堆积层滑坡位移矢量角的R/S分析--以新滩滑坡分析为例

基于新滩滑坡位移观测资料,运用分形理论的R/S分析方法对滑坡位移过程中的位移矢量角变化规律进行了初步的研究,发现边坡位移矢量角的赫斯特指数H值随着边坡的失稳而呈明显的下降趋势,表明位移矢量角具有与滑坡稳定状态同步的动态变化过程,说明在滑坡预测预报过程中,位移矢量角是一个不可忽视的变量.     

位移矢量角在堆积层滑坡预测预报中的应用研究

引入能反映滑坡坡体受力方向变化规律的特征参数——位移矢量角,运用有限元程序ANSYS进行数值模拟,研究堆积层滑坡在不同部位的位移矢量角变化趋势,为滑坡预测预报提供参考依据。     

滑坡位移最大Lyapunov指数及其在滑坡预报中的应用

根据混沌理论,对滑坡在失稳过程的位移变量所具有的混沌特性以及突变性进行了深入的研究和分析,以新滩滑坡为例,计算滑坡位移失稳过程的最大Lyapunov指数,结果表明增量位移时序最大Lyapunov指数在滑坡失稳过程中出现明显增加的突变规律,且其突变时间与滑坡失稳时间相吻合,说明了滑坡位移最大Lyapunov指数是评估滑坡稳定性的一种有效混沌特性参数。     

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。     

堆积层边坡位移矢量角的形成作用机制及其与稳定性演化关系的研究

通过对堆积层边坡不同稳定性演化阶段的变形性质和基本构成的分析，发现堆积层边坡表层位移矢量角是由整体滑移矢量角、压缩位移矢量角、塑性变形位移矢量角及蠕动变形矢量角构成。且其构成比例是随着边坡的不同位置及不同稳定性演化阶段而变化。同时，对表层位移矢量角在堆积层边坡不同稳定性演化阶段的形成作用机制进行了深入分析与探讨，分别建立了堆积层边坡压缩变形阶段和塑性变形阶段的表层位移矢量角与相应位移速率及其他参数的定量关系，总结了位移矢量角在不同演化阶段及不同部位的变化规律。最后运用新滩滑坡不同演化阶段的实际位移监测资料进行了验证分析，发现新滩边坡稳定性不同，则演化阶段的坡体位移矢量角具有不同变化规律，而且这些动态变化规律与该边坡实际变形失稳阶段相吻合。     

岩体变形的替代数据混沌判定方法研究

 观测位移时间序列是岩体变形和破坏过程的综合体现,已广泛用于边坡、隧道和地下硐室等岩石工程的稳定性判断及其预测。根据岩体的观测位移时间序列,通过Fourier变换来生成替代数据,提出其混沌随机性的检验方法,可避免根据最大Lyapunov指数是否为负数以及关联维数是否为非整数来进行混沌判断所引起的不足;分别对玲珑矿巷道及枣林滑坡位移序列进行非线性混沌判定,获得理想的检验结果。     

基于相空间重构的公路边坡位移分形特征分析

根据高速公路边坡位移动态变化时间序列的非线性性质,利用时间序列的 Takens 相空间重构方法,由一维的单变量观测数据序列进行相空间拓展,在拓展的相空间中得出公路边坡位移动态变化时间序列的分维数,从而揭示了边坡位移动态变化的内在规律及其本质特征。     

滑坡监测点运动轨迹的分形特性及其应用研究

 通过对滑坡监测数据的理论分析,表明监测点位移累加值依赖于监测周期,其运动轨迹具有分形特征;同时,基于滑坡的演化过程及地表裂缝的分期配套,提出在滑坡灾变过程中,内部各点运动方向的趋势性将逐渐增强,运动分维数是一个降低的过程。根据三峡库区一复活型滑坡的宏观变形特征,判定出该滑坡处于缓慢变形阶段;利用计盒定理,求解该滑坡2007～2009年的地表GPS监测点运动轨迹曲线的分维数,其值均接近于1,反映出滑坡运动方向趋势性较强,滑坡变形对主控因素的响应较敏感,该结论与滑坡的实际变形特征吻合。监测点运动轨迹的分形理论对滑坡监测数据的有效利用、滑坡演化阶段的判断及变形趋势的预测具有一定的理论与指导意义。     

混沌和神经网络结合的滑坡预测方法

根据滑坡体运动的非线性动力学特性，应用混沌与神经网络相结合的预测方法，并采用数据实验的方法确定嵌入维数，建立滑坡预测的混沌模型。实验结果表明，用这种算法对清江茅坪滑坡体位移实际监测数据进行预测可达到较好的结果，能避免精确确定动力学方程和吸引子维数的困难，在滑坡体位移预测中具有实用性。     

自控水力截齿破岩机理的混沌动力学特征

本文应用混沌理论研究了高压水射流与机械刀具结合破岩过程中水楔作用发挥程度的识别方法．基于截割力信号所展示的不规则的非周期混沌现象。将一个破碎强度时间序列纳入了非线性耗散动力系统．应用时间延迟方法反演了该系统的动态。其结果表明，系统的长时性态为一具有自相似分形结构的奇怪吸引子。分维数就是岩石破碎机理改变的一个灵敏度量．     

滑坡预测的非线性混沌模型

根据滑坡位移时间序列的非线性性质，应用混纯时间序列预测方法，建立滑坡预测的非线性混纯模型。在此基础上，介绍了加权一阶局域算法，并用这种算法对清江茅坪滑坡实际位移监测数据进行预测计算。结果表明，这种建立在非线性混沌模型基础上的方法不仅预测精度高，而且计算量小，相对容易操作，从而为滑坡位移提供了一种新的预测方法。     

基于位移动力学的堆积层滑坡稳定性评价参数及其应用研究

堆积层滑坡由于其结构和物质组成的特殊性,传统的位移监测方法很难对其进行准确的预测预报.根据位移动力学原理,通过分析堆积层滑坡变形破坏的动力学机制和位移矢量的变化特征,提出以垂直位移方向率作为滑坡稳定性的评价参数和失稳判据,从坡体应力应变角度探讨了其理论本质及其用于滑坡变形评判的可能性,并通过对新滩滑坡监测数据的计算和分析,发现应用垂直位移方向率作为评价参数和判据所得的预测结果与滑坡的实际状况基本吻合,说明垂直位移方向率可以作为一种新的边坡稳定性的预测判据.     

有限元分析中位移的求解及矢量表示

从有限单元法求解的单元节点位移数据出发 ,运用对称性 ,解决了位移矢量中的四个关键点的问题 ,并以新滩滑坡的有限元分析位移矢量的绘制为例 ,选取了适当的位移图形比例、箭头图形比例及箭头夹角进行了位移矢量的后处理 ,较为清楚地绘出了位移图。     

降雨诱发堆积层滑坡失稳的位移动力评价预测模型研究

在系统分析持续堆积层滑坡位移与降雨变化规律及其相互作用关系的基础上,运用弹塑性理论与损伤力学的基本原理,提出以持续降雨增载量作为滑坡的加载动力参数,以相应滑坡位移速率或位移加速度变化作为稳定性位移响应量参数的方法,以此建立和确定降雨动力增载位移响应比评价参数与预测模型;此外,运用损伤力学的损伤变量参数与动力增载位移响应比参数的定量关系,建立该类滑坡的位移稳定性判据。并以新滩滑坡为例,运用该降雨动力增载位移响应比模型对其位移失稳规律进行深入的研究,重点对该滑坡的关键变形部位监测点的持续降雨增载过程与位移响应特征与规律进行系统分析与评价,发现监测点的动力增载位移响应比时序曲线均在滑坡失稳前发生突变,且突变时间与滑坡实际失稳时间基本相吻合。研究表明,降雨动力增载位移响应比是该类滑坡一种有效的位移动力监测评价参数,可运用该参数对降雨型堆积层滑坡进行稳定性评价与预测预报。     

三峡库区堆积层滑坡变形破坏演变机理

滑坡的蠕变破坏演化机理指在滑坡各种诱发因素作用下,显示滑坡的发生、变形、破坏的全过程与时空规律。该文从宏观观测、监测数据与数值计算三个方面分析研究了滑坡演化机理,提出了相应的滑坡阶段划分及其评价指标。重点是应用有限元极限分析法和黏弹塑性模型,给出了滑坡监测点的位移-时间曲线;直观显示了滑面的受力、变形到破坏的全过程;通过计算位移-时间曲线与监测位移-时间曲线的对比,给出了滑坡不同时刻的实时稳定安全系数,由此可确定滑坡已经进入哪一阶段,并获得滑坡的临滑时间及预测最终滑动时间,为滑坡的预报预警提供可靠依据。从而使滑坡演化机理的认识提升到可视的、定量的、可预测的阶段。     

基于时间序列与长短时记忆网络的滑坡位移动态预测模型

针对滑坡演化的动态特性和传统静态预测模型的不足,提出一种基于时间序列与长短时记忆网络(long and short term memory neural network,LSTM)的滑坡位移动态预测模型。该模型首先采用移动平均法将滑坡累积位移分解为趋势项位移和周期项位移。然后采用多项式函数预测趋势项位移;基于滑坡变形特征与诱发因素的响应分析,建立LSTM模型进行周期项位移预测。最后将各分项位移叠加,即实现滑坡累积位移的预测。以三峡库区典型阶跃型滑坡——白水河滑坡为例,并与支持向量机模型(support vector machine,SVM)进行对比分析。结果表明,与静态模型SVM相比,动态模型LSTM的预测精度较高,在阶跃式变形期的预测优势尤为突出,且不依赖于训练数据时效性的分析。该模型为三峡库区阶跃型滑坡位移预测提供了新的思路和探索。     

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。     

侧限压缩下石英砂砾的颗粒破碎特性及其分形描述

利用侧限压缩试验研究高压应力下石英粗砂和细砾的颗粒破碎特性,基于分形模型和粒径分布资料,研究颗粒的破碎分形。结果表明:颗粒破碎量随着压力的增加而增加,并与粒径大小有关。随着破碎量的递增,粗砂的内摩擦角逐渐增大,细砾的内摩擦角先增大后减小,二者最终均趋于稳值;石英砂砾破碎后的粒度分布具有良好的分形特性,破碎分维数的数值大小反映了破碎量的变化,破碎量愈高,分维数愈大,并与Hardin破碎率有较为显著的线性关系。破碎分维数和Hardin破碎率与压应力之间分别存在着双曲线关系和半对数线性关系,因而通过压应力和土粒参数就可估计破碎分维数和破碎率。破碎分维数为粒状材料的颗粒破碎分析提供了一个新的量化指标。     

地下厂房围岩位移混沌动力学特征研究

 以小湾水电站地下厂房围岩不同监测断面的多点监测位移为例,运用功率谱分析方法,改进G-P方法提取关联维数D,综合分析G-P法、C-C法和复自相关法得到合适的m,t 值重构相空间,计算最大Lyapunov指数,研究地下厂房围岩位移的混沌动力学特征。研究表明,主厂房围岩顶拱部位的多点位移和拱座在30 m深度处的位移不具有混沌特性,而拱座在2,7和15 m深度的监测位移和边墙部位的多点位移,各施工支洞和排水洞获得的超前监测多点位移都具有混沌动力学特征,同时得到表征其混沌动力学特征的功率谱图,关联维数D大于0,最大Lyapunov指数大于0。对具有混沌特性的监测位移,可以利用基于混沌时间序列的多种方法对位移进行预报,为地下厂房系统围岩位移预报提供新的实用方法。     

“阶跃式”滑坡位移预测及阈值分析的ARMA-(LASSO-ELM)-Copula模型

滑坡位移预测的重点内容是提高预测精度及提取阈值,基于该认识及已有研究,建立ARMA-(LASSOELM)-Copula模型,并选取白水河滑坡这一典型"阶跃式"滑坡为研究案例。首先,运用ARMA模型中的ACF值分析月降雨量与月库水位变化的周期性,并通过PPMCC分析位移月增量与一个周期内诱因数据(月降雨量,月库水位变化)的滞后相关性;然后,建立以所有诱因正相关滞后项为预测模型的输入项,以位移月增量为目标的LASSO-ELM滑坡位移预测模型,将预测所得位移增量累加得到位移预测值;最后,基于诱因值与滑坡位移预测值,比选得到最优Copula函数之后,分别建立其联合分布函数,并提取阀值。结果表明,ARMA联合LASSO-ELM的位移预测模型具有较高精度,明显优于SVR、NN、ELM等模型;选取Gumbel-Hougaard Copula函数可描述案例诱因数据与位移预测值的联合分布,并能提取诱因阈值和对应的位移风险值。