針對(duì)傳統(tǒng)土坡穩(wěn)定性系數(shù)試算過(guò)于粗糙、未考慮巖土體應(yīng)力應(yīng)變特征的不足等問(wèn)題,以提出一種更為合理的邊坡穩(wěn)定性計(jì)算方法為目標(biāo),對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的螢火蟲(chóng)算法（Glowworm Swarm Optimization,GSO）進(jìn)行改進(jìn),加入高斯白噪聲擾動(dòng)策略,增強(qiáng)了算法的全局尋優(yōu)能力,提出一種改進(jìn)螢火蟲(chóng)算法（Gauss Glowworm Swarm Optimization,GGSO）。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)測(cè)試表明了新方法的有效性。三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)的測(cè)試結(jié)果顯示:GGSO的尋優(yōu)效果較GSO大幅度提升;通過(guò)有限元應(yīng)力法計(jì)算土坡穩(wěn)定性系數(shù),并以圓心和半徑為自變量,將邊坡穩(wěn)定性計(jì)算轉(zhuǎn)化為一個(gè)完備的數(shù)學(xué)優(yōu)化問(wèn)題,該優(yōu)化問(wèn)題可通過(guò)GGSO求解。通過(guò)均質(zhì)土坡和非均質(zhì)土坡算例驗(yàn)證提出方法的有效性,結(jié)果表明:提出的邊坡穩(wěn)定性計(jì)算方法能夠獲得合理的邊坡穩(wěn)定性系數(shù)值。最后將提出的邊坡穩(wěn)定性計(jì)算方法用于許卡滑坡土質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性計(jì)算之中。研究成果對(duì)土坡穩(wěn)定性分析具有一定的參考價(jià)值。 

【文章來(lái)源】：水利水電技術(shù). 2019,50(01)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)

【部分圖文】：

測(cè);}函扮此65dh件

李煉，等∥基于GGSO和有限元的土坡穩(wěn)定性計(jì)算研究水利水電技術(shù)第50卷2019年第1期圖2GSO和GGSO尋優(yōu)對(duì)比圖3應(yīng)力法實(shí)現(xiàn)流程計(jì)算方法，其大體計(jì)算方式并未改變，仍然是采用圓弧法進(jìn)行滑面的確定，只是將經(jīng)典穩(wěn)定性系數(shù)的抗滑力和下滑力替換為應(yīng)力的函數(shù)，由于考慮了應(yīng)力應(yīng)變的關(guān)系，因而其計(jì)算結(jié)果更加趨近于合理。不同的滑面將導(dǎo)致計(jì)算出不同的穩(wěn)定性系數(shù)，傳統(tǒng)的邊坡穩(wěn)定性計(jì)算方法常通過(guò)選擇多個(gè)滑面，通過(guò)試算得到最終穩(wěn)定性系數(shù)。但這種做法無(wú)疑是有缺陷的:其一表現(xiàn)為計(jì)算的繁瑣性;其二表現(xiàn)為試算所得的穩(wěn)定性系數(shù)是否可代表邊坡的真實(shí)穩(wěn)定性有待商榷，從數(shù)學(xué)理論上來(lái)說(shuō)，試算所得穩(wěn)定性系數(shù)往往是一個(gè)極小值而非最小值，其不能反映邊坡的真實(shí)穩(wěn)定性。因而，可考慮結(jié)合優(yōu)化算法對(duì)邊坡穩(wěn)定性系數(shù)搜索，陳祖煜等［1－3］在這方面已進(jìn)行大量的研究。本文應(yīng)用GGSO算法實(shí)現(xiàn)邊坡穩(wěn)定系數(shù)的搜索。其主要思路如下minFs(o，r)s.t.omin≤o≤omax，rmin≤r≤rmax(8)式中，o為圓心;r為半徑，約束條件指定了搜索區(qū)域的范圍。經(jīng)過(guò)如此處理之后，則邊坡穩(wěn)定性系數(shù)的計(jì)算問(wèn)題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)上的優(yōu)化問(wèn)題。通過(guò)GGSO求解式(8)，可得到邊坡的理論滑面及其穩(wěn)定性系數(shù)。以上完整的給出了本文計(jì)算方法的計(jì)算流程，下文將在對(duì)所提出方法檢驗(yàn)合格的基礎(chǔ)之上，將該方法用于工程實(shí)例中。3算例3.1均質(zhì)土坡算例為驗(yàn)證本文方法的適用性，首先采用均質(zhì)土坡算例來(lái)驗(yàn)算。該均質(zhì)土坡幾何結(jié)構(gòu)如圖4所示。土坡的土體的物理力學(xué)參數(shù)取值如表3所列，其中γ為土體容重、c為土體黏聚力、?為土體?

，r)s.t.omin≤o≤omax，rmin≤r≤rmax(8)式中，o為圓心;r為半徑，約束條件指定了搜索區(qū)域的范圍。經(jīng)過(guò)如此處理之后，則邊坡穩(wěn)定性系數(shù)的計(jì)算問(wèn)題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)上的優(yōu)化問(wèn)題。通過(guò)GGSO求解式(8)，可得到邊坡的理論滑面及其穩(wěn)定性系數(shù)。以上完整的給出了本文計(jì)算方法的計(jì)算流程，下文將在對(duì)所提出方法檢驗(yàn)合格的基礎(chǔ)之上，將該方法用于工程實(shí)例中。3算例3.1均質(zhì)土坡算例為驗(yàn)證本文方法的適用性，首先采用均質(zhì)土坡算例來(lái)驗(yàn)算。該均質(zhì)土坡幾何結(jié)構(gòu)如圖4所示。土坡的土體的物理力學(xué)參數(shù)取值如表3所列，其中γ為土體容重、c為土體黏聚力、?為土體內(nèi)摩擦角。使用本文方法時(shí)，首先在COMSOL中劃分計(jì)算網(wǎng)格(本例采用三角形單元，有限元網(wǎng)格劃分見(jiàn)圖5)，然后通過(guò)MATLAB軟件編制GGSO算法，產(chǎn)生若干潛在滑面，并通過(guò)MATLAB調(diào)用COMSOL計(jì)算這些潛在滑面上的應(yīng)力值，爾后按照式(7)計(jì)算每個(gè)潛在滑面的穩(wěn)定性系數(shù)，并從中選擇最小的穩(wěn)定性系數(shù)值及其對(duì)應(yīng)的滑面作為邊坡的最終穩(wěn)定性系數(shù)和最可能滑面［2－6］。本例中，GGSO的種群數(shù)目設(shè)置為20，迭代次數(shù)為100。按照本文方法，確定式(8)中的圓心o為(44.93m，26.35m)，半徑r為20.31m，進(jìn)而獲得的邊坡穩(wěn)定性系數(shù)為1.301，作者同樣采用Geo－studio軟件計(jì)算該土坡的穩(wěn)定性系數(shù)，得到結(jié)果為1.322。這里有必要說(shuō)明，在土坡穩(wěn)定性分析中，往往獲取其真實(shí)滑面是比較困難的，而根據(jù)優(yōu)化理論，在搜索所得滑面無(wú)明顯異常的情況下(即滑面形狀通常不會(huì)呈凸形)，只需搜索得到的穩(wěn)定性系數(shù)低于另一方法多得的穩(wěn)定性系數(shù)，則可認(rèn)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于Morgenstern-Price法和改進(jìn)徑向移動(dòng)算法的邊坡穩(wěn)定性分析[J]. 金亮星,馮琦璇,潘卓夫.  中國(guó)公路學(xué)報(bào). 2018(02)
[2]蘭州丘陵溝壑區(qū)挖方黃土高邊坡面臨的工程地質(zhì)問(wèn)題及穩(wěn)定性分析[J]. 蒲小武,王蘭民,吳志堅(jiān),劉琨,趙文琛,馬林偉,任棟.  地震工程學(xué)報(bào). 2016(05)
[3]地下水位上升對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響的擬靜力分析[J]. 蔡德鉤,黃帥,閆宏業(yè),陳鋒,張千里,姚建平.  鐵道建筑. 2015(01)
[4]基于IAGSO算法的VISSIM模型校正研究與實(shí)現(xiàn)[J]. 唐少虎,劉小明.  交通運(yùn)輸系統(tǒng)工程與信息. 2014(05)
[5]基于GSO算法的最小連通支配集問(wèn)題求解[J]. 趙學(xué)鋒.  計(jì)算機(jī)工程. 2013(02)
[6]邊坡穩(wěn)定性分析的Sarma模式及其可靠度計(jì)算方法[J]. 蘇永華,趙明華,鄒志鵬,歐陽(yáng)光前.  水利學(xué)報(bào). 2006(04)
[7]關(guān)于有限元邊坡穩(wěn)定性分析中安全系數(shù)的定義問(wèn)題[J]. 鄭宏,田斌,劉德富,馮強(qiáng).  巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào). 2005(13)
[8]遺傳算法在確定邊坡穩(wěn)定最小安全系數(shù)中的應(yīng)用[J]. 彌宏亮,陳祖煜.  巖土工程學(xué)報(bào). 2003(06)
[9]應(yīng)用遺傳算法搜索邊坡最小安全系數(shù)的研究[J]. 陸峰,陳祖煜,李素梅.  中國(guó)水利水電科學(xué)研究院學(xué)報(bào). 2003(03)
[10]基于模擬退火算法的邊坡最小安全系數(shù)全局搜索方法[J]. 李守巨,劉迎曦,何翔,劉玉靜.  巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào). 2003(02)

博士論文
[1]智能優(yōu)化算法在土坡穩(wěn)定分析中的應(yīng)用[D]. 李亮.大連理工大學(xué) 2006



本文編號(hào)：3286789