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《内蒙古工业大学》 2007年 硕士论文
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模拟退火算法在边坡稳定分析中的应用研究

何敬宇  
【摘要】: 边坡稳定分析问题一直是土木工程中的重要研究课题,多年来也有许多学者致力于这方面的研究工作,但是我们仍然可以看到这些理论存在着许多不完善和有待改进的地方。边坡稳定分析有定性分析法和定量分析法。定性分析法主要是通过工程地质勘察,对影响边坡稳定性的主要因素、可能的变形破坏方式、边坡失稳的力学机制以及对已变形地质体的成因及其演化史进行综合分析,从而对被评价的边坡给出一个稳定性状况及其可能发展趋势的定性说明和解释。定量分析法是运用数值分析方法、塑性极限方法、条分法、可靠度方法和模糊数学方法等,对边坡的稳定安全性(安全系数)进行定量的评价。 对复杂边界和土质条件下的滑坡和边坡进行一般滑裂面稳定性分析时,其最小安全系数的求解不同于一般工程优化问题,一般工程优化问题只需要求解到一个良好的局部优化解,便可以认为达到了预定的目标。滑坡和边坡稳定问题则不同,由于任何局部优化解都有可能高估了安全系数,因此必须得到全局优化解。 模拟退火算法是对于全局优化的数值方法。模拟退火算法(SA)源于统计物理学,是模拟熔化状态下物体由逐渐冷却至最终达到结晶状态的物理过程。模拟退火算法是利用问题的求解过程与熔化物体退火过程的相似性,采用随机模拟物体退火过程来完成问题的求解,也就是在控制参数(温度)的作用下对参数的值进行调整,直到所选取的参数值最终使能量函数达到全局极小值。由于模拟退火算法对其全局的最小值进行优化,所以模拟退火算法具有计算准确、运算速度高、不容易陷入局部最小值的特点。 本论文通过阅读相关的中外相关文献,通过分析比较边坡的极限平衡方法,选定适用的计算方法,对于安全系数公式进行优化。把模拟退火算法(SA)应用于边坡稳定分析中进行计算,通过编写程序,进行模拟计算,并结合实际工程数据证明这种方法的正确性及可行性。模拟退火算法(SA)可以以一定的概率接受新解,在计算时不容易陷入局部极值,可以接受安全系数相对较高的滑动面,对于边坡这样的全局优化问题更趋近合理。该算法收敛概率等于一,编写程序时不用考虑溢出现象,通过控制阻尼系数,可以很快的降温到基态,一般计算几秒至几分钟就可得到确定的解,由此可见这种方法的方便性和快捷性。


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