Calculation of soil slope stability using nonlinear optimization methods

Совершенствование методов расчета устойчивости грунтовых откосов представляет собой важную задачу, решение которой необходимо при размещении зданий и сооружений на склонах для предотвращения оползневых процессов. В большинстве существующих поверхность скольжения оползневого тела принимается круглоцилиндрической, что не всегда соответствует реальной картине. Цель работы: разработка методики коэффициента основе метода предельного равновесия с использованием алгоритмов нелинейного программирования. Методы исследования.Решение выполняется в двумерной постановке. Линия отыскивается виде полиномов второй третьей степени, а также кусочно-линейной функции. Задача поиска линии ставится как задача нелинейной оптимизации. качестве целевой функции выступает коэффициент грунтового откоса, который истинной поверхности должен достичь минимума. Определение методом касательных сил. Варьируемыми параметрами выбраны абсциссы точек пересечения свободной грунта нижней поверхностью тела, промежуточные ординаты скольжения. Решение задачи оптимизации выполнено среде MATLAB пакетов Optimization Toolbox Global Toolbox. Для минимума применяется метод внутренней точки, позволяющий найти локальным минимум, шаблонного поиска, позволяет глобальный минимум. Результаты исследования. Демонстрация предлагаемой произведена примере однородного откоса действии него только собственного веса. Показана сходимость использовании увеличении числа отрезков. Выявлено существенное отличие полученной от дуги окружности. Установлено, задании полиномами степени оказывается несколько выше, чем случае применения контроля достоверности результатов координаты ломаной переданы программный комплекс GeoStab, где независимое определение устойчивости. Также программе GeoStab сравнения произведен расчет рассмотренного склона помощи круглоцилиндрических поверхностей. Использованы наиболее известные варианты данного метода, включая Феллениуса, Бишопа, Шахунянца, сил, Янбу, Спенсера, Моргенштерна-Прайса. Кроме того, произведено сравнение конечно-элементным расчетом программном комплексе Plaxis. Improving the methods for calculating stability of soil slopes is an important task, solution which necessary when placing buildings and structures on to prevent landslide processes. In most existing calculation methods, sliding surface a body assumed be round-cylindrical, does not always correspond real picture. Aim: development methodology coefficient based limit equilibrium method using nonlinear programming algorithms. Methods. The carried out in two-dimensional setting. slip line found form polynomials second third degrees, as well piecewise linear function. problem finding posed non-linear optimization problem. objective function slope stability, true should reach minimum. determination by tangential forces. abscissas points intersection free with lower body, intermediate ordinates line, were chosen variable parameters. was performed environment packages. To find minimum function, interior point used, allows local minimum, pattern search method, global Results. demonstration proposed technique example homogeneous under action only its own weight it. convergence shown increase number segments. A significant difference between obtained arc circle revealed. It has been established that specified turns somewhat higher than case control reliability results, coordinates polygon transferred software package, where independent performed. Also, program, comparison, considered calculated round-cylindrical surfaces. famous variants this including Fellenius, Bishop, Shahunyants, forces, Yanbu, Spencer, Morgenstern-Price. addition, comparison made finite element Plaxis package.