滑坡位移的多模态支持向量机模型预测

将支持向量机（support vector machine,SVM）方法与信号分析中的经验模态分解（empirical mode decomposition, EMD）方法相匹配,提出了一种通过多模态支持向量机函数回归分析建模预测滑坡位移的理论方法。以边坡位移历史观测数据为基础,应用EMD方法获得滑坡形成过程中位移演化的几个特征时间模态,构成了多模态信息统计学习样本,确定了边坡位移演化的自适应多尺度变化信息。对应于每个经验模态的位移变化信息,引入了多模态SVM建模方法,然后合成不同经验模态下边坡位移的计算结果,得到滑坡位移的预测值。以卧龙寺新滑坡和新滩滑坡的监测数据为基础的理论预测结果表明,与采用遗传算法的神经网络方法的预测结果相比,支持向量机经验模态方法具有更强的预测能力,理论预测结果与实际监测值具有很好的一致性     

地下工程围岩稳定反馈分析研究

信息反馈施工方法在地下工程中被广泛地应用,但如何合理地应用监测数据仍是目前一个值得深入研究的问题。对地下工程施工监测数据提出了两种分析方法：一是在理论上讨论监测数据与洞周围岩性态的关系;二是对数据大小以及数据分布范围进行统计,通过分析得到洞周围岩变形规律。基于三维弹塑性损伤有限元方法,依据分析数据得到的信息,采用变尺度优化方法对地下工程进行反演分析,并对后续围岩变形进行合理地预测。通过对实际工程的分析,预测结果和监测数据变化规律基本一致,数值上吻合较好,因此为同类工程的信息反馈分析提供了一个有效地处理方法。     

融合多源信息的降雨入渗边坡概率反分析及可靠度预测

概率反分析是推断不确定土体参数统计特征的重要手段,可以使边坡可靠度评估更接近工程实际。然而目前的概率反分析很少使用多源信息（包括监测数据、观测信息和边坡服役记录）,因为这通常涉及数千个随机变量和高维似然函数的评估。因此融合多源信息对空间变异土体参数进行概率反分析进而预测降雨条件下的边坡可靠度是一项具有挑战性的难题。文章将改进的基于子集模拟的贝叶斯更新（mBUS）方法与自适应条件抽样（aCS）算法相结合,构建了空间变异土体参数概率反分析和边坡可靠度预测的框架,并以某一公路边坡为例验证了该框架的有效性。研究结果表明：通过融合多源信息所获得的土体参数后验统计特征与现场观测结果基本吻合;用更新后的土体参数预测得到2004年9月12日该边坡在暴雨工况下的失效概率为23.1%,符合实际边坡失稳情况,说明在此框架下可以充分利用多源信息解决高维概率反分析问题。     

软岩高边坡开挖卸荷变形研究

以大型岩土工程数值分析软件（ADINA）为研究手段,基于卸荷岩体力学理论与方法,对某公路开挖高边坡进行了开挖卸荷分析,综合考虑了初始工况、开挖工况、卸荷工况,加固工况,并与监测数据进行了对比分析,卸荷岩体力学理论考虑了边坡开挖面附近的强卸荷区域以及该区域岩体参数的劣化,计算结果与监测数据吻合较好,进而也验证了卸荷岩体力学理论在边坡开挖计算分析中的合理性。研究成果对边坡的后期运营提供了指导,对其他工程也有一定的借鉴作用。     

预应力锚索锚固力损失与岩土体蠕变耦合效应研究

因预应力锚索锚固力损失而导致锚固失效的工程事故屡屡发生,锚索锚固力损失与岩土体蠕变之间存在复杂的耦合效应关系,建立二者之间的耦合效应模型,确立二者之间的计算关系式,为预应力锚固工程的设计、施工、安全运行管理以及锚固力损失的控制与补偿技术提供理论基础和技术手段。通过理论分析和模型研究,在岩土体常用流变模型基础上建立了基于应变相等的耦合效应计算模型,并进行了模型验证。研究结论：（1）建立了与工程实际相符合的锚索锚固力变化和岩土体蠕变的耦合效应计算模型,正确反映了预应力锚索锚固力损失和岩土体蠕变之间的关系,推导出了其本构方程、松弛方程和蠕变方程,从理论上解决了锚固力变化与岩土体蠕变之间的计算关系。（2）通过耦合效应计算模型的蠕变方程,在材料参数已知的情况下,可以计算出边坡蠕变影响引起的锚索锚固力损失量,并结合实际工程中监测到的锚索应力数据进行对比分析,就能够准确地了解、评价锚索锚固力的异常变化情况,指导实际工程中的设计和施工,保证工程建设过程中的安全性。（3）通过耦合效应计算模型的松弛方程,可以对预应力锚索受力状态的监测数据进行分析整理,通过对锚索锚固力损失量的数据进行反分析,分析岩土体的蠕变参数,根据蠕变介质的材料特性,计算岩土体蠕变量,根据蠕变量判断预应力锚索锚固工程的安全性和可靠性,指导锚固工程的安全运行管理。     

小波分析和RBF神经网络在地基沉降预测中的应用研究

地基沉降是一种危害很大的环境灾害。地基沉降的监测数据经常受降雨及工程施工等诸多外界因素的干扰,故而在沉降曲线中存在许多数据突变点。为此,提出基于小波分析与RBF神经网络相结合的新的地基沉降预测方法,首先采用小波分析对对原始监测数据进行数据去噪处理,进而得到反映实际变化的地基沉降曲线,然后采用径向基函数（RBF）神经网络方法对其进行预测,为工程设计提供依据。最后结合工程实例分析,通过多种小波去噪与预测结果的对比研究,表明3次B样条小波的去噪及预测效果最好,与实测值能较好地吻合,具有较好的工程应用前景。     

大样本岩土参数概率分布的正态信息扩散推断

在重要的岩土工程中,确定大样本岩土参数的概率分布对岩土工程稳定性和可靠性分析有着极其重要的意义。为此,基于积分均方误差最小计算得到的最优窗宽,提出了推断大样本岩土参数概率密度函数的正态信息扩散法。该方法基于信息扩散原理,从试验样本和信息论的角度出发,充分利用样本提供的数据信息,而不是先假定成经典的概率分布曲线拟合检验,数学意义和物理意义更加充分和严密。以推断压缩指数Cc的概率密度函数为例,分析了窗宽对信息扩散估计结果的影响规律,说明了该方法在大样本岩土参数概率密度函数推断方面的合理性。用该方法推断了大样本岩土抗剪强度参数的概率密度函数,通过K-S检验,验证了该方法的正确性和实用性。     

工程先验知识辨识下的滑坡非平稳变形支持向量机预测

针对缺乏非平稳变形（阶段性、反复性及突变性）特征数据导致的滑坡预测与评估不完全符合工程实际的情况,通过分析变形时序的物理意义与类型,在定义了非平稳变形趋势变化外延模式的基础上,提出了综合考虑滑坡当前变形阶段、观测变形数据特征以及待预测时段外界诱发因素的时序外延模式辨识方法,并进一步在工程先验知识指导下建立了支持向量机（SVM）预测模型。通过2个工程实例对方法进行应用验证。结果表明,工程先验知识能够有效补充非平稳变形的观测数据信息,对预测建模具有指导性作用;融入外延模式的SVM模型与一般性SVM的外推预测,其平均相对误差可降低2～3倍,预测的可靠性与准确性得到了显著增强。     

青岛年降水量和水资源量变化特征研究

采用线性趋势分析、M-K检验、滑动T检验法,对青岛市1956—2016年降水量、地表水资源量、地下水资源量和水资源总量进行变化趋势及突变分析。结果表明：（1）4个指标总体上都呈减少趋势。（2）水资源量的变化趋势受到降水量的影响,地下水资源量与降水量的相关系数最小。（3）M-K检验显示,1967年以后降水量与水资源量均呈减少趋势;降水量于1986—2002年达到显著性水平;地表水资源量与水资源总量均在20世纪八九十年代达到显著性水平;地下水资源量于1983年达到置信度临界值。（4）滑动T检验显示,步长为2时,降水量有1个突变点,为1992年;地表水资源量、水资源总量各有2个突变点,均为1968年和1971年。     

基于位移比模型的三峡库区云阳县域内蠕变型滑坡降雨预警

建立高效合理的区域滑坡灾害降雨预警模型对滑坡防治具有重要意义.然而以往的研究多侧重于临滑预警,对蠕变型滑坡在强降雨工况下的短暂加速变形的预警研究还有待深入.以三峡库区云阳县域内滑坡为例,首先根据滑坡地表位移监测数据的特点对统计样本进行合理筛选.再通过降雨因子与滑坡发生的相关性分析以及对滑坡在降雨条件下位移变化情况的数值模拟,确定了适用于不同时间阶段的降雨统计变量.然后将考虑了滑坡规模特征的滑坡位移比（累计位移与滑坡纵长之比）作为变形指标,分时段统计滑坡地表位移监测数据与历史降雨信息,建立了日降雨数据与月位移数据的对应关系,得到了可用于确定降雨量阈值的位移比模型,并获得了云阳县蠕变型滑坡的五级预警分区.最后分别选用研究区滑坡险情实例、长年位移监测数据及极端降雨事件对模型预警效果进行检验.结果显示基于专业监测数据的位移比模型的滑坡降雨预警结果与实际情况相符,可为蠕变型滑坡的预警预报提供依据.      

浅埋洞口段黄土公路隧道施工变形性状现场测试研究

以某黄土公路隧道工程为依托,借助现场测试方法研究浅埋洞口段黄土公路隧道地表沉降、拱顶下沉和周边收敛时态分布规律,并结合实测数据建立隧道施工变形统计分析预测模型。研究结果表明:（1）黄土隧道施工变形呈现显著的时间和空间效应,其时态分布曲线符合指数函数型发展规律;（2）地表沉降随时间呈增长趋势,约60 d后逐渐趋于稳定,其最大值（w_max）的统计变化范围为（?30.78～?105.20）mm;（3）横向地表沉降曲线分布呈凹槽形,沉降槽宽度约（3～5）倍隧道跨度（B）,且隧道开挖引起的地层损失率为0.74%～3.08%;（4）拱顶下沉与周边收敛时态曲线可分为线性增长、持续变形和平稳发展3个阶段,且线性增长阶段占总变形量的60%以上;（5）v_max的统计值变化范围为（?17.1～?201.1）mm,其95%置信区间为[?51.53,?65.11],u_max的统计值变化范围为（?12.1～?122.0）mm,其95%置信区间为[?35.08,?43.39],建议V级围岩黄土隧道预留变形量取值范围为（?100～?150）mm;（6）拱顶下沉与周边收敛速率时态曲线呈先急剧增加后逐渐衰减趋势,最终稳定后的拱顶下沉速率（Δv）和周边收敛速率（Δu）依次为（?0.05～?0.80）mm/d和（?0.02～?0.60）mm/d。     

基于自适应贝叶斯更新方法的岩土参数概率分布推断

合理推断岩土参数概率模型是岩土工程可靠度分析与风险评估的重要一步,目前大多基于现场或室内试验数据推断岩土参数概率分布。提出了岩土力学参数概率分布推断的自适应贝叶斯更新方法,建立了定量的子集模拟计算终止条件,构建了岩土参数概率分布推断及可靠度分析框架,并给出了计算流程。以台湾3号高速公路滑坡及不排水饱和黏土边坡为例验证了提出方法的有效性,并探讨了子集模拟每层样本数目对岩土参数概率分布推断的影响。结果表明:与最大似然和马尔可夫链蒙特卡洛方法相比,提出的方法计算效率高,编程较为简便,可为解决低接受概率水平岩土参数概率分布推断问题提供一个有效的工具。子集模拟每层随机样本数目对概率分布推断具有一定的影响,随着样本数目的增加,岩土参数后验统计特征和子集模拟阈值均逐渐收敛。此外,可根据互补累积分布函数随子集模拟阈值的变化关系来验证所建立的定量的子集模拟计算终止条件的合理性。     

深基坑支护的信息化施工

论述了信息化施工技术;在施工过程,将监测数据结合基坑工程的实际情况进行综合分析,利用监测数据进行反馈设计和分析,对后续施工具有实践与理论意义。介绍了某深基坑工程的施工监测,说明了信息化施工的重要性。通过对信息化施工过程中数据的分析、信息归纳和实践经验的总结,对以后类似工程的施工具有一定的参考价值。     

多元正态总体假设检验在矿化带识别中的应用

根据北瓦地区岩心样品的地球化学数据处理结果,介绍多元正态总体假设检验方法与对应分析相结合在该区铅锌矿化带识别中的应用。从全体数据的对应分析结果出发,将见矿钻孔的样品得分值经稳健处理后作为铅锌矿化带的已知样本,并以马氏距离为统计量对未见矿钻孔的样品进行识别,在一定信度下作出了该区已知铅锌矿化带在深部存在较有意义延伸的统计推断。     

先验概率分布及似然函数模型的选择对边坡可靠度评价影响的定量评估

受工程勘察成本及试验场地限制,可获得的试验数据通常有限,基于有限的试验数据难以准确估计岩土参数统计特征和边坡可靠度。贝叶斯方法可以融合有限的场地信息降低对岩土参数不确定性的估计进而提高边坡可靠度水平。但是,目前的贝叶斯更新研究大多假定参数先验概率分布为正态、对数正态和均匀分布,似然函数为多维正态分布,这种做法的合理性有待进一步验证。总结了岩土工程贝叶斯分析常用的参数先验概率分布及似然函数模型,以一个不排水黏土边坡为例,采用自适应贝叶斯更新方法系统探讨了参数先验概率分布和似然函数对空间变异边坡参数后验概率分布推断及可靠度更新的影响。计算结果表明：参数先验概率分布对空间变异边坡参数后验概率分布推断及可靠度更新均有一定的影响,选用对数正态和极值I型分布作为先验概率分布推断的参数后验概率分布离散性较小。选用Beta分布和极值I型分布获得的边坡可靠度计算结果分别偏于保守和危险,选用对数正态分布获得的边坡可靠度计算结果居中。相比之下,似然函数的影响更加显著。与其他类型似然函数相比,由多维联合正态分布构建的似然函数可在降低对岩土参数不确定性估计的同时,获得与场地信息更为吻合的计算结果。另外,构建似然函数时不同位置处测量误差之间的自相关性对边坡后验失效概率也具有一定的影响。     

海堤地基固结系数反演与工后沉降分形模型预测

海堤工后沉降分析预测对工程维护和灾害防治具有重要意义。以海堤工后初期监测资料为基础,运用分层总和法和太沙基一维固结理论反演了土层固结系数,并通过对固结系数变化规律的分析,提出采用改进变维分形预测模型对具有较强趋势性的固结系数进行预测,进而对海堤工后可能发生的长期沉降进行预测。以浙江省洞头县北岙后二期东围堤工程的海堤监测数据作为研究对象进行了验证计算,结果表明,该方法反映了实际土体的固结沉降机制,能够较好地预测海堤工后沉降趋势,具有一定的工程实用意义。     

基于孔压静力触探的岩土参数正态性检验方法对比

岩土参数的正态分布是岩土工程可靠分析的基本假定之一。目前,岩土工程参数的正态性检验以KS （Kolmogorov-Smirnov）检验为主,然而诸多研究表明,对于小样本数据,KS检验的正态性检验结果并不可靠。本文以废黄河泛滥沉积相粉土中的孔压静力触探（CPTU）锥尖阻力q_t数据为研究对象,首先采用ANOVA （方差分析）检验,从CPTU测试资料中进行总体的样本筛选,然后应用SW （Shapiro-Wilk）检验、KS检验、LF （Lilliefors）检验和AD （Anderson-Darling）检验等4种正态性检验方法,在不同样本容量条件下,对测试数据进行正态性检验评价。当测试数据的样本容量充足时,分析结果表明：SW检验结果最为严格,KS检验结果最不保守,而LF检验和AD检验的严格性介于两者之间;对于常规岩土工程设计,采用KS检验结果即可满足稳定性分析要求,对于复杂岩土工程设计,采用SW检验对设计参数进行正态性检验,可降低设计的不确定性。     

岩矿粒度分析(讲座二) 第三讲 粒度分析的统计学基础及粒度分布规律

粒度分析是一种精细的统计工作,其数据的观测与处理均以概率论和统计学为基础,粒度分析工作者必须掌握基本的概率论和统计学知识,并熟悉常用的数理统计方法。一、概率论与统计学基础 (一)在基本概念方面应掌握:随机变量、总体和个体、样本和样本容量、频数、频率和稳定频率、概率、统计分组、分布函数和分布参数等。对于岩矿粒度分析具有重要意义的分布函数有:正态分布(算术正态及对数正态)、罗森分布、单众值分布、多众     

海陆交互相下粘性土的性状研究

长江口北侧海陆交互相沉积粘性土具有粘粒与粉粒交替形成的互层层理结构特征及粉粒含量高的粒度成分特征。且表现出物理性质指标与力学性质指标互不吻合的工程特性。运用多元统计理论中主成分分析原理,分析了海陆交互相沉积粘性土常规物理性质指标反映其工程特性的能力。研究结果表明：将亚砂土隶属于粘性土范畴是不科学的,同时运用液性指数判别其物理稠度状态及推断其工程特性的方法存在不尽合理之处。     

滑坡临滑预报的态矢量方法研究

态矢量是统计物理学中对连续场进行粗粒化描述的一种方法。将其引入滑坡预报中,通过将滑坡危险区划分为n个子区域,在各个时间窗内对一系列子区域的监测数据进行态矢量分析,将监测数据与降雨量态矢量的模等归一化后叠加,研究一段时间内滑坡位移态矢量的发展变化规律,并提出利用态矢量进行滑坡预报的新方法。以新滩滑坡为例,对累计水平位移进行态矢量分析,发现在滑坡前态矢量的模和态矢量增量的模均发生了明显突变,按态矢量曲线的变化规律,依据滑坡预警分级方法提出3级滑坡预警,最高预警级别预报的滑坡时间比实际滑坡时间提前2天。研究结果表明,态矢量的急剧突变是滑坡发生的前兆,可以用来进行滑坡的短期和临滑预报。