智能優(yōu)化算法在土坡穩(wěn)定分析中的應(yīng)用.pdf

1、土坡穩(wěn)定分析是巖土工程領(lǐng)域的重要課題之一，其主要的分析方法有極限平衡法、極限分析法、有限元強(qiáng)度折減法等。極限平衡法由于方法簡單、使用經(jīng)驗(yàn)豐富，所以有限元等數(shù)值計(jì)算方法還不能完全替代極限平衡方法，目前它仍然是分析邊坡穩(wěn)定性的主要方法之一。極限平衡方法在分析土坡穩(wěn)定時(shí)，最大的困難在于臨界滑動(dòng)面的確定，針對(duì)圓弧滑動(dòng)面，本文將基本復(fù)合形法與蟻群算法、粒子群優(yōu)化算法、模擬退火算法聯(lián)合起來，共同搜索復(fù)雜土坡的最小安全系數(shù)；對(duì)于任意滑動(dòng)面，改進(jìn)了基本

2、的和聲搜索算法，并將和聲算法產(chǎn)生新解的方式引入到遺傳算法中以期更好的搜索解空間；伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和大型優(yōu)化方法的涌現(xiàn)，分別利用和聲搜索算法以及混沌和聲算法模擬了潘家錚極大、極小值原理，運(yùn)用優(yōu)化方法直接分析土坡穩(wěn)定的時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟，本文內(nèi)容分為八章，簡要介紹如下： 第一章介紹了土坡穩(wěn)定分析的重要性以及土坡穩(wěn)定分析常用方法的優(yōu)缺點(diǎn)，得出了本文臨界滑動(dòng)面搜索方法研究的重要性，綜述了國內(nèi)外相關(guān)的研究與進(jìn)展，針對(duì)存在的問題，確定了

3、本文的研究工作內(nèi)容。 第二章介紹了極限平衡條分法程序設(shè)計(jì)的思路以及圓弧、任意滑動(dòng)面的構(gòu)建方法，并給出了相應(yīng)的臨界滑動(dòng)面搜索的優(yōu)化模型。介紹了初始復(fù)形的產(chǎn)生方法和尋優(yōu)成功率的概念。 第三章針對(duì)已有復(fù)合形法的缺陷，將其完善補(bǔ)充得到了改進(jìn)復(fù)合形法，為降低基本復(fù)合形法搜索結(jié)果對(duì)初始復(fù)形的依賴程度，將基于排序的路徑選擇方式引入蟻群算法中，將變異過程引入到粒子群算法中構(gòu)成了變異粒子群算法，利用正交試驗(yàn)方法，給出了蟻群算法、模擬退火算

4、法的計(jì)算參數(shù)，并將蟻群算法、變異粒子群算法、模擬退火算法搜索得到的較優(yōu)解應(yīng)用于基本復(fù)合形法的尋優(yōu)過程中，構(gòu)建了蟻群復(fù)合形法、粒子群復(fù)合形法、退火復(fù)合形法三種混合復(fù)合形法，對(duì)復(fù)雜土坡進(jìn)行圓弧臨界滑動(dòng)面搜索的實(shí)例表明，三種混合復(fù)形法的全局搜索能力比基本復(fù)合形法大大提高。 第四章對(duì)基本復(fù)合形法全局搜索能力不強(qiáng)的原因進(jìn)行了探討，提出了復(fù)形頂點(diǎn)多樣性的三種度量指標(biāo)——共享度、復(fù)形相似距和復(fù)形中心距，構(gòu)建了多樣復(fù)合形法，算例分析表明，共享度

5、表征下的多樣復(fù)合形法搜索能力較高；在復(fù)合形法每次迭代過程中，定義冗余度最大頂點(diǎn)為最壞點(diǎn)，不斷替換最壞點(diǎn)構(gòu)成了冗余頂點(diǎn)替換復(fù)合形法；每個(gè)頂點(diǎn)與剩余頂點(diǎn)的幾何中心點(diǎn)構(gòu)建了偽梯度，利用最大偽梯度對(duì)應(yīng)的頂點(diǎn)、信息熵最大頂點(diǎn)構(gòu)建了基于最大偽梯度搜索的多樣復(fù)合形法和基于最大熵原理的復(fù)合形法，對(duì)同一初始復(fù)形，冗余頂點(diǎn)替換復(fù)合形法、最大偽梯度搜索的多樣復(fù)合形法、最大熵原理復(fù)合形法搜索到全局最優(yōu)值的概率大大提高。為避免對(duì)解空間的重復(fù)探索，結(jié)合禁忌搜索策略

6、，對(duì)基本魚群算法進(jìn)行了改進(jìn)，提出了全局搜索能力較高的禁忌魚群算法；在基本復(fù)合形法計(jì)算之前，對(duì)各個(gè)頂點(diǎn)進(jìn)行禁忌模擬退火以使其具有較強(qiáng)的爬山能力，退火結(jié)束后繼續(xù)進(jìn)行基本復(fù)合形法的計(jì)算構(gòu)成了禁忌模擬退火復(fù)合形法，算例表明，其全局搜索能力較之基本復(fù)合形法大大提高。 第五章假定任意滑動(dòng)面可由一系列點(diǎn)的順序連接來模擬，提出了修復(fù)策略代替懲罰策略來處理搜索過程中出現(xiàn)的大量不可行滑動(dòng)面，結(jié)合新近發(fā)展的和聲搜索算法，提出了兩種改進(jìn)的和聲搜索算法，

7、并借鑒和聲算法的搜索策略產(chǎn)生遺傳算法中新的子代，構(gòu)成了引入和聲策略的遺傳算法，與已有結(jié)果的比較證明了修復(fù)策略以及改進(jìn)和聲算法與引入和聲策略的遺傳算法的有效性。 第六章分別利用和聲搜索算法與粒子群算法實(shí)現(xiàn)了潘家錚極大值、極小值原理，利用局部安全系數(shù)法直接分析土坡穩(wěn)定性，給出了土條破壞以后多余力的調(diào)整步驟，并對(duì)極大值原理中兩種條間力約束對(duì)穩(wěn)定分析的影響進(jìn)行了研究，給出了建議的約束條件；利用混沌變量的遍歷性構(gòu)建了分區(qū)混沌和聲搜索算法，