基于聚类分析和因子分析的黄土湿陷相关性研究

以蒙、晋交界处某在建特高压交流输电线路工程为倒,对黄土湿陷性有较大影响的含水率、孔隙比、塑性指数、天然重度、干重度等五个因子进行聚类分析和因子分析。通过线性回归法得出湿陷系数与影响因子之间的关系方程。将湿陷系数预测值与实测值进行对比,发现选定影响因子与研究区内黄土湿陷系数明显的相关性。在现场通过快速测定各影响因子计算湿陷系数,从而提高工作效率。     

黄土高原西部黄土工程物理性质及其成因

根据甘肃东部11个剖面黄土微结构、湿陷系数、凝聚力的测定和西安刘家坡剖面孔隙测定, 研究了黄土孔隙度、湿陷性、抗剪强度及颗粒成分在垂向上的变化规律和成因。结果表明, 孔隙度高、湿陷强和抗剪强度弱的层位是风化成壤弱的黄土层, 孔隙度低、湿陷弱和抗剪强度大的层位是红色古土壤或风化成壤强的黄土层。黄土地层工程物理性质在垂向上具有波动变化特征。第四纪冷干与温湿气候的交替和由此产生的成壤过程变化, 是造成黄土地层工程物理性质波动变化的根本原因。黄土湿陷性是在干旱与半干旱地区弱的成壤过程中产生的, 是草原地带灰黄色土壤具有的特征。在不同地区, 湿陷性黄土分布深度存在差别。干旱区分布深度比湿润区大。在干旱区, 强湿陷黄土分布深度可达12m, 中等湿陷黄土可达17m, 弱湿陷黄土可达20m以上。     

黄土自重湿陷变形的脉动液化机理

提出了一种黄土自重湿陷的机理－地球脉动引起饱和黄土液化,简要地介绍了地球脉动的原理,并从土动力学的角度分析了地球脉动引起饱和黄土液化的过程。通过现场浸水试验、地球脉动的定时测量及室内土地试验等,揭示了脉动的幅值、卓越周期与液化程度的关系。最后还分析了影响脉动液化的因素,结果表明,这些因素都有利于液化的产生,从而导致黄土自重湿陷。     

基于多元成土因素的土壤有机质空间分布分析

以陕西省蓝田县2013年667份土壤有机质样本为对象,运用GIS空间分析及遥感数字图像处理收集整理土壤类型、地形、植被等成土因子,利用多元线性回归分析集成所有成土因子对土壤养分进行空间分布预测。结果表明:通过分级统计均值定权法和像元线性拉伸法将所有成土因子统一为相对度量值,并根据成土因子与有机质含量的相关性显著程度进行因子取舍,有利于集成各类成土因子构建多元线性回归模型。预测结果定性分析表明:多元线性回归预测结果与kriging法预测结果在宏观上具有一致的空间分布趋势;但多元线性回归预测结果土壤有机质空间分布特征带有各种成土因子的变化特征,从视觉效果上,克服了传统插值法中存在的斑块状分布现象,更精细的描述了本区域内有机质空间分布趋势; MPE和RMS定量精度分析显示,在集成多元成土因素对有机质进行空间分布分析时,本文方法优于常用kriging插值法,该法可作为集成多元成土因子对土壤养分空间分布预测的有效方法。本区域内土壤有机质高值区域主要集中在地势低平、坡度缓和、湿度适中的农耕区,地势较高、坡度陡的山区有机质含量低。     

晋城市粮食产量预测方法比较研究

提高粮食产量预测精度是科学编制土地利用总体规划的重要课题。该文首先运用灰色关联分析方法对影响粮食产量的因素做出关联因子排序,分析表明粮食单产对粮食总产量的影响最大,粮食作物播种面积次之。其次在灰色关联分析的基础上选取主要影响因子,通过比较线性回归模型、灰色GM(1,1)模型和灰色多元线性回归组合模型的预测结果,得到灰色多元线性回归组合模型预测结果最佳。     

黄土丘陵小流域土壤水分空间预测的统计模型

在6个土层和10次土壤含水量测定的基础上,利用土地利用与地形等6类20个环境因子变量,建立了黄土丘陵区小流域土壤水分空间预测的6种多元线性回归模型,并提出了5类13个指标对模型进行了评价与比较。研究表明,各模型组之间的差异较大,以直接回归模型组为最优,PCA线性转换回归模型组次之,DCA非线性转换回归模型组最差。在每一组内,模型之间的差异相对较小,以变量全部入选模型稍优于变量逐步筛选模型。6种模型中,通用多元线性回归模型的拟合性最好、预测精度最高,但模型结构最为复杂、需要的环境因子最多;多元线性逐步回归模型不仅拟合性和无偏性方面很好,而且结构最为简单、需要的环境变量最少,因而为最优模型     

黄土丘陵小流域土壤水分

在6个土层和10次土壤含水量测定的基础上,利用土地利用与地形等6类20个环境因子变量,建立了黄土丘陵区小流域土壤水分空间预测的6种多元线性回归模型,并提出了5类13个指标对模型进行了评价与比较.研究表明,各模型组之间的差异较大,以直接回归模型组为最优,PCA线性转换回归模型组次之,DCA非线性转换回归模型组最差.在每一组内,模型之间的差异相对较小,以变量全部入选模型稍优于变量逐步筛选模型.6种模型中,通用多元线性回归模型的拟合性最好、预测精度最高,但模型结构最为复杂、需要的环境因子最多;多元线性逐步回归模型不仅拟合性和无偏性方面很好,而且结构最为简单、需要的环境变量最少,因而为最优模型.     

新疆伊犁黄土的物性指标、动力学特性与滑坡

分析了伊犁谷地28个黄土样品的粒径、密度、含水量和孔隙比,测试了震陷、湿陷、动弹模量和塑性指数,探讨了伊犁谷地黄土的物性、动力学特征,讨论了它们与滑坡之间的关系。伊犁谷地的原生黄土主要以粉粒为主,含量为74%,大于75μm的颗粒含量为10%,小于5μm的颗粒含量为15%;黄土天然含水量为4%~16.1%,谷地东部的黄土明显地比谷地西部的更细,伊犁黄土的孔隙比在0.832~0.907之间,有相当的湿陷性。在含水量低于20%时,还会有湿陷。黄土的塑性指数为9左右,比较小,粘粒含量低,易损性大,抗震性能差,具有较强的震陷性。在同样的动应变下,伊犁黄土的动模量较小,随着动应变的增大,其动模量衰减较快。冻融季节是伊犁地区滑坡的多发季节,构造活动强烈的地段也是地质灾害的多发地段。     

基于深度学习的SuperDARN雷达极区电离层跨极盖电场模型构建

通过超级双子极光雷达网(SuperDARN)获得的跨极盖电势计算了极区电离层对流电场。利用2014年的极区电离层对流电场数据为基础,引入对流电场的历史数据,分别基于多元线性回归算法和后向传播神经网络算法构建电离层电场模型。利用独立的数据集,验证了两种模型的准确性和稳定性。结果表明,模型值与测量值的均方根误差在2.0～3.5 mV·m~(-1)之间,平均绝对误差范围为1.5～3.0 mV·m~(-1),线性相关系数均大于0.6,最高可达0.9。引入前20分钟的历史数据作为模型的输入,后向传播神经网络模型比多元线性回归模型具有更好的预测性能。     

基于PCA和BP神经网络的径流预测

径流预测为流域水资源的合理开发利用与统筹配置提供依据。运用多元线性回归、主成分回归、BP神经网络及主成分分析和BP神经网络相结合的方法,对新疆呼图壁河流域石门水文站2009-2011年各月径流量进行预测,并采用相关系数、确定性系数及均方根误差对各模型预测精度进行比较。结果表明：（1）神经网络等智能算法具有高速寻优的能力,对短时间尺度的月径流量的预测结果较好;（2）主成分回归等常规算法能充分反映出某地区径流的年际的稳定性,对全年径流总量的模拟精度较高;（3）主成分分析和BP神经网络相结合的方法,提高了神经网络的收敛速度,同时降低了局部极值的影响,优于简单的BP神经网络,适用于呼图壁河月径流量预测。     

Intelligent Prediction of Blasting-Induced Ground Vibration Using ANFIS Optimized by GA and PSO

Ground vibration induced by rock blasting is one of the most crucial problems in surface mines and tunneling projects. Hence, accurate prediction of ground vibration is an important prerequisite in the minimization of its environmental impacts. This study proposes hybrid intelligent models to predict ground vibration using adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) optimized by particle swarm optimization (PSO) and genetic algorithms (GAs). To build prediction models using ANFIS, ANFIS–GA, and ANFIS–PSO, a database was established, consisting of 86 data samples gathered from two quarries in Iran. The input parameters of the proposed models were the burden, spacing, stemming, powder factor, maximum charge per delay (MCD), and distance from the blast points, while peak particle velocity (PPV) was considered as the output parameter. Based on the sensitivity analysis results, MCD was found as the most effective parameter of PPV. To check the applicability and efficiency of the proposed models, several traditional performance indices such as determination coefficient (R²) and root-mean-square error (RMSE) were computed. The obtained results showed that the proposed ANFIS–GA and ANFIS–PSO models were capable of statistically predicting ground vibration with excellent levels of accuracy. Compared to the ANFIS, the ANFIS–GA model showed an approximately 61% decrease in RMSE and 10% increase in R². Also, the ANFIS–PSO model showed an approximately 53% decrease in RMSE and 9% increase in R² compared to ANFIS. In other words, the ANFIS performance was optimized with the use of GA and PSO.

     

Processes and mechanisms of multi-collapse of loess roads in seasonally frozen ground regions: A review

Usually, the collapsible loess widely distributed across the world can serve as a type of foundation soil that meets its strength requirement after dense compaction and elimination of collapsibility. However, many problems such as cracks and differential settlement still occur in loess roads in the seasonally frozen ground regions after several years of operation. Many studies have demonstrated that these secondary or multiple collapses primarily result from the repeatedfreezing-thawing, wetting-drying, and salinization-desalinization cycles. Therefore, we conducted a research program to (1) monitor the in-situ ground temperatures and water content in certain loess roads to understand their changes, (2) study the effects of freezing-thawing, wetting-drying, and salinization-desalinization cycles on geotechnical properties and micro-fabrics of compacted loess in the laboratory, and (3) develop mitigative measures and examine their engineered effectiveness, i.e., their thermal insulating and water-proofing effects in field and laboratory tests. Our results and advances are reviewed and some further research needs are proposed. These findings more clearly explain the processes and mechanisms of secondary and multiple collapse of loess roads. We also offer references for furtherstudy of the weakening mechanisms of similar structural soils.     

黄土粒度分维在公路自然区划中的应用探讨

针对当前黄土地区公路自然区划宏观程度高、实际难应用等问题,研究新的区划方案、寻找理想的区划指标意义重大。以分形理论为基础,分析了甘肃黄土粒度分布的分形结构特征。结果显示,黄土具有良好的统计自相似性,其分维值介于2.15~2.705之间;黄土的粒度分维值可定量表征黄土的物理、力学和水理性质及差异,即黄土的粒度分维值越大,其干密度、比表面积、粘聚力、内摩擦角越大,微、小孔隙含量越高,但其平均孔径、孔隙比、湿陷系数和渗透系数越小,其工程地质性质愈稳定;在空间上,黄土粒度分维值存在显著的区域性变化规律,反映了甘肃黄土地区二级公路自然区划的5个二级区的差异。认为黄土粒度分维值可作为公路自然区划的主要指标之一,参与三级区的划分,为公路工程的设计、施工提供科学依据。     

黄土地区土壤重力侵蚀灰色系统模型研究

介绍了黄土丘陵沟壑区土壤区土壤重力侵蚀灰色系统预测模型的构造原理和方法，并用灰色关联度的方法来反映模型的预测值与山西离石王家沟流域重力观测数据之间的关联性，用以分析模型的预测精度。同时反映了土壤重力侵蚀系统的动态变化规律，引入了残差辨识的理论和方法，以提高模型的预报水平。     

基于势能信息熵的黄土小流域地貌演化特征

黄土高原流域地貌系统的地貌演化特征十分复杂,尚有诸多科学问题有待进一步深入研究。以往研究大多集中在流域地貌演化的侵蚀和发育特征等某一方面,缺乏从流域地貌系统及其势能信息熵的视角深入剖析野外多岩土层黄土小流域地貌演化特征的研究。为此,基于系统论的观点和方法,构建多岩土层黄土小流域地貌系统及其势能信息熵的数学模型,并以辛店沟小流域为例,对其地貌演化特征进行研究。结果表明：（1）构建的野外多岩土层黄土小流域地貌系统的概念模型及其势能信息熵的数学模型能够有效对辛店沟小流域进行数值模拟。（2）以黄土侵蚀作用为主的辛店沟小流域从2000—2019年的地貌演化过程是其势能信息熵的熵减过程和黄土地貌不断侵蚀的过程。（3）辛店沟小流域的势能信息熵能较好地反映该小流域的地貌演化阶段和地貌侵蚀过程。     

黄土沟谷特征点簇及其空间结构模型研究

对黄土沟谷形态结构和发育演化起核心控制与标定作用的,是一系列具有自组织结构的特征点集。针对该特征点集,提出黄土沟谷特征点簇的概念,对其组织要素和基本特征进行了分析;研究创建一种采用非结构化、且能够有效表达拓扑结构与空间信息的黄土沟谷特征点簇空间结构模型;对基于DEM数据获取的一个典型黄土小流域沟谷特征点,运用创建的点簇模型建立了具体的黄土沟谷特征点簇;最后,以点簇中的特征点追溯查找为例,验证了所创建的黄土沟谷特征点簇的应用价值。     

地形对黄土高原滑坡的影响

高分辨率地形与影像数据的缺乏已成为研究地表现象、特征与过程的重要瓶颈。低成本无人机设备和摄影测量技术的发展,打开了地学领域获取高分辨率数据的大门,大大提高了地质灾害野外调查与灾害编目的精度与效率。本文通过无人机野外调查和遥感室内目视解译,构建了一个包含307个黄土滑坡属性的数据库。在此基础上,通过数字地形分析和数理统计等方法,总结归纳了黄土滑坡样本数据的分布规律,探讨了地形对黄土滑坡分布的影响,阐述了地形相对高差对最长滑动距离、滑坡周长、滑坡面积的影响,提出了基于传统经验公式拟合的滑坡规模快速预测公式。结果表明：① 滑坡规模—频率分布具有明显的规律性,不同最大长度、最大宽度和周长的黄土滑坡数量分布均呈现正偏态分布,而不同面积的滑坡数量分布则服从幂函数分布;② 地形对黄土滑坡发育控制作用明显,不同地形高差、平均坡度、坡形的斜坡单元滑坡发育数量差异较大;③ 地形相对高差与滑坡的最长滑距、周长和面积的拟合曲线很好地符合幂律分布规律,但不同地形区的拟合效果有所差异,黄土丘陵区拟合效果最好,黄土高原全区次之,黄土台塬区最差;④ 本文建立的黄土滑坡规模快速预测模型,为黄土滑坡灾害调查提供了经验公式支撑。     

灌溉诱发突发性黄土滑坡机理研究

系统揭示黑方台突发性黄土滑坡物理力学机理,对滑坡防治具有重要的作用。自上世纪六十年代年黑方台常年的农业灌溉诱发了大量20~40 m厚的饱和突发性黄土滑坡。本研究在野外调查的基础上,通过分析滑坡的变形破坏特征,针对分布范围广、危害性较大的突发性黄土滑坡,利用室内GDS三轴试验和模型试验,分析研究了饱和黄土的应力应变特性及突发性黄土滑坡的力学机制。三轴试验结果表明,当围压小于300 kPa时,饱和黄土可产生完全液化,并处于流塑状态;当围压大于300 kPa时,饱和黄土仅产生部分液化,仍具有一定的抗剪强度。饱和黄土的应力—应变模式均表现为强烈的应变软化—剪缩型,并具有一定的稳态特性。模型试验表明突发性黄土滑坡的变形破坏过程可大致分为底部浸水饱和—毛细水上升—持续蠕动变形—突发性破坏4个阶段。斜坡发生突发性破坏时,孔隙水压力激增,但总应力仍大于孔隙水压力,黄土滑坡发生部分液化,饱和黄土仍具有一定的强度,为突发性黄土滑坡发生提供了应力和能量积累的力学条件。研究从有效应力原理的角度阐述了突发性黄土滑坡的力学机理,可以为滑坡的防治治理提供一定的理论依据。