粒子群优化算法及其在土石坝风险分析中的应用研究

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在目前风险度计算中,设计人员不仅希望获得结构体系的失效概率,还希望获得设计验算点。蒙特卡罗模拟法虽然精度高,但无法得到设计验算点;广泛采用的JC法需要对结构体系的极限状态函数做线性化处理,给计算结果带来误差。粒子群优化算法是一种仿生进化算法,能有效处理复杂的全局最优化问题。   本文在总结和回顾现有的风险度计算方法基础上,提出了基于Hasofer-Lind可靠度指标优化的风险度计算方法,并建立了模型,将风险度计算问题转为带约束的最小值优化问题。   在试验-分析-推断-验证的逻辑体系下,基于MATLAB语言,深入分析了PSO的参数特性及其对算法性能的影响,阐述了PSO中的几个确定性现象。提出在PSO中,群体历史最优位置gbest的进化区域是关键区域;在进化中,粒子多样性损失过快或不足,是造成PSO早熟收敛或陷入局部最优的主要原因。   基于上述工作与结论,确定了改进方针与目标,提出一种具有定期迁徙能力的粒子群优化算法CMPSO,经在基准函数上测试,本策略显著提高了算法的计算速度和精度,并具有一定的稳定性。   最后,以澄碧河水库大坝为例,建立了大坝坝坡失稳风险度计算模型,并用CMPSO求解,结果与蒙特卡洛模拟法基本一致,满足精度要求。
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