基于进化算法的三维边坡稳定性分析

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边坡稳定性问题一直是在岩土工程和基础建设中比较令人困扰的问题。而研究边坡的稳定性问题对于实际的边坡监测和防护有较大的实际作用,能给工程灾害监测与防护一些建设性数据和理论建议,更好地造福在山区生活的居民。但是这方面的理论研究还尚不成熟,传统的静力学研究方法往往是模糊片面的,且部分工程软件采用的保守计算方法相比于行业规范得到的结果往往偏大。越来越多的专家学者开始采用工程软件和进化算法相结合的方法来尝试提高计算精确度。本论文也选择了一种有限差分软件导出应力数据结合多种进化算法进行了分析研究。阐述了边坡稳定性研究的背景和意义,总结国内外专家学者在这方面的研究成果。特别介绍了近些年比较流行的强度折减法、进化算法等,总结了它们在边坡工程中搜索最小安全系数和滑裂面的研究成果。首先,介绍了本文使用的四种进化算法,包括遗传算法、蚁群算法和生物地理学优化算法及改进版本的原理和步骤,并通过基准函数集测试算法性能,得到改进的生物地理学优化算法在稳定性和寻优能力上都优于其它算法。其次,提出了基于有限差分软件结合进化算法的安全系数时程和对应滑裂面搜索新方法,讨论了有限差分软件FLAC~(3D)中的一些参数设置和选择问题,通过两个算例使用进化算法程序实现安全系数时程和相对应滑裂面搜索策略验证本文所提出搜索方法的可行性和适用性,得到改进后的生物地理学优化算法在三维边坡切面中良好的寻优能力和稳定性。并通过算例进一步分析了三维边坡中不同切面的安全系数与滑裂面之间的变化关系,得出在同一个三维边坡模型中,坡长大小一定条件下,坡顶位置越高的切面其搜索得到的最小安全系数越小的结论。最后,将本论文所提出的方法运用于山西平朔煤矿区域的边坡工程实例,进行地震荷载加速度作用下,边坡有限差分软件导出应力数据结合进化算法进行稳定性分析。实验结果表明了本文所提的方法能够得到满意的安全系数值,证明所提方法具有较好的适用性。
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