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加速遺傳算法在邊坡穩(wěn)定分析中的應(yīng)用加速遺傳算法在邊坡穩(wěn)定分析中的應(yīng)用ij加速遺傳算法在邊坡穩(wěn)定分析中的應(yīng)用凌生摘要：基于圓弧滑動(dòng)面的假定和遺傳算法的思想，提出了用加速遺傳算法(AGA)搜索邊坡最危險(xiǎn)滑動(dòng)面及其對應(yīng)的最小安全系數(shù)的方法。該方法是一種模擬生物遺傳進(jìn)化過程的算法，它克服了傳統(tǒng)優(yōu)化方法容易陷入局部極值點(diǎn)和誤差傳遞導(dǎo)致不收斂的缺點(diǎn)，具有較高的計(jì)算精度，適用性強(qiáng)，搜索的最優(yōu)解更具有全局性。通過一河堤工程實(shí)例對其進(jìn)行了驗(yàn)證。關(guān)鍵詞：邊坡穩(wěn)定性加速遺傳算法危險(xiǎn)滑動(dòng)面最小安全系數(shù)邊坡穩(wěn)定性評價(jià)是巖土、水利和交通工程中的常見問題，它涉及礦山工程、巖土工程、水利水電工程、鐵道工程、公路工程等諸多工程領(lǐng)域，能否正確評價(jià)其穩(wěn)定性直接關(guān)系到建設(shè)的資金投入和人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。邊坡穩(wěn)定性分析方法很多，極限平衡法是最常用的一種方法，其基本方法是先假設(shè)滑動(dòng)面，再根據(jù)剛體平衡條件計(jì)算該滑動(dòng)面的穩(wěn)定安全系數(shù)。穩(wěn)定計(jì)算的目的是找出邊坡的最小安全系數(shù)和相應(yīng)的滑動(dòng)面，為此必須經(jīng)過多次試算才能找到，工作量大且容易遺漏最危險(xiǎn)滑動(dòng)面。本文將求解邊坡的最小安全系數(shù)和相應(yīng)滑動(dòng)面表示成最優(yōu)化問題，然后采用加速遺傳算法求解。二動(dòng)的剛體極限平衡法計(jì)算邊坡穩(wěn)定安圖1圓弧滑動(dòng)計(jì)算圖式二動(dòng)的剛體極限平衡法計(jì)算邊坡穩(wěn)定安圖1圓弧滑動(dòng)計(jì)算圖式全系數(shù)。假設(shè)滑動(dòng)面為圓柱面、滑動(dòng)體為剛體,將滑動(dòng)體劃分成條塊，計(jì)算作用在滑動(dòng)塊上的滑動(dòng)力和抗滑力，由此得到穩(wěn)定安全系數(shù)。1.1瑞典條分法瑞典條分法不考慮土條間的相互作用力，根據(jù)滑塊的抗滑力矩和滑動(dòng)力矩的比值計(jì)算穩(wěn)定安全系數(shù)，其表達(dá)式為:(1)(1)(2)(2)(1)(1)(2)(2)十@竹cos%十@竹cos%-“乙）式中：Fs——邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)；見——土條重土條滑弧中心處切線與水平線的夾土條滑弧弧長；山In土條滑弧中心處的孔隙壓力；土條滑弧弧長；山In土條滑弧中心處的孔隙壓力；V、J滑動(dòng)面上的有效抗剪強(qiáng)度。1.2簡化畢肖普法該方法考慮土條間水平方向的相互作用力，并假定各土條底部滑動(dòng)面上的滑動(dòng)安l=i互作用力，并假定各土條底部滑動(dòng)面上的滑動(dòng)安l=i全系數(shù)均相同，即等于整個(gè)滑動(dòng)面的安全系數(shù),計(jì)算公式為:V丄一V丄一Z昭-衣Q）tan管（十c勾Eq式中+呼；b為土條寬度；其余參數(shù)與式(1)同。1.3最優(yōu)化模型邊坡穩(wěn)定分析的目的是在所有可能滑弧中找出安全系數(shù)最小的滑弧，即最危險(xiǎn)的滑動(dòng)面。這實(shí)際上是一個(gè)優(yōu)化問題，本文以圓心坐標(biāo)及坡底滑出點(diǎn)的坐標(biāo)來定義滑弧，以由式或式(2)定義的安全系數(shù)為優(yōu)化問題的目標(biāo)函數(shù)，則邊坡穩(wěn)定問題可表示為如下最優(yōu)化問題：TJ0;吧；/XJTJ0;吧；/XJX<-<-<-=<-<-<-S.t.(3)其中，痔需，必兀和對、吋分別為%兒和"的取值范其中，痔需，必兀和對、吋分別為%兒和"的取值范對式(3)的求解常釆用二分法、0.618法等方法⑵，但這些傳統(tǒng)的優(yōu)化方法有可能由于收斂于局部最優(yōu)點(diǎn)不能得到最小安全系數(shù)，進(jìn)而影響對邊坡穩(wěn)定性的正確評價(jià)。本文釆用具有全局收斂性的遺傳算法求解式(3),可以很好的解決這個(gè)問題。2邊坡穩(wěn)定分析的加速遺傳算法2.1加速遺傳算法簡介遺傳算法(GeneticAlgorithm,簡稱GA)是模擬自然界生物進(jìn)化過程提出的一種自適應(yīng)隨機(jī)性優(yōu)化搜索算法⑷。該算法首先隨機(jī)產(chǎn)生種群，并用合理的評價(jià)函數(shù)對種群進(jìn)行評估，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行選擇、交叉及變異等遺傳操作，進(jìn)行具有導(dǎo)向性的隨機(jī)搜索，直至得到最優(yōu)解。基本遺傳算法求解步驟主要包括：首先隨機(jī)生成最優(yōu)化問題的N個(gè)可行解，并對解進(jìn)行編碼，我們稱這N個(gè)解為父代，每個(gè)解為一個(gè)個(gè)體，解的編碼為染色體，組成編碼的元素為基因。然后確定適當(dāng)?shù)脑u價(jià)函數(shù)，每個(gè)染色體的評價(jià)函數(shù)值的大小決定了其按照某個(gè)概率被選擇產(chǎn)生后代的機(jī)會(huì)的大小。第三是染色體的結(jié)合，根據(jù)適當(dāng)?shù)母怕?選擇的父代進(jìn)行兩兩配對，通過編碼間的交叉產(chǎn)生新的個(gè)體。最后是變異，按適當(dāng)?shù)母怕?，使新一代的某些基因發(fā)生變化。變異操作使解具有更大的遍歷性，有利于收斂到全局最優(yōu)點(diǎn)?；具z傳算法對各種實(shí)際問題的搜索空間的大小變化適應(yīng)能力較差，計(jì)算量大，容易岀現(xiàn)早熟現(xiàn)象。金菊良⑷利用基本遺傳算法運(yùn)行過程中搜索到的最優(yōu)個(gè)體逐步調(diào)整優(yōu)化變量的搜索區(qū)間，形成一種改進(jìn)的遺傳算法，稱為加速遺傳算法(AcceleratingGeneticAlgorithm,簡稱AGA)o2?2用AGA確定邊坡最危險(xiǎn)滑動(dòng)面確定邊坡最危險(xiǎn)滑動(dòng)面的優(yōu)化模型如式(3)所示，用AGA求解的基本步驟如下:(1)初始群體的確定及編碼本文采用浮點(diǎn)向量編碼，每個(gè)遺傳染色體為范“宀兒根據(jù)給定的乂、％和怎的初始變化區(qū)間,隨機(jī)地生成N個(gè)染色體，由此得到初始群體禺（匕畑宀）,（1=1,2,???,70,這里取種群規(guī)模￥300。（2）評價(jià)與選擇以目標(biāo)函數(shù)的值凡、凡、…、凡從小到大（即染色體由好到壞）進(jìn)行排序，由此定義如下基于序號的評價(jià)函數(shù)刃列兀）工咸1一 J=1,2,A,W(4)這里*（叮）,本文取*0。采用輪盤賭的方法，每次旋轉(zhuǎn)均從初始群體中選擇一個(gè)染色體，旋轉(zhuǎn)賭輪N次可得到N個(gè)復(fù)制染色體。這樣就得到了兩組各N個(gè)個(gè)體的父代種群。（3）交叉操作取交叉概率幾為0.9,對前面的到的兩組父代染色體隨機(jī)兩兩配對，組成對雙親進(jìn)行交叉操作。設(shè)第Y對雙親為匕與叫交叉后產(chǎn)生的兩個(gè)新染色體為X和X則V=(1Y)V=(1Y)匕(5)V=(1Y)V=(1Y)匕(5)其中，c為開區(qū)間(0,1)中的一個(gè)隨機(jī)數(shù)。變異操作取變異概率冗為0.1,依據(jù)此概率，從父代中隨機(jī)挑選"七個(gè)染色體進(jìn)行變異操作。設(shè)需進(jìn)行變異的染色體為乃則變異后產(chǎn)生的新染色體尤(6)其中，d為一隨機(jī)選擇的變異方向；〃為給定的一大數(shù)。如由式(6)得到的無不可行，則將〃置為［0,M\之間的一隨機(jī)數(shù)，重新用式(6)計(jì)算直至X可行為止。（5） 進(jìn)化迭代將由前面的到的N個(gè)個(gè)體作為新的父代，轉(zhuǎn)入步驟（2）,進(jìn)入下一次進(jìn)化過程。（6） 加速循環(huán)每迭代兩次，取進(jìn)化得到的s個(gè)優(yōu)秀個(gè)體的變化空間作為新的初始變化區(qū)間，轉(zhuǎn)入步驟（1）,重新開始迭代過程。這里取s=20。（7） 收斂標(biāo)準(zhǔn)采用的收斂標(biāo)準(zhǔn)為連續(xù)兩代計(jì)算結(jié)果聊滿足h艸觸o同時(shí)以最大加速遺傳代數(shù)小于25代為輔助判斷。3算例某河堤邊坡各特征點(diǎn)坐標(biāo)及地質(zhì)剖面如圖2所示，各土層地質(zhì)參數(shù)見表1。A(48,9>.圖2海堤斷面圖表1土層計(jì)算參數(shù)層次土類容重(kN/m3)粘聚力(kPa)17角(°)I粉土淤泥質(zhì)19.81.030II粘土1&510.50III粉土19.68.032.5IV素填土19.20.035.0用AGA對該邊坡進(jìn)行穩(wěn)定分析，結(jié)果見表2。表中同時(shí)還給出了用0.618法分析的結(jié)果。可以看出，0.618法計(jì)算出的最小安全系數(shù)比AGA得出的要大，即0.618法搜索過程容易陷入局部極小點(diǎn)，而AGA方法有更強(qiáng)的搜索全局最優(yōu)解的能力，能更準(zhǔn)確評價(jià)邊坡的穩(wěn)定性。表2計(jì)算結(jié)果與比較AGA算法0,618優(yōu)選法計(jì)圓心坐標(biāo)半徑圓心坐標(biāo)半徑[=1(m)y(m)AGA算法0,618優(yōu)選法計(jì)圓心坐標(biāo)半徑圓心坐標(biāo)半徑[=1(m)y(m)RFs(m) (m)瑞■■35.01.1634.610.8典&72&7044 41法10.71.242 3簡化畢35?213.013.11.5234.811.411.31.544 4 2 84結(jié)語本文建立了邊坡穩(wěn)定分析的優(yōu)化模型，并給出了加速遺傳算法(AGA)求解的具體算法。通過某河堤工程實(shí)例將AGA方法與0.618法進(jìn)行比較,說明AGA方法對實(shí)際問題的搜索空間的大小變

化適應(yīng)能力、計(jì)算速度對全局優(yōu)化特性有很大的

優(yōu)點(diǎn)，所得結(jié)果是令人滿意的。因此遺傳算法是在邊坡穩(wěn)定性分析中值得推廣的一種搜索最危險(xiǎn)滑動(dòng)面的優(yōu)化算法。參考文獻(xiàn)[1]YangHHuang著.土坡穩(wěn)定分析.包承綱等譯[M]北京:清華大學(xué)出版社,1998117-126.殷宗澤，郭志平，徐鴻江等.條分法土坡穩(wěn)殷宗澤，郭志平，徐鴻江等.條分法土坡穩(wěn)定分析計(jì)算程序(SLP)[A]?見:姜弘道，趙光恒,向大潤等編,水工結(jié)構(gòu)工程與巖土工程的現(xiàn)代計(jì)算方法及程序[C]南京:河海大學(xué)出版社，1992,343-351.[3]王正志，薄濤著.進(jìn)化計(jì)算[3]王正志，薄濤著.進(jìn)化計(jì)算[M]?長沙：國防科技大學(xué)出版社,200026-162金菊良，丁晶，魏一鳴.加速遺傳算法在地下水位動(dòng)態(tài)分析中的應(yīng)用[J]?水文地質(zhì)工程地質(zhì)，1999,(5)4-7佛學(xué)經(jīng)典勵(lì)志語錄,佛學(xué)經(jīng)典勵(lì)志語錄,佛學(xué)經(jīng)典勵(lì)志語錄,佛學(xué)經(jīng)典勵(lì)志語錄,一、人之所以痛苦，在于追求錯(cuò)誤的東西。修養(yǎng)禮與其說是別人讓你痛苦,不如說自己的三、如果你不給自己煩惱，別人也永遠(yuǎn)不可能給你煩惱。因?yàn)槟阕约旱膬?nèi)心，你放不下。四、 好好的管教你自己，不要管別人。五、 不寬恕眾生，不原諒眾生，是苦了你自己。六、別說別人可憐，自己更可憐，自己修行又如何?自己又懂得人生多少？八、 福報(bào)不夠的人，就會(huì)常常聽到是非;福報(bào)夠的人，從來就沒聽到過是非。九、 修行是點(diǎn)滴的工夫。十、在順境中修行，永遠(yuǎn)不能成佛。十一、你永遠(yuǎn)要感謝給你逆境的眾生。十五、當(dāng)你快樂時(shí)，你要想，這快樂不是永恒的。當(dāng)你痛苦時(shí)你要想這痛苦也不是永恒的。十六、認(rèn)識自己，降伏自己，改變自己，才能改變別人。十八、你可以擁有愛，但不要執(zhí)著，因?yàn)榉蛛x是必然的。十九、不要浪費(fèi)你的生命在你一定會(huì)后悔的地方上。二十、你什么時(shí)候放下，什么時(shí)候就沒有煩惱。二一、 內(nèi)心沒有分別心，就是真正的苦行。二二、 永遠(yuǎn)不去只看眾生的過錯(cuò)。你只看眾生的過錯(cuò)，你永遠(yuǎn)污染你自己。二五、 每一種創(chuàng)傷，都是一種成熟。二六、 當(dāng)你知道迷惑時(shí)，并不可憐，當(dāng)你不知道迷惑時(shí)，才是最可憐的。二七、 狂妄的人有救，自卑的人沒有救。二八、 你不要1直不滿人家，你應(yīng)該一直檢討自己才對。不滿人家，是苦了你自己。二九、 一切惡法，本是虛妄的，你不要太自卑你自己。一切善法，也是虛妄的，你也不要太狂妄你自己。三十、當(dāng)你煩惱的時(shí)候,你就要告訴你自己,這一切都是假的，你煩惱什么？

三一、當(dāng)你未學(xué)佛的時(shí)候，你看什么都不丿II三一、當(dāng)你未學(xué)佛的時(shí)候，你看什么都不丿II.51當(dāng)你學(xué)佛以后，你要看什么都很順。三二、你要包容那些意見跟你不同的人，這樣子日子比較好過。你要是一直想改變他，那樣子你會(huì)很痛苦。要學(xué)學(xué)怎樣忍受他才是。你要學(xué)學(xué)怎樣包容他才是。三四、修行就是修正自己錯(cuò)誤的觀念。三五、醫(yī)生難醫(yī)命終之人，佛陀難渡無緣的眾生。三六、一個(gè)人如果不能從內(nèi)心去原諒別人,那他就永遠(yuǎn)不會(huì)心安理得。三七、心中裝滿著自己的看法與想法的人,永遠(yuǎn)聽不見別人的心聲。三八、毀滅人只要一句話，培植一個(gè)人卻要千句話，請你多口下留情。三九、當(dāng)你勸告別人時(shí)，若不顧及別人的自尊心，那么再好的言語都沒有用的。四十、不要在你的智慧中夾雜著傲慢。不要使你的謙虛心缺乏智慧。四一、根本不必回頭去看咒罵你的人是誰？如果有一條瘋狗咬你一口，難道你也要趴下去反咬他一口嗎?四二、忌妒別人，不會(huì)給自己增加任何的好處。忌妒別人，也不可能減少別人的成就。四三、永遠(yuǎn)不要浪費(fèi)你的一分一秒，去想任何你不喜歡的人。四四、多少人要離開這個(gè)世間時(shí)，都會(huì)說出同一句話，這世界真是無奈與凄涼啊！四五、戀愛不是慈善事業(yè)，不能隨便施舍的。感情是沒有公式，沒有原則，沒有道理可循的。四六、請你用慈悲心和溫和的態(tài)度，把你的不滿與委屈說出來，別人就容易接受。四七、創(chuàng)造機(jī)會(huì)的人是勇者。等待機(jī)會(huì)的人是愚者。四八、能說不能行，不是真智慧。四九、多用心去傾聽別人怎么說，不要急著表達(dá)你自己的看法。五十、同樣的瓶子，你為什么要裝毒藥呢?同樣的心理，你為什么要充滿著煩惱呢?五一、得不到的東西，我們會(huì)一直以為他是美好的，那是因?yàn)槟銓λ私馓?，沒有時(shí)間與他相處在一起。當(dāng)有一天，你深入了解后，你會(huì)發(fā)現(xiàn)原不是你想像中的那么美好。五二、這個(gè)世間只有圓滑，沒有圓滿的。五三、修行要有耐性，要能甘于淡泊，樂于寂寞。五四、活著一天，就是有福氣，就該珍惜。當(dāng)我哭泣我沒有鞋子穿的時(shí)候，我發(fā)現(xiàn)有人卻沒有腳。五五、 多一分心力去注意別人，就少一分心力反省自己，你懂嗎？五六、 眼睛不要老是睜得那么大，我且問你,百年以后，那一樣是你的。五七、欲知世上刀兵劫，但聽屠門夜半聲。不要光埋怨自己多病，災(zāi)禍橫生，多看看橫死在你刀下的眾生又有多少？五八、憎恨別人對自己是一種很大的損失。五九、每一個(gè)人都擁有生命，但并非每個(gè)人都懂得生命，乃至于珍惜生命。不了解生命的人,生命對他來說，是一種懲罰。六十、自以為擁有財(cái)富的人，其實(shí)是被財(cái)富所擁有。六一、情執(zhí)是苦惱的原因，放下情執(zhí)，你才能得到自在。六四、當(dāng)你對自己誠實(shí)的時(shí)候，世界上沒有人能夠欺騙得了你。六五、用傷害別人的手段來掩飾自己缺點(diǎn)的人，是可恥的。六七、在你貧窮的時(shí)候，那你就用身體去布施，譬如說掃地、灑水、搬東西等，這也是一種布施。六八、 內(nèi)心充滿忌妒，心中不坦白，言語不正的人，不能算是一位五官端正的人。六九、 默默的關(guān)懷與祝福別人，那是一種無形的布施。七十、多講點(diǎn)笑話，以幽默的態(tài)度處事，這樣子日子會(huì)好過一點(diǎn)。七一、與人相處之道，在于無限的容忍。七二、不要刻意去猜測他人的想法，如果你沒有智慧與經(jīng)驗(yàn)的正確判斷，通常都會(huì)有錯(cuò)誤的。七三、要了解一個(gè)人，只需要看他的出發(fā)點(diǎn)與目的地是否相同，就可以知道他是否真心的。七四、人生的真理，只是藏在平淡之中。七五、不洗澡的人，硬擦香水是不會(huì)香的。名聲與尊貴，是來自于真才實(shí)學(xué)的。有德自然香。七六、與其你去排斥它已成的事實(shí)，你不如去接受它。七七、佛菩薩只保佑那些肯幫助自己的人。七八、逆境是成長必經(jīng)的過程，能勇于接受逆境的人,生命就會(huì)日漸的茁壯。七九、你要感謝告訴你缺點(diǎn)的人。八十、能為別人設(shè)想的人，永遠(yuǎn)不寂寞。逆境的人,生命就會(huì)日漸的茁壯。七九、你要