基于改进果蝇优化算法的边坡稳定性分析

论文摘要

我国以山区为主要地形的地理环境形成了众多自然边坡,基础设施建设过程中产生了人工边坡,不论是自然边坡还是人工边坡,由于其本身的特性及所处的工程环境,都易存在安全隐患,尤其是在降雨、地震等外部因素影响下,极易形成崩塌、滑坡等地质灾害,给国民经济与人民安全带来双重威胁。因此,边坡稳定性分析一直是岩土工程中极具研究价值的课题。传统的边坡稳定性分析通常包含两个步骤,第一步,采用极限平衡法或强度折减法计算边坡安全系数,第二步确定边坡的最危险滑面。一般来说,土质边坡采用极限平衡法计算安全系数能够满足工程要求,且该项研究已趋于成熟。而确定边坡的最危险滑面可归结为复杂非线性多峰函数的优化问题,学者们已提出不同的方法解决该问题。随着计算机的发展和人工智能渗透到各行各业,采用智能优化算法搜索边坡的最危险滑面已成为近几年的研究趋势。论文简要介绍了课题的研究背景和意义,边坡稳定性分析方法与智能优化算法的研究现状。阐述了标准果蝇优化算法的原理、步骤,并进行了参数分析,发现对算法寻优过程影响较大的参数为搜索步长值,因此考虑将算法的固定步长改为自适应步长,并将模拟退火思想融入算法,得到改进果蝇优化算法,经实验验证,新算法较原算法在收敛速度和寻优效率方面均有显著提升。论文阐述了极限平衡法中通用条分法的基本原理和推导过程,介绍了通用条分法转化为Bishop法和MP法的过程。将Bishop法与改进果蝇优化算法结合用于最危险圆弧滑面搜索,建立了搜索模型并用MATLAB编程实现,通过两个算例验证算法在最危险圆弧滑面搜索中的适用性与可行性。此外,将算法与MP法结合用于非圆弧滑面搜索,提出双层搜索策略,提高算法的寻优速度和寻优精度。将本文所提方法用于十堰汽车城边坡的最危险滑面搜索。首先采用有限元软件Geo-studio进行边坡的渗流分析和稳定性分析,得到边坡典型剖面的安全系数为1.056。然后采用改进果蝇优化算法搜索边坡典型剖面的最危险滑面,所得结果与软件分析结果基本吻合,表明本文所提方法在实际工程中的适用性。

论文目录

摘要

Abstract

第一章绪论

1.1 课题的背景及研究意义

1.2 边坡稳定性分析方法研究现状

1.2.1 定性分析法

1.2.2 定量分析法

1.2.3 不确定分析法

1.3 边坡最危险滑面搜索研究现状

1.3.1 最危险圆弧滑面搜索研究现状

1.3.2 最危险非圆弧滑面搜索研究现状

1.4 智能优化算法研究现状

1.4.1 遗传算法（GA）

1.4.2 蚁群算法（ACO）

1.4.3 粒子群算法（PSO）

1.5 目前研究的不足及发展趋势

1.6 本文研究内容和技术路线

第二章果蝇优化算法基本理论及其改进

2.1 标准果蝇优化算法（FOA）

2.1.1 算法的基本原理及步骤

2.1.2 算法参数分析

2.1.3 算法参数验证

2.2 模拟退火算法（SA）

2.3 改进果蝇优化算法（SA-FOA）

2.3.1 算法搜索步长改进

2.3.2 基于模拟退火的果蝇优化算法（SA-FOA）

2.3.3 改进后算法实验验证

2.4 小结

第三章基于改进果蝇优化算法的圆弧滑面搜索

3.1 二维边坡稳定性分析通用条分法

3.1.1 基本原则

3.1.2 条分法的普遍形式与数值解

3.1.3 通用条分法简化成MP法与Bishop法

3.2 基于SA-FOA算法的最危险圆弧滑面搜索

3.2.1 优化模型建立

3.2.2 算法实现

3.2.3 实例验证

3.3 小结

第四章基于改进果蝇优化算法的非圆弧滑面搜索

4.1 非圆弧滑面模拟策略

4.1.1 优化模型建立

4.1.2 滑面合理性控制

4.2 非圆弧滑面搜索的算法实现

4.2.1 MP法的改进

4.2.2 非圆弧滑面搜索策略

4.3 非圆弧滑面搜索的实例验证

4.4 小结

第五章十堰汽车城边坡工程实例

5.1 工程概况

5.1.1 自然地理

5.1.2 工程地质与水文地质条件

5.1.3 不良地质作用

5.2 边坡潜在变形模式分析

5.2.1 加筋碎石土中的浅层滑移

5.2.2 碎石土内部圆弧形滑动

5.2.3 沿地基接触面折线形深层滑移

5.3 基于Geo-studio的边坡稳定性分析

5.3.1 计算模型

5.3.2 渗流分析

5.3.3 稳定性分析

5.4 SA-FOA算法搜索边坡最危险滑面

5.5 小结

第六章总结与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

硕士期间参与的主要科研项目及发表成果

附录 A 程序开发相关代码

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 余秀玲

导师: 申翃

关键词: 边坡,果蝇优化算法,圆弧滑面,非圆弧滑面

来源: 武汉理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,建筑科学与工程

单位: 武汉理工大学

分类号: TU43

DOI: 10.27381/d.cnki.gwlgu.2019.000749

总页数: 97

文件大小: 2366K

下载量: 29

基于改进果蝇优化算法的边坡稳定性分析

论文摘要

论文目录

文章来源

相关论文文献

猜你喜欢