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首页改进的SM-PSO算法提升路堤安全系数计算效率
本文探讨了单纯形微粒群算法在公路路堤安全系数确定中的应用,针对公路设计中的关键问题——堤身稳定性和路堤与地基的整体稳定性评估。通常,这些评估会采用Bishop简化算法来识别潜在的最危险滑动弧面并计算其最小安全系数。然而,这种方法存在局限性,例如工程上常用的枚举法对搜索范围有明确要求,导致计算速度缓慢。此外,传统优化算法如步长加速法可能会陷入局部最优解,效率不高。 为了克服这些问题,研究者在此背景下引入了结合单纯形法和微粒群算法的优化搜索策略(SM-PSO)。SM-PSO算法在微粒群优化的基础上,利用单纯形法的优点,旨在提高搜索效率和优化性能。通过对比SM-PSO与经典的PSO算法,实验结果显示,SM-PSO在收敛速度和适应性方面表现更佳,能够更有效地避免局部最优,从而提升整体的求解精度。 论文的作者沙成满、边丹和杨冬梅来自东北大学,分别在资源与土木工程学院和理学院工作,他们基于国家自然科学基金和辽宁省自然科学基金的支持,对这一技术进行了深入研究。他们的研究成果发表在《东北大学学报(自然科学版)》上,并获得了显著的学术贡献,为公路工程设计提供了更为高效和精确的计算方法,对于提高路堤设计的安全性具有实际意义。 本文的关键点包括路堤稳定性系数、简化Bishop算法、单纯形法、微粒群算法以及优化技术的应用和改进。这些内容对于从事公路工程设计、计算方法优化或数值模拟的科研人员来说,是一篇有价值的参考文献。通过阅读这篇文章,读者可以了解到如何将这些理论应用于实际工程问题,以提升设计质量和效率。
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收稿日期:2015 - 04 - 01
基金项目:国家自然科学基金资助项目(51179031);辽宁省自然科学基金资助项目(2014020022).
作者简介:沙成满(1964 - ),男,黑龙江哈尔滨人,东北大学副教授.
第37 卷第6 期
2 0 1 6 年 6 月
东 北 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 )
Journal of Northeastern University(Natural Science )
Vo l. 37,No. 6
Jun.
2 0 1 6
doi:10. 3969 / j. issn. 1005 - 3026. 2016. 06. 027
单纯形微粒群算法在确定路堤安全系数中的应用
沙成满
1
,边 丹
2
,杨冬梅
2
(1. 东北大学 资源与土木工程学院,辽宁 沈阳 110819;2. 东北大学 理学院,辽宁 沈阳 110819)
摘 要:在公路设计中,对于路堤的堤身稳定性、路堤和地基的整体稳定性评价,按规范要求一般采用简
化
Bishop 算法来确定公路边坡最危险滑动弧面及其对应的最小安全系数. 工程上常采用的枚举法要求给出
搜索范围,计算速度慢. 传统的优化算法如步长加速法等存在容易陷入局部极值等缺点. 在微粒群算法(PSO)
基础上,运用了一种用单纯形法和微粒群法结合的优化搜索算法(SM-PSO),并与 PSO 方法在优化效率和优
化性能方面作了比较
. 该方法在收敛速度、适应性等方面较 PSO 方法也有明显改进,与传统枚举算法相比计
算精度满足要求.
关 键 词:路堤稳定性系数;简化 Bishop 算法;单纯形法;微粒群算法;优化
中图分类号:
TP 18 文献标志码:A 文章编号:1005 - 3026(2016)06 - 0890 - 05
Application of Simplex Particle Swarm Optimization Algorithm
in Determining the Minimum Factor of Safety of Embankment
SHA Cheng-man
1
,BIAN Dan
2
,YANG Dong-mei
2
(1. School of Resources & Civil Engineering,Northeastern University,Shenyang 110819,China;2. School of
Sciences
,Northeastern University,Shenyang 110819,China. Corresponding author:SHA Cheng-man,E-mail:
shachengman@ mail. neu. edu. cn)
Abstract:In the design of highway,the simplified bishop algorithm is used to analyze the body
stability of the embankment itself and the overall stability both embankment and foundation
according to the requirements of specification generally. It is used to determine the most dangerous
slope sliding surface and the corresponding minimum factor of safety. The enumeration algorithm
frequently adopted in engineering practice requires a given hunting zone and its computation speed
is slow. Traditional optimization algorithm such as step-acceleration method results in local
extremum and other shortcoming easily. Based on particle swarm optimization
(PSO),a method
combining simplex method and particle swarm optimization(SM-PSO)is put forward. And it is
proved that it has obvious improvement in convergence speed and adaptability when comparing
with PSO algorithm in optimization efficiency and optimization performance.
Key words:embankment stability factor;simplified bishop algorithms;simplex method(SM);
particle swarm optimization(PSO);optimization
目前,在公路路基设计中,路堤的堤身稳定
性、路堤和地基的整体稳定性按规范要求一般采
用简化
Bishop 算法
[1]
,寻找最危险滑动弧面计算
稳定安全系数. 由于具体工程路堤土、地基土层等
条件复杂,对于不同圆心、半径对应的滑动弧面计
算出来的稳定系数在可行域上经常存在多个极值
点,采用传统的优化方法(如步长加速法、最速下
降法等)搜索最危险圆弧往往陷于局部极值点而
不是最优解
[2]
. 工程实践中往往采用枚举法,即
根据工程具体情况给定一个圆心区域和半径范
围,并根据精度要求给定步长在该范围内逐一搜
索,求出最优解. 这种方法计算时间长效率低,并
且需要人为给定圆心和半径范围,范围判断不好
则容易出错,也不利于通用性好的商业软件使用
.
近年来在优化领域涌现出了一批新的优化方
法,如:遗传算法、微粒群算法等
[2 - 5]
. 遗传算法收
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