初期坝(Starter Dam)的多模态分析

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1 引言

传统的边坡稳定性分析侧重搜索整体最小滑动面，每次分析只能得出一个最小的安全系数。但有时会发现，计算出来的结果并不是我们期望的滑动面，特别表现在直立边坡(挡土墙)和多台阶边坡的分析中。虽然边坡稳定性分析通常寻求最关键的滑动面，但对于许多模型可能有多个可能破坏的临界区域。当进行稳定性评价时，必须意识到所有可能的破坏模式。一些数值模拟方法可以同时搜索多个滑动面，例如FLAC3D和3DEC使用的安全系数等值线。本文回顾了在2D和3D极限平衡法中使用多模态优化[Multi-Modal Optimization(MMO)]搜索多个滑动面的技术，[(2015) Deterministic and probabilistic multi-modal analysis of slope stability; (2016) Multi-modal reliability analysis of slope stability]，然后对一个尾矿库【水力冲填坝(Hydraulic fill dam)稳定性分析的初步考虑】的初期坝(Starter Dam)进行了多模态分析。

2 二维多模态优化

多模态优化使用了粒子群(Particle Swarm)搜索方法，粒子群搜索(Particle Swarm)是一种快速有效的元启发式优化方法，这种搜索算法不需要用户定义搜索对象，从搜索范围内的随机破坏面，搜索过程在指定的迭代次数后停止。粒子群搜索可以搜索单一的整体最小滑动面，也可以搜索多个局部的最小滑动面。在三维计算中，粒子群搜索可以使用球面或椭球面。

由于优化是在局部最小而不是在整体最小值上进行的，所以在三维分析中计算时间稍微长一些。

多模态优化需要输入的主要参数包括：最大迭代次数和粒子数目，一个粒子对应于一个最小滑动面，默认值为50，这将导致许多非常相似的滑动面。因此，可以通过半径选项过滤掉相似的表面，只取每个区域中最关键的局部最小值。默认设置是10%。