三维边坡稳定可靠性分析的快速智能方法研究

边坡稳定可靠性分析是岩土工程领域中的重要研究课题之一，如何科学定量地评价边坡尤其是三维边坡的可靠性，意义尤为重大，在利用三维极限分析上限法评价边坡可靠性时，如何快速确定三维临界滑动面及其对应的可靠性指标对三维边坡的设计、治理具有较大的指导意义，是当前边坡可靠性分析与研究工作中亟待解决的问题之一。本项目在前人研究工作的基础上，拟利用GIS强大的数据处理功能输入三维边坡的地层信息，用于极限分析上限法的计算，同时采用非均匀有理B样条模拟空间任意曲面形成可行三维滑动体，使用响应面法模拟极限状态函数，利用一次二阶矩法计算三维可行滑动体的可靠性指标，基于不连续飞行策略与和声策略的粒子群算法和改进的复合形法进行全局最小可靠性指标的快速搜索，为合理评价边坡的稳定性提供技术支持。

本项目在以下四个方面取得重要性进展：.(1)提出了边坡临界滑动面快速确定的基于和声策略的改进粒子群优化算法、动态和声搜索算法、改进的差异进化算法、经验自举和声搜索算法等高效搜索算法，这些算法在已有算法的框架内引进了和声产生新解的策略来提高探索的深度避免了搜索过程陷入局部最小的可能性，并成功应用于基于Rosenblueth法的边坡临界可靠度滑动面的搜索中；..(2)在分析滑动面安全系数之间相关性的基础上，提出了滑动面分组的策略，其思路为：首先产生大量可行的滑动面，然后优化搜索确定临界滑动面，分别计算每个可行滑动面与临界滑动面安全系数之间的相关性，将相关系数位于某一指定区间的滑动面视为一组；在分组的基础上提出了快速蒙特卡罗法用于计算临界可靠度滑动面的破坏概率，此外还应用蒙特卡罗法计算了边坡系统破坏概率，计算效率较之传统方法大大提高，达到世界领先水平；..(3)为了避免安全系数求解过程中出现的不收敛现象，基于最大不平衡推力、最大剩余矩、最大剩余功等指标，基于和声搜索算法实现了临界滑动面方法的拓展；..(4)针对实际工程中多级多层边坡的普遍性，将边坡的滑入、滑出点进行了[0,1]区间内的归一化，然后自动排序确定滑入、滑出点的位置，提出了确定多级多层边坡临界滑动面的实用方法；此外，在此基础之上，将边坡可能滑动范围分为几个小区间，利用所提方法首先确定每个小区间内的准临界滑动面，然后再将这些准临界滑动面放入和声搜索算法中的和声库内作为初始解，提出了变尺度搜索策略用于高效确定多级多层边坡的临界滑动面。