一种六级岩质台阶边坡开挖优化方法及优化系统技术方案

本发明专利技术涉及岩质边坡开挖技术领域，公开了一种六级岩质台阶边坡开挖优化方法及优化系统，包括：初始化海洋捕食者算法猎物矩阵，计算猎物矩阵中所有个体的适应度，得到历史最优个体位置和精英矩阵对应的全局最优个体位置；更新猎物矩阵的个体位置；得到所有海洋捕食者的个体位置并计算更新后的海洋捕食者的适应度，根据适应度大小更新历史最优个体位置和全局最优个体位置；如果迭代次数小于预设的最大迭代次数，重新更新海洋捕食者的个体位置；如果迭代次数大于等于预设的最大迭代次数，输出海洋捕食者种群的全局最优个体位置；本发明专利技术通过对海洋捕食者算法进行优化解决现有的开挖方法存在开挖尺寸大小不合适，挖方量过大等问题。题。题。

【技术实现步骤摘要】
一种六级岩质台阶边坡开挖优化方法及优化系统


[0001]本专利技术涉及岩质边坡开挖
，尤其涉及一种六级岩质台阶边坡开挖优化方法及优化系统。

技术介绍

[0002]随着基础设施建设快速发展的过程中，边坡工程为基础设施的长期安全提供者重要的保障，同时为了适应各种工程的实际需求，边坡的规模和形式也发生着不同程度的变化。现阶段，由于社会对环境保护和生态和谐的要求日渐重视，对于一些重大工程项目的边坡工程，不仅要保证建筑设施在服务期内满足基本的安全要求，还要兼顾生态环境问题，减少边坡的不必要开挖，尽可能减小对周边环境的扰动，降低水土流失风险。
[0003]台阶边坡作为一种常见的开挖形式，由于可以减少施工的削坡工程量，在矿山、道路工程中被广泛采用。同时，由于台阶的存在，使边坡的破坏机制更为复杂，对其安全性进行评估计算时，计算量往往过大，具有一定的随意性，往往会造成台阶级数不合理，尺寸大小不合适，挖方量过大等问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种六级岩质台阶边坡开挖优化方法及优化系统，以解决现有的开挖方法存在开挖尺寸大小不合适，挖方量过大等问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术通过如下的技术方案来实现：
[0006]第一方面，本专利技术提供一种六级岩质台阶边坡开挖优化方法，包括：
[0007]建立基于目标台阶边坡的三维力学模型；
[0008]初始化海洋捕食者算法猎物矩阵，计算海洋捕食者算法猎物矩阵中所有个体的适应度，得到猎物矩阵中每个个体的历史最优个体位置和精英矩阵对应的全局最优个体位置；
[0009]基于探索和捕食策略更新海洋捕食者算法猎物矩阵的个体位置；
[0010]对更新后的海洋捕食者猎物矩阵的个体位置进行映射，得到所有海洋捕食者的个体位置并计算更新后的海洋捕食者的适应度，根据适应度大小更新每个猎物矩阵的历史最优个体位置和精英矩阵对应的全局最优个体位置；
[0011]如果迭代次数小于预设的最大迭代次数，令t＝t+1，重新基于探索和捕食策略更新海洋捕食者的个体位置，其中，t表示迭代次数；
[0012]如果迭代次数大于等于预设的最大迭代次数，终止迭代，输出海洋捕食者种群的全局最优个体位置，并根据映射规则得到目标台阶边坡开挖的优化方法。
[0013]可选的，所述建立基于目标台阶边坡的三维力学模型，包括：
[0014]从目标台阶边坡的坡顶和坡角分别作竖直引线和水平引线相较于点O1，并基于点O1建立局部直角坐标系；
[0015]每一级边坡的高度为h
i
宽度为b
i
，高度与宽度的比值h
i
/b
i
为对应边坡的坡度；
[0016]在三维条件下边坡的破坏面形状为对数螺旋形状，破坏体围绕O点旋转轴以角速度ω进行旋转，则以O点为极点建立极坐标系，并根据极限分析的功能原理分别计算岩体在自重作用下的外力功率W
ext
和滑动面上抗滑力产生的内力功率D
int
；
[0017]在极限分析中，采用内力功率与外力功率之比作为安全系数，计算式如下所示：
[0018]F
s
＝D
int
/W
ext
；
[0019]式中，D
int
为内力功率，W
ext
为外力功率，F
s
为安全系数。
[0020]可选的，所述初始化海洋捕食者算法猎物矩阵，包括：
[0021]设定海洋捕食者算法猎物矩阵X
ti
包含M个个体，每个个体的维度为D，表示待优化问题的解的维度，预设最大迭代次数T，海洋捕食者算法猎物矩阵每个个体可以表示为：X
ti
＝[X
ti,1
,X
ti,2
,...,X
ti,d
]，其中，i＝1,2,...,M，d＝1,2,...,D，初始时，令t＝0，此时第i个海洋捕食者猎物矩阵的个体位置X
0i
＝[X
0i,1
,X
0i,2
,...,X
0i,d
]。
[0022]可选的，所述计算海洋捕食者算法猎物矩阵中所有个体的适应度，得到猎物矩阵中每个个体的历史最优个体位置和精英矩阵对应的全局最优个体位置，包括：
[0023]将安全系数计算公式F
s
＝D
int
/W
ext
作为适应度函数代入海洋捕食者猎物矩阵中的个体位置，计算所有海洋捕食者猎物矩阵的适应度，将第i个海洋捕食者猎物矩阵直到第t代为止搜索到的适应度最大的个体位置记为第i个猎物矩阵的历史最优个体位置u
ti
＝[u
ti,1
,u
ti,2
,...,u
ti,d
]；
[0024]将直到第t带位置适应度最大的海洋捕食者猎物矩阵个体记为精英矩阵，它的个体位置记为全局最优个体位置u
tbest
＝[u
tbest,1
,u
tbest,2
,...,u
tbest,d
]。
[0025]可选的，所述基于探索和捕食策略更新海洋捕食者算法猎物矩阵的个体位置，包括：
[0026]当迭代次数小于总迭代次数的三分之一，即t<T/3，此时全局搜索非常重要，精英矩阵在此阶段采取的最佳策略就是维持当前位置，采用布朗随机游走产生随机数向量；
[0027]当迭代次数介于总迭代次数的三分之一与其三分之二时，即T/3<t<2T/3，此时猎物矩阵与精英矩阵都在寻找猎物；种群被分为两部分，其中猎物矩阵做莱维运动，负责算法在搜索空间内开发，精英矩阵做布朗运动，负责算法在搜索空间内探索；
[0028]当迭代次数大于最大迭代次数的三分之二，2T/3<t<T，即注重提高算法的局部开发，此时精英矩阵的最佳策略为莱维运动。
[0029]可选的，所述映射规则，包括：
[0030]高边坡破坏机构的具体集合形状由三个独立变量θ0，θ
h
和r`0/r0同时确定，将θ0，θ
h
和r`0/r0作为独立变量确定最优安全系数上限解，其表达式为：
[0031]F
s
＝f(b/H,θ0,θ
h
,r`0/r0)。
[0032]第二方面，本申请提供一种六级岩质台阶边坡开挖优化系统，包括处理器、存储器；
[0033]存储器，用于存放计算机程序；
[0034]处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现第一方面中任一所述的方法步骤。
[0035]有益效果：
[0036]本专利技术提供的六级岩质台阶边坡开挖优化方法，以正在施工的某岩质高边坡为依
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种六级岩质台阶边坡开挖优化方法，其特征在于，包括：建立基于目标台阶边坡的三维力学模型；初始化海洋捕食者算法猎物矩阵，计算海洋捕食者算法猎物矩阵中所有个体的适应度，得到猎物矩阵中每个个体的历史最优个体位置和精英矩阵对应的全局最优个体位置；基于探索和捕食策略更新海洋捕食者算法猎物矩阵的个体位置；对更新后的海洋捕食者猎物矩阵的个体位置进行映射，得到所有海洋捕食者的个体位置并计算更新后的海洋捕食者的适应度，根据适应度大小更新每个猎物矩阵的历史最优个体位置和精英矩阵对应的全局最优个体位置；如果迭代次数小于预设的最大迭代次数，令t＝t+1，重新基于探索和捕食策略更新海洋捕食者的个体位置，其中，t表示迭代次数；如果迭代次数大于等于预设的最大迭代次数，终止迭代，输出海洋捕食者种群的全局最优个体位置，并根据映射规则得到目标台阶边坡开挖的优化方法。2.根据权利要求1所述的六级岩质台阶边坡开挖优化方法，其特征在于，所述建立基于目标台阶边坡的三维力学模型，包括：从目标台阶边坡的坡顶和坡角分别作竖直引线和水平引线相较于点O1，并基于点O1建立局部直角坐标系；每一级边坡的高度为h
i
宽度为b
i
，高度与宽度的比值h
i
/b
i
为对应边坡的坡度；在三维条件下边坡的破坏面形状为对数螺旋形状，破坏体围绕O点旋转轴以角速度ω进行旋转，则以O点为极点建立极坐标系，并根据极限分析的功能原理分别计算岩体在自重作用下的外力功率W
ext
和滑动面上抗滑力产生的内力功率D
int
；在极限分析中，采用内力功率与外力功率之比作为安全系数，计算式如下所示：F
s
＝D
int
/W
ext
；式中，D
int
为内力功率，W
ext
为外力功率，F
s
为安全系数。3.根据权利要求1所述的六级岩质台阶边坡开挖优化方法，其特征在于，所述初始化海洋捕食者算法猎物矩阵，包括：设定海洋捕食者算法猎物矩阵X
ti
包含M个个体，每个个体的维度为D，表示待优化问题的解的维度，预设最大迭代次数T，海洋捕食者算法猎物矩阵每个个体可以表示为：X
ti
＝[X
ti,1
,X
ti,2
,...,X
ti,d
]，其中，i＝1,2,...,M，d＝1,2,...,D，初始时，令t＝0，此时第i个海洋捕食者猎物矩阵的个体位置X
0i
＝[X
0i,1
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张平，李嘉，郑妍，林焕生，沈海林，杨小礼，钟军豪，李姝睿，刘凯，刘卓豪，
申请(专利权)人：深圳市天健坪山建设工程有限公司，
类型：发明
国别省市：