最新【精品】范文参考文献专业论文遗传算法在土钉支护稳定性分析中的应用遗传算法在土钉支护稳定性分析中的应用摘要：稳定性分析是土钉支护结构中十分重要的问题，在公路，铁路，深基坑的开挖等工程中都会遇见。本文提出了计算土钉支护结构稳定的可靠度指标和设计验算点的全局优化算法。该方法模拟了生物遗传进化的过程，克服了传统优化方法容易陷入局部优化值的缺点，将优化方法和可靠度理论有机的结合，使可靠度指标的求解问题转化为约束条件下目标函数的极小值的优化问题。关键词：遗传算法；土钉支护；可靠度指标；优化方法中图分类号：X734文献标识码：A文章编号：本文从概率可靠度分析方法的方面入手进行研究。基于可靠度指标的几何涵义，可靠度的分析最终可以转化为一个优化问题，而遗传算法作为一种全局优化算法，近年来受到了各个学科领域的重视，得到了空前的发展。本文将其引入到边坡工程的研究工作中来，结合最优化理论做一个有益地尝试，从概率可靠度方法的角度来分析土钉支护结构的稳定性。一、建立土钉支护结构的功能函数条分法是一种边坡稳定性分析的基本方法，也是土钉支护内部稳定性分析最常用的一种方法。在用于土钉分析时，假定土体的破裂面为圆弧面，土体是刚塑性材料。简单条分法，也称为条分法的总应力法，它不考虑土条之间的相互作用力，而Bishop法和Janbu法考虑了土条之间的作用力和力矩的平衡。本文基于天然土坡稳定性分析的简单条分法，对土钉支护的整体稳定性的进行可靠度分析，。设土钉采用等间距，等倾角的布置方式，土钉的水平间距为，垂直间距为，倾角为，如图1.1所示。图1.1土钉支护圆弧滑动面条分法受力示意图假定作用在土条两侧的法向力及剪切力相互平衡，则作用在一个土条上的力，由垂直方向力的平衡得：根据莫尔—库仑准则，弧段上的抗剪强度为，则土体产生的抗滑力和滑动力分别为：式中：—滑动体的分条数；—第分条土重；—第分条宽度；—第分条滑裂面处土体固结不排水（快）剪粘聚力标准值；—第分条滑裂面处土体固结不排水（快）剪内摩擦角标准值；—第分条滑裂面处中点切线与水平面的夹角；—第分条滑裂面处的弧长。又由于单根土钉在圆弧滑裂面外锚固体与土体的极限抗拉力为：（1—7）则土钉支护结构产生的抗滑力为：（1—8）式中：——钻孔直径；——土钉与土体界面的极限粘结强度。——第根土钉在圆弧滑裂面外穿越第层稳定土体内的长度；—土钉的水平间距。则，土钉支护结构的功能函数为：在建立模型时应注意的问题：1．最危险滑移面的确定：如图示，点为圆弧滑移面的圆心，点为基坑顶面角点，由前面的假设可知，圆弧的半径为。以为原点建立坐标系，圆心坐标为，图1.2切线与水平夹角的计算简图2．土钉在圆弧面外穿越土体的长度：如图示，以为原点建立坐标系，圆心坐标为，土钉坡面的倾角为，第个土钉与坡面的交点为故，图1.3土钉在圆弧面内外长度的计算简图此土钉所在直线的方程为：则，圆心到土钉所在直线的距离为：因此，土钉在圆弧内部的长度为：土钉的总长为设计参数，则土钉在圆弧外长度为：二、遗传算法计算土钉支护结构的可靠度1、确定编码方式和初始种群的初始化染色体通常有两种表示方法：二进制向量法和浮点向量法。求解较复杂的优化问题时，采用浮点向量法要方便一些。浮点向量法将每一个染色体由一个浮点向量表示，其长度与解向量中的变量数相同。这样就把遗传算法中的染色体与优化问题的可行解对应起来。在这里由于土钉可靠度的计算模型中有粘聚力，内摩擦角和界面粘结强度，因此可以用一个浮点向量表示。当时，随机产生包括100个染色体的初始种群，对100个染色体进行解码，然后根据可靠度指标对它们进行评价，若100个解中的最优解连续10代保持不变，则计算终止，否则继续进行搜索。2、确定适应度函数适应度函数是用来评价群体中个体的好坏，适应函数值越大的个体越好，反之，适应函数值越小的越差。遗传算法正是基于适应值对于个体进行选择，以保证适应性好的个体有机会在下一代中产生更好的子个体。适应值实际上表示一种个体被选中的概率。它必须是非负的，而且适应值大的个体被选中的概率越大。由于土钉支护结构的可靠度分析是一个极小化问题，必须将目标函数进行转换才能建立适应函数，因此在这里的适应度函数为：式中：为适应度函数，为目标函数即可靠度指标。3、选种复制选种复制是以每个个体适应值成比例的概率按赌轮法则把当前种群中适应值大的个体选出并复制到新的群体中，而把适应值较小的个体，通过向群体形心反射和收缩，向最好点收缩和旋转的方法进行改造后复制到新的群体中。4、杂交操作杂交操作就是将染色体配对并以给定的概率交换两个父代个体间对应的分量，即将土钉支护结构的三个变量的任意两组值进行对换，产生