边坡临界滑面搜索的改进粒子群优化算法

边坡临界滑面的确定对边坡稳定分析和加固设计极为重要,采用基于变异和二次序列规划的改进粒子群优化算法(VSPSO)进行临界滑面搜索。VSPSO算法中通过变异操作增强粒子群跳出局部最优解的能力,并用二次序列规划(SQP)加速局部搜索,大大提高了粒子群获得全局最优的能力。通过对有解析解的边坡算例进行分析,验证了该算法的准确性及优越性;对澳大利亚计算机应用协会(ACADS)提供的均质边坡、多层土边坡以及含软弱层边坡进行分析,结果表明改进的VSPSO算法搜索所得滑面比传统PSO算法更逼近推荐答案,具有更好的鲁棒性,而且随着边坡复杂程度的增加,更能体现改进VSPSO算法的优越性,具有广阔的应用前景。     

基于模拟退火算法的边坡临界滑面搜索方法

 总结一般情况下滑动面应该满足的基本规律,这些规律在进行滑面优化时对临时产生的滑面起到约束作用。利用非线性有限元法得到坡内真实应力场,将模拟退火算法这一人工智能型非数值优化方法与边坡稳定的有限元方法相结合,探讨基于有限元分析方法的边坡最小安全系数及任意形状临界滑动面的搜索技术。针对临界滑面的搜索过程中,随机生成的初始滑面或试算滑面难以满足滑面几何约束条件这一缺陷,采用动态搜索域的概念,使变换过程局部化,计算效率大为提高。计算的结果表明：该算法找到全局最优解,并且真实再现某些情况下,圆形或其他非圆形式的临界滑动面。     

基于Monte Carlo技术的临界滑面搜索算法的实现及改进

搜索临界滑面是边坡稳定分析的一项重要工作。本文对Venanzlo R Greco提出的Monte Carlo搜索算法进行了改进,增加一条几何合理性条件(除了滑面两端点,滑面与坡面不能相交),增加了方向控制与变自由度机制,这些措施有效地减少了不满足几何合理性条件的试算滑面,保证了搜索过程的准确、高效、稳定。笔者还将此算法加入到自主研发的边坡稳定分析软件ZSlope中,它还可以实时显示整个搜索过程。     

用复合蚁群算法确定边坡临界滑动面

阐述了蚁群算法基本原理，针对蚁群算法局部搜索能力不强等问题进行探讨，把单纯形加速度法引入蚁群算法中构成复合蚁群算法，可加强局域空间的探索，通过工程实例进行了验证。计算表明，在边坡临界滑动面确定中，复合蚁群算法对改善搜索效率、确保计算精确度具有明显效果。     

基于单纯形-有限随机追踪法的边坡稳定性分析

有限随机追踪法在边坡稳定性分析中的全局搜索能力,为边坡稳定性分析提供了新的思想。本文主要将单纯形法的局部搜索能力与有限随机追踪法的全局搜索能力有机结合起来,形成单纯形-有限随机追踪法优化算法,并利用改进Bishop算法对边坡进行稳定性分析,最终得到边坡稳定性系数的全局最优解。依据上述思想编制了边坡稳定性分析程序,并对边坡工程进行稳定性分析与评价。研究结果表明:根据单纯形-有限随机追踪法优化算法计算得到的边坡稳定性系数是全局最优解,具有较高的精度,单纯形-有限随机追踪法优化算法具有较强的全局搜索能力,分析结果可靠。     

边坡内置软弱结构滑动面搜索方法及应用研究

针对边坡内置软弱结构面直接控制着边坡临界滑动面的位置和几何形状,并影响边坡稳定性分析结果的问题,提出了单纯形—有限随机追踪法,并结合工程实例,介绍了该方法搜索滑动面的过程,指出其可有效搜索得到内置软弱结构面边坡滑动面位置,并可在反映工程地质条件的基础上得出可靠的计算结果。     

基于遗传算法的土坡三维可靠度分析

 边坡稳定分析的三维安全系数方法和三维可靠度分析方法一般均需人为给定一个与滑坡体宽度相关的参数或仅针对固定三维滑面进行分析计算。由于这样计算得到三维安全指标并不是最小值，因此难以反映边坡真正的安全度水平。引入随机场局部平均计算模型，考虑土性参数的空间相关性，边坡存在一个最小可靠指标对应的三维滑坡形态，这为采用优化方法进行土坡稳定三维可靠度分析奠定基础。对最小三维可靠度指标与三维临界滑面存在的缘由进行分析。遗传算法是一种优秀的全局寻优算法，可以有效解决边坡稳定分析临界滑面搜索问题。引入土性参数的空间相关模型，结合边坡稳定的三维简化毕肖普方法，直接以边坡稳定的三维可靠度指标为优化目标，建立基于遗传算法的边坡稳定三维可靠度分析方法。该方法无需滑坡宽度的假定，可以得到真正的边坡稳定三维可靠指标及对应的三维临界滑面。算例说明该方法的有效性。     

基于矢量和方法的边坡稳定性分析中整体下滑趋势方向的探讨

矢量和分析方法是基于力是矢量这一基本概念的分析方法,其关键在于确定边坡真实应力分布状态及整体下滑趋势方向。在边坡一定的受力条件下,利用有限元方法得到边坡应力分布状态后,不同定义的下滑趋势方向就可以得到不同的边坡滑面位置及其对应的矢量和法安全系数,通过分析,提出了3种确定整体下滑趋势方向的方法并分别对固定滑面、非固定滑面及均质边坡圆弧滑面的搜索等进行了探讨,计算结果表明:由潜在滑面各点极限抗滑能力确定的边坡整体下滑趋势方向在临界滑面位置的搜索方面是合理的。最后给出了边坡矢量和分析方法平面问题与三维问题安全系数的统一表达式,公式简洁,容易编制程序并容易被工程技术人员掌握和应用。因此该方法在工程实践中有望得到广泛的应用。     

大坝边坡概率最危险滑面搜索的一种算法

在大坝边坡稳定性分析中,如果把岩体参数都作为定值来处理,可以通过计算最小安全系数来搜索到边坡的一个最危险滑面,称之为确定性最危险滑面。若把岩体参数作为随机变量来处理,通过计算最小可靠指标也可以搜索到另外一个最危险滑面,称之为概率最危险滑面。许多学者在研究中把这两个滑面作为一个面来处理,但实际工程中这两个面却不一致,通过对岩体不确定力学参数进行合理的组合及弱化,研究了这两个滑面之间的关系,提出了一种用计算安全系数来搜索概率最危险滑面的方法。并通过工程实例验证了该方法的可行性,结果表明:这是一种实用有效的搜索边坡概率最危险滑面的算法。     

确定边坡最小安全系数的混合优化方法

采用简化的Bishop法计算滑面为圆弧时边坡的安全系数,并将遗传算法和Powell法相结合构造具有良好的全局搜索能力和较快搜索速度的混合算法以搜索边坡的最小安全系数及与之相对应的滑动面,工程实例检验了所提出算法的有效性。     

岩质边坡最危险滑裂面的GA-Sarma算法研究

 基于现有国内外边坡极限平衡法稳定性分析软件在岩质边坡滑裂面搜索中的局限性,将遗传算法(GA)和Sarma法相结合,提出岩质边坡最危险滑裂面的GA-Sarma算法。GA-Sarma算法解决以折线形为滑面形态、以层面等结构面为边界任意条分并满足条块间边界力平衡原理、滑裂路径可追踪顺坡向不连续结构面的岩质边坡最危险滑裂面的全局优化问题。     

边坡临界滑动场及其数值模拟

根据最优控制理论提出了边坡临界滑动场的概念，并提出了模拟临界滑动场的数值方法。临界滑动场是边坡在临界状态下边坡体内无数条互不相交的危险滑动面组成的剩余推力极值曲线场，这些滑动面的形状不受任何数学限制，而临界滑动面是其中的一条。算例表明临界滑动场中的临界滑动面是理论解的数值逼近     

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     

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。     

遗传算法在斜条分上限法中的应用探讨

 应用斜条分上限解法求解边坡稳定、地基极限承载力等问题时,需要借助优化手段寻求最优的上限解。由于斜条分法中增加了条间倾角作为优化自变量,导致优化变自量增加,传统的数值优化算法经常陷入局部极值的陷阱。本文以无重力地基承载力问题为例,通过基于非均匀变异的微型遗传算法求解其临界滑移模式。发现改进后的遗传算法具有较好的全局搜索能力和局部收敛能力,能使问题较好地收敛到闭合解;采用改进遗传算法与单纯形法结合或滑裂面坐标和条块界面角分开优化的方式可以得到更为精确的解答。最后用该数值方法对地基承载力公式中考虑地基土重力的经验系数进行了对比验证。     

桩基码头岸坡整体稳定分析的修正

针对桩基码头的岸坡稳定问题,在考虑了桩本身的特性和桩土相互作用的条件下,提出一种修正基桩抗滑效应的桩基码头岸坡整体稳定的计算方法,同时,采用了遗传算法确定最危险滑动面及其对应的最小安全系数,由此对现有规范中的相关规定提出了修正。该方法考虑圆弧滑动面,采用简化Bishop法计算岸坡稳定的安全系数,并在其中考虑基桩的抗滑作用;采用一种基于极限分析理论的方法确定滑动面以上的土体对桩的侧推力,对不同的圆弧位置,由各基桩的埋置深度及其与岸坡具有不同的安全系数确定其所能发挥的最大抗滑力;通过相关工程算例的计算与比较,表明本方法简便、快捷,且结果良好。     

边坡全局临界滑动场(GCSF)理论及工程应用

在边坡稳定性分析时,通常采用单一的最小安全系数及其对应的临界滑动面表示边坡稳定性程度和潜在破坏范围,而忽略了安全系数稍大但潜在破坏范围更广或工程意义更重要的滑动面。临界滑动场方法不仅能够方便准确地逼近出任意形状临界滑动面,而且将所有其它危险滑动面同时显示出来,以剩余推力表示其稳定程度。本文在此基础上进行改进,提出边坡全局临界滑动场理论与建立方法。所有出口的任意形状局部临界滑动面及其安全系数都能在全局临界滑动场中反应出来,这样有利于全面合理地评价边坡的稳定性。文中将此理论验算了试验路堤,与实测结果吻合很好。最后给出工程应用实例,表明边坡全局临界滑动场理论具有一定的工程实用性。