水电站右岸边坡的稳定性分析为实例,研究了逆坡向发展的滑动面滑动力计算方法;比较分析3DEC和该方法的计算结果,说明该方法适用于逆坡向发展的滑动面的稳定性分析。     

边坡非圆弧临界滑动面的粒子群优化算法

采用粒子群优化算法搜索边坡的临界滑动面及其对应的最小安全系数。粒子群优化算法不断迭代更新试算滑动面，使其安全系数不断减小，经过有限次的迭代分析可确定边坡临界滑动面及其对应的全局最小安全系数。粒子群优化算法具有较好的全局搜索和局部搜索能力，可克服多数常规的优化方法易陷入安全系数局部极小的问题，并具有较高的搜索效率。同时，粒子群优化算法易于与极限平衡法或有限元-极限平衡法相结合进行边坡稳定分析。通过数值算例及与其他学者的结果比较，证明提出的确定边坡临界滑动面方法的有效性。     

边坡非圆弧潜在滑动面全局优化的新方法

最危险潜在滑动面搜索是边坡稳定性分析中的一项关键工作,最危险滑动面的准确确定对边坡稳定性评价、设计、施工等均具有重要意义,随着计算机技术的发展,各种最优化方法在最危险滑动面搜索中得到广泛应用。Leapfrog算法是一种优秀的全局优化方法,该方法模拟分子在空间中运动的物理现象,以分子势能表示目标函数,通过一定策略追踪分子的运动轨迹,获得问题解。极限平衡分析是工程界普遍接受的稳定性分析方法,以安全系数(滑动面的函数)为目标函数,将Leapfrog算法与Spencer法结合,提出确定任意形状滑动面的新方法,并通过2个经典算例说明该方法的可行性。     

大坝岩基深层滑动面的可靠度分析

建立了一种对大坝岩基深层滑动面的可靠度分析的方法。首先运用Mohr-Coulomb破坏准则推导出局部破坏的判别法,从而得到对应某一初始点的滑动面。然后运用了瑞典条分法计算岩基安全系数的公式,使其作为目标函数,使用了人工鱼群算法得到了初始点,从而确定了滑动面。最后,使用最小二乘法,用直线拟合了滑动面。并对主滑动体和尾岩抗力体进行受力分析,得到了功能函数。通过Monte-Carlo法,得到功能函数的期望值和方差,从而得到大坝岩基深层滑动面的可靠度。结合了实例说明了此种方法的有效性。与常规求大坝岩基深层滑动面的可靠度的方法相比,此方法有其优点:中间过程采用有限元分析方法对应力状态进行了分析,得到的可靠度是偏于安全的。     

加速混合遗传算法在搜索边坡最危险滑动面中的应用

基于简化Janbu条分法,提出一种加速混合遗传算法,在无需对边坡最危险滑动面的几何形状进行假设的前提下,自由搜索最危险任意形状滑动面,并计算其对应的最小安全系数。该方法是通过把无约束优化的Powell算法作为一个与遗传算法的选择、交叉和变异平行的算子,嵌入到改进的实数编码遗传算法中而得到的,它同时具有两种方法的优点:(1)有较强的自适应能力,使得收敛速度加快;(2)还有可能搜索到最优化问题的全局最优解。首先通过一算例验证加速混合遗传算法的准确性,然后应用于一工程实例。与现场勘察结果对照表明,加速混合遗传算法搜索到的最危险滑动面与实际情况吻合得很好,优于简单遗传算法。     

SEARCH FOR CRITICAL SLIP CIRCLE USING GENETIC ALGORITHMS

In using traditional nonlinear optimization techniques for determining the critical slip surface in slope-stability analysis there is generally some uncertainty as to robustness of the algorithms to locate the global minimum factor of safety rather than the local minimum factor of safety for complicated and non-homogeneous geological subsoil conditions. This paper describes the incorporation of a genetic algorithm methodology which is becoming increasingly popular in engineering optimization problems as it has been shown in a wide variety of problems to be suitably robust for the search not to become trapped in local optima. First, the general principles of genetic algorithms are described. The genetic algorithm procedure used to locate the critical circular slip surface is then described. The five examples presented indicate that the search strategy was suf ficiently robust and efficient to handle multi-layered soils.     

复杂边坡滑动面确定的联合搜索法

 针对复杂边坡特点,提出改进的滑动面搜索变量选取方式,通过左、右出滑点和弧高控制滑动面位置,搜索变量取值范围不再需要经验假定。使用分区间搜索策略,以寻找最危险滑动面和潜在危险滑动面,同时也将搜索区域分割,增大算法搜索到全局最优值的可能性。利用混沌优化算法和复合形法联合搜索算法确定复杂边坡的最小安全系数和滑动面,充分利用混沌搜索和复合形法各自的优点,有效地避免陷入局部最小值,并克服混沌优化耗时较长的不足。通过对复杂边坡实例的计算,结果证明,采用改进搜索变量的基本复合形法寻优成功率比传统搜索变量高出40%～60%。联合搜索法的最小安全系数集中于1.70～1.72,全局搜索能力远远优于基本复合形法。多级边坡工程算例的分析表明,该边坡的4条潜在滑动面,其安全系数与最小安全系数相差不超过7.6%,最小仅相差3.6%,但相应的滑动面位置与最危险滑动面完全不同。     

边坡可靠性分析分步混合遗传算法

讨论了复杂边坡可靠性分析方法 ,建立了边坡可靠性分析统一的数学模型 ,提出了一种计算边坡最小可靠性指标和搜索临界滑动面的分步混合遗传算法 ,探讨了计算参数的相关性对可靠性指标的影响 ,揭示了基于最小安全系数下和基于最小可靠性指标下临界滑动面的不同一性     

遗传算法在岩土工程可靠度分析中的应用

基于可靠度指标的几何涵义 ,运用遗传算法原理 ,提出了计算岩土工程可靠指标和设计验算点的全局优化算法。该方法模拟了生物遗传进化的过程 ,克服了传统方法容易陷入局部最小值的缺点。对于功能函数的非线性和复杂性 ,避免了有时甚繁的求导数工作。通过实例证明了本文方法的有效性     

Improved genetic algorithm and its application to determination of critical slip surface with arbitrary shape in soil slope

In order to overcome the problem of being trapped by the local minima encountered in applying the simple genetic algorithm (GA) to search the critical slip surface of the slope, an improved procedure based on the harmony search algorithm is proposed. In the searching computation, the new solutions are obtained from the whole information of the current generation. The proposed method may be applied to calculate the minimum factors of safety of two complicated soil slopes. Comparison of the results with existing examples given by other authors has shown that the proposed method is feasible for stability analysis of soil slopes.     

层状土中土钉支护结构整体稳定性分析方法

根据极限平衡法的原理,采用简单条分法建立了非均质层状土中的土钉支护结构整体稳定性的分析模型,推导了安全系数的理论表达式;为了克服传统的遗传算法在迭代过程中出现的适应度值标定方式复杂、过早的收敛到局部最优解和在最优值附近收敛速度慢等缺点,提出了采用动态自适应技术和非标准的遗传操作算子改进遗传算法的新算法,并将其引入到土钉支护结构整体稳定性分析中去,建立了一种能同时确定土钉支护最危险滑动面和最小安全系数的动态自适应遗传算法(DAGA)。工程实例分析表明,采用动态自适应遗传算法进行优化,其分析效率更高,收敛速度