ij加速遺傳算法在邊坡穩(wěn)定分析中的應用

加速遺傳算法在邊坡穩(wěn)定分析中的應用加速遺傳算法在邊坡穩(wěn)定分析中的應用ij加速遺傳算法在邊坡穩(wěn)定分析中的應用凌生摘要：基于圓弧滑動面的假定和遺傳算法的思想，提出了用加速遺傳算法(AGA)搜索邊坡最危險滑動面及其對應的最小安全系數(shù)的方法。該方法是一種模擬生物遺傳進化過程的算法，它克服了傳統(tǒng)優(yōu)化方法容易陷入局部極值點和誤差傳遞導致不收斂的缺點，具有較高的計算精度，適用性強，搜索的最優(yōu)解更具有全局性。通過一河堤工程實例對其進行了驗證。關鍵詞：邊坡穩(wěn)定性加速遺傳算法危險滑動面最小安全系數(shù)邊坡穩(wěn)定性評價是巖土、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域，能否正確評價其穩(wěn)定性直接關系到建設的資金投入和人民的生命財產(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滑動面，再根據(jù)剛體平衡條件計算該滑動面的穩(wěn)定安全系數(shù)。穩(wěn)定計算的目的是找出邊坡的最小安全系數(shù)和相應的滑動面，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滑動面。本文將求解邊坡的最小安全系數(shù)和相應滑動面表示成最優(yōu)化問題，然后采用加速遺傳算法求解。二動的剛體極限平衡法計算邊坡穩(wěn)定安圖1圓弧滑動計算圖式二動的剛體極限平衡法計算邊坡穩(wěn)定安圖1圓弧滑動計算圖式全系數(shù)。假設滑動面為圓柱面、滑動體為剛體,將滑動體劃分成條塊，計算作用在滑動塊上的滑動力和抗滑力，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力矩的比值計算穩(wěn)定安全系數(shù)，其表達式為:(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滑動面上的有效抗剪強度。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面上的滑動安l=i互作用力，并假定各土條底部滑動面上的滑動安l=i全系數(shù)均相同，即等于整個滑動面的安全系數(shù),計算公式為: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，即最危險的滑動面。這實際上是一個優(yōu)化問題，本文以圓心坐標及坡底滑出點的坐標來定義滑弧，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)點不能得到最小安全系數(shù)，進而影響對邊坡穩(wěn)定性的正確評價。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化過程提出的一種自適應隨機性優(yōu)化搜索算法⑷。該算法首先隨機產(chǎn)生種群，并用合理的評價函數(shù)對種群進行評估，在此基礎上進行選擇、交叉及變異等遺傳操作，進行具有導向性的隨機搜索，直至得到最優(yōu)解?；具z傳算法求解步驟主要包括：首先隨機生成最優(yōu)化問題的N個可行解，并對解進行編碼，我們稱這N個解為父代，每個解為一個個體，解的編碼為染色體，組成編碼的元素為基因。然后確定適當?shù)脑u價函數(shù)，每個染色體的評價函數(shù)值的大小決定了其按照某個概率被選擇產(chǎn)生后代的機會的大小。第三是染色體的結合，根據(jù)適當?shù)母怕?選擇的父代進行兩兩配對，通過編碼間的交叉產(chǎn)生新的個體。最后是變異，按適當?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?；具z傳算法對各種實際問題的搜索空間的大小變化適應能力較差，計算量大，容易岀現(xiàn)早熟現(xiàn)象。金菊良⑷利用基本遺傳算法運行過程中搜索到的最優(yōu)個體逐步調(diào)整優(yōu)化變量的搜索區(qū)間，形成一種改進的遺傳算法，稱為加速遺傳算法(AcceleratingGeneticAlgorithm,簡稱AGA)o2?2用AGA確定邊坡最危險滑動面確定邊坡最危險滑動面的優(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向量編碼，每個遺傳染色體為范“宀兒根據(jù)給定的乂、％和怎的初始變化區(qū)間,隨機地生成N個染色體，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）評價與選擇以目標函數(shù)的值凡、凡、…、凡從小到大（即染色體由好到壞）進行排序，由此定義如下基于序號的評價函數(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，每次旋轉均從初始群體中選擇一個染色體，旋轉賭輪N次可得到N個復制染色體。這樣就得到了兩組各N個個體的父代種群。（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兩兩配對，組成對雙親進行交叉操作。設第Y對雙親為匕與叫交叉后產(chǎn)生的兩個新染色體為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)中的一個隨機數(shù)。變異操作取變異概率冗為0.1,依據(jù)此概率，從父代中隨機挑選"七個染色體進行變異操作。設需進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\之間的一隨機數(shù)，重新用式(6)計算直至X可行為止。（5） 進化迭代將由前面的到的N個個體作為新的父代，轉入步驟（2）,進入下一次進化過程。（6） 加速循環(huán)每迭代兩次，取進化得到的s個優(yōu)秀個體的變化空間作為新的初始變化區(qū)間，轉入步驟（1）,重新開始迭代過程。這里取s=20。（7） 收斂標準采用的收斂標準為連續(xù)兩代計算結果聊滿足h艸觸o同時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坐標及地質(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對該邊坡進行穩(wěn)定分析，結果見表2。表中同時還給出了用0.618法分析的結果。可以看出，0.618法計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，而AGA方法有更強的搜索全局最優(yōu)解的能力，能更準確評價邊坡的穩(wěn)定性。表2計算結果與比較AGA算法0,618優(yōu)選法計圓心坐標半徑圓心坐標半徑[=1(m)y(m)AGA算法0,618優(yōu)選法計圓心坐標半徑圓心坐標半徑[=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。通過某河堤工程實例將AGA方法與0.618法進行比較,說明AGA方法對實際問題的搜索空間的大小變

化適應能力、計算速度對全局優(yōu)化特性有很大的

優(yōu)點，所得結果是令人滿意的。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滑動面的優(yōu)化算法。參考文獻[1]YangHHuang著.土坡穩(wěn)定分析.包承綱等譯[M]北京:清華大學出版社,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)定分析計算程序(SLP)[A]?見:姜弘道，趙光恒,向大潤等編,水工結構工程與巖土工程的現(xiàn)代計算方法及程序[C]南京:河海大學出版社，1992,343-351.[3]王正志，薄濤著.進化計算[3]王正志，薄濤著.進化計算[M]?長沙：國防科技大學出版社,200026-162金菊良，丁晶，魏一鳴.加速遺傳算法在地下水位動態(tài)分析中的應用[J]?水文地質(zhì)工程地質(zhì)，1999,(5)4-7佛學經(jīng)典勵志語錄,佛學經(jīng)典勵志語錄,佛學經(jīng)典勵志語錄,佛學經(jīng)典勵志語錄,一、人之所以痛苦，在于追求錯誤的東西。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，別人也永遠不可能給你煩惱。因為你自己的內(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、 福報不夠的人，就會常常聽到是非;福報夠的人，從來就沒聽到過是非。九、 修行是點滴的工夫。十、在順境中修行，永遠不能成佛。十一、你永遠要感謝給你逆境的眾生。十五、當你快樂時，你要想，這快樂不是永恒的。當你痛苦時你要想這痛苦也不是永恒的。十六、認識自己，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，因為分離是必然的。十九、不要浪費你的生命在你一定會后悔的地方上。二十、你什么時候放下，什么時候就沒有煩惱。二一、 內(nèi)心沒有分別心，就是真正的苦行。二二、 永遠不去只看眾生的過錯。你只看眾生的過錯，你永遠污染你自己。二五、 每一種創(chuàng)傷，都是一種成熟。二六、 當你知道迷惑時，并不可憐，當你不知道迷惑時，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、當你煩惱的時候,你就要告訴你自己,這一切都是假的，你煩惱什么？

三一、當你未學佛的時候，你看什么都不丿II三一、當你未學佛的時候，你看什么都不丿II.51當你學佛以后，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，那樣子你會很痛苦。要學學怎樣忍受他才是。你要學學怎樣包容他才是。三四、修行就是修正自己錯誤的觀念。三五、醫(yī)生難醫(yī)命終之人，佛陀難渡無緣的眾生。三六、一個人如果不能從內(nèi)心去原諒別人,那他就永遠不會心安理得。三七、心中裝滿著自己的看法與想法的人,永遠聽不見別人的心聲。三八、毀滅人只要一句話，培植一個人卻要千句話，請你多口下留情。三九、當你勸告別人時，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、永遠不要浪費你的一分一秒，去想任何你不喜歡的人。四四、多少人要離開這個世間時，都會說出同一句話，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)造機會的人是勇者。等待機會的人是愚者。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，我們會一直以為他是美好的，那是因為你對他了解太少，沒有時間與他相處在一起。當有一天，你深入了解后，你會發(fā)現(xiàn)原不是你想像中的那么美好。五二、這個世間只有圓滑，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。當我哭泣我沒有鞋子穿的時候，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、每一個人都擁有生命，但并非每個人都懂得生命，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、自以為擁有財富的人，其實是被財富所擁有。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、當你對自己誠實的時候，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的人，是可恥的。六七、在你貧窮的時候，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、 默默的關懷與祝福別人，那是一種無形的布施。七十、多講點笑話，以幽默的態(tài)度處事，這樣子日子會好過一點。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)驗的正確判斷，通常都會有錯誤的。七三、要了解一個人，只需要看他的出發(fā)點與目的地是否相同，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，硬擦香水是不會香的。名聲與尊貴，是來自于真才實學的。有德自然香。七六、與其你去排斥它已成的事實，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,生命就會日漸的茁壯。七九、你要感謝告訴你缺點的人。八十、能為別人設想的人，永遠不寂寞。逆境的人,生命就會日漸的茁壯。七九、你要