本發(fā)明涉及邊坡優(yōu)化，特別是涉及一種邊坡多臺階優(yōu)化設(shè)計(jì)方法、裝置、設(shè)備和介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、在巖土工程及露天采礦工程中，對邊坡進(jìn)行多臺階設(shè)計(jì)是常見的施工手段，多臺階設(shè)置的合理性直接關(guān)系到工程的安全性和經(jīng)濟(jì)性。然而，當(dāng)前巖土體邊坡的多臺階設(shè)計(jì)通常依賴于工程經(jīng)驗(yàn)和人為判斷，這種方式雖然能夠滿足一定的工程要求，但是其設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和可靠性往往存在較大的人為主觀性，設(shè)計(jì)過程缺乏科學(xué)依據(jù)，難以為不同地質(zhì)條件下的邊坡提供有效的指導(dǎo)。

2、由于邊坡多臺階設(shè)計(jì)主要依賴于工程人員經(jīng)驗(yàn)，因此設(shè)計(jì)方案通常會偏向于保守。這使得實(shí)際的工程施工中，為了確保邊坡的穩(wěn)定性而增加巖土體的剝離量，這將增加工程施工的工作量和成本，降低工程的經(jīng)濟(jì)性。在某些情況下，過多的巖土剝離甚至?xí)绊懫渌こ痰倪M(jìn)展和效率，給項(xiàng)目帶來更多的成本壓力。相反，有時候?yàn)榱斯?jié)省工程成本，工程人員也會在設(shè)計(jì)時減少巖土剝離量，但這可能會導(dǎo)致邊坡的穩(wěn)定性不足，增加了邊坡滑坡的風(fēng)險。一旦發(fā)生滑坡，不僅會影響工程施工進(jìn)度，還可能危及周邊人員的生命財產(chǎn)安全。

3、因此，如何在確保邊坡安全穩(wěn)定的前提下合理開挖多臺階，在保證邊坡穩(wěn)定性的同時使巖土剝落量最小，成為工程中亟待解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于此，有必要針對上述技術(shù)問題，提供一種有科學(xué)數(shù)據(jù)和計(jì)算模型支撐的，能夠在確保邊坡穩(wěn)定性的同時，開挖多臺階時使巖土剝落量最小的邊坡多臺階優(yōu)化設(shè)計(jì)方法、裝置、設(shè)備和介質(zhì)。

2、一種邊坡多臺階優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，所述方法包括：

3、獲取邊坡外輪廓線，以及確定需要設(shè)置的臺階數(shù)量；

4、基于所述邊坡外輪廓線預(yù)布設(shè)各臺階，并根據(jù)預(yù)布設(shè)的各臺階獲取對應(yīng)坐標(biāo)點(diǎn)，然后設(shè)置坐標(biāo)點(diǎn)約束條件；

5、基于所述坐標(biāo)點(diǎn)約束條件，對各臺階的坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算；首先，隨機(jī)產(chǎn)生包括各臺階坐標(biāo)點(diǎn)的第一坐標(biāo)參數(shù)組合，根據(jù)所述第一坐標(biāo)參數(shù)組合計(jì)算第一邊坡安全系數(shù)，若所述第一邊坡安全系數(shù)大于或等于安全系數(shù)設(shè)計(jì)值，則計(jì)算第一剝離區(qū)域面積；

6、根據(jù)迭代次數(shù)計(jì)算優(yōu)化概率值，然后通過所述優(yōu)化概率值和所述第一坐標(biāo)參數(shù)組合計(jì)算第二坐標(biāo)參數(shù)組合，根據(jù)所述第二坐標(biāo)參數(shù)組合計(jì)算第二邊坡安全系數(shù)，若所述第二邊坡安全系數(shù)大于或等于安全系數(shù)設(shè)計(jì)值，則計(jì)算第二剝離區(qū)域面積；

7、比較所述第二剝離區(qū)域面積是否小于所述第一剝離區(qū)域面積，若是，則采用所述第二坐標(biāo)參數(shù)組合進(jìn)行下一迭代計(jì)算；

8、迭代計(jì)算完成后，將剝離區(qū)域面積最小的對應(yīng)坐標(biāo)參數(shù)組合作為各臺階的最優(yōu)坐標(biāo)點(diǎn)。

9、一種邊坡多臺階優(yōu)化設(shè)計(jì)裝置，所述裝置包括：

10、初始條件確定模塊，用于獲取邊坡外輪廓線，以及確定需要設(shè)置的臺階數(shù)量；基于所述邊坡外輪廓線預(yù)布設(shè)各臺階，并根據(jù)預(yù)布設(shè)的各臺階獲取對應(yīng)坐標(biāo)點(diǎn)，然后設(shè)置坐標(biāo)點(diǎn)約束條件；

11、第一坐標(biāo)參數(shù)組合計(jì)算模塊，用于基于所述坐標(biāo)點(diǎn)約束條件，對各臺階的坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算；首先，隨機(jī)產(chǎn)生包括各臺階坐標(biāo)點(diǎn)的第一坐標(biāo)參數(shù)組合，根據(jù)所述第一坐標(biāo)參數(shù)組合計(jì)算第一邊坡安全系數(shù)，若所述第一邊坡安全系數(shù)大于或等于安全系數(shù)設(shè)計(jì)值，則計(jì)算第一剝離區(qū)域面積；

12、第二坐標(biāo)參數(shù)組合計(jì)算模塊，用于根據(jù)迭代次數(shù)計(jì)算優(yōu)化概率值，然后通過所述優(yōu)化概率值和所述第一坐標(biāo)參數(shù)組合計(jì)算第二坐標(biāo)參數(shù)組合，根據(jù)所述第二坐標(biāo)參數(shù)組合計(jì)算第二邊坡安全系數(shù)，若所述第二邊坡安全系數(shù)大于或等于安全系數(shù)設(shè)計(jì)值，則計(jì)算第二剝離區(qū)域面積；

13、迭代計(jì)算模塊，用于比較所述第二剝離區(qū)域面積是否小于所述第一剝離區(qū)域面積，若是，則采用所述第二坐標(biāo)參數(shù)組合進(jìn)行下一迭代計(jì)算；

14、最優(yōu)坐標(biāo)確定模塊，用于迭代計(jì)算完成后，將剝離區(qū)域面積最小的對應(yīng)坐標(biāo)參數(shù)組合作為各臺階的最優(yōu)坐標(biāo)點(diǎn)。

15、一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時實(shí)現(xiàn)所述邊坡多臺階優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的步驟。

16、一種計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時實(shí)現(xiàn)所述邊坡多臺階優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的步驟。

17、上述邊坡多臺階優(yōu)化設(shè)計(jì)方法、裝置、設(shè)備和介質(zhì)，通過獲取邊坡外輪廓線，以及確定需要設(shè)置的臺階數(shù)量；然后基于邊坡外輪廓線預(yù)布設(shè)各臺階，并根據(jù)預(yù)布設(shè)的各臺階獲取對應(yīng)坐標(biāo)點(diǎn)，然后設(shè)置坐標(biāo)點(diǎn)約束條件；基于坐標(biāo)點(diǎn)約束條件，對各臺階的坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算；首先，隨機(jī)產(chǎn)生包括各臺階坐標(biāo)點(diǎn)的第一坐標(biāo)參數(shù)組合，根據(jù)第一坐標(biāo)參數(shù)組合計(jì)算第一邊坡安全系數(shù)，若第一邊坡安全系數(shù)大于或等于安全系數(shù)設(shè)計(jì)值，則計(jì)算第一剝離區(qū)域面積；根據(jù)迭代次數(shù)計(jì)算優(yōu)化概率值，然后通過優(yōu)化概率值和第一坐標(biāo)參數(shù)組合計(jì)算第二坐標(biāo)參數(shù)組合，根據(jù)第二坐標(biāo)參數(shù)組合計(jì)算第二邊坡安全系數(shù)，若第二邊坡安全系數(shù)大于或等于安全系數(shù)設(shè)計(jì)值，則計(jì)算第二剝離區(qū)域面積；比較第二剝離區(qū)域面積是否小于第一剝離區(qū)域面積，若是，則采用第二坐標(biāo)參數(shù)組合進(jìn)行下一迭代計(jì)算；迭代計(jì)算完成后，將剝離區(qū)域面積最小的對應(yīng)坐標(biāo)參數(shù)組合作為各臺階的最優(yōu)坐標(biāo)點(diǎn)。

18、本發(fā)明根據(jù)原始的邊坡外輪廓線確定邊坡各臺階點(diǎn)的位置參數(shù)范圍，設(shè)置坐標(biāo)點(diǎn)約束條件。在此基礎(chǔ)上，得到滿足邊坡安全系數(shù)的坐標(biāo)參數(shù)組合與對應(yīng)的剝離區(qū)域面積；以剝離區(qū)域面積作為目標(biāo)函數(shù)，通過迭代優(yōu)化獲取最小巖土體剝落量，從而得到分級放坡施工時的最小工程量。本發(fā)明提出的方法，整個過程通過計(jì)算模型進(jìn)行，無需人工干預(yù)，無需削坡卸載及分級放坡的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，適用性強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)性好，適用于多臺階邊坡設(shè)計(jì)領(lǐng)域。

技術(shù)特征：

1.一種邊坡多臺階優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的邊坡多臺階優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，坐標(biāo)點(diǎn)約束條件包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的邊坡多臺階優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，隨機(jī)產(chǎn)生包括各臺階坐標(biāo)點(diǎn)的第一坐標(biāo)參數(shù)組合，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的邊坡多臺階優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，根據(jù)所述變量的上限值和下限值，通過正態(tài)分布隨機(jī)計(jì)算各變量的值，表達(dá)式為：

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的邊坡多臺階優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，根據(jù)所述第一坐標(biāo)參數(shù)組合計(jì)算第一邊坡安全系數(shù)，包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的邊坡多臺階優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，根據(jù)迭代次數(shù)計(jì)算優(yōu)化概率值，表達(dá)式為：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的邊坡多臺階優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，通過所述優(yōu)化概率值和所述第一坐標(biāo)參數(shù)組合計(jì)算第二坐標(biāo)參數(shù)組合，表達(dá)式為：

8.一種邊坡多臺階優(yōu)化設(shè)計(jì)裝置，其特征在于，所述裝置包括：

9.一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述邊坡多臺階優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的步驟。

10.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述邊坡多臺階優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及邊坡多臺階優(yōu)化設(shè)計(jì)方法、裝置、設(shè)備和介質(zhì)。方法包括：基于邊坡外輪廓線預(yù)布設(shè)各臺階，并獲取對應(yīng)坐標(biāo)點(diǎn)，然后設(shè)置坐標(biāo)點(diǎn)約束條件?；谧鴺?biāo)點(diǎn)約束條件，對各臺階的坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行迭代計(jì)算；首先隨機(jī)計(jì)算產(chǎn)生第一坐標(biāo)參數(shù)組合，若第一坐標(biāo)參數(shù)組合大于或等于安全系數(shù)設(shè)計(jì)值，則計(jì)算第一剝離區(qū)域面積；然后根據(jù)迭代次數(shù)計(jì)算優(yōu)化概率值，通過優(yōu)化概率值計(jì)算第二坐標(biāo)參數(shù)組合，若第二邊坡安全系數(shù)大于或等于安全系數(shù)設(shè)計(jì)值，則計(jì)算第二剝離區(qū)域面積；然后比較兩個剝離區(qū)域面積的大小，將較小剝離區(qū)域面積對應(yīng)的坐標(biāo)參數(shù)組合進(jìn)行下一迭代計(jì)算，最終得到最優(yōu)坐標(biāo)點(diǎn)。本發(fā)明提出的方法適用性強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)性好，適用于多臺階邊坡設(shè)計(jì)領(lǐng)域。

技術(shù)研發(fā)人員：范平陽,陳俊華,劉禮輝,廖勇軍,樊寶杰,陳俊文
受保護(hù)的技術(shù)使用者：湖南省城市地質(zhì)調(diào)查監(jiān)測所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2