基于遗传算法的板肋式锚杆挡墙优化设计

论文摘要

板肋式锚杆挡墙是岩质边坡工程中应用极为广泛的支护结构形式,但由于岩土工程的特殊性和复杂性,如何设计出安全可靠、经济合理的支护结构是一项复杂而紧迫的任务。本文首先对板肋式锚杆挡墙的一般设计方法和遗传算法的基础知识进行了简要介绍,并在此基础上对锚杆挡墙设计参数对挡墙造价的敏感性进行逐一分析,根据遗传算法的特点提取了锚杆的水平间距S h、锚杆直径D g、锚筋直径d、锚筋根数n、锚固段长度l a和立柱截面配筋As作为遗传算法设计变量,然后以锚杆挡墙单位平方米造价为目标函数,锚杆挡墙的各种强度、构造要求作为约束条件建立了遗传优化的数学模型,最后通过MATLAB语言编程实现了基于遗传算法的板肋式锚杆挡墙优化设计程序。基于遗传算法的板肋式锚杆挡墙优化设计方法和一般设计方法相比,该方法具有以下特点:①锚杆的水平间距S h、锚杆直径D g是作为设计变量而非事先假定的设计参数,优化程序可根据目标函数值自动优化,一定程度地实现了锚杆挡墙结构的智能布置;②该方法以锚杆挡墙的单方造价为目标函数,以锚杆挡墙各种强度、构造要求为约束,最终优化的结果既能满足各种强度条件和构造要求又使得挡墙单位平方米的造价最低。通过算例验证,基于遗传算法的板肋式锚杆挡墙的优化设计程序能够通过反复迭代最终达到近似最优解,并能将各个设计参数较好匹配形成板肋式锚杆挡墙的最终优化设计方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 锚杆挡墙的发展概况
• 1.2 遗传算法的发展概况
• 1.3 锚杆挡墙的分类及其特点
• 1.4 研究的内容和目的
• 1.5 研究的意义
• 2 板肋式锚杆挡墙的设计与施工
• 2.1 引言
• 2.2 支护结构的设计原则
• 2.3 作用在挡墙上的荷载
• 2.3.1 侧向土压力
• 2.3.2 侧向岩石压力
• 2.3.3 锚杆挡墙侧压力的分布
• 2.3.4 侧向岩土压力的修正
• 2.4 肋柱、锚杆和挡板的内力计算
• 2.4.1 肋柱的内力计算
• 2.4.2 锚杆的内力计算
• 2.4.3 挡板的内力计算
• 2.5 肋柱、锚杆和面板的截面设计
• 2.5.1 肋柱的截面设计
• 2.5.2 锚杆的截面设计
• 2.5.3 挡板的截面设计
• 2.6 板肋式锚杆挡墙的构造
• 2.6.1 锚杆
• 2.6.2 立柱和挡板
• 2.7 板肋式锚杆挡墙的施工与监测
• 2.7.1 锚杆的施工
• 2.7.2 边坡工程的变形控制
• 2.7.3 边坡工程的变形控制措施
• 2.7.4 边坡工程的变形监测
• 3 遗传算法简介及其基本实现技术
• 3.1 引言
• 3.2 遗传算法概述
• 3.2.1 遗传算法的基本概念
• 3.2.2 遗传算法的特点
• 3.2.3 遗传算法的应用
• 3.3 遗传算法的基本实现技术
• 3.3.1 编码方法
• 3.3.2 适应度函数
• 3.3.3 选择算子
• 3.3.4 交叉算子
• 3.3.5 变异算子
• 3.3.6 约束条件的处理方法
• 4 基于遗传算法的板肋式锚杆挡墙优化设计
• 4.1 引言
• 4.2 程序计算框图
• 4.3 岩石侧压力计算
• 4.4 肋柱内力分析
• 4.4.1 连续梁单元刚度矩阵
• 4.4.2 连续梁总节点位移和总支座反力
• 4.4.3 连续梁的总节点刚度矩阵
• 4.4.4 连续梁综合节点荷载
• 4.4.5 杆件荷载引起的约束杆端力
• 4.4.6 最终杆端力计算
• 4.5 遗传优化
• 4.5.1 优化设计变量的选择
• 4.5.2 目标函数
• 4.5.3 约束条件
• 4.5.4 遗传算法参数设置
• 4.6 程序界面设计
• 5 算例分析
• 5.1 引言
• 5.2 工程实例分析
• 5.2.1 工程概况
• 5.2.2 算例
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录