地基沉降预测模型和方法研究

地基沉降预测是岩土体稳定性研究的一项重要任务。基于邓英尔和Gompertz等已有预测模型的特点,提出一种新的地基沉降预测模型——邓英尔-Gompertz曲线模型,并提出了求解此类模型的新方法——规划求解法,解决多变量非线性方程的极值问题;同时探讨了测量点数目及其所处阶段对预测精度的影响,即:测量点越多预测效果越好。测量点处于发生阶段时预测结果一般偏小;测量点达到发展阶段时预测结果一般偏大;测量点达到成熟阶段时预测结果与预测模型、工程沉降特点有关;测量点达到极限阶段时预测结果符合实际情况。实例分析结果表明:与邓英尔、Gompertz等模型相比,新模型预测的结果更准确。      

基于最优加权组合模型及高斯－牛顿法的滑坡变形预测研究

在对最优加权组合理论和高斯－牛顿法优化非线性模型参数的方法研究的基础上,依托于洒勒山滑坡的实际变形监测资料,建立了该滑坡变形预测的3个非线性预测模型:指数模型、Verhulst模型和灰色GM（1,1）模型;利用最优加权组合理论建立了洒勒山滑坡的最优加权组合预测模型,并运用高斯－牛顿法对各单一模型和组合模型的参数进行了优化。通过对比分析得出:组合模型的预测精度高于任何单一模型的预测精度;参数优化后各单一模型的预测精度都有不同程度的提高;参数优化后的组合模型预测精度是最高的。因此,综合运用最优组合理论和高斯－牛顿法处理滑坡预测预报模型,是提高滑坡预测预报精度的行之有效的方法。     

Xu-White模型预测横波速度的不确定因素分析

自Xu和White (1995)建立了泥质砂岩的有效介质模型(Xu-White模型)后,很多地球物理学者用此模型或改进的模型进行岩石横波速度的预测,但至今很少有人对Xu-White模型预测过程中的不确定因素进行详细总结。介绍了Xu-White模型及其预测流程;对预测过程中的不确定因素进行了分析,指出在使用中可以根据实际地质情况合理的取舍参数,从而能更有效地进行纵横波速度预测。      

软基沉降的经验曲线非线性回归分析预测方法研究

将经验曲线波形非线性回归分析应用于广肇高速公路的软基沉降量预测中,分别采用双曲线模型、指数曲线模型和星野法模型对同一段软基的沉降进行了预测,结果表明:①3种模型的短期沉降预测能力均较好,且以星野法模型与实际最贴近;②双曲线模型与星野法模型预测的最终沉降量相近,而指数曲线模型预测的最终沉降量偏小.     

ARMA模型在锚碇基坑变形预测中的应用

本文在详细介绍时间序列预测原理、基本模型及预测步骤的基础上,选取新田长江大桥锚碇基坑工程施工过程中的基坑位移和危岩裂缝变形实测数据,运用时间序列法建立自回归滑动平均模型(ARMA),对施工过程中的基坑位移和危岩裂缝变形趋势进行预测,并将模型预测数据与实际监测数据进行对比。结果表明:ARMA模型可以通过差分算法很好地解决数据不稳定性问题,在预测周期较短时预测精度较高;随着预测周期的增加,ARMA模型的预测精度有所降低,其原因是由于随着预报步长的增加,预报所依赖的历史数据在减少;在建立ARMA模型时,定期加入新的数据,可以避免预测周期过长导致预测精度降低。本文的研究成果可以为今后类似工程的监测预报研究参考依据。     

滑坡灾害预测模型对比分析

滑坡灾害预测研究,自80年代以来取得了长足进展,无论是空间预测、时间预测、还是时空预测,均已进入多种半定量-定量预测模型共存,确定性模型、统计模型和灰色模型共同发展的阶段。      

含矿地质体体积法在江西德兴地区铜矿资源潜力评价中的应用

含矿地质体体积法是基于矿床模型综合地质信息预测技术基础之上的一种预测资源量估算方法,其核心算法是：预测资源量＝最小预测区面积×延深×含矿地质体面积参数×相似系数×模型区含矿系数。该方法显著的优越之处在于引用大比例尺精度的典型矿床及其深部和外围的预测资源量作为中等比例尺精度的模型区资源总量,从而极大地提高了模型区含矿系数的准确性,能够使预测结果明显趋于合理可靠。以江西德兴地区铜矿资源潜力评价为例,系统阐述了含矿地质体体积法的应用过程,预测2 000 m以浅铜矿潜在资源量767.11 万t。     

沉降预测的非等步长灰色时变参数模型

根据灰色系统理论的信息处理原则,在灰色模型中引入时变参数,建立了沉降预测的非等步长灰色时变参数模型。模型充分考虑了预测系统的时变性和灰色性,在求解过程中,引入遗忘因子以修正预测结果,并根据后验方差比C确定遗忘因子λ的最优值,以提高预测精度。沉降预测实例表明：沉降预测的非等步长灰色时变参数模型具有较强的适用性,可降低沉降量的预测误差和提高沉降的预测精度。     

基于斜率模型的突发型黄土滑坡失稳时间预测

突发型黄土滑坡灾前变形量小,加速阶段历时短,预警预报难度大。为探究该类滑坡失稳时间预测的新途径,降低滑坡造成的经济损失和人员伤亡,以2019年甘肃黑方台地区发生的4起滑坡为研究对象,基于改进的切线角模型确定滑坡变形阶段,提出以改进切线角为指标的简化累计计算方法;采用斜率模型（SLO模型）从滑坡各变形阶段起算进行失稳时间预测,从速度倒数变化趋势、滑坡成灾模式等方面分析预测结果差异。研究发现:（1）斜率模型在突发型黄土滑坡失稳时间预测方面具有一定的可行性,从80°切线角起算得到的预测精度最高;（2）以切线角为划分指标进行简化累计计算能降低数据波动对预测结果的影响,反映预测寿命变化趋势,提高预测精度;（3）速度倒数变化趋势呈“凹”型时提前预测概率大,速度倒数变化趋势呈“凸”型时滞后预测概率大,速度倒数变化趋势呈线性时模型预测精度较高;（4）该模型在黄土滑移崩塌型滑坡中的预测效果要优于静态液化型滑坡。     

黄土高填方场地工后沉降预测模型性能评估方法

工后沉降预测结果是黄土高填方场地变形稳定性评价和建筑物规划布局的重要参考依据。为遴选适合黄土高填方场地的工后沉降预测模型,基于某典型黄土高填方工程的实测沉降数据,分析了工后沉降曲线的变化规律和发展趋势,建立了17种回归参数模型,提出了模型预测效果的评价指标和方法。结果表明：（1）该工程填方区工后沉降历时曲线呈“缓变型”变化,土方填筑完工初期无陡增段,随时间增加沉降速率逐步降低,尚未出现沉降趋于稳定的水平段;（2）将外推预测误差、内拟合误差和后验误差比最小化作为综合控制目标,可遴选出理想的回归参数模型;（3）MMF模型（Ⅱ型）和双曲线模型具有较高的预测精度、较好的稳定性和较强的适应性,在17种模型中的预测效果最佳;（4）沉降数据的变化越平稳,模型预测效果越好;（5）增大建模数据的时间跨度,会提升预测精度,但增大至一定值后,预测精度提升效果不再显著。     

基于ABC法下改进SVR模型的南疆冰川河流年径流预测

为提高传统SVR模型的求解精度和收敛速度,对其循环求解过程利用人工蜂群算法的自适应度因子优化改进,并以新疆冰川河流为例,验证改进SVR模型的可行性与预测精度。结果显示:改进的SVR模型在AIC计算准则下获得的计算值能够达到最小,相对于传统模型其参数结果更加合理;在南疆冰川河流年径流预测过程中改进的模型可提高年相关系数0. 26,降低预测误差均值17. 2%,能够明显提高年径流预测精度;对于冰川河流未来年径流预测建立的自回归方程具有较强的适用性与科学性,为南疆地区其他类似河流的径流预测和水文变化规律分析提供参考。     

基坑变形的灰色-时序动态预报方法

基坑变形是一个动态的相互依存的过程。在基坑开挖与施工过程中,可用灰色理论GM(1,1)与时间序列AR组合模型预测其变形发展。灰色模型预测发展趋势,时间序列预测其随机部分。根据某时间序列变形观测值分别建立灰色与时间序列预测模型,并随着新数据的加入适时修改模型参数。工程实例研究表明:用组合模型预测变形值,其误差大多数情况下小于5%;在数据较少或变形数据变化较大时,组合模型预测值明显优于单一模型预测值。但在数据较多且变化平稳时,用单一的灰色模型与灰色时间序列组合模型预测误差相差不大。预测步数越多,则预测精度越低。     

基于最小二乘支持向量机的黄土湿陷性预测挖掘

运用数据挖掘技术进行了黄土湿陷性的预测挖掘,挖掘模型采用最小二乘支持向量机。建模过程中用主成份分析法进行数据的预处理,以剔除指标间的相关性,消除多指标信息冗余对挖掘模型的影响,并引入粒子群优化算法进行模型反演分析,确定最优参数。针对实际工程数据进行的预测挖掘表明：黄土的电阻率、剪切波速与土的结构特性、含水率、密度等指标密切相关,可较为全面地反映影响黄土湿陷性的因素;以电阻率、剪切波速及土层埋深作为模型的预测变量就可定量预测黄土的湿陷性;用所建模型和预测变量来预测黄土的湿陷性是可行的。     

基于BMA多模型组合的疏勒河径流预测研究

准确可靠的径流预测对于水资源的科学管理与规划具有重要意义,特别是在水资源紧缺的干旱半干旱地区,径流预测对流域内水资源高效利用与水利工程经济运行具有重要现实意义。针对径流预测通常采用单一方法进行建模与预测,难以利用各预测模型优势的问题,本文利用极限学习机（ELM）模型、支持向量机（SVM）模型、多元自适应回归样条（MARS）等机器学习方法建立了疏勒河上游未来1~7日的径流预测模型。在此基础上,运用贝叶斯模型平均（BMA）方法对ELM、SVM、MARS模型的预测结果进行组合,构建了径流组合预测模型,以获取更可靠的预测结果,并采用蒙特卡洛抽样方法获取BMA的95%置信区间,对预测结果进行了不确定性分析。结果表明：ELM、SVM、MARS模型以及BMA组合模型均适用于干旱半干旱地区的中长期日径流预测;BMA的预测精度较单一模型更高,能够提供更准确的预测值;BMA的95%置信区间对实测值覆盖率高,同时能够提供较好的确定性预测和概率预测结果。表明BMA在资料有限的条件下,表现出较单一模型更高的预测性能,可以成为干旱半干旱地区中长期日径流预测的有效方法。     

矿井涌水量的灰色预测

针对矿井涌水量研究中存在的问题,提出并论述了灰色预测理论应用于矿井涌水量预测的可行性和必要性,通过对井陉矿区的预测实践,建立了相应的 GM（1,1）模型,给出了提高灰色模型预测精度的方法。      

基于改进遗传算法的Holt-Winters模型在采空沉陷预测中的应用

针对遗传算法存在的缺陷,提出了用小生境方法改进遗传算法。为了提高采空沉陷预测精度,借助Holt-Winters模型的预测功能,应用改进遗传算法求解和优化Holt-Winters模型组合参数,形成了改进遗传算法-Holt-Winters模型组合算法。将组合算法应用于长平高速公路采空区路段沉陷预测,计算表明：改进遗传算法弥补了传统遗传算法易早熟、局部寻优能力弱的缺陷;改进遗传算法-Holt-Winters模型组合算法克服了按梯度试算法搜索质量差和精度不高的缺点,输出稳定性好,预测结果相对误差在2%以内,预测精度显著提高;在采空沉陷中长期预测的相对误差小于0.79%,该算法可用于中长期采空沉陷预测。     

基于支持向量机的水库诱发地震分析

将诱发水库地震的主要因素（岩性、岩体完整性、断层性质、库区区域应力状态、库区地震活动背景）划分为11个因子,并进行定量化;再根据每个样本到所属类内超平面的距离计算每个样本点的模糊因子,确定其对分类超平面影响大小;然后建立水库地震的支持向量机（SVM）和模糊支持向量机（FSVM）模型,并应用于水库诱发地震等级预测。实例分析表明,两种模型均可用于水库诱发地震等级预测,具有预测精度较高、考虑因素全面的特点,相比之下SVM模型预测结果略优于FSVM模型。另外,在应用SVM和FSVM进行分类时,如果样本离散性较高,则SVM模型优于FSVM模型;相反,如果样本离散性较低,则FSVM模型优于SVM模型。     

软土路基沉降实时建模动态预测

在路基填筑施工过程中,用多项式与时间序列AR组合模型预测其沉降变形发展。根据沉降观测值,采用统计分析方法识别和建立多项式预测模型,预测在某时期沉降趋势值;用平稳时间序列分析方法建立随机部分模型,并预测沉降随机部分值,二者之和即为某时期沉降预测值。随着新观测数据的不断加入,及时修改预测模型参数值,达到实时预测之目的。工程实例研究表明：组合模型预测值明显优于单一趋势模型预测值。组合模型一步预测误差绝对值大多数情况下小于5 mm。预测步数越多,预测误差则越大。     

基于数据包络分析的统计预测模型有效性评价

统计预测模型是进行中长期水文预报的主要手段之一,在统计预测模型建模过程中面临的一个重要问题是如何从诸多待选模型中挑选出一个预测投入较低、预测精度较高的模型。针对这一多属性综合评价问题,提出了利用数据包络分析中的CCR模型进行水文统计预测模型综合评价的方法。模型的输入指标包括预测因子指标和模型参数指标,输出指标为模型精度评价指标,评价结果为模型的相对效率。作为典型案例,对参考作物腾发量预测的20个径向基函数网络模型的有效性进行了评价,结果表明该评价方法是可行的。模型中预测旬参考作物腾发量的关键因子是最高、最低温度,其次是风速,再次是日照时数;将预测时段所属的旬序号作为网络输入可显著提高模型预测精度和相对效率。     

基于支持向量机的膨胀土胀缩等级预测

膨胀土的胀缩等级判定对膨胀土地区工程建设具有重要的意义。为此,本文提出了一种基于支持向量回归机（SVR）模型的膨胀土胀缩等级预测方法。基于肯尼亚“蒙内铁路”沿线膨胀土的土工试验数据,以土体自由膨胀率作为预测目标,构建了包含两种不同预测指标体系的膨胀土胀缩等级预测模型。模型I以液限、塑限、塑性指数、3种不同粒径的颗粒含量（< 0.075、0.075～0.25、0.25～0.5）、土的类型为输入参数,模型II以液限、塑限、塑性指数、粒径< 0.075的颗粒含量、土的类型为预测参数。两个模型在预测时采用Linear、Polynomial、RBF和Sigmoid核函数进行训练。结果表明:（1）当预测采样次数达到1000次时,训练模型均趋于稳定;（2）整体而言,模型I的预测精度要优于模型II,模型I中采用RBF核函数建立的模型给出了最高准确率86.6%,其次为Linear核函数（准确率82.9%）和Sigmoid和函数（准确率75.1%）。模型II中采用RBF核函数建立的模型给出了最高准确率77.4%,其次为Linear核函数（准确率74.3%）和Sigmoid和函数（准确率72.9%）;（3）采用Linear函数、Sigmoid函数和RBF函数作为核函数模型对44组未知胀缩等级的土样预测时,模型I中三者预测结果相同的数量占比为73%,其余组土样的预测胀缩等级相同或相邻,不存在“越级”现象,模型II中三者预测结果相同的数量占比为68%,不存在“越级”现象。最后,通过与模糊层次分析法评价结果对比,进一步证明了本文研究结果可为肯尼亚等类似地区工程建设中膨胀土的胀缩等级预测和处理提供依据。