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《基于hoek_brown非线性强度准则的节理岩坡稳定性分析全局优化算法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、2006年第5期水文地质工程地质!17!基于HoekBrown非线性强度准则的节理岩坡稳定性分析全局优化算法陈昌富,朱剑锋(湖南大学岩土工程研究所,长沙410082)摘要:基于HoekBrown非线性经验强度准则和简化Bishop法,导出了节理破碎岩体边坡新的稳定性系数计算公式。通过在简单遗传算法(SGA)中引入适应度变换技术改进其收敛性能,提出了节理破碎岩体边坡稳定性分析和最危险滑动面搜索的自适应遗传算法(AGA)。算例计算结果表明:(1)AGA能准确地搜索到边坡全局最小稳定系数及其对应的临界滑动面;(2)AGA计算效率和数值
2、稳定性均比SGA和随机投点法有较大提高;(3)采用不同的适应度变换函数均可提高计算效率。为简便起见,推荐采用线性变换函数。关键词:边坡;节理破碎岩体;稳定性分析;HoekBrown准则;自适应遗传算法中图分类号:P64222;TU457文献标识码:A文章编号:10003665(2006)05001705性、并行性和很强的适应问题的能力,克服了传统搜索1引言[4]方法易陷入局部最优解的缺点。自从肖专文等将目前工程中应用比较广泛的边坡稳定性分析方法遗传算法(SGA)引入边坡工程以来,遗传算法已在边[5,6]一般建立在Mohr
3、Coulomb破坏准则基础上,最危险滑坡工程中得到较多应用。SGA虽能搜索到全局最[7]裂面的搜索方法也大都是传统的优化方法。岩体边坡优解,但局部搜索能力差,搜索效率低。为此,本文稳定性分析离不开强度参数,而获得可靠的岩体力学首先利用HoekBrown经验破坏准则和简化Bishop法参数方法是开展大型现场原位试验,但由于其试验时推导出节理岩质边坡稳定性分析的稳定系数计算公间长、费用高,其应用受到一定的限制。此外,边坡稳式,然后采用同时具有良好的全局和局部最优解搜索定性分析问题较多表现为约束优化问题,目标函数往能力的自适应遗传算法(AGA)搜索边
4、坡的最危险滑动往是具有多极值点、非凸性的隐函数。实践证明,常用面及最小稳定系数,最后结合算例探讨适应度函数变的最优化理论在摆脱局部最优解方面,表现不尽如人换对稳定系数(Fs)的影响。[1]意。因此,在合理、客观地选取岩石破坏强度准则的2基于非线性强度准则岩质边坡分析基础上,选择搜索性能良好的算法搜索最小稳定系数和最危险滑动面是非常重要的。21节理岩体非线性强度准则1980年Hoek和Brown通过试验、统计等手段,提岩体中常常存在着不连续面,如断层、层理和节理出了反映岩体非线性破坏的经验强度准则,即Hoek等,岩体强度在一定程度上受不连续面
5、的影响和控制。[2]Brown强度准则。该准则将影响岩体强度特性的复HoekBrown总结了大量的岩石等围压三轴试验资料,[2]杂因素,集中包含在其所引用的两个经验参数m、s之于1980年提出了节理岩体的经验强度准则为:2中。它概念简洁明确,已成为岩石力学和工程中广泛1=3+mc3+sc(1)[3]应用的强度理论。遗传算法是一种适合求解非线式中:1、3破坏时的最大有效主应力和最小有性、多极值问题的算法,它的突出特点是具有全局收敛效主应力;c结构完整的连续介质岩石材料单轴抗压收稿日期:20051228;修订日期:200
6、60227强度;基金项目:教育部高校博士点基金(20050532021);湖南省科技m、s与岩体破碎程度有关的经验统计参数,攻关项目(03GKY3129)m=0001~25,s=0~1。作者简介:陈昌富(1963),男,博士,教授,博士生导师,主要从事边坡与支挡结构、地基处理与研究。后来布雷(J.Bray)又将式(1)改为剪切强度形式,[8]Email:cfchen@163.com即:!18!水文地质工程地质2006年第5期1和滑弧的半径;=mc(coti-cosi)(2)8uj第j条块孔隙水压力。式中:抗剪强度;
7、式(5)、(6)是建立在MohrCoulomb破坏准则的基i瞬时有效内摩擦角。础上的,本文基于HoekBrown准则对简化Bishop法计i可以表示为:算公式改进如下。1-21-32如图1所示,取j条块竖向力平衡得:2i=arctan4acos30∀+arcsin(a)-13Wj-Tjsin!j-(Nj+ujlj)cos!j=0(7)(3)由上式解出Nj得:2a=1+16(mn+sc)3mc(4)Wj-Tjsin!jNj=相对其它强度准则,HoekBrown准则既满足了剪cos!j应力与正应力间的非线性关系,又避
8、免了岩体强度参Wj-mclj(cotj-cosj)sin!j(8Fs)=-ujlj数值获取难的问题,并且经过多次修
