基于NSGA-II遗传算法的黄土滑坡参数反分析与稳定性预测

Parameter Back Analysis and Stability Prediction of Loess Landslide Based on NSGA-II Genetic Algorithm

摘要

甘肃省永靖县黑方台台塬周边区域由于黄河移民大规模农业灌溉诱发了众多黄土滑坡灾害，其稳定性分析与滑面预测可为防灾减灾提供重要支撑，显得尤为重要.黑方台黄土滑坡具有渐进后退式的失稳特征，已发生滑坡灾害与潜在滑坡灾害具有高度相似性，其反分析结果可为未来滑坡稳定性分析提供重要数据基础.选用有限差分强度折减法，通过设定3个目标优化函数（土体抗剪强度参数均值误差函数、滑面位置误差函数和稳定性系数误差函数），基于NSGA-II遗传算法开展稳定性反分析获取黄土的粘聚力和内摩擦角.以黑方台党川2^#滑坡为例，通过第一次滑动时观测到的滑面信息，并假设其稳定性系数等于1，利用NGSA-II算法反分析得出当滑坡发生时，天然黄土层粘聚力为28.20 kPa，内摩擦角为25.16°，饱和黄土层有效粘聚力为16.59 kPa，有效内摩擦角为16.11°.基于该反分析结果，对党川2^#滑坡后续3次失稳的稳定性系数和临界滑面进行了预测，并与实际观察结果对比验证.研究结果表明，通过多目标约束优化算法开展滑坡稳定性反分析可获得更加合理的黄土强度参数估计，为黑方台地区滑坡稳定性分析和风险定量评估提供了新的解决思路.

关键词

黄土滑坡 / 稳定性反分析 / 多目标优化 / 遗传算法 / 滑面预测 / 灾害地质

Key words

loess landslide / stability back analysis / multi-objective optimization / genetic algorithm / slip surface identification / hazard geology

基金资助

国家自然科学基金项目(41977224)