【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及抗滑桩与锚索设计，尤其涉及一种计算机辅助的抗滑桩与锚索嵌固深度设计方法。
技术介绍
1、抗滑桩与锚索是边坡工程中常用的支护结构形式，其中抗滑桩通过桩体抗弯性能和桩土相互作用提供抗滑力，锚索则利用预应力和岩土体锚固效应提供支护作用。作为复合支护结构，抗滑桩与锚索的协同作用能够有效提高边坡稳定性，其中桩体的嵌固深度和锚索的嵌固长度是影响支护效果的关键参数，直接决定了支护结构的安全性和工程造价。
2、目前，抗滑桩与锚索嵌固深度的设计主要采用经验法、极限平衡法和数值分析法。经验法主要依据工程类比和设计规范确定嵌固参数；极限平衡法基于力学平衡原理，通过计算滑动力与抗滑力的比值评估稳定性；数值分析法则采用有限元等数值方法模拟边坡变形过程，分析支护结构受力状态。这些方法在实际工程中得到了广泛应用，为边坡支护结构设计提供了重要的理论和技术支撑。
3、然而，现有设计方法仍存在一些不足：首先，传统设计方法过于依赖工程经验，难以准确反映复杂地质条件下桩土和锚土相互作用机理；其次，现有方法往往将抗滑桩和锚索作为独立构件考虑，未能充分体现两者的协同作用效果；再次，设计过程中难以同时兼顾支护效果和工程经济性，往往导致支护结构过度设计或安全储备不足；最后，传统设计方法计算效率较低，难以在众多设计方案中快速找到最优解，制约了设计水平的提升。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提出了一种计算机辅助的抗滑桩与锚索嵌固深度设计方法，通过建立三维地质模型和边坡稳定性分析模型，采用
2、本专利技术的技术方案是这样实现的：本专利技术提供了一种计算机辅助的抗滑桩与锚索嵌固深度设计方法，包括：
3、s1、采集工程场地钻探数据，建立包含各土层空间分布的三维地质模型；提取各土层的物理力学参数和地下水位数据，将抗滑桩嵌固深度和锚索嵌固长度作为设计参数，确定设计参数的可行范围；
4、s2、根据土层空间分布及参数，建立考虑抗滑桩和锚索支护作用的边坡稳定性分析模型，用于计算给定设计参数下的边坡稳定性安全系数；
5、s3、以最小化工程造价为目标函数，根据边坡稳定性分析模型确定优化约束条件，采用优化算法在可行范围内对设计参数进行迭代优化，直至满足优化收敛条件，输出最优设计参数。
6、在上述技术方案的基础上，优选的，步骤s3包括：
7、s31、根据抗滑桩嵌固深度x1和锚索嵌固长度x2的可行范围[l1,u1]和[l2,u2]，在可行范围内采用实数编码方式随机生成种群，其中个体xi=[x1i,x2i]，n为种群规模；设置最大迭代次数t；
8、s32、计算各个体的适应度值f(xi)，根据适应度值确定当前最优个体；适应度函数如下：
9、；
10、；
11、式中，f(xi)为个体xi的目标函数值；p(t)为自适应罚函数系数；gk(xi)为第k个约束条件的违反程度；m为约束条件的数量；δ为罚函数的指数；p0为初始罚函数系数；ψ为增长指数；
12、s33、采用自适应收缩因子α(t)调整搜索行为，α(t)随迭代次数t动态更新；
13、s34、采用位置更新策略更新个体位置xi(t+1)；
14、s35、重复步骤s32-s34，更新种群；
15、s36、计算当前每个个体的适应度值，更新最优解；
16、s37、判断是否达到收敛条件，若是，输出最优个体，即最优抗滑桩嵌固深度和锚索嵌固长度；若否，经过调整步骤后返回步骤s32继续迭代。
17、在上述技术方案的基础上，优选的，目标函数为：
18、f(xi)=c1(x1i)+c2(x2i)；
19、其中，c1(x1i)为抗滑桩工程造价，c2(x2i)为锚索工程造价，计算公式为：
20、c1(x1i)=c1·x1i·n1；
21、c2(x2i)=c2·x2i·n2；
22、c1、c2分别为单位长度的抗滑桩和锚索造价，n1、n2分别为抗滑桩和锚索的数量；
23、约束条件包括：
24、边坡稳定性要求：
25、g1(xi)=kreq-k(xi)；
26、抗滑桩结构强度要求：
27、g2(xi)=σpile(xi)-[σ]pile；
28、锚索结构强度要求：
29、g3(xi)=σanchor(xi)-[σ]anchor；
30、其中，kreq为规范要求的最小安全系数，k(xi)为第i个个体对应的边坡稳定性安全系数，σpile(xi)、σanchor(xi)为抗滑桩和锚索的应力，[σ]pile、[σ]anchor为材料允许应力。
31、在上述技术方案的基础上，优选的，在计算边坡稳定性安全系数时，将当前个体xi=[x1i,x2i]作为设计参数输入边坡稳定性分析模型中，采用分块法计算每个分块的抗滑桩抗力tj和锚索轴向力nj：
32、；
33、；
34、式中，tj(x1i)表示作用在第j个分块的抗滑桩抗力；kp为被动土压力系数；βj为第j个分块的土体重度；d1为抗滑桩直径；n1为抗滑桩数量；fj为抗滑桩力的分配系数；nj(x2i)表示作用在第j个分块的锚索轴向力；d2为锚索钻孔直径；为锚固段与岩土体界面的极限粘结强度；n2为锚索数量；为锚索与第j个分块滑动面的夹角；gj为锚索力的分配系数；
35、根据所有分块的抗滑桩抗力和锚索轴向力计算边坡稳定性安全系数：
36、；
37、式中，n为分块的数量；cj为第j个分块的粘聚力；lj为第j个分块的底面长度；wj为第j个分块的重力；αj为第j个分块底面与水平面的夹角；为第j个分块的内摩擦角。
38、在上述技术方案的基础上，优选的，自适应收缩因子α(t)的计算公式为：
39、；
40、式中，α0为初始收缩因子，为调节参数，γ为调整指数，t为最大迭代次数。
41、在上述技术方案的基础上，优选的，步骤s34包括：
42、当捕食机制概率p<0.5时，计算参数a和c：
43、a=2a·r-a；
44、c=2r'；
45、其中，a=2(1-(t/t)κ)，κ为收敛加速系数，r、r'为[0,1]之间的随机数；
46、若，则采用包围捕食机制更新个体位置：
47、；
48、若，则采用搜索者搜索机制更新个体位置：
49、；
50、其中，为当前最优个体，xrand(t)为种群中随机选取的个体；
51、当捕食机本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种计算机辅助的抗滑桩与锚索嵌固深度设计方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的一种计算机辅助的抗滑桩与锚索嵌固深度设计方法，其特征在于，步骤S3包括：
3.如权利要求2所述的一种计算机辅助的抗滑桩与锚索嵌固深度设计方法，其特征在于，目标函数为：
4.如权利要求3所述的一种计算机辅助的抗滑桩与锚索嵌固深度设计方法，其特征在于，在计算边坡稳定性安全系数时，将当前个体Xi=[x1i,x2i]作为设计参数输入边坡稳定性分析模型中，采用分块法计算每个分块的抗滑桩抗力Tj和锚索轴向力Nj：
5.如权利要求2所述的一种计算机辅助的抗滑桩与锚索嵌固深度设计方法，其特征在于，自适应收缩因子α(t)的计算公式为：
6.如权利要求2所述的一种计算机辅助的抗滑桩与锚索嵌固深度设计方法，其特征在于，步骤S34包括：
7.如权利要求2所述的一种计算机辅助的抗滑桩与锚索嵌固深度设计方法，其特征在于，步骤S37中，当满足如下收敛条件之一时，算法停止迭代：
8.如权利要求2所述的一种计算机辅助的抗滑桩与锚索嵌固深度设
9.如权利要求2所述的一种计算机辅助的抗滑桩与锚索嵌固深度设计方法，其特征在于，步骤S3还包括在实数编码随机生成种群后，利用映射函数对个体Xi=[x1i,x2i]的决策变量xji进行预处理，将预处理后的种群作为初始种群；映射函数如下：
10.如权利要求1所述的一种计算机辅助的抗滑桩与锚索嵌固深度设计方法，其特征在于，步骤S1包括：
...【技术特征摘要】
1.一种计算机辅助的抗滑桩与锚索嵌固深度设计方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的一种计算机辅助的抗滑桩与锚索嵌固深度设计方法，其特征在于，步骤s3包括：
3.如权利要求2所述的一种计算机辅助的抗滑桩与锚索嵌固深度设计方法，其特征在于，目标函数为：
4.如权利要求3所述的一种计算机辅助的抗滑桩与锚索嵌固深度设计方法，其特征在于，在计算边坡稳定性安全系数时，将当前个体xi=[x1i,x2i]作为设计参数输入边坡稳定性分析模型中，采用分块法计算每个分块的抗滑桩抗力tj和锚索轴向力nj：
5.如权利要求2所述的一种计算机辅助的抗滑桩与锚索嵌固深度设计方法，其特征在于，自适应收缩因子α(t)的计算公式为：
6.如权利要求2所述的一...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨文蛟，喻文迪，文祥云，王少崇，张金彪，
申请(专利权)人：中冶交通建设集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。