滑坡位移的多模态支持向量机模型预测

将支持向量机（support vector machine,SVM）方法与信号分析中的经验模态分解（empirical mode decomposition, EMD）方法相匹配,提出了一种通过多模态支持向量机函数回归分析建模预测滑坡位移的理论方法。以边坡位移历史观测数据为基础,应用EMD方法获得滑坡形成过程中位移演化的几个特征时间模态,构成了多模态信息统计学习样本,确定了边坡位移演化的自适应多尺度变化信息。对应于每个经验模态的位移变化信息,引入了多模态SVM建模方法,然后合成不同经验模态下边坡位移的计算结果,得到滑坡位移的预测值。以卧龙寺新滑坡和新滩滑坡的监测数据为基础的理论预测结果表明,与采用遗传算法的神经网络方法的预测结果相比,支持向量机经验模态方法具有更强的预测能力,理论预测结果与实际监测值具有很好的一致性     

基于小波变换的郑州降雨量与太阳黑子活动关系分析

为探究太阳黑子活动与地区降雨量的关联性,采用连续小波变换方法,分析了1980年以来郑州地区(新郑站点)降雨量和太阳黑子数的数据变化,并对不同时段两者的相关性进行研究;进一步对两者进行交叉小波变换和小波相干谱分析,并根据两者关系通过太阳黑子数观测值对降雨量进行预测。结果表明：(1)不同时段降雨量和太阳黑子数的相关性存在正负差异的现象。降雨量的第一主周期尺度是21 a,在此主周期尺度下得到14 a主周期;太阳黑子数的第一主周期尺度是16 a,在此主周期尺度下得到11 a主周期(与经验值相符)。降雨量与太阳黑子数的主周期相差了3 a,因此导致两者的相关性在不同时段存在正负差异。(2)降雨量与太阳黑子数在1992—2008年的8～12 a时间尺度上关联性显著,且降雨量比太阳黑子数存在规律性的时间滞后,两者在2～4 a和7～10 a的时间尺度上关联性较好;降雨量比太阳黑子数分别在1991—2004年和2006—2013年这两个时间段上呈现规律性的滞后,两者在其他时间段的各时间尺度上关联性不明显。(3)根据延迟年数经验公式,由太阳黑子数观测值对降雨量进行预测,最近的降雨量峰年在2022年附近,与2...     

测井多尺度分析方法用于层序地层划分研究

测井数据包含了丰富的地质信息,是研究地层多尺度沉积旋回的主要资料.本文阐述了小波变换及多尺度分析方法,探讨了测井多尺度分析方法在层序地层划分中的应用.以东营凹陷某井为例,选取Morlet小波基函数对GR测井曲线进行连续小波变换,将测井信号与深度的关系转换为与深度和尺度域的变化关系.通过研究多种伸缩尺度下小波系数曲线表现出的周期性振荡特征,并结合不同测井曲线多尺度分解后的高频信号特征,划分出各级层序界面,与传统方法所划分的界面基本一致.     

顺层岩质边坡静力开挖物理模拟试验研究

利用大型室内模型试验,开展了含软弱夹层顺层岩质边坡的静力开挖试验,试验结果表明:随着开挖角度的增大,边坡完成开挖卸荷松弛的时间大幅缩短。开挖角度为47°时,边坡位移稳定时间为214.56 h;开挖角度为60°和72°时,边坡位移稳定时间缩减为107.28 h。随着开挖角度增大,坡面位移稳定值逐渐增大,且位移稳定值随着高程的增加而增大。通过布设于坡体内部的位移传感器可以获得边坡在开挖过程中坡内及坡面的位移场,分析不同高程水平参考线处坡体位移分布曲线,并结合位移限制值可以得到边坡开挖位移松弛区范围。通过试验研究发现,含软弱夹层顺层岩质边坡开挖松弛区范围随着开挖角度的增大不断向坡脚和坡顶延伸,开挖松弛区范围增大。     

内蒙古阴山北麓农牧交错带风蚀气候侵蚀力特征

为了解内蒙古阴山北麓农牧交错带的风蚀气候侵蚀力变化特征及规律,在收集多年风速、降水、气温、相对湿度和沙尘暴气象站观测数据的基础上,计算了典型区域风蚀气候侵蚀力。引入MHF小波函数,对该时间序列进行小波分析,揭示了区域风蚀气候侵蚀力变化的多时间尺度的复杂结构,分析了其在不同时间尺度下的周期性和突变诊断点。结合沙尘暴发生日数的观测资料,进一步分析风蚀气候指数与沙尘暴发生日数的尺度变化关系。研究表明:内蒙古阴山北麓农牧交错带风蚀气候侵蚀力具有明显的阶段性特征,以16 a的周期振动最强;在整个时间域上,区域风蚀气候侵蚀因子与沙尘暴日数的变化具有较好的对应关系,即风蚀气候指数偏大期对应沙尘暴日数偏多期,风蚀气候指数偏小期对应沙尘暴日数偏少期;并预测在未来一段时间内风蚀气候侵蚀力较大时间尺度变化处于增强的偏小期,但较小尺度表现出由大到小的过渡。     

小波分析在松辽盆地北部高分辨率层序地层学中的应用

以松辽盆地北部英台—大安地区英37井姚家组二三段地层划分为例,分析一维连续小波变换在高分辨率层序划分中的适用性.通过对GR测井曲线进行Morlet小波变换,将测井曲线信号与深度的关系转换为深度与尺度域的变化关系,得到不同尺度上的小波系数曲线,然后建立最佳尺度因子下的小波系数曲线的周期性振荡特征与各级层序界面的对应关系.划分结果表明:小波变换适用于中期及短期基准面旋回的划分,为高分辨率层序地层学研究提供了一个新的思路.     

基于交叉小波与小波相干的黄土高填方体浅表层水分相关关系研究

探究黄土高填方边坡浅表层水分间的复杂关系是防治坡体浅层水土灾害的基础,本文以延安安塞某黄土高填方体为对象,开展了现场原位长时序监测,并通过交叉小波与小波相干分析方法,研究了坡面效应影响下黄土高填方边坡浅表层水分间的相关关系。结果表明：小波分析方法可用于半定量化研究黄土高填方边坡内外部水分间的相关关系,其优势是可在时域和频域上清晰表现两个时间序列的相关性与变化细节;降雨和边坡浅层土壤水之间存在两个主要的共振时间尺度0.06～1.78 d和3.56～28.47 d,在两时间尺度段内降雨与浅层土壤水的相关性呈增强趋势,即两者的相关性强弱存在明显时间尺度依赖;土壤水间的相关性强弱和交换转化剧烈程度可用显著相干面积百分比(PASC)表示,边坡不同位置PASC的平均值大小为坡顶(36.39%)<上坡段(37.6%)<中坡段(39.17%),坡面提高了垂向土壤水间的交换转化程度;边坡坡面效应的存在不利于降雨向土壤水的转化,但增强了浅表层垂向土壤水间的交换转化。     

基于小波变换和GALSSVM的边坡位移预测

边坡变形是一个受多种因素综合作用的复杂非线性动力学演化过程,用现有的物理模型来解决边坡变形的预测问题有很大难度。大量的研究工作表明,用实测的边坡位移时间序列来预测边坡未来变形更为准确,而将多种方法组合起来进行预测成为研究的主要趋势。在此基础上,建立了一种基于小波变换和进化最小二乘支持向量机(GALSSVM)的边坡位移预测模型。首先利用小波变换将边坡时间序列分解为低频分量和高频分量,然后利用互信息法和伪近邻法得到各分量的时间延迟和嵌入维数并进行相空间重构,再根据各个相空间的特点建立相应的GALSSVM预测模型,最后把各分量的预测结果进行小波重构,重构后的结果即为最终的边坡位移预测结果。对丹巴滑坡预测研究表明,这种新的预测模型具有较高的预测精度,可以应用于实际工程     

济南泉域地下水位动态及其对降水响应的交叉小波分析

利用1988—2009年济南泉域8个地下水位动态观测点不同时段观测资料及1998—2009年降水数据,采用连续小波变换、交叉小波变换方法对济南泉域地下水位动态的多时间尺度特征、相互关系及其对降水的响应进行了分析。结果表明:①济南泉域地下水位动态存在显著的0.82～1.16 a的主振荡周期,低频部分仅在部分年份存在1.95～3.09 a的振荡周期;②含水岩组富水性对地下水位动态存在影响,研究区主径流方向上弱富水性地段地下水位动态时滞较强富水性地段长,强富水性地段4个观测孔地下水位波动时序基本一致;③地下水位动态对降水的响应滞后明显,为73.06～134.42 d,总体表现为地下水径流路径越长,响应越滞后;④基于地下水位动态与基于降水—地下水位动态交叉小波变换得到的观测点对水位动态的滞后时间多数一致,同一径流路径上局部点对滞后时间之和与全局点对有很好的对应关系。交叉小波分析可定量评价泉域地下水位动态及其与降水的相关关系。     

基于强度折减法的边坡安全预警及失稳判据研究

传统强度折减法难以对实际边坡失稳进行动态预测或预警。基于边坡失稳变形的演化规律,获得边坡特征点位移量与稳定状态的关系。利用强度折减法对边坡强度进行逐步折减,进而构建边坡折减系数与特征点位移间关系曲线,结合边坡失稳演化规律,以特征点处位移值的突变作为边坡失稳判定依据,提出一种边坡失稳预警位移值和极限位移值的确定方法,实现了对边坡安全性进行预测预警。     

土钉墙变形规律及其相关性的实测研究

根据基坑坡顶水平位移与沉降的实测数据,讨论了土钉墙坡顶水平位移和沉降以及水平位移与沉降之比的规律,并利用统计方法对其相关性进行了分析,根据实际施工工况与实测数据对比,指出影响土钉墙变形的关键因素及控制土钉墙变形的有效措施。实测数据分析结果表明：基坑坡顶变形的空间效应明显;采用放坡或坡顶卸载可以有效地控制土钉墙的变形;在基坑上部设置预应力锚杆对基坑变形控制具有明显的效果;基坑坡顶的沉降随其水平位移呈非线性增加,沉降与水平位移比与其水平位移基本呈线性增加;土钉基坑发生破坏时的坡顶水平位移的警戒值为0.8 %～1.0 %H。     

基于影像源法的基坑开挖对邻近单桩影响简化分析

邻近建筑物进行基坑开挖会使桩基产生附加变形和内力,降低其承载能力,如果桩基变形过大会威胁到上部结构的安全。针对该领域目前存在的三维有限元数值模拟法建模复杂且计算耗时的现状,同时为了充分利用基坑围护位移较易通过现场监测技术获取的优势,提出了基于影像源法的基坑开挖引起邻近单桩变形影响的两阶段简化分析方法。同时,引入了Kerr地基模型,并针对Winkler地基模型进行改进,弥补了Winkler地基不能考虑土体连续性的缺陷。在第1阶段基于影像源法,由基坑围护变形计算基坑开挖引起的土体水平自由场位移;第2阶段分别基于Winkler和Kerr地基模型,将土体自由场位移施加于桩基,建立桩基在被动位移扰动下的微分控制方程,得到基坑开挖对邻近桩基影响的简化解析解,包括基坑开挖引起桩基的水平位移、弯矩和剪力等。将计算结果与既有理论结果、监测数据以及三维有限元数值模拟结果进行对比,取得了较好的一致性,其中基于Kerr地基模型的简化解比基于Winkler地基模型的简化解更为精确。该简化方法可为有效分析基坑开挖对邻近桩基的变形影响提供一定理论依据。     

邻近建筑物的滨海土岩组合基坑支护结构变形分析

以邻近建筑物的滨海土岩组合基坑工程为例,选用微型钢管桩-锚杆-土钉支护方式,基于现场实测数据和PLAXIS有限元软件,探讨不同土体本构模型对基坑开挖引起支护结构变形问题的适用性,在此基础上,研究本案例支护形式中两个关键因素(锚杆预应力系数、微型钢管桩抗弯刚度)对支护结构变形的影响规律。计算结果表明:HS、HSS模型中基坑开挖引起的地表沉降模式相似,与实测值的变化趋势一致。随着基坑开挖深度的增加,MC、MCC模型计算的桩身水平位移值与实测值的误差逐渐增大,HSS模型能较准确地描述邻近建筑物超载、基坑开挖卸载引起的桩身水平位移的变化规律。不同锚杆预应力系数η、微型钢管桩抗弯刚度情况下,桩身水平位移最大值均出现在地表处。第一道锚杆的预应力系数η对锚杆和地表处水平位移的控制具有显著影响,取第一道锚杆处桩身水平位移为零,可以确定η的取值范围,根据基坑周围环境对水平变形的要求,选取合适的η目标值,最后根据η目标值确定钢管桩抗弯刚度,从而使锚杆-微型钢管桩形成变形协调的支护体系。     

小波变换在饶阳凹陷层序地层格架建立中的应用

小波变换提供了一种研究层序地层格架的新方法,它将测井信号从一维深度域转换到二维深度—尺度域,从多尺度识别不同级次的地层旋回界面。根据小波变换的原理,确定了测井数据小波变换在层序地层划分中的地质意义,建立了四种小波变换中的地层旋回模型。在饶阳凹陷的实际应用中,选取自然伽马曲线进行小波变换,应用时频色谱图分析和快速傅里叶变换多种方法选取尺度因子。通过对时频色谱图和不同尺度下小波系数曲线的综合分析,对饶阳凹陷古近系G104井层序地层进行了划分,并以2 198.625m位置为突变界面,划分出两个较大尺度旋回,以2142.375m、2 163.875m、2 198.625m、2 238.625m位置为界面,划分出5个较小尺度旋回。实际结果应用表明,小波多尺度变换划分层序地层的结果和传统方法划分基本一致。     

Wavelet Transforms Applied to Irregularly Sampled Soil Data

Wavelet transforms have been used widely to analyse environmental data. These data typically comprise a series of measurements taken at regular intervals in time or space. The analysis offers a decomposition of the data that distinguishes components at different spatial scales but also, unlike Fourier analysis, can resolve local intermittent features. Most wavelet methods require the data to be sampled at regular intervals and little attention has been paid to developing methods for data that are not. In this paper, we derive a discrete Haar wavelet transform for irregularly sampled data and show how the resulting wavelet coefficients can be used to estimate contributions of variance. We discuss the interpretation of these statistics using data on apparent soil electrical conductivity of soil measured across a landscape as an example.     

基坑开挖对近邻运营地铁隧道影响规律研究

对某邻近基坑开挖的地铁隧道的水平位移和沉降的时空分布做了深入分析。由于软土的蠕变效应,应考虑基坑分块开挖的先后顺序造成的时空效应的影响,以及基坑围护体系的水平支撑结构对土体位移的限制作用。基坑开挖对邻近地铁隧道的影响范围为2.5倍开挖深度,而对于远基坑的右线,影响范围更低,甚至低至1.5倍开挖深度。将基坑和隧道的监测数据联系分析,得到比值与水平距离的关系曲线,将基坑监测数据代入拟合公式,对地铁水平和垂直位移进行估算。隧道水平位移与邻近的同深度土体水平位移的比值（?）,其最大累计位移点的? 较多地处在0.60～0.65范围,在底板浇筑都已完成后,稳定在0.60。隧道沉降与邻近地表沉降的比值（?）,其最大累计沉降点的?,较多地处在0.50～0.60间,底板浇筑完成后,稳定在0.52±0.05水平。     

延安市阳崖黄土边坡开挖破坏离心模拟试验研究

人工开挖是黄土地区滑坡形成的主要诱发因素之一,开挖导致斜坡一定范围内产生卸荷回弹和应力重分布,斜坡应力重新平衡的过程伴随着斜坡形变,甚至破坏。延安市宝塔区枣园镇阳崖滑坡为典型开挖诱发的黄土边坡,本文选取阳崖滑坡为地质原型,采用TLJ-500大型土工离心机对边坡坡脚开挖状态下变形破坏过程进行模拟试验,通过对模型控制点监测数据分析,研究边坡坡脚开挖前后坡体形变位移特征、坡体内部土压力响应特征以及边坡变形破坏机理。结果表明:坡脚开挖后临空面附近产生局部垮塌,其坡体位移、潜在滑移面以及拉张裂缝均由坡体前缘往后部渐进性变化发展。开挖后坡体内部产生明显的应力松弛,且越靠近开挖面卸荷效应越明显,开挖主要影响坡体的中前部分,对坡体后部影响较小甚至无影响,分析得知坡体变形破坏机理为典型的渐进后退式。     

边坡开挖破坏过程的离心模型试验研究

边坡开挖是工程中经常遇到的问题。在清华大学土工离心机上,开发了一种离心机运转过程中的边坡开挖模拟技术。进行了土坡开挖的离心模型试验,测量了开挖过程中边坡的位移场变化。结果表明,边坡的破坏过程是从坡体下部开始的剪切带逐渐向上发展贯通的过程,并经历了滑裂面贯通前的平缓变形和贯通后变形迅速增大两个阶段。坡顶裂缝最初均是由受拉引起的,但随着剪切带的不断向上发展,裂缝的扩展是由拉伸和剪切两种作用综合引起的。     

基坑全过程开挖及邻近地铁隧道变形实测分析

根据邻近已运营地铁隧道的基坑工程监测数据,对基坑开挖全阶段施工过程的深层土体侧向位移与邻近地铁隧道变形之间的规律展开研究,探讨基坑开挖的施工危险节点与重点影响区域。研究发现,基坑开挖前期围护结构施工和降水均对地层和邻近地铁产生了不容忽视的初始位移影响,围护结构长时间无支撑暴露是基坑侧移快速增长的危险时段;基坑开挖具有空间效应,中部侧向变形要大于边角,且单向开挖易造成后挖区土体的位移场和应力场叠加,引起邻近隧道的最大变形向后挖区偏移;基坑开挖深度与邻近地铁埋深相近时,隧道结构产生显著的水平位移和“横鸭蛋”式收敛变形,竖向位移波动不大;深层土体侧移曲线表现为“阶梯鼓肚形”,土体最大水平位移与隧道变形在小范围内呈线性关系,但随着侧移量的增大,隧道变形发生偏离拟合曲线的超线性增长,在工程中应值得关注。     

三峡永久船闸中隔墩岩体变形趋势预测

本文在监测数据的基础上，采用时间序列和灰色系统方法，对长江三峡工程永久船闸二闸室至三闸首部分的中隔墩岩体变形规律及其发展趋势进行了预测研究。结果表明，垂直于闸室轴线的水平位移在开挖完成后基本处于稳定状态，平行于闸室轴线的水平位移总体向下游发展，而垂直方向的位移表现为先回弹、后发生沉降。