边坡稳定性预测的混沌神经网络方法

边坡系统本身的各种参量是不确定的和随机的，在其演化过程中，表现出复杂的非线性行为，会发生一系列的混沌现象。运用现代混沌理论与神经网络方法的基本原理，把混沌理论与神经网络结合起来，建立了边坡稳定性预测的混沌神经网络模型，从新的角度研究边坡稳定性预测问题，对该问题进行了探索性研究。对该理论的建立及预测方法进行了系统的讨论，为该领域的研究提供了完整的技术方法。对64个典型滑坡实例的研究结果表明，混沌神经网络模型具有较高的精度。     

基于渐进演化的高边坡非线性动力学预警研究

在高边坡预测预警问题研究中,结合地质体非均质性和渐进演化特征,考虑滑动面岩土体剪应力松弛,基于改进的Bishop条分模型,研究边坡条块间力的变化特点;以单变量摩擦定律为基础,结合边坡条块简化动力学模型,建立由滑动面剪应力(、滑坡速率V、滑坡位移u定义的单条块分岔演化模型;引入协同学绝热近似假设,提出边坡位移速率预测的分岔预测模型;通过引入边坡失稳的速率变化极值条件,获得边坡非线性演化失稳破坏的时间推演式;提出边坡单点预测到系统预测的方法;同时,根据鞍点出现条件,提出边坡混沌动力学演化预警标准.通过实例分析,验证预测模型和预警标准的可靠性,并指出在滑裂点附近开展预测研究能够有效提高预测的准确性,为边坡安全预警理论提供新思路与新方法.     

滑坡预报的协同-分岔模型及其应用

基于状态变量摩擦定律，把协同学和分岔理论联系起来，建立了边坡失稳时间预报的时间－分岔非线性理论模型。该模型体现了边坡在演化过程中各个因素之间的协同作用及分岔现象，并可对滑坡的发生时间进行预报。通过对新滩滑坡的预报，证明该方法精度较高。     

边坡稳定性与滑坡预测预报的力学研究

 在文献调研、回顾总结研究发展史的基础上, 进行了滑坡机理及其预测预报的力学研究, 在以下三个方面取得具体成果:(1) 破坏机理与稳定性分析　考虑土体的流变效应, 提出了滑坡渐进破坏的一个力学模型, 同时发展了传统边坡安全因子的概念, 并建议了时间安全因子的定义。运用这个模型分析了三个不同坡角的边坡和一个已实际发生过的滑坡, 得到了传统的边坡稳定性分析方法不能得到的结果。通过数值模拟, 清晰地揭示了边坡渐进破坏的历时演化过程。针对洪水期江河堤岸溃坝问题, 研究了水位变化对堤岸边坡稳定性的影响, 初步论证了因潜水位变化的滞后引起的快速退水的危害性质。其次, 对于存在岩土非线性响应的边坡稳定性分析, 提出了一个线性简化方法, 这个方法既考虑了相关的非线性效应, 又易于工程计算, 且不失必要的分析精度。(2) 滑坡的临界时间预报　建立了基于塑性功率概念的临滑预报理论和方法, 这是对铁道部科学研究院西北分院在“黄茨滑坡”(甘肃永靖县) 预报实践中提出的成功预报方法的完善和发展, 为该方法提供了一个较为严格的理论基础。这一预报模型的建立, 不仅弥补了以往滑坡时间预报只停留在位移2时间变形曲线的数学处理上, 难以反映坡体内应力和强度变化的不足;而且把滑坡预报从单桩预报发展为群桩预报, 使坡体变形的局部特征和整体特征有机地统一起来, 从而提高预报的成功率。通过滑坡实例的数值预报验证, 证实了该方法的可行性。(3) 高速滑坡的强度预测　通过分析高速远程滑坡的动力机制, 提出了一个可以同时考虑变形与滑速的不均匀性、考虑能量转化与损耗的滑坡体运动模型。应用该模型可以模拟滑坡发生后滑体运动的全过程, 并且可预测滑体速度及危害范围。实例计算证实了其有效性。     

蠕滑型边坡动态稳定性系数实时监测及其位移预警判据研究

 滑坡的蠕滑位移过程本质上就是滑坡岩土体的损伤变形演化过程。因此,在系统分析蠕滑型边坡不同蠕滑变形阶段的变形演化特征与损伤破坏机制基础上,运用损伤力学基本原理,探索和揭示边坡蠕滑变形与其稳定性系数的相互内在联系,确定边坡的蠕滑位移与其坡体损伤变量及其稳定性系数的定量关系,并依此建立基于边坡蠕滑位移参数确定其动态稳定性系数的方法;同时,依据位移–时序曲线切线角速率和加速率参数变化规律,研究和确定基于安全系数的边坡稳定性位移监测预警判据 和边坡安全稳定预警时间 。最后,以典型鸡鸣寺滑坡为例,运用蠕滑型边坡动态稳定性系数与位移监测预警判据,对该滑坡的稳定性演化过程进行后验分析与评价,并同时与斋藤迪孝法预测结果进行对比,其分析评价结果与该滑坡实际稳定演化规律基本吻合,表明所提出和确定的有关位移监测预警判据参数,在蠕滑型边坡的稳定性评价与预测中具有一定的实用性和有效性。     

边坡失稳突变模型的非线性混沌分析

针对边坡失稳的突变问题,运用混沌理论,建立系统的尖点突变模型,并运用庞加莱映射法、李亚普诺夫指数法、分形维数法等多种方法来预测系统是否处于混沌。分析发现：外部环境因素的变化、滑坡面上软弱夹层介质的弹性区段与应变弱化区段的本构曲线拐点处的刚度比的变化、降雨量等因素的变化作为边坡系统的非线性扰动因素与边坡稳定性的响应会表现出复杂的非线性混沌关系。这种突变和混沌的非线性现象出现的条件分别是边坡发生突变性滑坡的突发因素和积累演化因素的表像。它对认识边坡突发性滑坡突变机理和突变累积性演化机理,并进一步预测、防治并控制滑坡有重要的意义。     

堆积层边坡表层位移矢量角及其在稳定性预测中的作用与意义

根据边坡不同稳定性的位移矢量角的形成机制以及对新滩边坡实际资料的分析，发现堆积层边坡的表层位移矢量角是描述和评价边坡整体稳定性的基本参数之一。它有明确的物理意义与预测预报标准，且受局部或随机因素影响较小，同时反映了边坡的变形受力条件与整体稳定性状态，在滑坡预测预报中有着位移或位移速率不可替代的作用。在此基础上，重点对边坡塑性滑移阶段的位移矢量角及其与稳定性的关系进行了系统的分析。运用数理统计趋势位移分析原理建立了边坡位移矢量角和位移速率双参数统计预测预报判据，克服了传统位移时序分析法单一参数预测理论的不足，并运用新滩边坡F系列监控点实际资料进行了双参数的后验稳定性验算与判别。预测结果与边坡的实际失稳时间与规律相吻合，说明该理论判据具有一定的精度和实用性。     

边坡非线性动力特性研究综述

综述了边坡系统分岔、突变、自组织等非线性动力特性的理论研究,以及协同学、灰色理论、模糊数学、事故树、混沌等系统科学方法在边坡中的应用。从中可以看出:非线性是边坡的普遍特性;边坡非线性动力特性研究还处于初步的探索阶段。     

基于非均质流变特性的滑坡时效演化及预警研究EI北大核心CSCD

针对滑坡孕育演化过程中岩土体非均质现象,开展滑坡相似材料的强度试验、底摩擦模型试验和扫描电镜试验,从宏观和微观角度深入研究滑坡演化力学机制及其非均质特征。基于上述研究,将强度劣化模型与Burgers模型串联,形成考虑非均质流变特征的本构模型,应用于滑坡时效演化的数值算例分析和预警研究,结果表明:滑坡演化过程中存在时间和空间非均质性,在时间上,岩土体参数劣化速率越快的滑坡,其蠕滑变形到最终失稳破坏所经历的时间越短,在空间上,不同部位的滑坡岩土体的破坏机制和微观结构存在非均质性。考虑非均质流变特征的本构模型能够较好地反映滑坡变形三阶段演化特征,通过实际工程与数值分析相结合,验证了非均质流变模型的准确性,为滑坡失稳破坏的分析和预警提供有益参考。     

滑坡位移分形参数Hurst指数及其在堆积层滑坡预报中的应用

 在系统分析堆积层滑坡的物质组成和位移失稳规律的基础上,根据分形理论基本原理,对该类滑坡的位移失稳过程所具有的非线性、突变性和分形降维特性进行较为深入的分析与研究。运用分形理论R/S分析法,确定滑坡位移时序分形动力学参数位移Hurst指数,并分别以三峡库区典型堆积层滑坡——新滩滑坡和黄蜡石滑坡为例,计算滑坡位移失稳过程的Hurst指数。分析和评价位移Hurst指数与边坡稳定性的关系,发现Hurst指数随着边坡由稳定向失稳的演化出现明显降维突变规律,且降维时间与滑坡整体失稳时间相吻合。这表明位移Hurst指数是堆积层边坡稳定性评价的一种有效非线性分形动力学参数,可以运用这个非线性分形参数对该类滑坡失稳演化趋势与规律进行非线性动力学评价与预测。