灰色预测模型在高层建筑物沉降预测中的应用研究

详细讨论了一阶一元灰色预测模型GM(1，1)的基本内容及建模过程，并成功地将GM(1，1)模型应用于高层建筑物沉降监测的预测预报，相应地编写了基于MATLAB的灰色系统沉降预测程序，便于实际应用。实践证明，灰色预测模型GM(1，1)在沉降预测中具有较高的应用价值。     

基于最小二乘配置法的优化GM（1,1）预测模型及其应用

针对灰色GM(1,1)预测模型预测结果精度低、模型缺乏稳定性的问题,基于最小二乘配置理论的GM（1,1)预测优化模型,首先通过使得生成序列新预测值的误差在最小二乘意义下最小,选取GM(1,1)模型的最优初值,利用指数函数法构造新的背景值;然后将优化的GM(1,1)模型和最小二乘配置理论有机结合,进一步对优化的GM(1,1)模型进行改进,构建优化的灰色最小二乘配置预测模型;最后通过对建筑物的沉降数据进行定量分析与预报,与其他模型进行对比分析。     

西安市地面沉降发展趋势的灰色系统预测

西安市地面沉降已经对人们生活造成危害,因而日益受到人们的关注、本文将西安市地面沉降过程看作是一个灰色过程,地面沉降量被看作是一个灰变量,采用灰色系统理论中的GM(2,1)模型,对到本世纪末西安市地面沉降的发展趋势进行了预测。结果表明,到本世纪末,八府庄、长安环1、胡家庙、沙坡和草场坡将继续加速沉降,其中前二者的速率将达到350～360mm/y,胡家庙、沙坡的沉降速率将达到210mm/y,草场坡的沉降速率将达到100mm/y;金花饭店、小寨、西工大、导370的沉降速率将变慢,除金花饭店的沉降速率将降至78.8mm/y外,其余地点的沉降速率都将降下10～20mm/y。此外,还讨论了GM(2,1)模型对预测西安市地面沉降的适合性。     

非等距GM(1,1)模型在沉降预测中的应用探讨

针对非等距沉降数据序列的建模问题,探讨了3种非等距GM(1,1)模型在沉降预测中的应用。结果显示,加权非等距GM(1,1)模型不适用于具有近似指数趋势的沉降数据,灰线性加权非等距GM(1,1)模型并非真正的非等距模型,模型预测式与时间无关,不能用于沉降预测,而对于笔者所建立的非等距GM(1,1)模型,其拟合函数等同于灰色线性回归组合模型,可用于近似指数趋势的沉降数据。通过实例分析对比了3种非等距GM(1,1)模型的应用效果,验证了上述观点的正确性。     

水质富营养化指标的GM(1,2)预测模型

本文应用灰色GM(1,2)建模方法,提出了水质富营养化单项指标的一种新的预测模型。该模型用于湖水总磷度的预测实例表明预测值与实际值拟合较好。本文还将GM(1,2)预测模型与 Vollenweider预测模型进行了比较。     

GM(1,1)幂模型的改进及其在沉降预测中的应用

GM(1,1)幂模型可用于趋于稳定或具有S型变化趋势的沉降预测,但其存在灰色建模的固有缺陷、非等间隔数据的不适用性和参数求解复杂性等不足之处。结合幂函数变换与无偏GM(1,1)模型和非等间隔无偏GM(1,1)模型,建立了无偏GM(1,1)幂模型和非等间隔无偏GM(1,1)幂模型。基于Matlab程序,以拟合结果的平均相对误差最小作为优化目标,提出参数的优化求解方法,同时提出采用Origin拟合函数SRichards2的替代方法。实例分析结果显示,两种方法拟合效果相当,均可用于沉降预测。结合两者的应用效果和建模特点,建议人工处理数据时采用Origin拟合函数SRichards2;对于有特殊优化目标的情况或自动化监测设计时,可采用无偏GM(1,1)幂模型或非等间隔无偏GM(1,1)幂模型。     

滑坡位移非线性时间序列预测模型研究

从分析滑坡位移的实际变化情况和滑坡位移演变规律的角度出发,将滑坡位移分解为受其自身地质结构属性控制的趋势项位移分量和由外界环境因素影响的周期项位移分量。采用经验模态分解法对滑坡位移趋势项和周期项进行非线性时间序列的分解;在此基础上采用标准GM(1,1)灰色模型、滚动GM(1,1)灰色模型和灰色马尔科夫模型分别对滑坡位移的趋势项和周期项进行预测,将预测结果进行叠加运算,即可得到滑坡位移的预测值。以三峡库区白水河滑坡的位移变化情况为例,通过分析对比滑坡位移的实测值与预测值之间的位移-时间关系曲线,可以很好地预测出滑坡位移的发展变化趋势。这说明对滑坡位移进行时间序列分解,有助于提高滑坡位移的预测精度,并可有效应用于滑坡位移预测的工程实例中。      

GM(1,1)模型的改进及其在变形预测中的应用

为了提高GM(1,1)模型预测精度,采用积分优化、二次拟合优化以及残差改化方法,分步对GM(1,1)模型进行改进,建立灰色多重修正模型.具体改进步骤为:首先,利用积分优化方法对背景值进行纠正,减小模型误差并提高预测精度;接着,对模型参数(发展系数和灰作用量)进行二次拟合优化,使参数更加接近理论真值;然后,根据预测结果进行适当的残差改化,提高模型整体的预测精度;最后,建立根据GM(1,1)模型改进的灰色多重修正模型.以重庆南川地区甄子岩崩塌为例,建立灰色多重修正模型对危岩裂缝累计位移值进行模拟和预测,并与GM(1,1)模型进行对比.精度检验结果表明:灰色多重修正模型后验差比值(0.082 39)明显好于GM(1,1)模型(0.192 67),平均相对残差比(0.073 9)更远好于GM(1,1)模型(0.259 6),表明灰色多重修正模型在预测精度上有较大提高,可靠性更好.     

改进多点灰色模型的研究及应用分析

针对传统多点灰色模型背景值求解方面存在的缺陷,采用自动寻优定权对背景值进行选择,使得实测值与拟合值的残差平方和最小,以提高多点灰色模型的预测精度。实例计算结果表明,与传统的多点灰色模型相比,背景值改进的多点灰色模型预测精度有很大的提高。     

优化背景值的非等间距线性时变参数GM(1,1)幂模型在变形监测中的应用

为弥补传统GM(1,1)幂模型背景值等权构造的缺陷,针对原始变形序列的非等距振荡特征构建背景值加权优化的非等间距线性时变参数GM(1,1)幂模型,并采用具有全局优化特性、收敛速度快的粒子群算法求解模型的幂指数和背景值权重。以2组矿区监测点累积沉降观测数据为例进行沉降分析与预测,结果表明,本文模型的平均绝对百分比误差分别为2.33%和4.70%,预测误差分别为2.10%和6.38%,计算结果均优于其他3种模型。工程应用表明,优化模型在小样本非等距振荡序列应用中具有优越性,适用于地表沉陷的短期预测与时变分析。     

秦巴山区软岩地基桥桩承载性状试验研究

为了研究软岩地基桥桩的荷载传递性状、破坏机理,并获取在该地质条件下更为可靠的桩基计算参数,对秦巴山区软岩地基3根钻孔灌注试桩进行竖向静载试验.结果表明:秦巴山区软岩地基桥桩试桩荷载沉降曲线呈陡降型,实测竖向极限承载力为20500kN,桩的破坏方式为桩身材料强度破坏;淤泥质亚黏土地层中的碎石起到一定的骨架作用,增强了此地层桩极限侧阻力,发挥极限侧阻力所需的桩土(岩)相对位移为4~8mm;强风化砾岩表现为加工软化型,发挥极限侧阻力所需的桩土(岩)相对位移为3~8mm;中风化砂砾岩表现为明显的加工硬化型,所需的桩岩相对位移大,且桩极限侧阻力的特征点不明显;淤泥质亚黏土地层桩侧阻力占总荷载的60%~70%,随着桩顶荷载的逐步加大,该地层桩侧阻力所占比例不断下降,而嵌岩段桩侧阻力所占比例逐渐上升,达到55%~65%,嵌岩段桩侧阻力沿桩深的分布曲线表现出非线性的特征;试桩为端承摩擦桩,桩端阻力约占桩顶荷载的20%左右,且未充分发挥,在上部结构允许的沉降范围内,适当增加桩端的沉降有利于端阻力的发挥;桩侧阻力先于端阻力发挥,建议单桩承载力设计时分别采用不同的端阻力和侧阻力安全系数.     

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基于模糊分类的UBGM(1,1)-Markov模型在露天矿边坡沉降预测中的应用

针对UBGM(1,1)-Markov模型中存在2个邻近值可能被归属到不同状态,导致预测值产生偏差的问题,结合模糊分类理论,构建基于模糊分类的无偏灰色-马尔科夫模型(unbiased gray-Markov model based on fuzzy classification, FC-UBGM(1,1)-Markov)。首先对UBGM(1,1)模型进行残差修正,然后将修正后拟合值的相对残差序列作为Markov链进行区间划分,再结合模糊分类的隶属度函数,计算相对残差的模糊向量,根据隶属度确定其所属的状态。实际算例表明,该模型比传统UBGM(1,1)-Markov模型的预测效果更好。     

灰线性加权非等距GM(1,1)形变预测模型

结合加权非等距GM(1,1)模型与线性回归理论,构建灰线性加权非等距GM(1,1)预测模型,并给出对模型预测精度起决定性作用的灰指数v和参数m的优化方法。与加权非等距GM(1,1)模型和线性回归预测模型相比,灰线性加权非等距GM(1,1)预测模型的精度更高,预测有效时间更长,模型的稳定性更好。优化v和m后,灰线性加权非等距GM(1,1)预测模型的实用性、稳定性进一步提高。     

地铁隧道地表变形小波去噪及灰色-时序组合预测模型研究

以青岛地铁3号线地表变形横向观测线实测数据为例,开展小波去噪及时序组合预测模型的研究。首先,采用小波理论对观测值进行粗差剔除与去噪处理,根据均方误差最低、信噪比最高的原则,证实dmey小波1层分解、rigrsure软阈值小波去噪方法是最优的。其次,给出地铁隧道地表变形灰色-时序组合预测模型表达式,选用等维新息GM(1,1)模型和残差时间序列模型进行地表变形叠合预测。最后,通过小波去噪后时间序列预测模型、小波去噪前灰色-时序组合预测模型、小波去噪后灰色-时序组合预测模型进行计算分析,结果表明小波去噪后灰色-时序组合模型预测精度最高,并分析了各模型预测精度差别的成因。     

白鹤滩和乌东德库区蓄水前形变分析

利用白鹤滩和乌东德库区2018～2019年两期最新地壳形变监测资料对两个库区在监视期的形变特征进行分析,其中水准和重力资料采用相对基准分析法,谷宽和跨断层测距资料采用投影面相对坐标分析法。结果表明：1）白鹤滩库区上游左岸中部存在16 km范围的沉降区,乌东德库区上游右岸水准支线所在地区隆升较大,两个库区其他地区均相对稳定,垂直形变量均小于5 mm;2）两个库区重力场变化基本平稳,无显著性异常变化,个别测点重力值变化较大是周围环境改变导致;3）两个库区4个谷宽网各点的相对坐标变化均不大,但4个谷宽网均显示相对收缩,量值在1~2 mm;4）两个库区6处跨断层场地中有5处比较稳定,监视期间断层无显著垂直活动和水平活动迹象,乌东德库区洛佐场地监视区断层两侧存在一定的差异性垂向运动并伴随水平向挤压运动。该结果可为水库蓄水后形变以及水库诱发地震的研究提供背景参考。     

局部桩筏基础的设计与施工

以加拿大多伦多市某工程为例,介绍了在复杂地质条件下采用局部桩筏基础(PPRF)的设计及施工问题;探讨了设计PPRF的决定性因素;在保持PPRF设计的完整性前提下,提出了单位沉降量的准则,并用于筏板和桩的设计;计算了PPRF的滑移及转动;最后,采用有效方法对该工程采用的局部桩筏基础进行了计算分析.结果表明,PPRF的设计主要取决于侧向土压力、分布不均的建筑荷载以及地基土的非均匀承载力,工程桩应主要布置在沉降较大的区域,即位于筏板基础承受高压力而土体承载力较低的西北部.探讨局部桩筏基础的设计与施工为该类型工程的基础设计提供了一个新的解决途径.