[发明专利]基于粒子群优化和蒙特卡罗模拟的滑坡有限元区间分析法

权利要求书

1.一种基于粒子群优化和蒙特卡罗模拟的滑坡有限元区间分析法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)根据滑坡工程实际，确定滑坡有限元区间分析所需的不确定性岩土体参数及其区间范围，作为粒子群优化算法的搜索变量和搜索空间；所述不确定性岩土体参数包括滑坡各岩土层的弹性模量泊松比容重粘聚力和内摩擦角搜索空间为：其中，分别为弹性模量的最小值和最大值，分别为泊松比的最小值和最大值，分别为容重的最小值和最大值，别为粘聚力的最小值和最大值，分别为内摩擦角的最小值和最大值；

(2)根据有限元滑坡安全系数计算公式和不确定性岩土体参数确定区间有限元滑坡安全系数计算公式，作为粒子群优化算法的适应度函数；所述粒子群优化算法的适应度函数包括最小安全系数适应度函数和最大安全系数适应度函数，其表达式分别为：

式中：i＝1,2,3,…,n，n为滑面单元总数；为单元i的粘聚力变量；为单元i的内摩擦角变量；和为单元i底部的法向应力变量和切应力变量；l_i为单元i底部弧长；

(3)在岩土体参数区间范围内计算出滑坡基于蒙特卡罗方法的安全系数区间，并确定该区间上下限对应的岩土体参数值；过程为：在岩土体参数区间范围内基于蒙特卡罗方法随机生成多组岩土体参数值，根据有限元滑坡安全系数计算公式计算得到该滑坡基于蒙特卡罗方法的安全系数区间[F_MCmin，F_MCmax]，并确定该区间最小安全系数F_MCmin和最大安全系数F_MCmax对应的岩土体参数值；

(4)设置粒子群优化算法参数，初始化粒子的速度和位置，将每个粒子的初始岩土体参数代入有限元计算进行初次迭代，计算每个粒子的适应度值，基于蒙特卡罗安全系数区间确定初次迭代步的种群历史最优位置，并将每个粒子的当前位置作为粒子历史最优位置；

(5)更新粒子的速度和位置进行再次迭代，基于蒙特卡罗安全系数区间更新初次迭代步至当前迭代步中种群的历史最优位置，并判断每个粒子的历史最优位置；所述基于蒙特卡罗安全系数区间更新种群历史最优位置的方法为：若当前所有粒子的最小适应度值大于F_MCmin或最大适应度值小于F_MCmax，将F_MCmin或F_MCmax对应的岩土体参数值作为种群历史最优位置，反之，则采用当前所有粒子的适应度最值对应粒子所在的位置作为种群历史最优位置；

(6)重复步骤(5)直至算法达到终止准则，此时最小适应度值、最大适应度值即为滑坡安全系数区间的下、上限值，其对应粒子所在位置即为滑坡安全系数区间下、上限对应的岩土体参数值。

2.根据权利要求1所述的基于粒子群优化和蒙特卡罗模拟的滑坡有限元区间分析法，其特征在于，步骤(4)中，先在(0，1)范围内初始化粒子的速度，在岩土体参数区间范围内初始化粒子的位置，获得每个粒子的初始位置然后进行初次迭代，将每个粒子的和代入滑坡的有限元计算中，获得滑面单元i底部由重力引起的正应力和切应力将和代入适应度函数，计算每个粒子的适应度值。

3.根据权利要求1所述的基于粒子群优化和蒙特卡罗模拟的滑坡有限元区间分析法，其特征在于，步骤(5)中，再次迭代前，先更新粒子的速度和位置，每个粒子新的位置为若更新后的位置中某一参数超出了岩土体参数区间范围，则以上一步迭代中该粒子所在位置中的此参数取代；

然后进行迭代，将每个粒子的和代入滑坡的有限元计算中，获得当前迭代步中滑面单元i底部由重力引起的正应力和切应力将和代入适应度函数，计算每个粒子的适应度值。

4.根据权利要求1所述的基于粒子群优化和蒙特卡罗模拟的滑坡有限元区间分析法，其特征在于，步骤(6)中，所述算法的终止准则为：

①算法达到设定的迭代次数且适应度最值稳定不变；

②算法搜索得到的安全系数区间大于蒙特卡罗安全系数区间。