基于优化经验模态分解和聚类分析的滑坡位移智能预测研究

针对三峡库区"阶跃式"滑坡的变形特征,提出了一种新的滑坡位移预测方法。以白水河滑坡ZG118和XD-01监测点位移数据为例,采用基于软筛分停止准则的经验模态分解(SSSC-EMD)将累计位移-时间曲线和影响因子时间序列自适应地分解为多个固有模态函数(IMF),并采用K均值(K-Means)聚类法对其进行聚类累加,得到有物理含义的位移分量(趋势性位移、周期性位移以及随机性位移)和影响因子分量(高频影响因子和低频影响因子)。使用最小二乘法对趋势性位移进行拟合预测;采用果蝇优化-最小二乘支持向量机(FOA-LSSVM)模型对周期性位移和随机性位移进行预测。将各位移分量预测值进行叠加处理,实现滑坡累计位移的预测。研究结果表明,所提出的(SSSC-EMD)-K-Means-(FOA-LSSVM)模型能够预测"阶跃式"滑坡的位移变化规律,且预测精度高于传统的支持向量机回归(SVR)、最小二乘支持向量机(LSSVM)模型;并通过改变训练集长度,进行单因素分析,发现其与预测精度之间呈正相关关系。     

非饱和土中水平入渗方程显式求解

在求解非饱和态土中水分入渗问题时,水力函数是体积含水率或者吸力的函数,致使其控制方程呈现出强非线性的特征,进而使得其求解变得十分困难。基于水分在土体介质中流动耗时取极值路径的选择这一假定,引入时间泛函,基于变分法原理将水平入渗问题转化为泛函极值问题。通过求解Euler–Lagrange方程,结合边界条件,得到非线性瞬态水平入渗问题的显式解析解。结合Brooks-Corey型水力函数,显式地求解出该类型非饱和态土的体积含水率发展分布规律。通过计算4种不同类型土体的水平入渗规律,将求解结果与已有结果以及数值结果进行对比,验证了该方法的有效性。结果表明:体积含水率分布与位置距离和湿润峰距离比值呈幂函数关系,指数取决于土-水特征曲线的形状参数;初始条件与边界条件会对体积含水率分布造成不同程度的影响。     

滑坡对降雨响应的多指标监测及综合预警探析:以赣南罗坳滑坡为例

降雨量和位移是当前降雨型滑坡监测预警最常用的指标。然而,降雨量和位移监测结果只能反映降雨作用下滑坡的变形情况,不能揭示滑坡内在物理力学性状对降雨的响应。因此,除降雨量和位移监测之外,建立包括体积含水率、基质吸力等反映滑坡动态演化过程的关键指标监测体系必将成为今后更真实地把握滑坡内在演化趋势、更准确地建立滑坡综合预警判据的最有效手段。笔者对赣南地区典型降雨型滑坡进行了多指标监测及综合预警示范研究。结果表明:(1)在降雨条件下滑坡土体内部体积含水率、基质吸力和温度等多指标均产生有规律的动态响应;(2)随着降雨的持续,滑体体积含水率与基质吸力的变化均具有显著的滞后现象;(3)体积含水率和基质吸力变化速率与滑体位移具有显著的正相关性;(4)滑体温度分布变化规律受大气温度和体积含水率的共同影响。以实测数据的滑坡稳定性分析为基准,在考虑实际降雨入渗深度与滑坡稳定性的关联度上,建立了包括日降雨量、体积含水率增加速率、基质吸力减小速率以及位移速度多元指标预警方法体系,提出了基于关键指标综合预警体系及确定方法,旨在为降雨滑坡准确预警提供新模式。     

利用地面LiDAR精细化测量活断层微地貌形态——以毛垭坝断裂禾尼处断层崖为例

受地壳内部持续运动和沉积、风化等自然动力及人类生产与生活活动影响,活断层微地貌形态往往比较复杂,传统测量方法较难快速、高效地获取大范围内精细化的活断层微地貌形态,激光雷达扫描技术的出现和发展为活断层微地貌的精细化与定量化研究提供了新的技术手段。以川西理塘毛垭坝盆地北缘的正断层崖为研究对象,利用地面LiDAR获取活断层微地貌高精度点云后,经过点云配准、滤波、重采样和三角构网处理后,建立了0.05 m分辨率的数字高程模型和真彩色三维模型,在此基础上分析了断层崖地貌特征,并获取了正断层错动两期最新地貌面的精确垂直位错量。研究结果表明,地面LiDAR技术是精细测量活断层微地貌形态和量化相关地貌特征参数的有效手段,提高了活断层微地貌形态测量的精度和认识水平。     

一次梅雨暴雨的动能谱特征分析及收支诊断

利用WRF模式和NCEP再分析资料,对一次梅雨暴雨个例进行了数值模拟,基于高分辨率的模拟结果计算了水平动能谱、涡旋动能谱及辐散动能谱,诊断了动能收支谱方程。结果表明:在暴雨发展阶段,各个高度上都有中尺度动能增长,其显著增加始于中尺度低端,这导致了在中尺度波段出现谱转折特征,但在不同高度转折尺度不同;对流层高层涡旋动能大于辐散动能,平流层低层反之;不同降水阶段、不同高度和不同尺度上动能的来源不同,对流层高层,中尺度动能倾向由非线性项和气压项贡献;平流层低层,气压项的作用更为明显。     

一次东北冷涡下槽后强风与飑线后向入流演变及成因分析

本文利用NCEP分析资料、多普勒雷达观测资料、常规气象观测资料以及数值模拟结果,对2016年7月30日发生在华北、辽宁附近的一次强飑线过程中后向入流的演变及成因进行研究。结果表明,此次飑线发生在中纬度新生冷涡槽前,低层有水汽辐合区和地面辐合线对应,且过程中伴有较强的对流有效位能释放。飑线后部中层(冷涡槽后)一直存在α中尺度西风大值带,此大风速带造成了上下层相反的水平涡度,并形成喇叭形环流结构,该结构不同于经典飑线结构。飑线后部水平方向上水平涡度分布不均匀,并形成水平涡度旋度上正下负的分布,即导致中层强风区上部上升运动、下部下沉运动,该下沉运动引发飑线中的后向入流和低层强风速带形成。在中层,飑线的后部边缘始终有较强的风速大值带伴随飑线的发展,该大值带的形成与对流强弱和非热成风涡度有关,对流过程中低层非热成风涡度为负,中上层非热成风涡度为正,导致飑线后部中层西风加速和低层西风减速,有利于后向入流的发展和飑线的维持,当对流减弱时,非热成风涡度与后向入流均减弱。文中给出了后向入流形成演变的概念模式。     

FINITE ELEMENT MODELLING FOR LAND DISPLACEMENTS DUE TO PUMPING

Equations of equilibrium (force balance) and flow in multidimensions were coupled in this paper to describe land displacements due to pressure decline in aquifers. A Galerkin finite element model based on these equations was developed. The saturated/unsaturated behaviour and the isotropic/anisotropic properties of permeability and elasticity were considered when the model was formulated. This model was verified by comparing its simulation results with those of known analytical solutions for simplified cases. The simulation of displacements due to pressure decline in unsaturated media was also performed. Those results demonstrated that the choice of boundary ranges for an aquifer with infinite domain may significantly affect the estimated horizontal and vertical displacements. To obtain a good estimation of land displacements, the boundary ranges should be carefully chosen. The displacements occurring in unconfined aquifers are caused by the drop of the water table and the change in body force in the dewatering zone. Simulation results also indicated that the change in body force should be considered once an unconfined aquifer has been pumped. Otherwise, the horizontal and vertical displacements in unconfined aquifers would be overestimated and underestimated, respectively. The behaviour of land displacements due to pumping was shown to be affected by changes in the total stresses in aquifers.     

强震前的地磁异常现象

震前地磁Z分量的日变化异常主要表现在幅度和相位上的变化, 文中利用我国50多个地磁台多年的资料, 重点研究了1997年11月8日玛尼7.5级地震和2005年11月26日江西九江5.7级地震。 发现玛尼地震和九江地震以及大多数中强地震前, 全国地磁台站地磁Z分量日变化幅度的极小值出现时间(低点时间)在空间分布上异常特征, 即低点位移现象。 这种少见的异常现象与强震发生有较好的相关性。 发震日期为异常日后的第27天或第41天的前后4天, 强震发生地区在低点位移突变分界线附近。 结果显示, 在玛尼7.5级地震和江西九江5.7级临震前, 震中周围出现区域性Z分量日变化幅度异常现象。     

位移测量反演分析的解算模型与应用

利用现场位移测量资料反演分析是进行洞室围岩稳定分析和了解岩体介质中洞室的力学性状与设计参数的一种新手段。阐述了位移测量反演分析的基本思路、解算模型、成果检验等,并用计算实例说明了其有效性。     

用GPS位移资料计算应变方法的讨论

目前使用相同或类似的GPS资料求应变,不同研究者给出的结果会有显著差别。为此,对用GPS位移(或速度)资料计算应变(或应变速率)的方法进行了研讨。分析后认为,应变计算可以归结成两大类第一类是利用测点附近资料直接求微分或微分的加权平均值的直接计算法;第二类是用解析曲线拟合观测的位移,然后根据该曲线提供的总的趋势求测点的微分值的位移拟合法,这类方法在拟合中又可以分成整体拟合和分片拟合两种。应变计算应该在球面坐标系下进行,根据研究对象和要求,选择适当的方法。