Imperialistic Competitive Algorithm:A metaheuristic algorithm for locating the critical slip surface in 2-Dimensional soil slopes

In this study, Imperialistic Competitive Algorithm（ICA） is utilized for locating the critical failure surface and computing the factor of safety（FOS） in a slope stability analysis based on the limit equilibrium approach. The factor of safety relating to each trial slip surface is calculated using a simplified algorithm of the Morgenstern-Price method, which satisfies both the force and the moment equilibriums. General slip surface is considered non-circular in this study that is constituted by linking random straight lines.To explore the performance of the proposed algorithm, four benchmark test problems are analyzed. The results demonstrate that the present techniques can provide reliable, accurate and efficient solutions for locating the critical failure surface and relating FOS. Moreover, in contrast with previous studies the present algorithm could reach the lower value of FOS and reached more exact solutions.

基于Circular模型的大剪应变率点接触弹流界面滑移数值分析

采用Circular流变模型,将假定的流体的极限剪应力特性模型拟合入Reynolds方程,编写Fortran语言程序,数值模拟界面滑移效应.计算从弹流润滑(EHL)延展到动压润滑(HL)区域.随着速度增加,摩擦系数曲线出现反常波动,表现为两个异常拐点.在中、高速度下,模拟获得的接触轮廓等值线图中观测到入口凹陷及中心区下凸.进一步讨论了载荷、速度、综合弹性模量、滑滚比等因素对滑移的影响.界面滑移效应被认为是产生反常接触轮廓和摩擦力波动的主因,与试验结果互为验证.

非线性破坏准则下浅埋隧道的稳定性分析

隧道围岩压力值是浅埋隧道设计计算的重要参数。为进一步提高围岩压力计算结果的可靠性,以传统浅埋隧道坍塌模型为基础,提出了圆弧滑移面破坏模式,同时基于非线性Mohr-Coulomb破坏准则,运用极限分析上限法推导了地震力作用下浅埋隧道围岩压力的计算公式,验证了计算结果的可靠性,并对影响因素进行了探讨。与实际工程和已有成果的对比分析证明了理论公式具有较高的可靠性和准确度。研究还发现:围岩压力受非线性系数和初始粘聚力的影响较为显著,非线性系数越大、初始粘聚力越小,围岩压力越大;随着待定参数K(水平围岩压力与竖向围岩压力的比值)的减小,水平围岩压力减小,竖向围岩压力增大;地震力对围岩压力的影响不容忽视,竖向地震力单独作用对围岩压力的影响最大,水平和竖向地震力共同作用的影响次之,而仅有水平地震力作用的影响最小。随着水平与竖向地震力系数的增大,围岩压力也在增大。分析结果对于大部分的隧道,尤其是易受地震影响的浅埋隧道研究具有较高的参考价值。

基于M-P法的抗滑桩支护边坡稳定性分析

为评价采用抗滑桩支护后的边坡稳定性,从设计和验算两个角度着手,基于Morgenstern-Price(M-P)法建立了抗滑桩支护边坡的分析模型,进而得到了抗滑桩下滑力和边坡安全系数的表达式;通过引入自适应遗传优化算法,建立边坡稳定性分析优化模型,搜索采用抗滑桩支护边坡的非圆弧最危险滑动面;从确定安全系数求抗滑桩所受下滑力和确定抗滑桩抗力求边坡最小安全系数两种情况出发,探讨了抗滑桩位置对边坡稳定性的影响。结果表明:该方法可搜索出更加符合实际情况的边坡非圆弧最危险滑动面,并且能够得到抗滑桩的下滑力或边坡的最小安全系数,相同条件下抗滑桩应设置在边坡中部较为适合,才能最大发挥抗滑桩的加固作用。

渗流作用下土坡圆弧滑动有限元计算

分析了土坡滑动稳定性计算的条分法及其存在问题 ,并提出了圆弧滑动的有限元法 ,以三角形单元的渗透力取代垂直条块周边的水压力 ,正确考虑了渗流方向及其力矩的影响 ,不仅提高了计算精度 ,而且连续计算渗流与滑坡 ,使计算过程简便迅速。

加筋挡土墙在二维超静孔压下的稳定分析

当加筋挡土墙后填土为粘性土时 ,在其中可能会产生超静孔隙水压力。超静孔压的存在使其土压力的大小及分布、潜在滑裂面的位置都有所改变。一维孔压分布情况下朗肯理论仍能适用。但在二维孔压分布情况下 ,用朗肯理论进行计算就不合适。本文推荐采用图解法计算墙后土压力 ,用圆弧滑动法进行稳定校核。

一个新的非圆弧滑动全局最优化算法

提出了一种新的非圆弧滑动边坡稳定分析算法,该算法直接建立在条分法的基础上。滑坡体被离散成一系列的土条之后,滑动面变成由这些土条的节点来控制。该算法的实质是随机移动这些节点,用非数值的方法如模拟退火法使滑动面的移动向潜在的最危险滑动面移动。该算法不需要设定搜索范围,不需要假定滑面形状,能够自然算出复杂几何特征和材料特性真实边坡下最危险滑动面的形状。同时由于变换过程的局部性,计算效率大为提高。计算结果表明,该算法准确找到了全局最优解,并验证了在某些情况下滑动面为圆弧状或分段直线状,或其组合形式。

一种边坡多滑动面搜索的新方法

近年来关于边坡最危险滑动面的搜索的研究方法主要集中在算法的优化方面,事实上对边坡内次级潜在滑动面的搜索也有必要,而目前相关研究并不多。本文提出一种在FLAC-3D中通过控制强度折减法中的折减系数来实现多条滑动面搜索的新方法,并通过算例来说明。同时采用Bishop法与该方法作对比分析,结果表明两者的计算结果十分接近,局部边坡安全系数误差不到1%,整体边坡安全系数误差不到4%,由此论证了该方法的合理性和可行性。

基坑抗隆起稳定分析的现状与进展

基坑抗隆起稳定性验算对基坑支护设计的成败有着重要的意义。经过合理地推导圆弧滑动模式的基坑抗隆起分析方法,给出了该模式下正确的计算公式。针对目前基坑工程实践中常用的两种基坑抗隆起分析模式作了比较全面和深入的探讨。通过对影响抗隆起稳定分析的各种因素的分析和探讨,总结了两种计算模式的适用范围;同时通过对比也揭示了目前已有的圆弧滑动模式的抗隆计算公式以及本文计算公式的优劣。Terzaghi(1943)所提出黏土基坑不排水条件下的抗隆起分析模式是抗隆起稳定分析的经典模式,直到目前仍在应用,由于Terzaghi(1943)采用的是极限平衡理论,而极限平衡理论是不严格的理论,采用笔者新近应用成功的多块体上限方法对Terzaghi公式作了评价。

简化Bishop法的剩余下滑推力计算方法研究

简化Bishop法是评价圆弧形滑动面滑坡稳定性的“严格”方法,计算方法简便、精确,已有相关学者研究了其严格性,但却没有与之相适应的滑坡剩余下滑推力解析法,给滑坡(边坡)的综合治理带来了一定困难。本文从简化Bishop法计算原理出发,考虑坡体自重、外力、水平地震力、滑动面处的孔隙水压力等,利用力多边形法则,得到了两类简化Bishop法剩余下滑推力分析模型,即:Ⅰ型(Ti≥0)和Ⅱ型(Ti<0);针对两类模型推导出了第i-1条块的下滑推力,然后,使Fi-1参与到第i条块的力多边形受力模型中,从上往下逐条块计算下滑推力,进而推导出条块i的剩余下滑推力解析计算公式。该解析法与传递系数法隐式解所计算的剩余下滑推力进行比较,总体上呈现出简化Bishop法剩余下滑推力高于传递系数法隐式解,两者的剩余下滑推力差值随着安全储备的增大而减小,且该解析法适用于安全储备要求较高的滑坡(边坡),该解析法为圆弧形滑动面滑坡(边坡)治理设计提供了一定的理论依据。

土坡稳定分析简化Bishop法的数值解

建立了适于边坡稳定分析简单的平面直角坐标系,得到了该坐标系下的边坡稳定分析瑞典圆弧法的积分表达式,与张天宝法进行了验证和对比;提出了基于边坡稳定分析简化Bishop法原理的积分法,推导了其安全系数Fs积分表达式,编制了数值积分计算和图形处理程序,并进行了工程应用,实践证明该方法的正确性。

深基坑土钉支护稳定性分析方法的改进及软件开发

在考虑土钉作用的情况下,对土钉墙支护边坡整体稳定性分析方法进行了改进,推导了圆弧圆心与安全系数之间的函数表达式,借助计算机确定了滑移面圆心所在区域,利用网格法对最危险滑移面的圆心进行动态搜索。采用面向对象程序设计语言VC++,依据《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99开发了基坑土钉支护设计软件,实现了土钉抗拉承载力的计算,并对各个开挖阶段土钉墙支护整体稳定性进行实时分析。最后,结合具体工程实例进行了设计与分析,进一步分析和讨论了土钉墙设计中存在的问题、适用条件及其影响因素等,分析后所得的结果可供工程设计人员参考。

利用抗滑桩加固临水岸坡的边坡稳定性分析

介绍了一种基于瑞典法和简化Bishop法分析抗滑桩加固边坡的极限平衡法.通过试算,可以确定边坡达到稳定要求时,需要桩提供的最小抗滑力及边坡潜在滑动面的位置,进而对抗滑桩的桩位进行优化.结合某闸室岸坡工程的算例表明,抗滑桩能有效提高边坡的稳定性;抗滑桩设在通过边坡潜在危险滑动面最低点时效果最好;设抗滑桩会改变边坡潜在危险滑动面位置.

加筋高填石路堤填筑过程动态稳定性分析与监测

为揭示陡坡上高约72m的高填石路堤填筑过程中的动态稳定性,为施工质量控制提供参考,通过对斜坡上高路堤破坏模式和施工中地基处理措施分析,确定高路堤在填筑过程中的潜在滑动面为圆弧滑动面形状。在分析筋-土相互作用和借鉴前人三轴试验结果的基础上,阐述土工格栅提高路堤稳定性的机制。基于极限平衡理论中瑞典圆弧法,将高路堤填筑过程分为72步,研究不同填筑层位路堤潜在滑动面的特征,搜索出最危险滑动面的位置,计算相应的最小安全系数。结果表明:随着路堤填筑高度的增加,最危险滑动面表现为向路堤堤身和路堤坡脚移动的趋势;最小安全系数随路堤填筑高度和地表坡度增大逐渐减小,最小安全系数发生在路堤填筑完成的层位,路堤整体稳定性要求满足规范要求;受陡坡地形变化影响,在32～48m范围内,路堤最小安全系数的变化最大。因此,施工填筑过程中应注意填筑高度和地形变化对路堤安全系数的影响,并结合监测结果采取相应的稳定性控制措施。

框架预应力锚杆边坡支护结构稳定性计算方法及其应用

基于土体边坡滑动面的破坏模式及极限平衡理论,采用圆弧滑动条分法,在考虑支护结构、锚杆对土体边坡稳定性影响的情况下,建立了边坡最危险滑移面的搜索模型,推导了边坡滑移面圆心位置与稳定系数之间的函数关系。通过计算机动态设定滑移面圆心所在区域,并在圆心区域内采用网格法搜索最危险滑移面的圆心,实现了基于计算机搜索的框架预应力锚杆边坡支护结构稳定性计算方法。最后,开发了框架预应力锚杆稳定性计算软件,并结合具体工程实例进行了验算。

非圆弧滑面滑坡中满足平衡条件的预应力锚索设计拉力的确定方法

近20年来预应力锚索广泛用于加固滑坡或高边坡,但在以往的设计计算中,为简化起见,对非圆弧滑坡预应力锚索的设计一般采用指定设计外力而根据力的投影来确定锚索根数,并认为锚索作用力以集中荷载作用在滑面上。实际上,由于作用在地面的荷载经滑体传递后发生了很大的扩散作用,不满足力及力矩的平衡条件,其公式具有一定的缺陷,因而不尽合理,甚至由于锚设置不当造成其超载受荷而发生破坏,引起严重后果。本文根据其受力特点采用Morgenstern-Price法的基本假定从平衡条件出发,导出了确定锚索设计外力的迭代算法公式,对工程实际具有较大的理论意义。

圆弧滑面滑坡推力的数值解研究

基于国内折线滑面滑坡推力计算传统的分块传递系数法原理,提出了适用于圆弧滑面滑坡推力计算的数值积分法,推导了有关的计算公式,编制了实用的计算程序。由程序实例计算图形处理结果,探讨了滑坡推力随位置变化的某些规律,这对于滑坡治理设计是有益的;同时根据对滑体内部力函数的变化规律的分析,指出了传递系数法尚存在的问题。

边坡稳定性的动态规划研究及其工程应用实例

研究了动态规划法确定边坡非圆临界滑动面的方法，并应用于大新锰矿边坡稳定性研究，取得良好效果，工程应用实例表明该方法对复杂地质条件的边坡稳定性分析具有广泛的应用前景。

多阶边坡滑移面搜索模型及稳定性分析

基于极限平衡理论,根据边坡尺寸及几何关系,建立辅助坐标系与基本坐标系。借助于基本坐标系,首先推导出滑移面几何控制参数与滑移面圆心坐标之间的函数关系,再推导出安全系数计算式中各变量与圆心坐标之间的函数关系,从而得出滑移面的控制参数与安全系数之间的函数关系。辅助坐标系可沿多阶边坡表面移动,控制搜索过程中滑移面的位置及几何参数,实现边坡内任意潜在的滑移面的搜索,从而计算边坡内任意潜在滑移面对应的安全系数,并进一步确定边坡最小安全系数及最危险滑移面。该方法适用于多阶土体边坡最危险滑移面的确定,可避免由经验公式确定滑移面圆心搜索区域造成的不准确性,较好地解决多阶边坡最危险滑移面难确定的问题,是一种由计算机搜索法求解多阶边坡稳定性的新模型。最后,编制多阶边坡稳定性计算程序,并进行实例分析与计算。

相遇蚁群算法在边坡非圆弧临界滑动面搜索中的应用研究

边坡非圆弧临界滑动面搜索是边坡稳定计算中的一个关键问题,其实质为安全系数最小的滑动路径搜索问题,采用效果良好的路径搜索算法——蚁群算法是目前研究的热点。为了克服传统蚁群算法效率低、效果差的缺点,基于蚂蚁正反向搜索相遇形成完整路径的原理,提出了一种相遇蚁群算法。将该算法用于边坡非圆弧滑动面搜索问题,提出了一种非圆弧临界滑动面搜索的新方法。通过2个边坡的算例计算及一个水库岸坡的工程应用,验证了新算法的有效性。计算结果表明,相遇蚁群算法无论是整个搜索范围还是从某一点起的搜索范围都要比一般蚁群算法大,所以相遇蚁群算法在搜索边坡临界滑动面时所得到解的多样性也要比一般蚁群算法好,因此,相遇蚁群算法的搜索范围能以较大的概率包含全局最优解,算法最终也能以较大概率搜索到全局最优解。最终,相遇蚁群算法可以在更大的范围内以更快的速度找到边坡的临界滑动面。