[发明专利]基于微分进化法的面板堆石坝材料力学参数反演方法

摘要

本发明提供一种基于微分进化法的面板堆石坝材料力学参数反演方法，取大坝监测点的计算位移值与实测位移值差的二范数式作为目标函数；选择待反演的堆石体参数，确定其取值范围；在待反演参数的取值范围内随机产生一组父代种群；将堆石体参数调入面板堆石坝有限元正分析，计算父代种群中各个体的目标函数值；进行变异和交叉操作；计算交叉操作后种群的各个体目标函数值；进行进化选择操作；计算生成子代中各个体的目标函数值，如果其中个体最小目标函数值满足终止条件，则结束计算，对应最小目标函数值的个体即为面板堆石坝的材料力学参数值；否则从变异和交叉操作开始继续循环计算，直至找到满足终止条件的参数值。本发明编程更简单，计算更有效。

主权项

1.一种基于微分进化法的面板堆石坝材料力学参数反演方法，其特征在于：它包括以下步骤：S1、确定目标函数：取大坝监测点的计算位移值与实测位移值差的二范数式作为目标函数，即式中：x₁,x₂,…,x_n对应一组待反演的堆石体参数；n为堆石体参数的总个数，m为大坝监测点总个数；u_p为第p个监测点的沉降计算值；为第p个监测点的沉降实测值；S2、选择待反演的堆石体参数，并确定待反演的堆石体参数的取值范围；S3、在待反演参数的取值范围内，随机产生一组父代种群：X_j⁽⁰⁾＝(x_j,1⁽⁰⁾，x_j,2⁽⁰⁾，…，x_j,n⁽⁰⁾)，j＝1、2、…、N；其中N为种群大小；x_j,1⁽⁰⁾，x_j,2⁽⁰⁾，…，x_j,n⁽⁰⁾分别为对应种群中第j个个体的堆石体参数x₁,x₂,…,x_n的初值；S4、将堆石体参数调入面板堆石坝有限元正分析，计算所述的父代种群中各个体的目标函数值，即f(x_j,1⁽ⁱ⁾,x_j,2⁽ⁱ⁾...,x_j,n⁽ⁱ⁾)，其中i为进化的代数；S5、变异操作：按公式(2)产生变异个体Y_j⁽ⁱ⁺¹⁾＝(y_j,1⁽ⁱ⁺¹⁾,y_j,2⁽ⁱ⁺¹⁾,…,y_j,n⁽ⁱ⁺¹⁾)：式中是从所述的父代种群中随机选择的3个互不相同个体，即随机整数r₁、r₂、r₃∈{1,2，…，N}且r₁≠r₂≠r₃；F为变异因子，为预设值；S6、交叉操作：微分进化算法的交叉公式如下：式中Z_j⁽ⁱ⁺¹⁾＝(z_j,1⁽ⁱ⁺¹⁾，z_j,2⁽ⁱ⁺¹⁾，…，z_j,n⁽ⁱ⁺¹⁾)为交叉后产生的个体，rand_j是[0，1]内取的第j个随机数；C_R是为交叉概率，为交叉常量；j_rand是在{1，2，…，n}内随机取值的第j个整数随机变量；S7、计算交叉操作后种群Z_j⁽ⁱ⁺¹⁾＝(z_j,1⁽ⁱ⁺¹⁾，z_j,2⁽ⁱ⁺¹⁾，…，z_j,n⁽ⁱ⁺¹⁾)的各个体目标函数值f(Z_j⁽ⁱ⁺¹⁾)；S8、进化选择操作：进化子代种群的选择操作公式为式中，f(Z_j⁽ⁱ⁺¹⁾)、f(X_j⁽ⁱ⁾)分别为Z_j⁽ⁱ⁺¹⁾与X_j⁽ⁱ⁾的目标函数值；S9、终止检验：计算生成子代中各个个体X_j⁽ⁱ⁾＝(x_j,1⁽ⁱ⁾，x_j,2⁽ⁱ⁾，…，x_j,n⁽ⁱ⁾)的目标函数值，如果其中个体最小目标函数值满足终止条件，则结束计算，而对应最小目标函数值的个体即为面板堆石坝的材料力学参数值；否则，循环S5～S9步计算，直至找到满足终止条件的参数值。