一种减碳与安全协同优化的土工格栅支护体系设计方法技术

本发明专利技术提供一种减碳与安全协同优化的土工格栅支护体系设计方法，所述方法包括以下步骤：步骤S1：构建包含边坡特征、工程特征在内的基础信息列表，构建土工栅格边坡支护体系的碳效益评价方法；步骤S2：对不同信息列表进行土工格栅边坡安全系数有限元计算分析，确定不同信息列表下的土工格栅边坡支护体系碳排放量总值；步骤S3：根据步骤S2计算结果，应用ROA算法优化支持向量机回归模型，建立输入影响因子与输出结果间的代理模型；步骤S4：建立元启发式算法LSO算法和代理模型耦合的多目标优化方法，在已知边坡特征的基础上，针对工程安全系数达标和碳排放量最低目标，得到土工格栅布置层数和长度的优化设计方案。层数和长度的优化设计方案。层数和长度的优化设计方案。

【技术实现步骤摘要】
一种减碳与安全协同优化的土工格栅支护体系设计方法


[0001]本专利技术涉及生态、边坡稳定性及人工智能
，特别是一种减碳与安全协同优化的土工格栅支护体系设计方法。

技术介绍

[0002]边坡是一种常见的地貌形态，其稳定性关系到人类的生产和生活。但边坡往往存在着滑坡、崩塌、泥石流等破坏风险，因此需要采用边坡保护工程，如加固、排水、支护等。土工格栅是一种边坡支护的常用材料，它轻质、强度高、耐腐蚀、易于施工，能与土壤形成复合体，提高土壤的剪切强度和抗冲刷能力。
[0003]然而，随着人类对资源的开发和利用，土工格栅边坡支护体系工程的规模和数量不断增加，其能耗和排放也日益突出，给环境带来了不可忽视的影响。边坡稳定性与其工程的生态效益之间存在着一定的矛盾性，若要提高边坡的整体稳定性便难免会增加碳排放量，因此需要一种可靠的方法进行处理。
[0004]传统土工格栅边坡支护体系的碳效益分析往往使用生命周期分析法，但面对不同的格栅支护组合情况下，该方法存在计算量大、核算成本高、耗时长等问题，且不能很好地平衡边坡稳定性和碳效益二者间的关系，这些问题限制了其在实际应用中的效率和准确性。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种减碳与安全协同优化的土工格栅支护体系设计方法，该方法可以很好的平衡土工格栅边坡支护体系实际工程中碳效益和边坡稳定性之间的矛盾性。本专利技术通过对信息列表中数据的计算和筛选，利用ROA算法优化支持向量机回归模型作为学习方法，为输入影响因子与输出结果间的代理模型，在建立LSO算法和代理模型耦合的多目标优化方法，得到土工格栅布置层数和长度的优化设计，为土工格栅边坡支护体系实际工程的设计提供了更加高效的设计方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种减碳与安全协同优化的土工格栅支护体系设计方法，包括以下步骤：
[0007]步骤S1：构建包含边坡特征、工程特征在内的基础信息列表，构建土工栅格边坡支护体系的碳效益评价方法；
[0008]步骤S2：对不同信息列表进行土工格栅边坡安全系数有限元计算分析，确定不同信息列表下的土工格栅边坡支护体系碳排放量总值；
[0009]步骤S3：根据步骤S2计算结果，应用ROA算法优化支持向量机回归模型，建立输入影响因子与输出结果间的代理模型；
[0010]步骤S4：建立元启发式算法LSO算法和代理模型耦合的多目标优化方法，在已知边坡特征的基础上，针对工程安全系数达标和碳排放量最低目标，得到土工格栅布置层数和长度的优化设计方案。
[0011]在一较佳的实施例中，所述步骤S1中，构建的信息列表为根据现有项目工程实际情况及边坡有限元安全系数计算所需参数所建立，用于为代理模型提供基础输入选项；所构建的信息列表包括所构建的信息列表包括边坡特征参数以及工程特征参数；所述边坡特征参数包括边坡坡度φ、边坡高度H、土体内摩擦角θ、土体凝聚力c以及边坡使用年限G；所述工程特征参数包括土工格栅的布置层数ε以及土工格栅长度L。
[0012]在一较佳的实施例中，在步骤S2中，在步骤S2中，对土工格栅边坡安全系数有限元计算分析结果进行筛选，若边坡安全系数K小于1，则将本次数据进行剔除；确定土工格栅边坡支护体系碳排放量总值及碳效益评价具体包括以下内容：
[0013]步骤S21：确定土工格栅边坡支护体系材料生产、运输建设过程中所产生的机械及原料加工产生的碳排放量总量，表达式如下：
[0014]C
D
＝C
m
+C
t
+C
c (1)
[0015]式中C
m
为材料生产阶段碳排放量，C
t
为材料运输阶段碳排放量，C
c
为材料建设阶段碳排放量；
[0016]步骤S22：确定土工格栅边坡支护体系在设计使用年限内的使用阶段碳排放量，表达式如下：
[0017][0018]式中G为土工格栅边坡使用年限，X
i
为技术损耗系数，Y
i
为强度损耗系数；
[0019]步骤S23：确定土工格栅边坡支护体系在设计使用年限内的固坡植物碳固定量，表达式如下：
[0020][0021]式中A为固坡植物总占地面积，T为单位固坡植物年固碳产品产量，W
G
为单位产品含碳量，K
G
为固碳率，H为边坡高度，φ为边坡坡度，ε为固碳植物所占面积比；
[0022]步骤S24：根据步骤S21
‑
步骤S23计算结果，确定土工格栅边坡支护体系全过程碳排放总量，表达式如下：
[0023]C＝C
D
+C
U
‑
C
I (4)。
[0024]在一较佳的实施例中，在步骤S3中，建立输入影响因子与输出结果间的代理模型具体包括以下内容：
[0025]步骤S31:选择支持向量机作为机器学习方法，以ROA算法优化支持向量机回归模型的参数，提高模型的性能，分类决策函数采用非线性关系，表达式如下：
[0026][0027]ROA算法位置更新公式如下：
[0028][0029]式中s为迭代次数，rand为随机的个体；
[0030]步骤S32：设参数ua∈0～1总样本数为S，利用步骤S2计算结果中的数据取(ua)S份
作为训练集，对支持向量机回归模型进行训练和优化，得到最佳的模型参数和性能指标；
[0031]步骤S33：利用步骤S2计算结果中剩余的(1
‑
ua)S份数据作为测试集，对训练好的机器学习模型进行验证和评估，得到模型的准确度和泛化能力。
[0032]在一较佳的实施例中，在步骤S4中，基于优化算法和部分已知信息情况下，寻求工程碳排放总量和边坡稳定性间的平衡点，对到土工格栅布置层数和长度进行优化设计；过程包含以下步骤：
[0033]步骤S41：根据边坡特征，确定土工格栅布置层数和长度的取值范围，作为优化变量的上下界；
[0034]步骤S42：采用LSO算法作为元启发式算法，对优化变量进行编码，生成初始种群；
[0035]步骤S43：利用代理模型，对初始种群中的每个个体进行评价，计算其工程安全系数和碳排放量，并根据多目标优化的非劣排序方法，对个体进行排序和筛选；
[0036]步骤S44：根据LSO算法的初始化、评估、更新，生成新的种群，并重复子步骤S43，直到满足迭代次数、收敛精度等终止条件，初始化过程如下式所示：
[0037][0038]为最初的解决方案，UV1是均匀随机数的向量，lt和ut分别是搜索空间的下限和上限；
[0039]步骤S45：从最终种群中选择出最优的个体，作为土工格栅布置层数和长度的优化设计方案。
[0040]在一较佳的实施例中，所述步骤S1中，所述步骤S2中，采用强度折减系数法对边坡安全系数进行求解，取边坡塑性区贯穿时的折减系数作本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种减碳与安全协同优化的土工格栅支护体系设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：构建包含边坡特征、工程特征在内的基础信息列表，构建土工栅格边坡支护体系的碳效益评价方法；步骤S2：对不同信息列表进行土工格栅边坡安全系数有限元计算分析，确定不同信息列表下的土工格栅边坡支护体系碳排放量总值；步骤S3：根据步骤S2计算结果，应用ROA算法优化支持向量机回归模型，建立输入影响因子与输出结果间的代理模型；步骤S4：建立元启发式算法LSO算法和代理模型耦合的多目标优化方法，在已知边坡特征的基础上，针对工程安全系数达标和碳排放量最低目标，得到土工格栅布置层数和长度的优化设计方案。2.根据权利要求1所述的一种减碳与安全协同优化的土工格栅支护体系设计方法，其特征在于，所述步骤S1中，构建的信息列表为根据现有项目工程实际情况及边坡有限元安全系数计算所需参数所建立，用于为代理模型提供基础输入选项；所构建的信息列表包括所构建的信息列表包括边坡特征参数以及工程特征参数；所述边坡特征参数包括边坡坡度φ、边坡高度H、土体内摩擦角θ、土体凝聚力c以及边坡使用年限G；所述工程特征参数包括土工格栅的布置层数ε以及土工格栅长度L。3.根据权利要求1所述的一种减碳与安全协同优化的土工格栅支护体系设计方法，其特征在于，在步骤S2中，在步骤S2中，对土工格栅边坡安全系数有限元计算分析结果进行筛选，若边坡安全系数K小于1，则将本次数据进行剔除；确定土工格栅边坡支护体系碳排放量总值及碳效益评价具体包括以下内容：步骤S21：确定土工格栅边坡支护体系材料生产、运输建设过程中所产生的机械及原料加工产生的碳排放量总量，表达式如下：C
D
＝C
m
+C
t
+C
c (1)式中C
m
为材料生产阶段碳排放量，C
t
为材料运输阶段碳排放量，C
c
为材料建设阶段碳排放量；步骤S22：确定土工格栅边坡支护体系在设计使用年限内的使用阶段碳排放量，表达式如下：式中G为土工格栅边坡使用年限，X
i
为技术损耗系数，Y
i
为强度损耗系数；步骤S23：确定土工格栅边坡支护体系在设计使用年限内的固坡植物碳固定量，表达式如下：式中A为固坡植物总占地面积，T为单位固坡植物年固碳产品产量，W
G
为单位产品含碳量，K
G
为固碳率，H为边坡高度，φ为边坡坡度，ε为固碳植物所占面积比；步骤S24：根据步骤S21
‑
步骤S23计算结果，确定土工格栅边坡支护体系全过程碳排放
总量，表达式如下：C＝C
D

【专利技术属性】
技术研发人员：林少远，高献，张娜，陈熙隆，肖方顺，黄鑫，陈晓敏，
申请(专利权)人：国网福建省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：