[发明专利]一种实现工程岩体力学参数反演的改进粒子群优化方法

说明书

技术领域

本发明属于岩体变形和受力状态分析的岩土工程问题，具体涉及一种实现工程岩体力学参数反演的改进粒子群优化方法。

背景技术

工程岩体变形和受力状态分析的难题之一是如何恰当地估计岩土体的力学模型参数。最优估计的岩土体力学模型参数是通过比较现场观测到的信息数据与理论模型得到的。通过定义目标函数，将参数识别反问题转化为优化问题处理。伴随着计算机技术的发展，正分析的理论和计算方法逐渐成熟，观测仪器的精度也逐步提高，根据现场观测数据进行岩土力学模型参数反演具有良好的应用前景。目前粒子群算法中的适应值在算法前期改善较快，而在中后期增加缓慢，迭代次数过多，占用较多运行时间，效率较低。

发明内容

发明目的：本发明的针对现有技术中存在的问题，提供一种实现工程岩体力学参数反演的改进粒子群优化方法。

技术方案：本发明所述的一种实现工程岩体力学参数反演的改进粒子群优化方法，包括下述步骤：

(1)根据边坡工程岩体的已知性能参数设置改进粒子群优化算法参数；

(2)随机初始化每个粒子的速度与位置，定义反演适应度函数，计算各粒子的适应值，根据适应值评价各粒子位置的优劣程度；

(3)进入快速粒子群搜索阶段，不断更新当前粒子的个体极值及全局极值，获取粒子个体最优位置和粒子种群最优位置；

(4)检验是否满足直接搜索引入准则，如满足，进入直接搜索阶段，否则，返回到上一步骤继续快速粒子群搜索迭代；

(5)进入直接搜索阶段，将快速粒子群搜索阶段得到的最优解P₀作为直接搜索阶段的初始解，粒子种群最优适应值PBEST作为直接搜索阶段的初始代最佳适应值，进行精度搜索；

(6)引入改进算法终止判断准则，如满足，迭代优化终止，此时输出的最优解P₀即为反演所得最优的边坡工程力学参数；如不满足，返回上一步骤继续搜索。

上述步骤(1)中，设置的改进粒子群优化算法参数包括粒子种群大小m、惯性权重ω、加速因子c₁、c₂、解的维数D、每一维最大速度v_imax、每一维上的解上下限x_imax、x_imin、初级精度ε₁、高级精度ε。

步骤(2)中，适应度函数为式中，f_i(x)为第i个量测点上发生的位移量的计算值，u_i为相应的位移量的实测值。F(x)的值越小，粒子适应度越高，位置越好，解的品质越高，也就是说该粒子对应的一组力学参数更优。

较优的，在计算各粒子的适应值前，先判断粒子是否违反约束，对于违反约束的粒子采用隐匿墙处理；否则通过适应度函数计算各粒子的适应值。

优选的，步骤(3)中，针对较差粒子施以“加时飞行策略”，根据下式更新粒子新位置：

x_id^t+1＝x_id^t+T_i*ν_id^t+1；

ν_id^t+1＝ων_id^t+c₁r₁(p_id^t-x_id^t)+c₂r₂(p^t_gd-x_id^t)；

式中：

T_i为第i个粒子的飞行时间，f_i为较差粒子的适应值，f_arv为粒子群体的平均适应值；

V_id^t+1为每个粒子的新速度，t为当前进化代数；d＝1，2，...，n，n为粒子空间搜索的维数；i＝1，2，...，m，m为种群规模；w为惯性权重；

c₁、c₂为加速因子，c₁调节粒子向自身最优位置飞行的步长，c₂调节粒子向全局最优位置飞行的步长；