时间序列分析与支持向量机的滑坡位移预测

滑坡在变形演化过程中,遭受季节性外界影响因素的作用,变形位移时间曲线呈现出阶跃型特征.采用时间序列分析方法,将位移分解为趋势项和季节项.趋势项位移由坡体自身地质条件控制,利用多项式函数进行预测|季节项位移受降雨、库水位和地下水位等因素的季节性作用而变化.选取当月降雨量、累计前2个月降雨量、当月库水位高程、月库水位变化速率和当月地下水位高程作为影响因子,利用进化支持向量机耦合模型进行预测|通过时间序列加法模型得到滑坡总位移预测值.以三峡库区白家包滑坡为例,通过计算得到预测结果与实际监测值基本吻合,其中最大均方根误差为188,而最小相关系数为098.研究表明：基于时间序列分析与进化支持向量机的滑坡位移预测模型,有效反映了阶跃型滑坡位移变化规律与季节性影响因素之间的响应关系,是一种行之有效的滑坡位移预测方法.     

顾及降雨及库水位因素的滑坡时滞分析与预测——以三峡库区新铺滑坡为例

降雨及库水位涨落是引起库岸滑坡形变失稳的主要诱发因素,但滑坡位移速率对此类诱发因素的响应具有一定的滞后性,影响人类对滑坡所处运动状态的判断与预测。针对常规预测模型中未考虑时滞效应的问题,利用三峡库区新铺滑坡的GNSS位移监测数据、奉节气象站降雨数据以及三峡库区库水位涨落数据,通过对监测区内9个GNSS监测点的位移速率序列与降雨量、库水位高程序列进行时滞互相关分析,确定时滞参数,进而应用多变量灰色系统理论方法,建立了时滞GM(1,3)预测模型,并对滑坡位移速率进行预测验证。结果表明:三峡库区新铺滑坡位移速率与降雨量显著相关,对降雨量的响应滞后时间约为5 d,滑体中后部受降雨影响比前缘更明显; 位移速率与库水位高程高度相关,对三峡库区库水位涨落的响应滞后时间约为31 d,滑坡前缘受库水位涨落影响更明显,且离长江越近,滞后时间越短; 利用加入时滞参数的时滞GM(1,3)模型进行预测,模型拟合优度达到0.702,相比GM(1,1)模型和未顾及时滞因素的GM(1,3)模型,预测精度分别提升了53.8%和58.3%,平均绝对误差百分比分别降低了7.19%和7.47%,在滑坡位移速率预测及库岸滑坡防灾减灾领域具有一定的工程应用价值。     

降雨因子对卡尔曼滤波模型影响的研究

卡尔曼滤波是一种具有无偏性的递推线性最小方差估计,目前广泛应用于滑坡预测预报。降雨对滑坡变形有着重要的影响,但在普通卡尔曼滤波模型中,并未考虑降雨这一重要的外部因素。本文将降雨量因子引入到卡尔曼滤波模型中,从而考虑到了降雨对滑坡变形的影响,提出了顾及降雨量因子的自适应卡尔曼滤波模型,并应用于黄草坡滑坡监测的工程实践。     

弄另水电站厂房后边坡变形监测与变形预测

弄另水电站厂房后边坡由于所处的不良地质环境和开挖、降雨等因素的影响,需要通过安全监测网对边坡的安全动态进行准确的分析和评价。利用监测点IN1、IN2的变形监测数据对边坡情况进行了分析,建立了边坡位移时间预报的非平稳时间序列分析模型,基于该模型预测边坡岩体变形趋势。预测结果表明,ARMA模型实时建模的分析方法能较好地反映边坡位移变形的动态变化规律,准确预报出边坡位移的发展趋势,该边坡在采取加固措施后变形已基本稳定。     

某水利枢纽滑坡综合监测成果分析

为分析某水利枢纽滑坡的变形破坏趋势,以地下水位、土压力为监测重点,集成地表变形监测,对滑体的应力-应变进行了实时监测,利用有限元方法,建立非饱和土Madis GTS NX降雨滑坡数值模型,模拟不同降雨历时下的滑坡力学特性,进行滑坡治理效果数值对比分析。结果表明:降雨入渗引起边坡地下水位的波动,从而引起地表变形发生波动,最大变形值达到40 mm;裂缝最大变形达到55 mm,治理后锚固力逐渐趋于平衡;而数值模拟表明,在极端降雨情况下,滑坡最大变形将达到193.8 mm,治理后最大变形值降低了93%,安全系数增大了1.15倍。     

边坡变形预测的混沌时间序列全局近似方法

边坡系统的各种参量是不确定的和随机的,在其演化过程中发生一系列的混沌现象.运用现代混沌理论,对边坡变形的预测问题进行探索性研究,把混沌时间序列全局近似方法引入到边坡工程研究中,对该理论的建立及预测方法进行系统地讨论.通过对新滩滑坡的研究结果表明,混沌时间序列方法对混沌序列的预测较线性时间序列具有较高的精度.     

基于单位根检验和ARMA模型的桥墩位移稳定性时间序列分析

评估桥墩位移是否收敛和稳定是桥梁健康评估的重要内容。在运用全球定位系统获取桥墩三维监测位移的基础上,首先运用时间序列方法对监测数据进行处理和分析,并使用单位根检验来确定桥梁监测序列是否平稳,为了克服短期偶发因素影响,进而建立自回归移动平均模型对桥梁信号监测数据进行预测分析,最后将桥墩水平位移实测数据与模型拟合结果的残差序列进行单位根检验,以进一步确定桥墩位移的长期稳定性。工程实例表明：单位根检验表明监测序列没有时间趋势,不存在单位根,数据序列为平稳序列,具有常均值和方差;自回归移动平均模型能够较好地刻画监测数据,且具有较高的可靠性和可行性;根据平稳时间序列模型的特征,可以计算监测序列的均值和方差。     

基于多时相InSAR技术的黄河上游龙羊峡库区不稳定边坡识别与形变监测

黄河上游龙羊峡水库的建设改变了两岸的水文地质条件,库区水位周期性升降引起的渗透和侵蚀导致库岸坍塌和滑坡局部变形,非常有必要开展不稳定边坡的识别与监测,为库区坡体失稳因素研究以及预警预报提供技术支撑。采用2015年1月至2021年8月升降轨Sentinel-1A SAR影像,基于相干点目标分析(IPTA)方法对龙羊峡库区边坡进行识别,共识别出15处不稳定边坡。其中,查纳滑坡历史上多次发生塌滑现象,现今仍处于活跃状态,对库区人民生命财产与大坝工程安全造成潜在威胁,为此对查纳滑坡开展重点监测。首先,采用DS-InSAR技术获取该滑坡升降轨雷达视线向(LOS)形变; 然后,结合升降轨形变结果进行二维时序形变分解; 最后,采用小波分析定量分析了地表时序形变反演结果与降雨量、库区水位变化的相关性。结果表明:DS-InSAR技术获取的形变场比相干点目标分析方法更加完整; 查纳滑坡东部坡体位移大于中部与西部坡体位移,且垂直向位移大于东西向位移; 查纳滑坡位移时间序列与降雨量序列相关性不高,降雨可能不会显著促进滑坡的位移; 滑坡位移与库区水位均具有很强的年度周期变化,并且滑坡位移时间序列滞后库区水位序列约半年。     

降雨过程中滑体非饱和带的滞水量计算分析

为研究滑体中的非饱和带滞水在降雨补给潜水过程中的作用,提出降雨过程中非饱和带滞水的计算方法以及以非饱和带滞水为指标的降雨阈值评价方法.通过监测降雨量、坡体潜水位及排水结构的排水流量,建立统计模型来评估降雨产生的非饱和带滞水量.利用排水隧洞影响范围内的坡体模型和均匀渗流理论正坡浸润线分析了潜水位变化所对应的土体中潜水释水量,使潜水位通过量纲变换后与降雨量和排水流量量纲一致,从而进行三者的统计模型分析.利用坡体高度饱和条件下降雨过程的监测数据建立向量自回归模型,用于计算理论降雨量,得到低水位条件下降雨过程中产生的非饱和带滞水量.根据浙江省杭金衢高速公路K103滑坡的案例,采用三次暴雨过程中的降雨、排水隧洞排水流量与潜水位监测值对降雨过程中产生的非饱和带滞水量进行了计算,分析了非饱和带滞水量对降雨补给潜水过程所起的作用,结果表明：可以将当滞水量重量达到60 kN且地下水位达到0.6 m时作为指标来确定降雨阈值.     

滑坡概率分析中降雨的联合概率结构

降雨是降雨型滑坡概率分析和预测的主要输入,以日降雨量和累计降雨量为重庆市降雨的控制参量,建立两者的联合概率模型,为后续分析提供基础。沿用滑坡分析中常用的处理方式,将日降雨量划分等级转化为离散变量,将累计降雨量视为连续随机变量。然后,导出了离散变量和连续变量的联合概率模型,并发展了条件密度变换解及其Diracδ函数序列逼近。将之用于重庆市累计降雨量的条件密度函数计算,并验证了计算结果的合理性。由于累计降雨量条件密度函数的复杂性,引入混合分布模型对其进行数学建模,形式不太复杂且精度比较理想。最后,结合日降雨等级频度函数与累计降雨量条件概率密度模型建立了联合概率模型。     

非线性组合模型在库岸边坡地下水位预测中的应用

根据某库岸边坡地下水位的监测资料,建立了地下水位预测的时间序列法和速率分析法,在此基础上构建了非线性组合预测模型。各模型的预测结果分析表明：非线性组合模型的精度高于单一预测模型,是一种较好的库岸坡体地下水位预测方法,非线性组合预测模型的应用,为库岸边坡稳定性的长期预测提供创造了条件。     

初始地下水对浅层边坡降雨入渗及稳定性影响

浙江省山地丘陵地区浅层边坡土层大多存在稳定的初始地下水,从而导致土体含水率分布复杂、降雨入渗和稳定性分析难度大。为此,根据土体非饱和特性确定考虑初始地下水影响的坡体含水率指数分布模型,根据雨强与土体饱和渗透系数的对比关系将降雨分为弱降雨和强降雨两类工况,基于Green-Ampt入渗模型及水量平衡原理推导考虑初始地下水影响的浅层边坡降雨入渗物理方程解析解;结合浅层无限边坡模型,分析考虑初始地下水影响的浅层边坡在降雨作用下的稳定性;当假定坡体含水率均匀分布时,改进模型可近似退化为传统模型;当坡体含水率呈指数分布时,通过数值模拟验证改进模型的有效性。结果表明：当浅层边坡基岩上部土层存在初始地下水时,降雨导致的失稳将发生在基岩面处,且失稳时间早于传统模型的预测结果;弱降雨工况下,雨强提高导致边坡触发失稳的时间呈近指数关系快速缩短;强降雨工况下,当不考虑坡面径流对入渗的促进作用时,雨强提高导致边坡触发失稳时间缩短,速度趋于平缓。     

空间划分双因子耦合PDE模型与算法

为了计算格网划分的数目和间距,根据地形因子和数据密度提出了空间划分双因子耦合PDE模型算法.利用地形曲面偏微分方程与地形因子、样本数据密度的偏导函数关系,通过曲面方程作等价替代方程进行系统消参来减小系统误差,利用Laves划分标识[63]和循环递归算法建立坡度和数据密度耦合模型.模型能够解算出每个区域单元格间距和数目,解决了非凸集合产生非法边界及多边形的问题.通过可视化验证和对比分析表明,算法运行时间随样本数据成倍增长时呈线性增加,程序运行时间约为其他算法的1/6~1/4.     

强降雨作用下浅层滑坡尖点突变模型研究

采用非线性科学突变理论和数理统计方法分析了浅层滑坡坡体位移与降雨量、边坡稳定系数和坡体饱水面积比的关系，并结合工程实例建立了在强降雨作用下浅层滑坡的尖点突变模型，利用该模型分析了浅层滑坡突发失稳的破坏机理。研究结果表明，浅层滑坡坡体位移与降雨量的关系服从幂函数分布；边坡稳定系数与坡体饱水面积比的关系服从线性分布，边坡稳定系数随坡体饱水面积比的增大而减小；浅层滑坡一般是由强降雨触发的，强降雨是影响浅层滑坡稳定系数大小的最主要外部因素。建立的尖点突变模型揭示了浅层滑坡有时发生在强降雨过后的滞后原因。     

淮河流域河南平原区河流与地下水的相互影响

利用"河南平原地区地下水污染调查评价(淮河流域)"项目中完成的749个点的地表水水文调查资料,结合河流断面监测资料分析了研究区地表水与地下水的补排关系;通过分析地表水与地下水水质、河流-地下水监测断面的水质特征,阐述了地表水与地下水水质的相互影响以及有机组分相互影响与无机组分相互影响的差异。研究结果表明:淮河流域河南平原区地下水对排泄型河流(段)水质影响有限,人为排污、降水及上游河水水质是影响其水质的决定因素;河流对地下水水质的影响与补排关系、地层岩性及结构关系密切;一些严重污染的补排交替型河流两岸分布有较宽的地下水严重污染带;河水中的有机物对地下水影响有限。     

基于灰色模型在大坪滑坡中的预测

利用灰关联分析方法对降雨量、三峡库区水位、水位孔水位等影响因子进行灰关联度分析,得出了影响因子与水位孔地下水位的关联程度,根据此关系建立了MGM(1,n)模型。根据三峡库区近坝库段大坪滑坡中某一滑坡带2007年至2009年监测数据,对大坪滑坡体三个监测孔水位分别进行了预测,并对预测值进行了精度分析,得到了合理可靠的结论,为三峡库区滑坡体的稳定性预测预报提供了有益的建议。     

基于水文特性的暴雨选样方法的频率转换

为了获得暴雨选样年最大值法与年多个样法之间的频率转换关系,基于降雨资料系列的水文特性,根据雨强相等的原则,推导出采用指数分布适线时的暴雨选样方法之间的频率转换关系,并探讨降雨历时与年均选样个数对转换关系的影响;基于年最大值法与超定量法的Ghahraman Khalili转换关系,提出年最大值法与年多个样法之间的非线性多参数转换关系,并结合雨量站统计参数特性,推导出参数经验公式,以充分体现水文特性的地区性.利用位于不同水文区域的温州西山站和兰溪水文站的降雨资料系列,与Chow式和Ghahraman Khalili式进行对比,验证了提出的转换关系的可行性.