[发明专利]基于粒子群算法与地下水模型的基坑降水优化方法

说明书

本发明涉及一种基于粒子群算法与地下水模型的基坑降水优化方法，包括以下步骤：步骤S1:构建地下水流模拟模型，刻画基坑区域及其周围的地下水流场的动态变化过程；步骤S2:基于预设目标函数及约束条件，建立优化模型；步骤S3:耦合地下水流模拟模型和优化模型；步骤S4:采用PSO优化技术求解耦合后的模型最优解；步骤S5:根据最优解，得到最优降水井的空间分布和抽水流量。本发明得到的最优降水井的空间分布和抽水流量，不但可以节省大量施工时间，加快施工工期，而且可以大幅提高降水效率。

技术领域

本发明涉及地下水科学与工程领域，，具体涉及一种基于粒子群算法与地下水模型的基坑降水优化方法。

背景技术

基坑工程的建设过程中，为满足基坑的开挖要求，需要降低基坑底部的地下水水位。目前在基坑降水过程中，一般间隔一定的距离均匀布置降水井，对所有单井的抽水流量采用解析解计算。此种方法会产生较大的建设费用或者未能达到工程建设的降水要求。因此，需要采用优化技术对降水井的空间分布进行科学的管理，在满足施工要求的前提下，尽可能地减少工程建设的费用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于粒子群算法与地下水模型的基坑降水优化方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于粒子群算法与地下水模型的基坑降水优化方法，包括以下步骤：

步骤S1:构建地下水流模拟模型，刻画基坑区域及其周围的地下水流场的动态变化过程；

步骤S2:基于预设目标函数及约束条件，建立优化模型；

步骤S3:耦合地下水流模拟模型和优化模型；

步骤S4:采用PSO优化技术求解耦合后的模型最优解；

步骤S5:根据最优解，得到最优降水井的空间分布和抽水流量。

进一步的，所述预设目标函数及约束条件具体为：

目标函数：

最小化

约束条件：

Q_mi≤Q^t_i≤Q_max (3)

其中，C表示基坑降水工程的建设成本；D_w为降水井的数目； y_i表示井i是否采用的二进制数；Q_i^t为井i的在第t管理期内的抽水流量；D_t为总的管理期数；Δt_t为第t应力期的时长；α_i(i＝1，2)表示井安装与抽水的价格系数；h_i表示基坑施工作业区的地下水水位；h_upper表示基坑施工过程中的要求的地下水水位；h_lower表示基坑施工过程中地下水水位降低的下限；R表示基坑施工作业范围。

进一步的，所述步骤S3具体为：

步骤S31:耦合后的的模型优化管理的目标是决策变量和状态变量的函数；

步骤S32:通过模拟模型不断更新状态变量，计算目标函数值和判断是否满足约束条件；通过优化模型选择决策变量，返回到模拟模型中更新状态变量；

上式表示系统在某一时刻t状态变量w^t是该时段决策变量Q^t及上一时段t-1状态变量w^t-1的函数，状态转移函数用f_w表示；