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禁忌遗传算法在边坡稳定分析中的应用
第25卷第1期
2007年2月
水电能源科学
WaterResotarcesandPower


文章编号:1000-7709(2007)01—0063—05
禁忌遗传算法在边坡稳定分析中的应用
李亮迟世春林皋褚雪松
(大连理工大学土木水利学院抗震研究所,辽宁大连116024)
摘要:在遗传算法的选择算子中引入了群体多样性保持策略,以避免遗传算法易出现的早熟收敛现象;同时
在交叉,变异算子中采取禁忌搜索技术,构造了适于约束优化问题的两点直线禁忌寻优算子,以寻求新解从而
形成一种禁忌遗传算法;利用禁忌遗传算法和遗传算法对两个非均质土坡的最小安全系数进行了搜索,结果
证明禁忌遗传算法具有搜索效率高,寻优能力强等特点.
关键词:边坡稳定;安全系数;遗传算法;禁忌搜索算法;多样性
中图分类号:TU43文献标志码:A
搜索土坡的临界滑裂面及其对应的最小抗滑
稳定安全系数是岩土工程的重要课题之一,对均
质土坡,由于其对应的目标函数往往仅存在一个
最小点,传统的梯度下降方法或者经验方法均可
找到最危险滑裂面及其对应的安全系数;对非均
质土坡,堆石坝等土工建筑物而言,由于其安全系
数等值线存在多个局部极小点,致使利用传统方

法[,
质土坡的最小安全系数,
由于遗传算法选择压力过大往往导致群体的早
熟,从而使算法陷人局部极小值;模拟退火算法
仅仅从概率意义上保证算法搜索到全局最优
值,而实际应用中很难保证退火过程的足够充
分,也使算法搜索不到真正最小的安全系数.
本文通过考虑选择过程中的多样性保持策略以
及交叉,变异过程中的无迂回策略构成了一种
禁忌遗传算法.
1临界滑裂面搜索
采用简单条分法[4公式计算每一滑裂面的安
全系数,其基本假设为:滑裂面形状为圆弧,忽略
条间的作用力,考虑土体整体的力矩平衡条件.
安全系数与待搜索的滑裂面的圆心(Xo,Yo)和
坡角滑出点的横坐标(X)之间的关系为:
(X.,Yo,X)(1)
建立一种搜索策略,寻找使式(1)
的(,y0,Xe),其对应的滑裂面即为临界滑裂

及其对应的最小安全系数.
2禁忌遗传算法不,I'J,兰I开,厶
遗传算法是一种模拟自然进化过程的群体随

陷入局部最优,近来利用禁忌搜索策略和遗传算
法联合解决寻优问题的成果见诸报道,但是文献
中往往是将禁忌搜索算法作为遗传算法的变异算
子来进行[5],或者采取禁忌思想对父母染色体产
生的子体进行取舍E63等,真正将禁忌搜索思想融

两点禁忌寻优算子对解空间进行无重复探索,以
寻求最优解.

禁忌搜索算法是一种智能搜索算法,由
Glover[7于1986年首先提出,它通过记忆能力和

优化问题,禁忌搜索算法实现的前提是解空间离
散(确定邻域个数N),其寻优步骤如下:
步骤1根据给定的变量界限U一(",,
…
,),L一(z,z2,…,z)确定一个扎维超立方
体,以二个设计变量的优化问题为例介绍解空间
,将第1维方向上分
收稿日期:2006—09—:2006一l1—16
作者简介:李亮(1977一),男,博士,讲师,研究方向为土坡稳定分析,E-mail:lianglil4@
?
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成N份,第2维方向上分成N:份,构成NN:
个长方形,一个长方形就代表一个邻域,邻域个数
Na—NN:.给定禁忌表的长度N,即算法最多
对N个邻域实行禁忌.
步骤2给定一个初始解z.,最优解z一
z.
,其所在的邻域首先被禁忌,然后由当前解进行
搜索,若搜索到的新解z所在的邻域未被禁忌,
则以z代替z.,并且将z所在的邻域禁忌;若搜
索到的新解z所在的邻域被禁忌,若z比目前最
优解z优异,则用期望准则将该邻域解禁,以z
代替z.,,直至
满足终止条件.
禁忌算法的主要优点是避免了搜索中的迂
回,重复,迫使算法搜索新的区域,同时对比目前
最优解优异的解赋予藐视准则,以便迅速找到最
,此
外在搜索过程中采用的是单点搜索,而不是遗传
算法采用群体搜索技术.

遗传算法中非均匀变异算