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《各向异性土坡稳定性的极限平衡遗传算法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第20卷 第2期 河 北 建 筑 科 技 学 院 学 报 Vol120No122003年6月 JournalofHebeiInstituteofArchitecturalScienceandTechnologyJun12003文章编号:1007-6743(2003)02-0045-03各向异性土坡稳定性的极限平衡遗传算法孟庆银(黑龙江省齐齐哈尔市道路桥梁管理处,黑龙江 齐齐哈尔 161005)摘要:本文将Mohr-Coulomb破坏准则推广得到各向异性土的破坏准则,在Bishop简化法基础上推导出考虑各向异性的边坡安全系数公式,并结合遗传算
2、法得到真正最危险滑动面和全局最小的安全系数。关键词:土坡;各向异性;极限平衡;Bishop法;稳定性;遗传算法中图分类号:U412.22 文献标识码:A0引言极限平衡法在土坡稳定性分析中广为使用。但是目前用极限平衡法分析土坡稳定性通常把土简化[1]成各向同性体,无法真实反映边坡的实际状态。自然沉积土由于水平和垂直方向不等的固结压力作用,具有显著的强度各向异性,因此计算中有必要考虑这种特性。本文推广了Mohr-Coulomb破坏准则以反映土的各向异性,采用Bishop简化法分析各向异性土坡的稳定性,并用遗传算法搜索最危险滑动面和全局最小的安全系数。最后将结果与各向同性
3、下的计算结果作了比较。1各向异性土的破坏准则根据Mohr-Coulomb破坏准则,各向同性土的强度由和决定。即τf=σtanφ+C。很多学者对土的各向异性问题,Duncan和Seed,Muckle,[2]Mayne研究后得出结论:内摩擦角对土的各向异性影响很小,不排水抗剪强度、凝聚力与应力路径和实验类型关系很大。所以土的各向[3]异性主要和C相关。本文只考虑C的各向异性,假设φ为常量,Casagrande和Carillo提出如下公式2Cθ=Ch+(Cv-Ch)cosθ(1)式中CV、Ch分别是剪切实验中得到的竖直和水平方向的凝聚力;Cθ是和竖直方向夹角为θ(任意的)方向上的凝聚力
4、(图1)。定义K=CvCh为凝聚力各向异性比,表示竖直和水平方向土的凝聚力差异程度。均质土的各处都相同。对于各向同性均质土,C是常量,即Cθ=Cv=Ch,显然K=1。把Ch=Cv/K代入(1)得到2Cθ=Cv[K+(1-K)cosθ](2)于是各向异性土的Mohr-Coulomb破坏准则可以表示成2τf=σtanφ+Cθ=σtanφ+Cv[K+(1-K)cosθ](3)2各向异性土坡稳定性评价2.1安全系数[4]不考虑渗流和地震的作用,采用(3)的破坏准则,用Bishop简化法计算边坡的安全系数(图2):收稿日期:2003-01-22作者简介:孟庆银(1961-),男,黑龙江齐齐
5、哈尔人,工程师,从事道路桥梁勘察及设计。©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.46河 北 建 筑 科 技 学 院 学 报2003年j1Cθbj+WjtanφFs=∑(4)∑Wjsinαjtanφsinαjcosαj+Fsj式中Cθ(j=1,2,3,⋯n)—土条底面中点处的凝聚力;θj—该点最大主应力方向和竖直方向的夹角。由图2知,θj=90°-αj-Ψ,其中αj是破坏面法线与垂直方向的夹角,Ψ是破坏面与最大主应力方向夹角。Lo指出Ψ和最大主应力σ1的方向变化无关,并通j过实验得到Ψ的平均值为3
6、5°。于是可由(3)式得到Cθ的表达式:j2Cθ=Cv[K+(1-K)cos(90°-αj-Ψ)(5)再把(5)代入(4),就得到用各向异性比和竖直方向抗剪强度表示的安全系数21Cv[K+(1-K)cos(90°-αj-Ψ)]bj+WjtanφFs=∑(6)∑Wjsinαjtanφsinαjcosαj+Fs2.2最危险滑动面搜索最危险滑动面是土坡稳定性计算中很重要的一步。土坡稳定性问题不仅是求解安全系数,而且是求解最小安全系数及对应的滑动面,这实际上也是一个优化问题。因为最小安全系数无法直接得到,需要用优化技术对大量滑动面进行验算。常用的优化技术主要有直接搜索法,消去法中的二分法
7、,坐标轮换法等,但是这些方法由于本身的局限,求得的安全系数容易陷入局部极值且滑动面具有不确定性。我们可[5]以考虑用近年来应用很广泛的遗传算法来计算土坡最小安全系数。[6]遗传算法(GeneticAlgorithm)是模拟自然界生物进化过程与机制求解极值问题的一类搜索和优化算法。它模拟达尔文的自然进化论和孟德尔的遗传变异理论,具有坚实的生物学基础。其主要特点是直接对结构对象进行操作,不存在求导和函数连续性的限定;具有内在的隐并行性和更好的全局寻优能力;采用概率化的寻优方法,能自动
