粒子群优化复合形法求解复杂土坡最小安全系数

为提高复合形法的寻优成功率,对初始复合形以及第一次出现“最坏点映射失败”之复形的顶点进行变异粒子群优化算法操作,搜索得到较优解,并替换掉当前复形中的一个顶点。利用最大复形中心距替换准则,产生新的复合形。对新的复形继续进行基本复合形法的计算,构成了基于变异粒子群优化的改进复合形法。对两个复杂土坡的最小安全系数的搜索表明,改进的复合形法具有较强的全局搜索能力。     

土坡稳定极限分析上限法中的多解性分析

土坡稳定极限分析上限法中采用了完全塑性区假定,即假定土坡内存在一个处处位于屈服面上的滑动体。将滑动体内部条块界面上的强度发挥系数视为优化变量,利用功能平衡方程得到了对于给定滑动面的多个安全系数,基于和声算法和潘家铮极值原理选择其中最大的安全系数作为该滑动面的抗滑稳定安全系数,利用该方法对于两个典型土坡算例进行了分析,将其结果与常规极限分析上限法结果进行了比较,给出了完全塑性区假定对计算结果的影响。     

样条函数模拟土坡滑动面的效率分析

土坡稳定分析中,二维滑动面通常由一系列点顺序连接产生,并且将点的坐标当作优化变量来搜索临界滑动面,当点的个数较多时会导致优化变量较多;只需给定少量的控制节点,即可利用三次样条函数得到光滑的曲线作为任意滑动面,该法对于含软弱夹层土坡,无需事先指定直线段。利用不平衡推力法计算给定滑动面的安全系数,采取和声搜索算法确定最小安全系数相应的临界滑动面。对3个土坡算例进行了比较分析,比较了常规策略与样条函数方法在模拟土坡滑动面时的效率。     

基于引力搜索法的隧道围岩微震定位研究

针对目前深埋隧道围岩微震源定位难且精度不高等问题,采用启发式算法——引力搜索法（GSA）对隧道围岩微震源位置进行搜索,并将该算法与粒子群算法和单纯形法的搜索结果进行对比。发现在双速度模型和三速度模型下,引力搜索法相较于粒子群算法和单纯形法,都具有快速收敛、精度较高的优点,且与震源位置的距离能够控制在10 m以内。对双速度模型,引力搜索法的精度相对于单纯形法提高了83.71%,相对于粒子群算法提高了7.77%。对三速度模型,引力搜索法的精度相对于单纯形法提高了70.67%,相对于粒子群算法提高了39.36%。可见,该方法为深埋隧道微围岩震源定位提供了一种新思路。     

利用潘家铮极值原理与和声搜索算法进行土坡稳定分析

基于潘家铮极大极小值原理,结合和声搜索算法提出了一种土坡稳定分析的新方法。对给定的滑动面,利用和声搜索算法寻找出能使该滑动面具有最大抗滑稳定安全系数的内力分布,其间可以考虑土条发生局部破坏后的内力调整过程。同样利用和声搜索算法搜索出土坡最危险的滑动面。将该法应用于简单土坡、复杂土坡的稳定分析中,与传统方法计算结果的比较证明了新方法的合理和适用性。     

引入退火机制的智能单粒子算法在复杂边坡最危险滑动面搜索中的应用

复杂边坡的安全系数可能存在多个局部极小值点,如何确定边坡的最小安全系数是复杂边坡稳定性分析中的一个关键问题.本文结合简化Bishop法,采用一种新的启发式全局优化算法--智能单粒子算法(ISP0)来搜索复杂边坡的最危险滑动面.为帮助该算法快速跳出局部极值点,本文将模拟退火(SA)机制引入到智能单粒子算法中,结合了两种算...     

基于粒子群支持向量机的三维含水层渗流参数反馈识别

实际岩土体含水层渗流一般是三维、空间各向异性的。针对三维渗流参数识别的数值正算时间过长,易限于局部最优解的问题,提出了一种基于支持向量机和粒子群优化算法的含水层渗流参数反馈识别方法。采用正交试验设计和有限元程序生成学习样本,利用支持向量机高度非线性映射能力,建立水头与渗流参数之间的映射关系,进而以识别误差目标函数为适应值,通过粒子群优化算法反馈搜索得到渗流参数。该方法可直接利用现有大规模渗流有限元程序进行三维含水层渗流参数识别。算例表明,该方法具有良好的效率和精度。     

基于向-位错模型的同震断层运动反演——以龙门山断层为例

针对2008年发生汶川8.0级地震的龙门山断裂铲状分布和断层倾滑面倾角随深度变化特点,本文提出了描述龙门山断层同震运动(滑动和转动)的向-位错组合模型。结合地质数据采用回归分析法模拟了断层在倾滑过程中断层面倾滑方向随断层深度的分布特征;利用四川地区实测的三维同震GPS数据结合粒子群算法,采用向-位错模型对汶川地震断层面的同震滑动和随深度的方向转动(向错)进行了反演计算,并将反演的同震滑动区域和大小分布与USGS断层滑动结果进行了对比分析。理论分析和模型计算表明:(1)在汶川8.0级地震发生过程中,由于断层的倾滑面为倾角由上向下逐渐变小的曲面,断层面上的倾滑方向也随断层面法线的改变而变化,即断层面在破裂过程中存在明显的向错现象;(2)龙门山发震断层的倾滑面转动方向随深度变化为一开口向上的抛物线,震中位于转动角变化的极值点附近;(3)在断层几何参数相同的情况下,采用向-位错组合模型反演的同震滑动区域和USGS的滑动区域具有较好的一致性,滑动大小的差异主要由断层模型之间的差异、测量误差等多种因素引起。     

基于强度折减概念的滑坡稳定性三维分析方法(Ⅱ):加固安全系数计算

结合乌江洪家渡1#塌滑体加固设计工程,探讨了滑动面已知的条件下滑坡稳定性的三维分析方法。首先,模拟了塌滑体在天然状态下处于极限平衡状态时的滑动方向,并使用其应力成果计算了塌滑体的三维安全系数;其次,建议了基于强度折减概念的三维加固安全系数计算方法:最后,提出了加固设计的进一步优化方案。计算结果表明,塌滑体的滑动方向与局部地形等高线近于垂直。主滑方向变化较大,自后缘的NE15°方向逐步过渡到中部的NS向,最终过渡到前缘的NE30°方向,以致很难作出能表征主滑方向的地质剖面。基于应力计算成果的安全系数计算公式不能充分考虑滑坡体的抗滑潜能,也不能充分反映滑坡体的滑动方向,安全系数偏大。基于强度折减概念的三维加固安全系数计算方法具有有限元等方法的优点,较好地克服了上述局限性,可以合理地评价加固后的滑坡稳定性。     

基于修复策略的改进和声搜索算法求解土坡非圆临界滑动面

针对土坡非圆临界滑动面的确定问题,提出了一种两点直线搜索策略替换随机搜索策略,以最大限度地利用和声库的积累信息搜索新解。以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合理滑动面,更有效地搜索最危险的滑动面,而构成了一种新的和声搜索算法,给出了利用新的和声搜索算法求解两个土坡最小安全系数及其临界滑动面,与已有的结果比较,证明了提出的两种策略是有效合理的。     

预应力锚索加固土质边坡极限平衡稳定性分析

基于滑动面搜索新方法,对预应力锚索加固边坡进行稳定性分析。通过将锚索的加固效应简化为作用在土条(柱)底面上的一个外力,实现了条分(柱)法下二维和三维锚索加固边坡的安全系数计算。经过算例对比分析,验证了本文方法的可行性,然后,在一定程度上研究了锚索倾角、三维滑动体长度L、锚索锚固力F以及水平加固间距S变化时对边坡稳定性的影响。研究结果表明:(1)锚索加固可有效提高边坡的稳定性,同时,也增大了原有边坡发生滑动的范围; (2)随着三维滑动体长度L的增大,三维边坡(包括未加固和锚索加固)的稳定性趋于二维边坡稳定性; (3)单位水平加固间距上的锚固力越大,锚索对边坡的加固效应越明显。     

边坡稳定性分析的无条分法

基于滑面应力修正技术并取整个滑体为受力体,实现了对滑体的整体极限平衡分析。同时,利用Green公式将有关域积分转化为边界积分,而无需再对滑体进行条分。该方法数值特性好,亦可方便地将二维的成果向三维推广,从而实现满足全部6个平衡条件的三维严格极限平衡法。本文是二维部分的成果。     

基于可靠度理论的阻滑键加固渣土边坡多目标优化设计方法

随着城市建设的发展,渣土边坡的数量和规模急剧增加,渣土边坡的防控研究受到了广泛关注。针对渣土边坡人工分层堆填建筑余渣土体参数的不确定性,采用预埋阻滑键加固渣土边坡的方式,提出了基于可靠度理论的阻滑键多目标优化设计方法。考虑不同阻滑键潜在组合对渣土边坡预估破坏损失的影响,将渣土边坡的预估破坏损失、稳定安全性和加固设计成本作为设计目标,通过多目标优化理论确定帕累托前沿并计算其关节点,获得预埋阻滑键加固边坡的最佳设计方案。以深圳市某渣土边坡为例,计算结果表明,将破坏概率作为衡量阻滑键加固渣土边坡效果指标时,应在渣土边坡前缘预埋两组尺寸长3 m、间距5 m的阻滑键加固边坡。采用上述阻滑键设计组合加固该渣土边坡时,可实现该边坡预估破坏损失、设计成本和稳定性达到最佳平衡。     

基于GIS的边坡稳定性计算方法研究

结合GIS（地理信息系统）的空间分析能力和滑动面正应力分布假定模型,建立了基于栅格单元的三维边坡极限平衡模型,提出了基于GIS的边坡稳定性计算方法。该方法首先建立了基于栅格柱体单元的三维边坡稳定性分析模型,给出了模型参数在GIS中的空间表达式;其次,在极限平衡条件下,推导出滑体在GIS中的3个力平衡方程式和1个力矩平衡方程式,形成了用于求解三维安全系数的方程组;最后,基于摩尔-库仑强度准则,以及滑动面正应力分布的假定,求解三维安全系数。同时利用COM（组件对象模型）技术开发出一个基于GIS的三维边坡稳定性分析扩展模块,该模块可实现复杂的算法计算以及多种组合荷载下的稳定性计算,并通过算例验证了该模块的正确性和便利性。     

基于有限元计算的边坡三维滑裂面搜索

提出一种基于有限元计算的边坡三维滑裂面搜索的方法,根据有限元计算的应力结果,计算可能滑裂面的安全系数,然后用遗传算法搜索出最危险滑裂面,并得出相应的安全系数作为边坡的安全度评价指标。该方法的优越性是只需进行一次有限元计算,不需要假定滑裂面,可以用于具有复杂地貌和地质构造的三维边坡。通过算例,验证该方法的可行性和程序的正确性,以大岗山水电站库区边坡工程实例验证该方法的实用性。     

顺层岩质边坡溃屈变形机制及失稳判定方法

溃屈型破坏是一种常见的顺层岩质边坡破坏模式,溃屈变形发展机制及失稳破坏的定量研究对滑坡工程勘查和防治指导十分重要。本文根据边坡的地质环境和力学作用机制,建立了三维受压板简化模型,其能够考虑岩层自身重力、地震力、静水压力的共同作用和岩体材料塑性变形的影响。基于弹塑性受压板稳定理论,利用能量法推导得到了边坡溃屈变形破坏的临界方程。对于溃屈型边坡的结构失稳和滑动失稳分别提出了相应的稳定性判定方法,并针对不同状态的边坡提出了相应的防治措施建议。以四川省甘孜藏族自治州巴塘县下归哇边坡为例,对所提判定方法的正确性进行了验证。计算结果表明,边坡的临界溃屈长度（a1）为483.8 m,说明下归哇边坡能够发生溃屈变形;现场勘查得知边坡实际溃屈长度（a′）为530.0 m,a′＞a1,可知边坡是稳定的。这与实际情况相吻合,由此证明本文所提出的判定方法可行。     

基于Janbu法的边坡整体稳定性滑动面搜索新方法

对于边坡整体稳定分析,找到了一种用随机角来搜索随机滑动面的新方法。在此过程中,采用简化Janbu法计算安全系数。这种新方法产生随机滑动面的过程是：先假定滑动面与边坡上、下缘的交点,在某一初始方向的情况下,以下缘交点为基点开始每随机一个角度方向,使其与对应的滑动体土条划分竖线相交,直到随机角度方向与上、下缘交点的连线重合,将这些交点依次连接,即可得到一条随机曲线（或随机滑动面）。通过随机模拟曲线,发现随机角物理意义明确,具有以下两个独特优点：①只有一个随机条件,随机因素易于控制,便于计算机编程;②为保证其随机曲线为一光滑曲线,可对随机角进行适当优化,并且在条分数足够大时,能够模拟任何曲线。针对以往随机搜索精度不高的问题,采用近似曲线来代替随机曲线的方法加以改进,并且将近似曲线的生成进行了简化。经各种实例对比分析后,得出此方法计算得出的安全系数与以往研究成果颇为接近,得到的最危险滑动面亦与实际情况相符,因而可说明此方法能够适用于边坡整体稳定性分析。     

Analysis of the critical pool level of partially submerged slopes

Partially submerged c^′ − φ^′ slopes with a horizontal water table exhibit a critical pool level at which the factor of safety becomes a minimum. The phenomenon was first identified using finite element methods, but in this paper, a more thorough analytical investigation is presented. The approach described herein assumes a rigid block sliding with a circular failure mechanism, combined with optimization software to identify the critical circle. The method is initially validated against known slope solutions that assume circular and log-spiral mechanisms and shown to give excellent agreement, especially for flatter slopes. The method is then applied to partially submerged slopes with a focus on the critical pool level. Through detailed investigation of the overturning and restoring moments in the stability analyses, the critical pool level phenomenon is shown to lie in the trade-off between the destabilizing effects of internal pore pressures on soil strength and the stabilizing effect of external hydrostatic water pressures on the slope surface.