参数累积估计灰色模型及地面沉降预测

基于传统GM（1,1）地面沉降预测模型的非稳定性,引入参数累积估计方法来代替最小二乘法,构建了参数累积估计的灰色沉降预测模型。通过对上海市地面沉降的预测,证实模型降低了矩阵条件数,提高了沉降预测的稳定性,进而对上海市分层沉降进行了预测,并给出相应的模型稳定性判别,预测结果给出了上海沉降的发展趋势,为地面沉降的合理防治提供了帮助。     

灰色线性回归组合模型在北京地面沉降分层预测中的应用

灰色系统理论GM(1,1)模型,应用于地面沉降模拟和预测中只能分析数据的指数变化规律。对于地面沉降发展过程中,存在的线性关系不能有效地反映。本文利用灰色组合模型中的第一类灰色组合模型即GM(1,1)与线性回归模型相融合。选取北京东部某地面沉降监测站2004～2012年的分层监测数据建立模型,计算出各监测层位沉降的数学模型,并以此预测各监测层位地面沉降量。结果表明：利用灰色线性回归组合模型在对地面沉降进行分层模拟和预测是可行的。在已有数据的基础上,利用数学模型进行沉降模拟时,两种模型的精度均很高,但通过模型预测未来一年沉降量时,灰色线性回归组合模型的精度,要远高于普通均值GM(1,1)模型。     

改进的灰色预测模型在地面沉降预测中的应用

在地面沉降这一复杂系统中,既含有已知的又古有未知的或非确定的信息,可以作为一个灰色系统来研究.本文针对地面沉降的下沉曲线非线性特征,提出用一种基于残差灰色预测模型对地面沉降量时间序列进行研究.结果表明,通过改进后的灰色预测模型,预测精度得到了提高,在沉降量比较大和水准点比较稀少的地区,利用此模型预测地面沉降可减少地面沉降监测经费,并能实时提供地面沉降预警信息.     

基于灰色Verhulst模型的山西太原地面沉降趋势分析

本文首先通过分析地面沉降的诱发因素和研究对象,发现具有灰色特性,并且地面沉降随时间的变化曲线与Verhulst模型曲线相似,因而可以应用该模型预测太原市地面沉降。其次根据五个沉降中心中30个典型的水准观测点的累积沉降量建立了灰色Verhulst预测模型。最后预测了2010年与2015年的地面沉降发展趋势,得出2010年总体沉降范围向外扩展,小店中心扩大幅度较大,吴家堡年均沉降速率持续减缓;到2015年西张沉降趋势基本趋于稳定状态,万柏林和下元沉降速率减缓,吴家堡沉降幅度变化不大,万柏林、下元和吴家堡的沉降范围已连成一片,小店中心最大沉降量达1 508 mm,年均沉降速率为45 mm/a。     

工程环境效应引起上海地面沉降预测

地面沉降是目前常见的地质灾害之一,其长期的积累给城市带来巨大的经济损失,成为制约城市发展的主要因素。进入20世纪90年代以来,工程环境效应诱发的沉降已经成为上海地面沉降的新趋势,对于外荷载引起的地面沉降过程而言,影响因素较多,既无法用明确的数学关系式表达,又非黑箱那样内部结构、参数和特征一无所知,因此可将灰色预测理论应用于地面沉降的预测。针对监测和观测时间的非等时性,本文应用非等时距灰色理论模型对上海陆家嘴地区某高层建筑的沉降进行预测,并和实际监测沉降量进行了比较;对室内模型试验进行沉降预测,并和实验观测数据以及自适应神经网络系统(ANFIS)预测结果进行了比较。研究发现,对于工程环境效应引起的地面沉降,应用非等时距灰色理论模型进行沉降预测是可行、精确的。     

抚顺发电厂地面沉降成因分析及其灰色理论预测

在论述研究区环境地质条件的基础上,对区内地面沉降的成因进行了分析,并基于区内地面沉降监测点实际观测数据建立了灰色DGM模型,然后以此模型对研究区未来三年的地面沉降进行了预测,预测结果表明:在未来三年内,区内大部分主要建筑物基础地面最大沉降量将超出或接近允许值,而基础沉降差在允许值范围内.     

常州市地面沉降灰色模型预测

地面沉降过程可视为有限体系,本文分析了常州市地面沉降动态特征,采用费尔哈斯特(Verhulst)生物繁殖模型,以监测资料为背景予以灰色系统理论处理和进行沉降旋回期或寿命预测。在地下水得到控制开采和回灌补给条件下,常州市地面沉降旋回期为60年,至2030年沉降速率超近于零,为常州市合理开发地下水,控制沉降灾害提供宏观中长期预测信息。     

徐州大屯中心区地面沉降趋势预测

徐州大屯中心区1988年建立了地面沉降观测系统,2005年最大累计沉降量达到600 mm.累计沉降量大于100 mm的地区面积达到11.57 km2.本文根据近20年的沉降观测数据分析了中心区地面沉降的时空分布特征,并采用灰色模型方法,对地面沉降趋势进行了预测,结果表明到2010年最大累计沉降量将达到753 mm,累计沉降量大于100 mm的地区将达到32.86 km2,对中心区的建筑、地下管网将造成较大威胁,应尽快采取防治措施.     

上海市重大市政工程变形监测技术体系建设研究

近年来上海市重大市政工程变形监测逐渐走向常态化,由于多种原因,重大市政工程变形监测由多家单位实施,存在监测基准、技术标准不统一等问题,因此建立上海市重大市政工程变形监测技术体系十分迫切。文中对重大市政工程变形监测中沉降监测进行重点研究,建立起全市统一的沉降监测技术体系,实现全市沉降监测"一张网",编制出《上海市重大市政工程设施及周边地面沉降监测技术规定》,建立了变形监测信息系统,实现了统一的沉降监测基准、统一的技术要求、统一的数据平台,为《上海市地面沉降防治管理条例》实施提供了技术支撑。     

滨海地区深基坑减压降水地面沉降研究成果及应用——以上海市为例

针对地下空间开发中深基坑减压降水地面沉降发育特征、沉降机制及防治对策等研究进展,以上海市为例,总结了近年来滨海地区深基坑减压降水地面沉降研究取得的主要成果。建立了深基坑减压降水地面沉降防治综合分区方法,探索了深基坑减压降水地面沉降防治原型试验设计方法,掌握了上海市浅部承压含水层深基坑减压降水地面沉降规律,提出了深基坑减压降水地面沉降-地下水位双控模式及控制指标,提出了深基坑减压降水地面沉降防治措施,构建了深基坑减压降水地面沉降管控体系。这些研究成果在特大型城市安全管理、重大市政工程建设及运营服务中得到应用,对同类地区地面沉降研究和防治工作具有借鉴意义。     

Application of grey theory-based model to prediction of land subsidence due to engineering environment in Shanghai

Land subsidence is a common geological hazard. The long-term accumulation of land subsidence in Shanghai has caused economic loss to the city. Since the 1990s, the engineering structures have become a new cause of land subsidence. Many factors affect the process of land subsidence. Although such a process cannot be explicitly expressed by a mathematical formula, it is not a “black box” whose internal structure, parameters, and characteristics are unknown. Therefore, the grey theory can be applied to the prediction of land subsidence and provides useful information for the control of land subsidence. In this paper, a grey model (GM) GM (1, 1) with unequal time-intervals was used to predict the subsidence of a high-rise building in the Lujiazui area of Shanghai, and the results were compared with the monitored data. The prediction of subsidence was also corroborated by laboratory tests and the results were compared with measured data and the predicted data by the adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS). It is found that the GM (1, 1) with unequal time-intervals is accurate and feasible for the prediction of land subsidence.     

2001-2020年上海市地面沉降灾害经济损失评估

地面沉降是加速潮灾、涝灾等自然灾害的风险源.由于上海市市政建设和高层建筑的建设以及周边地区继续抽取地下水的影响,地面沉降趋势仍在继续.这使上海市在未来必将遭受地面沉降灾害所产生的巨大经济损失.分析了上海市未来地面沉降灾害产生经济损失的可能性、损失程度等.通过对影响未来地面沉降灾害经济损失不确定因素的分析,运用统计方法评估了2001-2020年间上海市地面沉降灾害风险的经济损失.经评估,2001-2020年上海区地面沉降灾害风险经济损失总额为245.7亿元.     

Three-dimensional numerical modeling of land subsidence in Shanghai,China

Shanghai, in China, has experienced two periods of rapid land subsidence mainly caused by groundwater exploitation related to economic and population growth. The first period occurred during 1956–1965 and was characterized by an average land subsidence rate of 83 mm/yr, and the second period occurred during 1990–1998 with an average subsidence rate of 16 mm/yr. Owing to the establishment of monitoring networks for groundwater levels and land subsidence, a valuable dataset has been collected since the 1960s and used to develop regional land subsidence models applied to manage groundwater resources and mitigate land subsidence. The previous geomechanical modeling approaches to simulate land subsidence were based on one-dimensional (1D) vertical stress and deformation. In this study, a numerical model of land subsidence is developed to simulate explicitly coupled three-dimensional (3D) groundwater flow and 3D aquifer-system displacements in downtown Shanghai from 30 December 1979 to 30 December 1995. The model is calibrated using piezometric, geodetic-leveling, and borehole extensometer measurements made during the 16-year simulation period. The 3D model satisfactorily reproduces the measured piezometric and deformation observations. For the first time, the capability exists to provide some preliminary estimations on the horizontal displacement field associated with the well-known land subsidence in Shanghai and for which no measurements are available. The simulated horizontal displacements peak at 11 mm, i.e. less than 10 % of the simulated maximum land subsidence, and seems too small to seriously damage infrastructure such as the subways (metro lines) in the center area of Shanghai.     

Application of geo-environmental capacity of ground buildings in urban planning

The restrictions of the geo-environment are often ignored in urban planning, thereby directly causing a variety of geological hazards, including large areas of land subsidence in soft soil area. Based on the control objective of land subsidence, the geo-environmental capacity of ground buildings (GECGB) is defined. The relationship between floor area ratio (FAR) and land subsidence in Shanghai, China is analyzed. The results illustrate that land subsidence increases as FAR increases, and that the engineering environmental effect of the high-rise building group is the main factor affecting land subsidence in Shanghai, China. Hayashi’s Quantification Theory type I is selected to evaluate the GECGB of four typical areas in Shanghai. The prediction model is established based on existing background materials and the GECGB expressed by allowable FAR of the four typical areas are calculated. The evaluation approach promoted in this paper can be applied in urban planning to control the land subsidence induced by dense high-rise buildings.     

上海市城市化进程引起的地面沉降因素分析

20世纪90年代上海中心城区的地面沉降在地下水开采量没有增加的情况下出现了新一轮的增长。与此同时,上海进行了大规模的城市化建设。通过对中心城区地面沉降量与工程建设进行相关性分析发现,近年来中心城区的地面沉降量与工程建设具有相关性。目前城市化建设引起地面沉降的现象已受到关注,但尚缺乏对城市化进程引起地面沉降机制的系统研究。针对上海市城市化进程引起地面沉降的因素进行分析探讨,城市化进程引起的沉降包括建筑物荷载及交通荷载等外荷载引起的沉降,基坑开挖、降水及隧道施工等工程施工引起的土体压缩,以及隧道渗漏,周边地区对地下水补给量的减小,地下构筑物挡水效应等引起的地下水位持续下降而诱发的沉降     

上海地面沉降研究

介绍了上海地区近年来开展地面沉降研究过程中的一些最新认识,以及上海市地面沉降预警预报系统探索 性研究过程中的一些初步成果。结合上海市地面沉降防治“十一五”规划目标,提出了当前研究工作中迫切需要解 决的主要问题,以及今后的研究思路和方向。     

上海城市可持续发展与地面沉降防治管理

上海的地面沉降在国内外具有典型性。沉降洼地的形成与发展在城市防汛、城区地面积水、重大线型工程差异沉降影响等方面对上海城市的可持续发展带来不利影响。地面沉降也通过洪涝、潮汛等显性灾害的成灾风险与致灾频率的增加，而体现出缓变型灾害的本质。上海目前已对全市地下水资源的开发利用实施有序管理，建立了覆盖全市整个陆域与第四纪地层的地面沉降监测网络体系，并融入了自动化测控与GPS监测等高新技术手段。同时密切结合城市总体建设发展规划，开展针对性的专题研究，深化城市地质工作，并注重与长江三角洲地区的联动。以科学有效的管理，落实可持续发展战略，使地区经济发展与地质生态环境保护协调统一。     

基于灰色支持向量机残差修正模型的地面沉降量预测

沉降现象在各地区普遍发生,地面沉降量预测越来越受到重视。本文通过结合灰色(GM(1,1))预测模型和支持向量机(SVM)模型各自的优点,建立灰色支持向量机(GM(1,1)-SVM)残差修正模型,在突出时间序列发展趋势影响的同时降低序列中异常值的消极作用。以某高层建筑的18次地面沉降量数据为实例,检验GM(1,1)-SVM模型的预测效果。结果表明:相对单一的GM(1,1)沉降量预测模型,GM(1,1)-SVM模型相对误差小,预测精度高,对地面沉降量预测有一定指导意义。