亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        基于遺傳算法的土石壩滲透破壞風(fēng)險(xiǎn)分析

        2013-08-15 07:52:12高順利
        湖南水利水電 2013年2期
        關(guān)鍵詞:滲透系數(shù)壩體方差

        高順利

        (長沙理工大學(xué)水利工程學(xué)院 長沙市 410114)

        引 言

        目前,可靠度計(jì)算是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不可或缺的重要內(nèi)容。結(jié)構(gòu)可靠度計(jì)算的方法有許多,主要有改進(jìn)的一次二階矩法、JC法、蒙特卡羅法等。其中,蒙特卡羅法是相對精確法,但它的缺點(diǎn)是計(jì)算工作量大。改進(jìn)一次二階矩法和JC法對于極限狀態(tài)方程為線性、各隨機(jī)變量服從正態(tài)分布時(shí),其可靠指標(biāo)是精確的,但其精度依賴失效面形狀,使用時(shí)須知極限狀態(tài)方程得解析式,這對求解復(fù)雜問題難以滿足。幾何法將可靠指標(biāo)轉(zhuǎn)化為求解極限狀態(tài)曲面到原點(diǎn)最短距離的優(yōu)化問題,求解可靠度效率較高,但需要靠經(jīng)驗(yàn)來確定可靠指標(biāo)的初值?,F(xiàn)有的大部分優(yōu)化方法求解非常復(fù)雜,有時(shí)需要用到功能函數(shù)的二階偏導(dǎo)數(shù)或者逆矩陣,有時(shí)還會陷入局部極小值。用蒙特卡羅法和JC常遇兩大難點(diǎn),一是極限狀態(tài)曲面難以描述,二為缺少有效搜索解空間方法,難以找出標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)空間原點(diǎn)至極限狀態(tài)曲面的最短距離。遺傳算法是解決這類問題的新方法,遺傳算法是一種啟發(fā)式概率性迭代的全局搜索算法,它的全局性、隱含并行性以及較好的適應(yīng)性使得它在許多方面得到廣泛的應(yīng)用,將遺傳算法用于結(jié)構(gòu)可靠度計(jì)算,不需要人為設(shè)定可靠指標(biāo)的初值,也不會出現(xiàn)陷入局部極小值的問題及搜索失敗的現(xiàn)象。

        目前,應(yīng)用遺傳算法解決可靠度問題的實(shí)例有:徐軍[1]最早應(yīng)用遺傳原理,提出計(jì)算巖土工程可靠度指標(biāo)和設(shè)計(jì)驗(yàn)算點(diǎn)的全局優(yōu)化算法??朔藗鹘y(tǒng)方法容易陷入局部最小值的缺點(diǎn);對于功能函數(shù)的非線性和復(fù)雜性,避免了有時(shí)甚繁的求導(dǎo)工作。樓楊[2]采用實(shí)數(shù)編碼技術(shù)及一些較先進(jìn)的策略和算子,同時(shí)將模擬退火的思想引入變異算子,對遺傳算法進(jìn)行改進(jìn),并進(jìn)行結(jié)構(gòu)可靠度計(jì)算。朱福明[3]把小生境技術(shù)和記憶器引入遺傳算法,來保護(hù)種群的多樣性,同時(shí)使每代最優(yōu)解得到保留。把改進(jìn)的遺傳算法應(yīng)用到求解土坡穩(wěn)定的可靠度指標(biāo)中,克服了傳統(tǒng)方法易陷入局部極值的缺點(diǎn)。對于功能函數(shù)的非線性,避免了求導(dǎo)或近似展開而產(chǎn)生的誤差。徐業(yè)志[4]采用遺傳算法(GA)計(jì)算公路橋梁結(jié)構(gòu)工程的可靠度,該法能夠在有限的模擬次數(shù)中達(dá)到精度要求,同時(shí)給出可靠指標(biāo)和設(shè)計(jì)驗(yàn)算點(diǎn),適應(yīng)公路橋梁結(jié)構(gòu)工程中功能函數(shù)高次非線性和復(fù)雜性的情況。

        1 基本原理[5]

        對于土石壩滲透失穩(wěn)破壞極限狀態(tài),應(yīng)明確其功能函數(shù)。滲透破壞功能函數(shù)可用下式表示:

        式中J——滲透坡降;

        JC——容許滲透坡降。

        滲透破壞風(fēng)險(xiǎn)率Pf可表述為:在各種可能的水庫自然、工程和運(yùn)行條件下,發(fā)生滲透坡降超標(biāo)事件的機(jī)率,即:

        表示成可靠指標(biāo)的形式為:

        式(2)和式(3)的計(jì)算,實(shí)際上可轉(zhuǎn)化成最優(yōu)化問題。本文應(yīng)用遺傳算法作為優(yōu)化方法進(jìn)行滲透破壞風(fēng)險(xiǎn)分析,具體步驟如下:

        ① 整理模型。將有約束優(yōu)化模型經(jīng)過整理得到無約束優(yōu)化模型:

        式中 γi——[0,1]上的均勻隨機(jī)數(shù);

        m——由具體實(shí)例確定。

        ② 確定編碼方式。

        模型中有m個(gè)變量,且γi為[0,1]范圍內(nèi),因此可以用一個(gè)10位的二進(jìn)制串表示一個(gè)變量,這樣在[0,1]中我們可以得到1024m個(gè)離散點(diǎn),由于有1024m個(gè)變量,所以共需要10m位二進(jìn)制表示一個(gè)變量。然后在由1024m個(gè)解組成的解空間中尋求最優(yōu)解。

        ③ t=0時(shí),隨機(jī)產(chǎn)生包括n個(gè)染色體的初始群體。

        ④ 對n個(gè)染色體進(jìn)行解碼,然后根據(jù)對它們進(jìn)行評價(jià),若解集中的最優(yōu)解連續(xù)10代保持不變,則轉(zhuǎn)入步驟⑨,否則轉(zhuǎn)入步驟⑤。

        ⑤ 染色體的選種。

        選擇過程以種群規(guī)模大?。≒N)為基礎(chǔ),每一次都為新的種群選擇一個(gè)染色體,且以每個(gè)染色體的適應(yīng)度進(jìn)行選擇。定義基于序的評價(jià)函數(shù)為

        式中 α ?。?,1)。

        對每個(gè)染色體Vt,計(jì)算累積概率qt

        從區(qū)間(0,qPN)中產(chǎn)生隨機(jī)數(shù) t,若 qi-1<t≤qi,則選擇第i個(gè)染色體。

        ⑥ 以概率為 P1(P1∈(0,1))進(jìn)行雜交,產(chǎn)生 n個(gè)新染色體。

        ⑦ 以概率為P2(P2∈(0,1))從n個(gè)染色體中選取2條染色體進(jìn)行變異操作。

        ⑧ t=t+1時(shí)轉(zhuǎn)入步驟④。

        ⑨ 得出最優(yōu)解,計(jì)算終止,并由此得到Pf和β。

        2 算例分析

        以某斜墻土石壩為例進(jìn)行分析。該水電站以發(fā)電為主,兼具防洪、灌溉、旅游、航運(yùn)等綜合效益。水庫正常蓄水位475 m,最大壩高185.50 m,主壩壩頂高程482.5 m,壩頂寬度10 m,壩頂長度423.34 m。壩體上下游壩坡均為1∶1.4,河床建基面高程為297m,最大壩底厚度約498 m。

        壩體剖面如附圖所示。

        附圖 滲流計(jì)算圖

        (1)功能函數(shù)的建立。

        根據(jù)水力學(xué)方法,壩體滲流計(jì)算公式如下:

        式中q——滲流量;

        H1,H2——上、下游水深;

        k1,k2——混凝土面板和截水墻的滲透系數(shù);

        δ——防滲體的厚度;

        t1——截水墻的厚度;

        T——壩基透水層厚;

        α——面板內(nèi)邊坡(下游邊坡)的坡角;

        k,k0——壩體和壩基的滲透系數(shù)。

        解公式,可得:

        根據(jù)杜布衣方程式,壩體內(nèi)的浸潤線方程為:

        依據(jù)杜布衣近似假定,設(shè)壩體內(nèi)部各點(diǎn)滲流方向水平,由上式得某斷面的平均滲透坡降為:

        將上式帶入滲透破壞風(fēng)險(xiǎn)功能函數(shù),即:

        (2)滲透破壞風(fēng)險(xiǎn)的求解。

        計(jì)算統(tǒng)計(jì)參數(shù)如下:上游水深均值H1=268.2 m,方差 δH1=10.2 m;下游水深均值 H2=5.62 m,方差δH2=1.06 m;壩體滲透系數(shù)均值 k=5×10-3cm/s,方差δk=1×10-3cm/s;壩基滲透系數(shù)均值 k0=2×10-3cm/s,方差 δk0=4×10-4cm/s;防滲體滲透系數(shù)均值 k1=2×10-7cm/s,方差k0=2×10-8cm/s;截水墻滲透系數(shù)均值k2=2×10-6cm/s,方差 δk2=4×10-7cm/s;容許坡降 JC平均值JC=0.4,方差δJc=0.08。(注:由于缺少實(shí)際資料,滲透系數(shù)統(tǒng)計(jì)參數(shù)參照同類工程進(jìn)行選取。)

        遺傳算法控制參數(shù)的不同選取,直接對算法的性能產(chǎn)生較大影響??刂茀?shù)主要包括種群規(guī)模PN、雜交率PC和變異率Pm。其中,雜交率PC=0.6,變異率 。由附表可以看出,種群規(guī)模過小將影響搜索范圍,從而得不到最優(yōu)解。從滿足精度要求來看,種群經(jīng)驗(yàn)取值為40~100。雜交和變異的操作是為了產(chǎn)生新的品種,擴(kuò)大搜索范圍,加快搜索進(jìn)度,確保種群不陷人局部最優(yōu)解。分析發(fā)現(xiàn),雜交率和變異率越大,算法的探測能力越強(qiáng),從而在種群體內(nèi)具有足夠的多樣性,有助于找到全局最優(yōu)解。計(jì)算結(jié)果見附表。計(jì)算結(jié)果表明,在現(xiàn)有工程條件下,該土石壩可靠指標(biāo)較高,相應(yīng)地滲透失效風(fēng)險(xiǎn)較小,壩體防滲安全性較高。

        附表 種群規(guī)模對可靠指標(biāo)的影響

        3 結(jié)果與分析

        本文應(yīng)用遺傳算法,研究了土石壩滲透破壞風(fēng)險(xiǎn)的計(jì)算方法,并通過算例對該方法進(jìn)行了驗(yàn)證,得到如下結(jié)論:

        (1)從可靠指標(biāo)的幾何涵義出發(fā)導(dǎo)出求解可靠指標(biāo)的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型,然后用遺傳算法求可靠指標(biāo)。

        (2)遺傳算法是一種全局優(yōu)化算法,其原理簡單,編程方便,它通過因子的遺傳和變異等進(jìn)化操作,可得到模型的全局最優(yōu)解。

        (3)工程算例表明了本文方法的有效性和結(jié)果的準(zhǔn)確性,因此本文所提出的方法具有一定的工程實(shí)際意義,可作為風(fēng)險(xiǎn)分析方法的補(bǔ)充手段。

        1 徐軍,邵軍.遺傳算法在巖土工程可靠度分析中的應(yīng)用[J].巖土工程學(xué)報(bào),2000,22(5):586-589.

        2 樓楊,劉寧等.基于實(shí)數(shù)編碼的改進(jìn)遺傳算法在結(jié)構(gòu)可靠度中的應(yīng)用研究[J].工程力學(xué),2001(3):697-701.

        3 朱福明,周錫礽,王樂芹.一種改進(jìn)的遺傳算法在土坡穩(wěn)定中的應(yīng)用[J].港工技術(shù),2003(3):20-23.

        4 徐業(yè)志,許寧,倪梅三等.基于遺傳算法的可靠度計(jì)算法[J].金屬礦山,2004(8):35-38.

        5 徐軍,邵軍,鄭穎人.遺傳算法在巖土工程可靠度分析中的應(yīng)用[J].巖土工程學(xué)報(bào),2000,22(5):586-589.

        6 冷伍明,趙善悅.用不求導(dǎo)數(shù)的最優(yōu)化計(jì)算可靠度指標(biāo)[J].西南交通大學(xué)學(xué)報(bào),2008,20(2):58-63.

        猜你喜歡
        滲透系數(shù)壩體方差
        方差怎么算
        土石壩壩體失穩(wěn)破壞降水閾值的確定方法
        概率與統(tǒng)計(jì)(2)——離散型隨機(jī)變量的期望與方差
        基于Origin的滲透系數(shù)衰減方程在地?zé)崴毓嘀械膽?yīng)用
        周寧縣滴水巖水庫大壩壩體防滲加固處理
        計(jì)算方差用哪個(gè)公式
        多孔材料水滲透系數(shù)預(yù)測的隨機(jī)行走法
        輸水渠防滲墻及基巖滲透系數(shù)敏感性分析
        方差生活秀
        水庫砌石拱壩安全復(fù)核及壩體補(bǔ)強(qiáng)加固防滲處理
        国产色视频一区二区三区qq号| 亚洲精品动漫免费二区| 亚洲影院在线观看av| av天堂最新在线播放| 国产精品v片在线观看不卡| 免费大片黄在线观看| AV中文码一区二区三区| 桃色一区一区三区蜜桃视频| 99久热在线精品视频观看| 女人夜夜春高潮爽a∨片传媒| 午夜精品久视频在线观看| 国产愉拍91九色国产愉拍| 亚洲色欲久久久综合网东京热| 双乳被一左一右吃着动态图| 免费无码又爽又刺激又高潮的视频 | 国产精品毛片一区二区 | 国产丝袜精品丝袜一区二区| 国产内射一级一片内射高清视频1| 日本一道综合久久aⅴ免费| 永久免费的av在线电影网无码| 国产精品无码久久久久久久久作品| 国产中文字幕一区二区视频| 风情韵味人妻hd| 欧美日韩久久久精品a片| 久久久2019精品视频中文字幕 | 精品综合久久久久久888蜜芽| 亚洲色大成网站www永久一区 | 曰韩无码av一区二区免费| 亚洲一区精品无码色成人 | 丰满多毛少妇做爰视频| 抖射在线免费观看视频网站| 国产让女高潮的av毛片| ā片在线观看免费观看| 国产日韩欧美911在线观看| 亚洲精品大全中文字幕| 狠狠的干性视频| 91日本精品国产免| 丰满人妻无套内射视频| 伊人久久精品无码av一区| 又黄又爽又色又刺激的视频| 久草视频在线这里只有精品|