基于地理因子的现代降水空间模拟方法探讨

将经度、纬度、海拔、坡度、坡向、分区(干燥度)和植被等七个因子作为影响现代降水的地理因子,结合R语言程序、Arcgis空间分析和SPSS统计分析工具,探讨对现代降水进行空间模拟时,其影响因子与重建方法的选择。基于广义可加模型(GAM)用R语言实现了对现代降水影响因子的非线性分析,得到除坡度外其它各因子均与多年平均降水量之间大体呈线性相关;继而对各地理因子进行共线性检验,通过检验的因子使用最小二乘法建立与多年平均降水之间的多元线性回归模型。计算结果表明:逐次叠加地理因子进行回归分析时,其方程的R2均有提升,显示地理因子的类型对降水空间模拟具有一定的影响;非线性和线性建模中坡向因子的P值都大于0.05,说明在本研究中其对降水的影响不显著;线性回归建模的模型拟合优度R2为0.849,非线性模型的解释达到89.6%,两种建模结果都具有一定的可信度,对分析今后中国大范围区域中现代降水的影响因子及空间模拟方法具有重要的参考意义。     

基于粗糙集的Logistic回归模型在矿井突水模式识别中的应用

矿井突水模式识别是一个非正态、非线性和高维数据处理问题,也是二分类问题。使用粗糙集属性约简算法对样本数据降维,建立Logistic回归模型,并利用粒子群算法对模型参数优化。该模型对建模样本突水模式识别正确率为90%,对测试样本突水模式识别正确率为100%,效果好于数据不降维的Logistic回归模型。该模型克服了线性回归分析解决二分类问题存在的不足,为矿井突水模式识别提供了一种新思路、新方法。      

基于ARMA模型的隧道位移时间序列分析

在新奥法隧道施工中,隧道位移监测对于评价围岩稳定性和支护结构合理性起重要作用。目前大都采用AR模型对隧道位移进行时间序列分析,避开了非线性估计,致使拟合精度和模型实用性较差。为此,介绍了具有较高预测精度和较好适用条件的ARMA模型及其常用参数估计方法,基于其参数非线性估计带来的不便性,提出一种ARMA模型参数估计近似线性方法,把残差用Taylor级数一阶展开,将非线性估计线性化,用线性最小二乘法估计参数最终值。用该方法对重庆市大足县南环二路南山隧道位移监测数据进行时间序列建模分析,预测与实测值吻合较好,证明了该方法的实用性。     

岭回归在岩体初始地应力场反演中的应用

为使反演得到的岩体初始地应力场更加符合实际,提出岩体初始地应力场应采用压缩应力场进行叠加,反演得到边界构造荷载的大小不应过大,反演得到应力场的组成应与实测原位地应力的组成一致。依据多元线性回归相关理论,在岩体初始地应力场反演中,首先揭示了负回归系数、过大回归系数以及不显著回归系数的原因,即若采用最小二乘法求解回归系数,自变量之间的多重共线性可能会导致负的、过大的以及不显著的回归系数;然后给出了出现多重共线性的来源,即测得原位地应力的范围过窄会导致自变量之间存在多重共线性,以及采用多元多方程表示岩体初始地应力场易导致自变量之间接近完全多重共线性;最后给出了检验以及避免多重共线性的一些方法,并通过斑竹林隧道岩体初始地应力场的反演进行应用,发现在岩体初始地应力场的反演过程中,若自变量之间存在多重共线性,则岭回归可有效替代最小二乘法求解回归系数。     

基于GWR的丁家山铅锌矿控矿因素影响研究

在成矿预测领域,探索各控矿因素对成矿的影响规律,有助于提高成矿预测模型的精准度。隐伏矿体矿产分布具有真三维特性,利用经典统计模型和计量方法进行成矿预测存在可靠性低的问题。三维地理加权回归将真三维空间的位置信息加入普通线性回归模型,更有利于探究矿产分布及其控矿因素之间的内在联系。以福建丁家山铅锌矿Pb品位及其控矿因素数据为例,在排除各控矿因素变量之间存在的多重共线性问题以及证实福建丁家山铅锌矿Pb品位数据具有显著的空间自相关的基础上,对该组数据分别进行了普通线性回归分析和三维地理加权回归分析。结果表明,采用地理加权回归模型比采用普通线性回归模型具有更高的显著性,验证了各控矿因素对成矿的影响具有空间非平稳性。同时,通过采用自适应带宽对地理加权回归方法不同权函数运算结果的对比,证明Tricube权函数更能体现各控矿因素对成矿的影响随距离衰减的规律。从不同核函数的地理加权回归模型在三维空间的作用效应来看,各控矿因素的三维空间非平稳性显著,表明三维空间的地理加权回归模型在地下矿体建模与预测等方面还有很大的发展空间。     

基于ARIMA与ANN组合模型的需水量预测方法研究

需水量预测影响因素较多,具有线性和非线性特征。为提高预测精度,提出基于ARIMA与ANN组合模型的需水量预测方法,利用ARIMA模型良好的线性拟合能力和ANN模型强大的非线性关系映射能力,把需水量时间序列看成由线性自相关结构和非线性结构组成,采用ARIMA模型预测需水量序列的线性部分,用ANN模型对其非线性残差部分进行预测,再将二者预测值进行组合预测。通过实例研究,组合模型预测精度更高,是需水量预测的一种有效方法。     

南宁膨胀土非线性流变模型研究

对南宁非饱和膨胀土进行一系列的加载-卸载固结蠕变试验,得到了不同含水率的膨胀土在不同应力水平下应变-时间曲线和不同时刻的应力-应变等时曲线簇。通过对膨胀土各阶段蠕变变形的分析,得到了膨胀土的固结蠕变是包含有黏弹性变形和黏塑性变形成分的非线性蠕变。采用模型流变与经验流变理论相结合的方法,将膨胀土的蠕变变形分成线性和非线性两部分进行分析,蠕变柔量和线性黏弹性模量随时间减小,而线性黏塑性模量随时间增大。结合膨胀土的线性黏塑性模型和非线性黏塑性经验模型,建立能够描述膨胀土非线性流变的黏塑性本构方程。根据试验所得数据,通过非线性拟合方法得到各模型参数,用该模型进行数值分析得到的理论与蠕变试验结果对比非常吻合。研究成果为实际工程提供了流变变形计算分析的可靠依据。     

分级加载下岩土流变的神经网络模型

针对分级加载下用线性叠加原理来描述岩土非线性流变存在的问题,采用人工神经网络方法代替传统数学力学方法,建立了分级加载下岩土流变的神经网络模型,并且对具体岩石的蠕变试验曲线进行了模拟。结果表明,该模型能较好地描述岩土的非线性流变,具有较强的泛化能力,为研究岩土的流变特性特别是分级加载下岩土的非线性流变特性提供了一条新途径。     

标准贯入试验击数与静力触探试验指标的对比研究

标准贯入试验和静力触探试验是岩土工程勘察中最常用的两种原位测试方法,两种方法的测试数据存在明显的相关关系,通过收集天津市区埋深30.0 m以上地层的标贯击数和锥尖阻力,采用SPSS软件进行回归分析两个指标之间的相关性并建立回归公式,基于收集的资料对黏性和砂性土进行回归验证,结果证明:黏性土二次回归的平均误差为0.36%,绝对平均误差为15.74%,黏性土线性回归的平均误差为3.70%,绝对平均误差为16.67%;砂性土(包括粉土)二次回归的平均误差为3.05%,绝对平均误差为13.41%,砂性土(包括粉土)线性回归的平均误差为2.79%,绝对平均误差为14.04%,验证效果总体较理想;但同时可以发现,由于收集的资料和验证的场地均相对较少,适用范围较小,在使用时还需结合施工经验综合确定。研究结果可为同类岩土工程勘察工作提供参考。     

互补算法在一维非线性固结求解中的应用

以一维非线性固结为例,介绍了互补算法在固结问题求解中的应用。将地基土体的压缩特性曲线进行分段线性拟合并引入控制变量,得到土体孔隙比与有效应力间的统一关系式,并获得压缩曲线中的互补关系;详细推导了以孔隙比与有效应力为变量的一维非线性固结微分方程,通过对其进行差分求解,并结合压缩曲线中的互补条件,使得不同时刻的非线性固结问题转化为标准的线性互补问题。这样,非线性固结问题可通过在线性固结差分法中嵌入互补模型算法进行求解。该法的合理性通过与普通迭代算法进行对比获得证明。在此基础上,对一维固结问题线性与非线性解答的差异及影响非线性计算的因素进行了分析。计算中发现,互补模型算法在计算效率方面优于普通迭代法;线性计算程序中嵌入互补模型算法计算非线性固结在程序上容易实现;互补模型算法中通过对控制变量的求解,可判断地基土体所处的压缩状况     

地震效应下非线性抗剪强度参数对裂缝边坡稳定性影响的上限解析

基于非线性Mohr-Coulomb破坏准则,结合极限分析上限法和拟静力分析法,建立功能方程,推导了地震效应下裂缝边坡的安全系数计算方程。采用数学规划方法,计算了不同参数组合条件下的边坡安全系数值,详细分析了非线性条件下一系列参数对边坡稳定性的影响。研究表明,边坡安全系数随非线性参数和地震效应的增大而减小。对比分析可知,在非线性破坏准则下,裂缝深度较大时,裂缝对边坡稳定性影响显著,且边坡越陡影响越大;当裂缝深度超过某个值后,临界破坏面起始端可能不穿过裂缝最底端,而是从裂缝中间某部位穿过。在地震效应作用下,非线性抗剪强度参数对安全系数影响显著。研究成果进一步完善了裂缝边坡稳定性分析内容,所列图表为边坡的设计与施工提供有益参考。     

基于非达西渗流的软土一维非线性固结半解析解

在土中渗流遵循非达西渗流定律的前提下,考虑软土在固结过程中的非线性固结特性,根据饱和土体一维固结的连续条件,推导出基于非达西渗流的软土一维非线性固结控制方程。利用半解析方法对其进行求解,并与差分计算结果进行对比,验证半解析方法的可靠性。最后,着重分析非达西渗流与达西定律之间非线性固结性状的差别,以及不同自重应力分布方式对固结速率的影响。结果表明,考虑非达西渗流下的非线性固结速率比达西定律下要慢,且指数和临界水力坡降越大,非线性固结速率越慢。而且,作用的外荷载越小、地基土层越厚,非达西渗流下非线性固结速率的减慢愈明显。自重应力均匀分布下的非线性固结速率要比自重应力线性分布下慢,但随着荷载的增大、土层的变薄,两者之间的差别会越来越小。     

基于投影寻踪技术的矿井突水水源判别模型——以新庄孜煤矿为例

投影寻踪是一种降维处理技术,它可以将高维分析问题通过投影方向转化为低维问题分析.应用该法的关键在于寻求最佳投影方向,这可以转化为一个复杂的非线性优化问题,结合Matlab的遗传算法工具箱进行优化求解.本文以淮南新庄孜煤矿为例,建立突水水源判别投影寻踪模型,并与模糊综合评判模型、神经网络模型、灰色聚类模型进行分析比较.结果表明:投影寻踪判别模型能够有效地判别突水水源,比模糊综合评判、神经网络模型、灰色聚类模型具有更高的准确性,为矿井突水水源判别提供了一个新途径.     

GRA——FAHP模型的煤层底板突水危险性评价

矿井水害一直是制约我国煤炭安全生产的重要隐患之一,对其进行准确的预测评价具有十分重要的理论意义和实用价值。本文根据煤层底板突水各影响因素之间的关系是灰色关系并且具有非线性特征的特点,建立了定量与定性指标为一体的煤层底板突水评价指标体系及等级划分标准。同时将灰色关联分析法(GRA)和模糊层次分析法(FAHP)相结合。构建了能真实反映影响因素与底板突水之间灰色关系和非线性关系的底板突水危险性评价模型,并应用模型对某典型工作面突水危险性等级进行了评价,可为今后煤层底板突水预测评价的研究提供一定的借鉴和依据。     

利用有限单元伽勒金法反求非线性流情况下砾石层的渗透系数

地下水流问题的数字计算机的应用,现虽处于高度发展阶段,但在采用这种数学物理模型时,首先要知道含水层的导水性能。过去利用水位观察资料或抽水试验资料计算水文地质参数的方法,只能适用于简单的含水体系,由于高度复杂的地质体并且间隙水流为非线性的这类参数如何确定还没有解决,如果利用近期发展起来的有限单元法来反求参数是一种理想的选择,特别是与古典的伽勒金法结合起来,既可简化数学处理过程,并有利于解非线性流问题。古典的伽勒金法原来只能适用于简易的分析域,而且要求介质为均一,但与空间离散的有限单元法结合起来,还便于解非均质而且边界不规则的问题。     

原状冻土非线性断裂韧度测试与修正

在以往原状冻土现场试验方法的基础上,针对原状冻土的非线性断裂力学特性进行了Ⅰ型和Ⅱ型断裂力学试验。在不同深度的冻胀量、冻深与时间变化规律下严格控制试样制作及试验时的温度,利用动态数据采集系统测出试样加力点处位移与力的关系曲线,并计算出相应的非线性参数。提出了利用非线性修正因子计算原状冻土断裂韧度的方法,并算出Ⅰ型、Ⅱ型直裂纹加卸载试样的非线性断裂韧度,将其与岩石断裂力学中的塑性修正因子方法的计算结果进行了对比,二者基本一致,说明该方法可以用来计算、修正原状冻土非线性断裂韧度,从而为冻土非线性理论的研究拓宽了思路。     

基于遗传算法的地下水位动态预测双线性模型

提出了建立双线性模型(BM)的一套简便通用的方法。用加速遗传算法可同时估计BM 模型各参数,成功地解决了BM建模这一难题,为BM模型的广泛应用提供了新工具。实例计算 结果说明:用这套方法预测地下水位动态是可行而有效的;通过利用预测过程中产生的残差信 息进行反馈矫正,保证了BM模型劫高的拟合精度和稳健的预测性能,增强了对复杂非线性动态 系统的适应性。     

Accuracy and efficiency of time integration methods for 1D diffusive wave equation

The diffusive wave approximation of the Saint-Venant equations is commonly used in hydrological models to describe surface flow processes. Numerous numerical approaches can be used to solve this highly nonlinear equation. Nonlinear time integration schemes—also called methods of lines (MOL)—were proven very efficient to solve other nonlinear problems in geosciences but were never considered to deal with surface flow modeling with the diffusive wave equation. In this paper, we study the relative performance of different time and space integration schemes by comparing the results obtained with classical approaches and with nonlinear time integration approaches. The results show that (i) the integration method with a higher order in space shows high accuracy regarding an integrated indicator such as the global mass balance error but is less accurate regarding local indicators, and (ii) nonlinear time integration techniques perform better than classical ones. Overall, it seems that integration techniques combining nonlinear time integration and a low spatial order need to be considered when developing hydrological modeling tools owing to their simplicity of implementation and very good performance.     

Design method of piled-raft foundations under vertical load considering interaction effects

The paper has proposed a design method considering interaction effects for a piled raft foundation. In this method, the raft is considered as a plate supported by a group of piles and soil. The ultimate load capacity of the pile group is taken into account in calculating the settlement when the foundation is subjected to a large vertical external load. In addition, this method supports estimation of the nonlinear behaviour of the piled raft foundation by considering the nonlinear behaviour of the piles.A step-by-step procedure to apply the proposed method to calculate the settlement and distribution of the bending moment of the piled raft foundation is introduced. To verify the reliability of the proposed method, models of a 16-pile raft and a 9-pile raft with different pile lengths embedded in homogeneous silica sand were tested in a centrifuge and comparisons were made between the results of the proposed method, the results of centrifuge tests, and those of Plaxis 3D. Good agreement between centrifuge modelling and the proposed method is demonstrated, thus showing the potential of the proposed method.     

非线性波动的几个基本问题

将非线性波动理论的研究划分为观察和分析、方程建立、初边值问题、解析解和数值解、非线性波动特征以及实际应用等六个大的研究方向，详细评述了各个方向的研究情况。提出了多层介质中的非线性波传播等尚未研究的问题，发现了用通常方法求取的解析解复杂、不易应用等问题，并提出了在定性的基础上省略与已知物理特征不符项的方法来求取解析解等思路。认为介质的非线性、各向异性、多相性应统一研究。