基于人工神经网络的地裂缝危险性评价系统

现代地裂缝在世界许多国家普遍存在, 已成为当今世界范围的主要地质灾害之一。利用地理信息系统 (GIS)与人工神经网络 (ANN)耦合技术建立了地裂缝灾情非线性模拟评价系统。作者在分析地裂缝灾害成因的基础上, 利用地理信息系统 (GIS)的空间分析功能, 建立了构造、地下水开采、地层和地貌 4个地学信息专题层图; 采用人工神经网络 (ANN)这一以工程技术手段模拟人脑神经网络的结构和功能特征的技术系统, 建立了地裂缝灾害危险性非线性模拟评价模型, 开发研制了危险性评价系统, 进而对榆次地裂缝灾害危险性进行了非线性模拟评价, 将研究区按危险性系数进行了分区, 为榆次城建、环保和国土规划等部门的正确决策提供了重要的科学依据。      

层叠法在临汾市区地裂缝灾害预报中的应用

在介绍山西临汾市区地裂缝灾害的影响因素的基础上，提出了层叠法理论，并根据权重进行叠加，取得了比较满意的效果。指出层叠法理论是解决山西临汾地裂缝灾害预测的一种简单可行的方法，而且该方法可以和地理信息系统（ＧＩＳ）技术接轨     

山西榆次地裂缝几何形态研究

以非线性思想研究了榆次地区地裂缝和构造、地貌、地震的几何形态特征，计算了它们的分维值。发现地裂缝与断层的分维值非常接近，而且地裂缝分维值小于断层分维值，说明地裂缝形态和断层形态相似，同属于剪切走滑性质，但地裂缝的复杂程度和活动性都小于断层。总结榆次地区断层、地裂缝、地震和地貌分维值的关系，可知当地的地裂缝、地貌形态和地震活动都受到断层活动的控制。     

北京宋庄地裂缝灾害特征及影响因素分析

近年来由于北京市平原区地裂缝灾害凸显,不仅加速地表水土流失,而且对灾害区基础设施建设造成严重影响。为分析地裂缝形成原因,缓解及减轻地裂缝灾害造成的经济、财产损失,本文以新发现的宋庄地裂缝作为靶区,通过地质调查、InSAR监测、槽探、钻探等方法,揭示了宋庄地裂缝空间发育特征,从地质构造、地层岩性、地面沉降等方面,深入分析成因。结果显示:（1）宋庄地裂缝影响长度达8.7 km,NEE向延伸,受灾体主要展现出拉张形变;（2）区域拉张应力场为宋庄地裂缝形成提供内动力条件,构造影响下的第四系沉积厚度差异及地层岩性不均一,为宋庄地裂缝形成提供重要地质背景;（3）南苑-通县断裂为宋庄地裂缝形成提供了应力积累和传递媒介;（4）地下水超采引发的土体水平、垂向变形是地裂缝形成的诱发条件。受基底伸展变形、隐伏断裂及地下水开采影响,土体发生水平及垂向变形,使得在非饱和带断层区附近形成拉应力集中区,当达到土体抗拉强度时,形成盲裂缝,在雨水侵蚀或潜水位回升作用下,扩展至地表形成裂缝及串珠状土洞。     

地层条件与地裂缝之间的关系研究——以山西省临汾市区为例

在分析山西省临汾市地层条件的基础上,详尽地研究了地层条件与地裂缝灾害之间的相互关系。利用地理信息系统（ＧＩＳ）技术和ＡＨＰ自动确定权重系数技术,确定出地层对地裂缝灾害的影响为２０．１％,结果表明地层条件对地裂缝灾害的影响是不可忽视。     

北京平原区地裂缝受灾体形态特征及影响因素

在调查和监测中发现北京平原区地裂缝受灾体灾害表现形式不同,具有显著的区域特点。为揭示其形成过程,指导地裂缝防治工作,本文以宋庄地裂缝、高丽营地裂缝两处典型地裂缝作为靶区,从受灾体、剖面、深度、活动四方面揭示两处地裂缝形态特征,分析不同因素对二者差异化形态特征塑造的影响。结果显示:（1）宋庄地裂缝受灾体表现出明显的拉张变形,剖面上地裂缝上宽下窄铅直纵向延伸,深部未与隐伏断裂重接复合;高丽营地裂缝受灾体表现为显著的垂向错动及剪切破坏,剖面上地裂缝曲折纵向延伸,错开上下两盘地层,深部与隐伏断裂重接复合。（2）地震及区域应力场对两处地裂缝的水平形态特征进行塑造;地下水超采引发的土体差异性水平运动形成的拉应力作用于宋庄地裂缝,并对宋庄地裂缝形态进行再次塑造;高丽营地裂缝继承了黄庄—高丽营断裂形态特征;小区域差异沉降对垂向形态特征进行再次塑造。（3）宋庄地裂缝发育主要受地下水开采影响,对此类地裂缝防治应实施地下水减采、压采限采等方式,高丽营地裂缝发育受地下水开采及隐伏断裂双重影响。对此类地裂缝的防治除控制水位下降外,还需实时监测隐伏断裂活动情况,建立有效的预警预报体系。     

灰色关联度分析法在北京通州区地裂缝灾害危险性评价中的应用

地裂缝是地质灾害中的地面变形灾害之一,是直接或间接地恶化环境、降低环境质量、危害人类和生物圈发展的地质事件。本文介绍了利用灰色关联度分析法对地裂缝灾害危险性进行评价,并系统阐述了灰色关联度分析法的评价方法与模型,旨在为城市规划和防灾减灾提供科学依据。文中以北京市通州区为例,对北京市通州区地裂缝现状进行了说明并对其进行了成因分析,选取了灾害发育强度、地质条件和水文地质条件三项因子共六个评价指标,然后对评价指标进行权重计算评定地裂缝的危险性等级,并绘制区划图。根据区划的结果,划分地裂缝中度易发区、轻度易发区、微度易发区以及非易发区。     

地裂缝灾害研究现状与展望

1927年美国首先发现地裂缝以来，各国学者对地裂缝的发生、发展进行了细致的研究。美国学者首先从地震研究入手，认为地裂缝的形成受构造因素影响。后逐渐加强研究地下水超采对地裂缝的影响，形成了构造与地下水开采复合成因观点。我国学者重点对汾渭地堑地裂缝成因问题进行了较系统的研究，提出几种成因机理模型，并用GIS技术建立简单的预测预报系统。文章在详细介绍国内、外对地裂缝成因机理和水文特性的研究以及预测、预报工作的同时，对今后研究趋势进行了展望。目前，地裂缝的研究正从以往的定性静态描述转向以过程为目标的精确定量动力学研究。利用相似材料模拟地裂缝的形成与发展，以非线性理论（如分形）对地裂缝系统进行定量的数学描述，建立准确的预测、预报模型（如人工神经网络模型），并与GIS相结合，建立完善的预测、预报系统，减少地裂缝灾害对环境的影响，进而对它加以利用，是今后地裂缝研究的主要方向。     

西安地铁四号线沿线地裂缝的灾害分析与对策研究

西安地裂缝是一种地区性的地质灾害现象。目前西安共发育有14条地裂缝。地铁四号线将穿越13条,给隧道施工造成了诸多考验。文章选取西安市地铁四号线沿线的地裂缝灾害作为研究对象。探讨了地裂缝对隧道工程的影响因素和致灾特点、以及相关的评估理论方法。最后针对地裂缝灾害特征以及工程特点提出若干防治措施,对于科学研究地裂缝的灾害特点、合理防治地裂缝的灾害发生具有一定的指导意义。     

犹他州Iron县Escalante沙漠南部Escalante山谷地裂缝的成因与范围

犹他州地质调查局对犹他州西南部Escalante山谷内的5个地裂缝进行了勘查。2005年1月8—12日，在Escalante山谷突降一场强冬季暴风雪（可引起洪水）后，Escalant山谷内出现了地裂缝。洪水的渗透和层状冲刷（或片冲作用）扩大了地裂缝的范围。这些地裂缝长约100米（330英尺）至400米（1300公尺），而且在Beryl Junction地区中部形成了一个不连续的长9千米的裂缝带（一般向北部延伸）。在某些位置，洪水侵蚀了裂缝并形成宽3米、深2米的冲沟。据当地居民描述，在洪水泛滥期间，洪水源源不断地流入地裂缝（持续时间1天或几天），并在地裂缝上部形成旋涡。布格重力数据显示，Escalante山谷是一个沉积物充填的盆地（以下简称充填盆地），其最深位置正好位于Beryl Junetion东部。Escalante山谷也是一个农业耕作区，自20世纪20年代起开始从充填盆地含水层抽取地下水。监测结果表明，自从20世纪40年代以来，Escalante山谷的地下水位开始稳定下降。近年来，由于干旱，Escalante山谷地下水位的下降速率不断增加。Beryl Junction南部地区地下水位的下降速率最大。调查结果显示，地裂缝的物理特性类似于在其他西部地区（由地下水开采和水位下降引起）形成的裂缝。这些地裂缝长与宽的比值（长宽比）较大，且大多数地裂缝是线性结构，可以在多种地层中出现并能够延伸相当大的距离。基于流入地裂缝的洪水总量，地裂缝的深度能够延伸至更大范围（甚至达到地下水位）。沉积层（含粘土）范围内的能够产生不同裂纹特征的地裂缝（例如干缩裂缝、水压实或地表断层）的其他可能的成因是震级较大的地震（大于6．5级）。此外，对Escalante山谷地面进行的高分辨率GPS勘查结果显示，在1941年-1972年期间，Beryl Junction中部地区的地面局部下沉4英尺（1．2米），在该地区（Beryl Junction中部地区）地下水位的下降速率最大。基于现有的数据得出，Escalante山谷地裂缝形成的域合理的解释是地下水开采。地下水开采能够引起地下水位明显下降、Escalante山谷含水层细粒单元永久的压实，以及Beryl Junction附近地区的地面沉降。经推断得出，Escalante山谷内的地裂缝是Esealante山谷西部不同含水层压实的差异引起的Escalante山谷内含水层（存在水平张力）的表面下沉。为了更好地了解其他地裂缝的成因和未来可能的范围，建议进行以下研究：（1）干涉雷达法确定Escalante山谷的地面沉降；（2）对Escalante山谷进行更详细地地质和水文地质勘查，来确定其与地裂缝形成之间的关系：（3）对其他地裂缝进行勘查和（4）对山谷内水井套管和井口变形进行全面分析。     

A nonlinear modeling and forecasting system of earth fractures based on coupling of artificial neural network and geographical information system—exemplified by earth fractures in Yuci City,Shanxi, China

Earth fracturing or fissuring is a natural phenomenon and a major geohazard in many countries. The factors that cause the earth to fracture were analyzed in Yuci City, in Shanxi Province of China using the geographical information system (GIS). A nonlinear simulation and assessment model of earth fracturing was established using the artificial neural network (ANN) technology to simulate the structure and function of the neural network (NN) of the human brain with engineering technology. The developed nonlinear modeling and forecasting system was used to assess and forecast the earth fracture hazard in Yuci City. The results of this study provided useful and essential information for scientific policy-making in the areas of city planning, environmental protection, and land development.     

苏锡常地裂缝危险性分区

地裂缝作为苏锡常地区的一种地质灾害对该区的发展造成了严重危害。由于地裂缝孕育过程的非线性以及各影响因素作用关系的复杂性,使得难以用线性方法进行地裂缝危险性分区。在分析地裂缝发生的主要影响因素--古基岩面的起伏差异、第四纪沉积结构差异、地面沉降的不均一性和地下水的超采的基础上,将该4个因素的6项量化指标--基岩埋深、基岩起伏度、地下水位、地面沉降梯度、含水层导水系数以及粘性土层厚度作为输入量,采用遗传人工神经网络算法,建立了苏锡常地区地裂缝危险性分区模型。结果表明,苏锡常地区地裂缝危险区主要分布在常州东部、无锡中部和江阴南部地段,安全区主要分布在张家港的东北部、常熟市的东部、常州市的北部和西南部,较危险区和次安全区为危险区和安全区的过渡区。     

临汾盆地果场地裂缝成因机理分析

地裂缝是临汾盆地主要的地质灾害之一, 自20世纪70年代盆地开始出现地裂缝以来, 至2012年8月共发现86条地裂缝。本文以临汾盆地内部典型地裂缝临汾果场地裂缝为研究对象, 详细地论述了地裂缝发育的地质环境背景。利用野外调查、测量、槽探、钻探和物理勘探等地质手段, 主要研究了地裂缝的发育特征, 包括平面特征、灾害特征、浅部剖面结构特征和深部特征4个方面, 总结了地裂缝的活动规律。发现果场地裂缝平面延伸长, 宽度大, 走向稳定, 灾害严重; 浅表层上宽下窄, 呈喇叭状, 深部结构显示地裂缝下伏隐伏断层, 地裂缝活动受降雨控制。通过分析影响地裂缝形成的各个因素:盆地构造、超采地下水和强降雨, 将果场地裂缝的形成分为3个阶段:孕育阶段、出露阶段和扩展阶段; 最后概化了果场地裂缝的成因机理:构造孕缝、抽水诱缝和降雨扩缝。     

地裂缝灾害发生机理与“三图法”评价方法研究——以山西榆次地裂缝研究为例

地质灾害定量评价是实施防灾、减灾工作的基础依据。本文在采用室内相似材料物理仿真模拟试验和非线性分形几何特征分析基础上,论述了榆次地裂缝的形成机理和基本发育特征与规律。并且,应用现代先进的地理信息系统(GIS)与非线性人工神经网络(ANN)耦合评价理论和方法,定量研究地质灾害形成的自然属性,对灾害危险性进行评价分区(第一图);然后,根据承灾体分布特征和当地社会、经济、环境和城市建设发展状况,应用地理信息系统与层次分析法(AHP)耦合理论与方法,定量研究地质灾害发生的社会属性,对承灾体易损性进行评价分区(第二图);综合地质灾害的自然和社会属性,应用地理信息系统技术,根据多源地学信息复合原理,对地质灾害危险性分区图与易损性分区图实施复合叠加,确定出地质灾害危害性评价分区图(第三图)。文章最后总结提出了地质灾害定量评价的“三图法”基本理论和方法。     

东非肯尼亚裂谷活动断层型地裂缝变形特征与机理研究

2018年雨季期间,东非裂谷肯尼亚段地表突然出现一条7~8 km长的巨大地裂缝,该裂缝直接导致连接肯尼亚东西区域的主干道B3公路的毁坏(以下称为B3地裂缝),而作为我国“一带一路”倡议的重点项目“内罗毕至马拉巴标准轨铁路”仅距离该裂缝几公里,科学解释地裂缝的形成机理是铁路工程设施安全运营的重要保障。本文对该地裂缝的空间展布和形成机理进行研究,利用遥感影像详细解译了地裂缝空间位置,通过无人机航拍测绘建立了裂缝带高分辨率数值高程模型,在此基础上详细测量了地裂缝两侧地表垂向位移、地裂缝宽度和深度等指标。通过野外调查发现地裂缝发育在裂谷东边界F₄活动断层之上,其空间位置受F₄断层控制,地裂缝垂向剖面显示全新世沉积物有明显断错,且有多条破裂结构面贯穿其中:地裂缝下部火山碎屑岩层有明显拉张裂隙,这成为雨季期间地表水垂向下渗的通道,使浅表部松散沉积物向下运移。同时,裂谷区发育的南北向断层系统是雨季期间地下水横向流动的主要通道,这些过程导致地下水径流在雨季期间会不断潜蚀下部的土层,致使地表物质不断向下搬运,从而造成地表大规模开裂和塌陷,形成裂谷区受活动断层空间分布控制的构造型地裂缝。     

地下水超采引起的地裂缝灾害的研究进展

近几十年来,国内外学者对地下水开采引起的地裂缝问题进行了大量的研究,取得了许多丰硕的科研成果。总体来说,在地裂缝的成因机制方面学界尚未形成一个统一的观点;在地裂缝数值模拟方面,由仅考虑土体一维垂向变形发展到同时考虑土体垂向和水平向变形、地下水流模型和土体变形模型由不耦合发展到流固耦合,对开采地下水条件下土体变形的本构关系由弹性发展到弹塑性、粘弹塑性,特别是在地裂缝形成的判别准则方面由过去的定性判别发展到半定量判别。由于地裂缝问题本身的复杂性,目前的研究还远不够成熟,仍有许多问题需要解决。     

河北邢台柏乡地裂缝成因分析

通过地球物理勘探和地下水动态研究,认为柏乡地裂缝主要是过量开采地下水引起的。过量开采地下水导致了该地区大面积的地面沉降,地层的差异沉降诱发了地裂缝;大量降水造成表层土软化,有些表层土随雨水流入下面的裂缝中,使地裂缝显现出来。     

临潼—长安断裂带内地裂缝特征

简述了临潼—长安断裂带的特征及与地裂缝的关系,根据临潼—长安断裂带内两场地地层勘探剖面,证实了临潼—长安断裂带内地裂缝的存在,表明其与发育在临潼—长安断裂带上盘的西安地裂缝具有相同的性质和特征。同时通过地裂缝两侧地层的错断及厚度变化分析了地裂缝的特点及其地质历史活动规律,表明临潼—长安断裂带内的地裂缝活动受断裂活动影响也表现为东强西弱的特征。