关于滑移面优化的使用论述

介绍

       一般来说试算滑移面由定义的几何形状来描述，例如：圆弧形滑移面。然而，最近的研究探索了通过增量改变滑动面部分的可能性，以改进极限平衡结果(Greco, 1996;Malkawi等人，2001)。这种可能性在SLOPE中已经存在，称为滑移面优化。这个例子概述了SLOPE/W优化程序，比较了优化和非优化的试滑面，并提供了使用优化的指导方针。

背景

       在优化过程开始之前，采用传统的方法(如入口和出口)确定临界滑动面的初始形状。因此，必须选择滑移面定义和优化选项(图1)。优化过程首先将临界滑移面划分为若干直线段，类似于完全指定的滑移面。接下来，对线段的端点分别进行修改，以评估降低安全系数的可能性。滑动面进入地表的点沿地表随机前后移动，直到安全系数最低。然后沿着滑动面对下一个点进行调整，直到再次找到最低的安全系数。沿着滑移面的所有点都重复这个过程。

图1

       将所有点调整到安全系数最低时，将最长滑面线段细分为两部分，在中间插入新点。如上所述，所有的点再次单独调整，并在最长线段的中间插入另一个新点。重复这个过程,直到安全系数的变化是在一个指定的公差或当流程到达指定的限制(最大数量的优化试验和线段的数量),优化设置中定义的(图2)。因此,滑动面优化是一个迭代的过程。

图2

       优化过程的关键是线段端点的调整技术。SLOPE/W使用基于蒙特卡罗方法的随机程序在一个椭圆搜索区域内移动点(图3)。通常情况下，点以椭圆方式从其原始位置向外移动。

图3

结果和讨论

       分析1a中的临界滑动面的安全系数为1.346(图5)。在分析1b中对该滑动面进行优化后，其形状略有不同，安全系数略低(1.328;图6)。优化后的滑面在路堤内更线性，而在基础上滑面更弯曲。对于这个简单的场景，这种差异没有实际意义。然而，它确实说明，可以找到一个非几何滑面，其安全系数低于可以实现的圆形滑面。

图5

图6

       分析2a中临界块指定滑面的安全系数为1.524(图9)。在分析2b中对该滑面进行优化后，其形状和安全系数发生了显著变化(图10)。安全系数为1.384，降低了约10%，优化后的临界滑动面更圆润。优化过程得到了更真实的滑移面形状。

图9

图10

       但是，优化技术可能在复杂的SLOPE/W分析中失效。在某些情况下，线段端点的移动可能会出现错误，导致不真实的滑移面形状和安全系数。因此，分析人员必须判断优化方案的有效性。首先，优化后的安全系数与未优化后的安全系数应相似。一般来说，可接受的优化安全系数往往在未优化值的15%以内。如果差异比这个大得多，那么优化可能不会生成一个现实的解决方案。优化后的滑面形状比未优化的情况更真实，对于类似于上面描述的并在图9和10中描述的Block Specified示例的情况，这很容易判断。优化形状的渐进曲率更现实，因为尖锐的角通常不存在于自然系统。因此，滑动表面通常形成凸形破坏。然而，SLOPE/W在优化过程中允许滑动面变成凹形(见图2底部的入口字段)。使用这个特征必须非常谨慎，因为这种形状在实际的领域问题中并不常见。在获得了传统滑动面形状的高概率和现实解后，最好用优化方法。例如，在尝试优化之前，应解决与材料特性和孔隙水压力条件相关的不确定性。因此，优化应在边坡稳定工程接近尾声时使用，以细化已经可以接受的解决方案。

总结

       临界滑动面优化是SLOPE/W的一个重要特征。优化可以忽略用于定义试滑面的原始几何参数，从而产生安全系数更低、形状更真实的滑面。但是，必须谨慎而有条理地使用这个特性，因为它可能产生不真实的结果。优化安全系数的急剧变化(即大于15%)或产生高凹滑面表明优化滑面不切实际。因此，优化应该用于增强已经可以接受的解决方案。

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