基于粒子群优化的岩土工程反分析研究

岩土工程优化反分析本质上看是一个典型的复杂非线性函数优化问题,采用全局优化算法是解决这个问题的理想途径,但由于优化反分析中多次调用正分析的特点使得整个算法的计算效率很低。为了提高优化反分析的计算效率,把一种计算效率更高的新型仿生算法--粒子群优化引入岩土工程反分析领域,提高反分析的计算效率。在此基础上,结合有限元数值分析技术,提出了一种新的岩土工程优化反分析算法--粒子群优化反分析。并通过一个简单算例验证了该法的有效性。     

一个新的全局优化算法在岩土工程反分析中的应用

DCD(dynamic canonical descent)算法是一个新的全局优化算法,运用该法进行优化时,无需考虑目标函数的可微性,只要正确给定优化变量的优化区间,且该区间具有凸性,那么此算法就能很好地收敛于该区间的全局极小点.针对该算法,建立了相应的算法迭代格式.对数值试验和在岩土工程位移反分析的应用中引入该算法的迭代格式进行全局优化反演,其结果表明:该算法稳定性强,优化结果的可靠度高,收敛速度较快.     

全球地质矿产数据库质量控制体系建立与应用

全球地质矿产建库数据资料涉及众多来源、多种存储格式、不同语种和多级尺度,保证建库数据质量是提供优质信息服务能力的关键。在全面分析国外地质矿产数据与资料特点的基础上,系统阐述了全球地质矿产数据库建设流程、建库标准规范、质量控制机制和质量检查方法。通过应用表明,全球地质矿产数据库建设的质量控制体系具有较强的实用性和广泛的推广性,在国外地质矿产数据库建设中具有一定的借鉴意义和推广价值。     

白垩纪中期异常地质事件与全球变化

白垩纪中期(125~90 Ma)是地质历史中一个极端温室时期,集中出现一系列异常事件。异常事件是地球系统内各圈层相互耦合的产物,事件相互之间不是孤立的,单个事件引起的全球变化对其他事件起着明显的正/负反馈机制作用。文中基于对白垩纪中期异常事件的深入解剖和分析,包括大规模海底火山事件、大洋缺氧事件、生物异常更替与绝灭、白垩纪超静磁带、大洋红层出现等,在探讨白垩纪中期各个事件特征基础上,重点阐述异常事件所引起的全球变化及其对海洋、气候的影响;提出异常事件之间的相互关联与反馈机制。研究发现,大规模海底火山作用是引起白垩纪中期异常海洋和气候的最根本原因,直接促进大洋缺氧事件、生物绝灭与更替、沉积记录的转变等事件的发生。     

A pseudo-genetic algorithm suited to compositional data

Genetic algorithms can solve least-squares problems where local minima may trap more traditional methods. Although genetic algorithms are applicable to compositional as well as noncompositional data, the standard implementation treats compositional data awkwardly. A need to decode, renormalize, then reincode the fitted parameters to regain a composition is not only computationally costly, but may thwart convergence. A modification to the genetic algorithm, described here, adapts the tools of reproduction, crossover, and mutation to compositional data. The modification consists of replacing crossover with a linear mixture of two parents and replacing mutation with a linear mixture of one of the members of the breeding population and a randomly generated individual. By using continuously evolving populations, rather than discrete generations, reproduction is no longer required. As a test of this new approach, a mixture of four Gaussian functions with given means and variances are deconvolved to recover their mixing proportions.     

两种智能算法在求解地下水管理模型中的对比

分别将禁忌搜索和遗传算法与地下水流模型MODFLOW和地下水溶质运移模型MT3DMS相耦合,并将其应用于求解地下水资源优化管理模型。在概述两种智能算法基本原理和地下水管理模型组成的基础上,结合两个理想的应用实例,从优化结果和计算效率两个方面对禁忌搜索和遗传算法进行了对比分析。在两个实例中,禁忌搜索分别以高于遗传算法10倍和27倍的计算效率得到了减少抽水流量约160 m³/d和节约治理成本约47万元的治理方案。结果表明,禁忌搜索在求解地下水管理模型中具有较好的应用前景。     

双种群进化粒子群算法求解地下水管理模型

为避免粒子群算法(PSO)早熟的缺点,设计了一种双种群进化粒子群算法(DE-PSO)。DE-PSO是基于PSO,引入选择、交叉及差分变异操作,并结合合理有效的粒子评价方法及越界处理方法之后形成的。将DE-PSO应用于两个地下水管理模型算例,第一个算例DE-PSO解的总抽水量分别比遗传算法(GA)、模拟退火算法(SA)和PSO减少了64、256、207 m3/d,第二个算例DE-PSO解的总治理成本分别比GA、SA和PSO减少了57.74、151.93、76.59万元。两个算例中DE-PSO都表现出稳定的进化趋势,寻优效率好于GA、SA和PSO,可以有效求解地下水管理模型问题。     

边坡稳定性分析改进的径向移动算法研究

边坡非圆弧临界滑动面搜索是边坡稳定性计算中的一个关键问题,其实质是找到一条安全系数最小的滑动路径。采用新的全局最优化算法--径向移动优化算法搜索路径相对其他算法具有快速、存储空间小、计算简单等优势,但却存在搜索结果不稳定的现象,为克服这个问题,对其数据结构进行调整,提出了改进的径向移动算法,使路径搜索趋于稳定。搜索到的滑动面路径对应的安全系数采用不平衡推力法进行计算,在可行性分析的基础上,采用二分法对安全系数快速、精确地求解。通过一个水库岸坡的算例计算,验证了改进的径向移动算法用于非圆弧临界滑动面搜索的有效性。又通过分析对比改进的径向移动优化算法和粒子群算法的搜索结果,展示了改进的径向移动算法快速收敛,稳定性高的显著优势。     

防洪优化调度多约束启发式逐步优化方法

决策者的经验和知识判断对实际洪水调度有着非常重要的影响,为此,将决策者预泄控制的实践经验和泄流状态持续性要求纳入模型约束条件中,提出了防洪优化调度多约束启发式逐步优化方法。该方法以最大削峰为控制目标,将水库泄流的一般操作原则概化为启发式信息,以洪水涨落和水位升降作为泄流增减的判别依据,与优化搜索相结合,采用启发式逐步优化算法求解。以水口水库为例,采用5个方案对所提方法进行了对比分析。结果表明,提出的方法可以充分考虑决策者的经验和知识判断,降低了预泄腾库水位过低造成的回蓄风险,避免了泄流过程的波动,得到符合实际洪水调度要求的计算结果。     

全球油气地质几个重大问题的思考

经多年研究和实践,认为全球有关油气地质差别很大,从地壳运动动力、海陆变迁与大陆地块形成演化、原型盆地类型、油气资源潜力及油气发展战略和方向出发,提出几个重大问题进行初步讨论,如地球构造运动起源、地球海陆变迁特征、古生界变质作用、矿产资源形成与破坏、油气战略思考和调整方向。多年来,对上述几个重大问题的探索和科学研究,特别对全球油气勘探发展战略和方向具有重大指导意义。     

An algorithm for mesh simplification applied to fracture hydrology

Numerically generated discrete fracture networks are used to simulate the flow of water through rock fractures. The fractures are modeled as random assemblages of conductive elements in a nonconductive matrix. Because large numbers of fractures often are needed to represent fractured rock adequately, minimizing the required computer time and memory is crucial. For steady-state flow, any portion of the mesh that is linked to the rest of the mesh by only one point is a dead end and does not contribute to water flow. The removal of such dead-end clusters simplifies the mesh and therefore speeds up computation, without changing its response. An algorithm for removing these dead ends is described in detail. Its effectiveness is discussed with regard to the connectivity of a network.     

世界地质公园的发展近况和东南亚地质遗迹 的保护现状

20世纪90年代以来,不少地球科学家致力于世界地质遗产的保护工作,在联合国教科文组织地学部的领导下,历时4年开展了2轮地质公园的可行性研究,并于1997年正式获得教科文组织大会批准,推动了地质公园的建立。在1996年北京第30届国际地质大会上,欧洲地质学家酝酿了欧洲地质公园网络的组建,取得了欧盟的支持。2000年,欧洲地质公园网和中国国家地质公园正式建立,2004年首批25家世界地质公园在巴黎联合国教科文组织总部正式通过评审并批准．经4批评审现已有52家世界地质公园正式建立。10余年的发展为地质公园的建设积累了丰富的经验。以中国和马来西亚为代表的东亚、东南亚国家,不仅具有丰富的地质遗产,而且在推动地质公园建设方面也发挥着榜样的作用,但各国的发展还很不平衡。     

Simultaneous optimization of the performance of flotation circuits and their simplification using the jumping gene adaptations of genetic algorithm-II: More complex problems

The binary-coded elitist non-dominated sorting genetic algorithm with the modified jumping gene operator (NSGA-II-mJG) is used to obtain global optimal solutions of flotation circuits. Several single-objective and multi-objective optimization problems are solved using the interconnecting cell linkage parameters (fraction flow rates) and the mean cell residence times as the decision variables. In the single-objective problem, the overall recovery of the concentrate stream is maximized for a desired grade of the concentrate. Two two-objective optimization problems are then solved. In one, the number of non-linking streams and the overall recovery of the concentrate are maximized simultaneously. This gives several simple circuits in a systematic manner with only marginally lower recoveries. In the other two-objective optimization problem, the overall recovery of the concentrate is maximized while the total cell volume is minimized. A three-objective problem (maximization of the overall recovery of the concentrate, maximization of the number of non-linking streams and minimization of the total cell volume) is then solved. All the problems constrain the grade of the product to lie at a fixed value. Finally, a complex and computationally intensive four-objective optimization problem is solved. The solution of several practical optimization problems in this study helps develop useful insights into the optimal solutions.     

三维侧钻井钻进轨迹多目标智能优化算法的应用实验及结果分析

钻进轨迹多目标优化是实现定向井高效、安全钻进的关键之一。随着优化算法性能的不断改进,求解轨迹优化问题能够得到具有更小轨迹长度、复杂度和中靶误差的轨迹设计方案,然而算法的实用性尚未得到验证。本文利用结合自适应罚函数的多目标分解进化算法、基于最小模糊熵的综合评价方法,解决三维侧钻井轨迹优化问题。将所提出的优化与决策方法在钻进过程智能控制实验系统中进行应用,验证了所提方法的实用性,能够为工程实际中的轨迹设计提供借鉴和指导,并为后续轨迹跟踪控制提供参考。     

岩体抗剪强度参数的线性优化方法

针对岩体结构面力学参数的重要性,以大量工程实例为依据,以统计误差分析相关理论为基础,研究最小二乘法与M-估计法在分析结构面抗剪强度参数时的适用性。研究结果表明,在难以判断粗差的数量和比例时,很难对两种线性回归方法的优劣进行规律性的比较。考虑到数据是具有工程特性的,为更准确地处理实验数据,在以上两种方法的基础上提出了一种新的实验数据处理方法,并应用于计算李家河水库的抗剪强度参数。     

一种基于随钻VSP地震地质导向的钻井轨迹高效优化方法及其应用

塔里木盆地发现多个奥陶系碳酸盐岩缝洞型油气田,随着开发的不断推进,中小型储集规模的缝洞体已经成为产能建设的主力目标.勘探开发过程中,由于受到复杂地层速度的影响,缝洞体系偏移成像、归位存在一定误差,常导致钻井的失利.笔者提出一种基于随钻VSP地震地质导向的钻井轨迹高效优化方法,首先应用VSP速度与基于三角网格的新构造模型高效率地校正原始地震偏移速度场,再联合修正后的各向异性参数场对地震数据进行快速偏移成像.其次,对新数据的全层系地层的构造特征再分析,预测优质储层的发育位置,确定最终靶点.最后,根据工程、地质情况,采用最为经济的优化设计钻井轨迹,钻进入靶.应用表明,该技术在大沙漠腹地塔中地区应用取得了较好的效果,地震资料成像品质得到提升.调整轨迹后的储层钻遇率和钻完井直投率分别提升16%和13.2%,有效地促进了油田实施低成本效益开发方案.     

基于自适应粒子群优化算法的波阻抗反演方法

针对地震勘探资料依赖线性优化方法进行波阻抗反演不易得到全局极值的问题,提出一种改进的粒子群优化算法-自适应粒子群优化算法进行波阻抗反演。自适应粒子群优化算法是以群智能优化理论为基础,通过3种可能移动方向的带权值组合进行全局寻优。该方法搜索速度较快,且具有较强的全局寻优能力。通过函数测试和波阻抗反演的应用,结果表明,自适应粒子群优化算法是一种适应能力较强的全局优化算法,用该方法进行波阻抗反演是可行有效的。     

地质调查大数据研究的主要问题分析

地质调查大数据包含地质调查工作中产生的多来源、多模态地质数据,以及公共服务与支撑管理产生的数据。一些与数据和计算有关的地质问题,限于当时的信息技术条件,没有得到很好的解决,解决这类地质问题及信息数据共享问题是地质调查大数据处理技术的基本目标。在地质调查大数据处理技术中,应当积极开展多类型地质数据采集器、新型非易失性存储技术、分布式计算、内存计算技术产品开发与应用,然后集中开展、深度分析与挖掘、可视分析技术产品开发与应用,最终形成地质调查大数据处理技术体系与产品线,以产品应用推动资源共享,提升地质调查信息化服务品质。     

Retaining wall optimization using interior search algorithm with different bound constraint handling

Along with the applicability of optimization algorithms, there are lots of features that can affect the functioning of the optimization techniques. The main purpose of this paper is investigating the significance of boundary constraint handling (BCH) schemes on the performance of optimization algorithms. To this end, numbers of deterministic and probabilistic BCH approaches are applied to one of the most recent proposed optimization techniques, named interior search algorithm (ISA). Apart from the implementing different BCH methods, a sensitivity analysis is conducted to find an appropriate setting for the only parameter of ISA. Concrete cantilever retaining wall design as one of the most important geotechnical problems is tackled to declare proficiency of the ISA algorithm, on the one hand, and benchmark the effect of BCH schemes on the final results, on the contrary. As results demonstrate, various BCH approaches have a perceptible impact on the algorithm performance. In like manner, the essential parameter of ISA can also play a pivotal role in this algorithm's efficiency. Copyright © 2017 John Wiley & Sons, Ltd.