边坡稳定性计算

计算中给出三种不同的圆心搜索范围，用遗传 进化算法计算结果如下：
结论：
遗传进化算法模拟了生物遗传进化过程， 克服了传统方法容易陷入局部极小值的缺点， 是一种全局优化算法。
参考文献： 参考文献：
1、 杨学堂、王飞 ，边坡稳定性评价方法及发展趋势 ，岩土工程
技术 ，2004，18（2）：103~106 2、 I.B.DONALD，边坡稳定性的有限元评价，西北水资源与水工 程，1996，7（3）：89~95 3、 孙涛、顾波，边坡稳定性分析方法评述，岩土工程界，5 （11）：48~50 4、 陈新民，罗国煜。基于经验的边坡稳定性灰色系统分析与评 价。岩土工程学报，1999，21（5）：638~641 5、肖专文、张奇志，遗传进化算法在边坡稳定性分析中的应用 ， 岩土工程学报 ，1998，18（1）：43~46
一、定量分析法
１，极限平衡分析方法 极限平衡分析方法计算简便，是目前最 常用方法．它是通过分析在临界破坏状态下， 土体外力与内部强度所提供抗力之间的平衡， 计算土体在自身和外力作用下的土体稳定程 度．目前已有的极限平衡分析方法有：斯宾塞 法，毕肖普条分法，简布法，沙尔玛法和楔体 极限平衡分析法等等。其缺点是在力学上作了 一些简化假设。
4，遗传进化算法 ，
遗传进化算法是一种新发展起来的全局搜索 算法。此法首先随机生成一组模型，将模型的 每个参数表示为二进位制数码，然后对种群内 各模型根据具体问题所给的目标函数决定其生 存概率，来进行优胜劣汰，再把剩下的较优的 个体进行交换和变异，最终完成一次最种群的 繁殖，反复循环，来模拟生物进化规律。它的 特点是在检索了少部分搜索空间后便能迅速的 收敛于最有解。该方法模拟了生物遗传进化的 过程，克服了传统方法容易陷入局部极小值的 缺点，是一种全局优化算法。
⑹最危险滑动面确定 对子代群体重复3-5步的操作，直到对最小安 全系数F1值满意或达到最大进化代数，则计算 结束。由F1所对应的圆心O1和半径R1确定的 滑动面即为最危险滑动面。 根据以上程序，可以编制计算程序。 实例： 某滨海油田海提为例计算分析。 海提边坡及地基剖面与各特征点坐标如下图：
各土层计算参数如下：
此外，还有一些方法，如：离散单 元（DEM）法、快速拉格朗日 （Lagrangian) 分析法、不连续变形分析 Lagrangian) （DDA）法、流形元法等等。
二，定性分析法
1,范例推理评价法 范例推理（case-based reasoning,简称CBR）是 由斯坎克（Schank)在1982年提出的，1983年科勒登 （Kolodner)开始在计算机上实现。在范例推理中，把 当前所面临的新问题称为目标范例（target case)，而 把记忆的问题称为源范例(base case)。范例推理就是 由目标范例的提示而获得记忆中的源范例，并由源范 例来指导目标范例求解的一种策略。基于范例推理中 知识表示是以范例为基础，范例的获取比规则获取要 容易，从而知识获取。为边坡稳定性评价这样知识获 取很不容易的复杂问题提供了一条新途径。
边坡稳定性计算
地质工程: 地质工程 杨杰
导师: 导师 陈新民
边坡稳定性问题是工程中十分重要的问题,它 边坡稳定性问题是工程中十分重要的问题 它 的分析方法及计算已经有了一定的发展阶段, 的分析方法及计算已经有了一定的发展阶段 下 面首先对它的分析方法进行简单的介绍： 面首先对它的分析方法进行简单的介绍：
以下以遗传算法为例
⑴目标函数的定义 这里的目标函数为边坡稳定安全系数公式：
式中ri为土的重度，bi、hi为土条的宽度和高度；li 为第i土条的滑动面的弧长；ci、Фi为滑动面上 土层的粘聚力和内摩擦角；n为分条数；αi为土 条i滑动面的法线与竖直线的夹角。计算简图 如下图所示：
用安全系数的大小表示可行解的适应性。本问 题为寻找最小安全系数，因此F值越小，适应 性能越好。 ⑵初始解种群的确定 给定最危险滑弧圆心搜索范围，在此范围内随 机、均匀地选择n个圆心Oi(xi, yi),i=1， 2，……，n。其中n为圆心群体个数；圆心Oi 代表第i条染色体；坐标分量xi, yi为染色体Oi的 基因。 ⑶最危险滑弧半径的确定 对每个圆心给出滑弧半径搜索范围，在此范围 内搜索最危险滑弧半径。具体方法如下：
２，有限单元法
有限单元法是一种十分成熟的数值方法， 也是边坡稳定中用的较多的方法．它的优点是 考虑是边坡岩体的非均质和不连续性，可以给 出岩体的应力、应变大小与分布，避免了在极 限平衡法中将滑体视为刚体过于简化的确定。 但它还不能很好的求解大应变和位移不连续等 问题。
3，无单元法 ，
无单元法是有限单元法的一种推广。它保 留了有限元的一些特点，但摆脱了单元限制， 克服了有限元的不足。无单元法只需节点信息 而无需单元信息，处理简单，计算精度高，收 敛速度快，提供了场函数的连续可导近似解。 它具有广阔的运用前景。
⑷竞争、选择和复制的操作 将Oi 所对应的适应值Fi（i=1,2,……，n）中 n/2个F值较大的圆心点淘汰掉，对幸存的n/2 个圆心点根据其适应值大小按概率自我复制， 形成新的n个圆心点。 ⑸杂交和变异的操作 随机选择n/4对圆心，将每一对圆心坐标的某 一个分量进行互换，产生一对新的圆心，从而 完成杂交操作。然后再随机选择n/2个圆心， 将每个圆心坐标的某个分量通过加上一个随机 量来产生新的圆心，从而完成变异操作。

2、可靠度评价方法
边坡工程可靠性分析是近20年发展起来的 评价边坡工程状态的新方法，它把边坡岩体性 质，荷载、地下水、破坏模式、计算模型等作 为不确定量，借鉴结构工程可靠性理论方法， 结合边坡工程的具体情况，用可靠指标或破坏 概率来评价边坡安全度。
3、灰色系统评价法
信息不完全，部分信息已知，部分信息未知的系 统称为灰色系统。把系统中的一切信息量看作灰色量 ， 采用特有的方法建立描述灰色量的数学模型有3个基 本环节：①根据系统已知发生的一组时间序列数据， 根据变量多少建成不同的预测模型。②估计模型参数， 如按最小二乘法确定。③把模型用于预测，并进行评 价。利用灰色关联度分析方法，可在不完全的信息中， 对所要分析研究的各因素通过一定的数据处理，在随 机的因素序列间找出它们的关联性，发现主要矛盾， 找到主要他特征和主要影响因素。因此特别适合于象 边坡稳定性这种数据有限，没有原形，复杂而且不确 定性问题的分析与评价
三、非确定性分析方法
1、模糊综合评价法 试验与工程实践表明，边坡性质及稳定性的 界限实际上不是很清楚，具有相当的模糊性。 模糊综合评价是应用模糊变换原理和最大隶属 度原则，综合考虑被评事物或其属性的相关因 素，进而进行等级或类别评价。实践证明，模 糊分级评判方法为多变量、多因素影响的边坡 稳定性分析提供了一种行之有效的手段。这一 方法主要应用于大型边坡的整体稳定性评价。
a)随机均匀地选取m个半径Rj(j=1,2,……，m) 作为父代。 b）按概率对父代中的每个半径进行变异操作， 即加上一个随机量，产生子代个体，从而形成 新的群体Rj(j=1,2,……，m)。 c）对新群体中的每一个半径Rj按公式计算安全 系数Fj,则Fj为Rj所对应的适应值。 d）以优胜劣汰的机制，将群体中F值较大的一 半淘汰掉，幸存者成为新一代父代。 e）重复b-d的操作，直到连续几代求出的最小 安全系数不变，即为圆心Oi 所对应的适应值FI。
5，人工神经网络评价法 ，
人工神经网络是指由大量的简单神经元经广泛互 联构成的一种计算结构，是一种广义的并行处理系统。 神经网络采用类似于人神经网络的体系结构来构造模 拟仿真人的大脑功能，即把对信息的储存和计算推理 同时储存在同一个单元里。因此，在某种程度上神经 网络被认为可以模仿生物神经系统的工作过程。研究 表明，神经网络法研究边坡工程具有独特的优势。利 用神经网络可以尽可能多的将各种影响因素作为输入 变量，建立这些定性或定量影响因素同边坡安全系数 与变形量之间的高度非线性映射模型，然后用模型来 评价边坡的安全性。
2，专家系统 ，
专家系统是一种按某学科及相关学科专家的水平 进行推理和解决问题，并能说明其缘由的计算机程序。 边坡稳定分析设计专家系统就是进行边坡工程稳定性 分析与设计的智能化计算机程序。它把某一位或多位 边坡工程专家的知识、工程经验、理论分析、数值分 析、物理模拟、现场监测等行之有效的知识和方法有 机地组织起来，建成一个边坡工程知识库，再利用智 能化的推理机来模拟并再现人脑的思维过程，吸收其 合理的知识结构，寻求优化的技术途径，同时它又能 建立计算机模型，结合相关学科不同专家的知识进行 推理和决策，对所研究的对象进行稳定性评价。