库岸堆积层滑坡位移的分量响应模式及多因子模型

为了更加真实地刻画库岸堆积层滑坡位移与影响因素间的显式关系,克服现有的叠加型分量响应模式难以构造位移回归函数的不足,定义了一种新的分解模式——波动比,将位移增量表述为波动比与趋势项增量之积。结合三峡库区王爷庙滑坡实例,采用低通FFT滤波方法得到趋势项位移分量,确定当月降雨量、当月水位变化、前一月波动比值为核心因子组合,通过K-Means算法建立各单因子与波动比值的相关性函数关系,并提出由诱发因素项和状态控制项组合而成的多因子概化模型。同位移实测值及叠加型的ARIMA、SVR、RF、BP预测模型进行对比分析,该方法运算简便、预测效果较好、且位移成分可解释。选取库区其他4个典型滑坡案例综合比较研究,结果进一步验证了该方法的合理性。该模式及模型能够准确反映出滑坡位移随时间推移、多因素影响、状态约束的综合响应,为研究该类型滑坡的演化机制及时空预测提供了新思路。

“阶跃式”滑坡突变预测与核心因子提取的平衡集成树模型

“阶跃式”滑坡在复杂多变的地质环境作用下呈现突变与稳定交替、不平衡的演化形态,根据此特点提出了边坡突变与稳定分类的平衡集成树模型,建立高维地质环境影响因子与致变之间的关联,并应用于三峡库区26个具有“阶跃”特征的滑坡。考虑到直接使用分类器难以捕捉有效信息,模型利用了合成边界少数类过采样原理适当提升突变样本比率,再分别组合随机森林和梯度提升树进行优化和训练,并对测试集和预测集进行评估校核。同数据平衡前后的不同模型进行对比实验,平衡集成树模型能够有效提高突变预测的整体精度,并量化得出了所有地质环境因子的特征重要性指标,最终应用于样本外的王爷庙滑坡结果表明,模型取得了较高的预报水平。该方法能够实现突变的有效预测,并发现核心影响因子及其数据分布特征,为研究“阶跃式”滑坡机理和预警提供了新的思路。

三峡库区阶跃变形滑坡水平位移与降雨量数学统计模型

三峡库区忠县区域的滑坡位移变化呈现阶跃变形特点,由于降雨量为主要影响因子,采用信号处理的快速傅里叶变换方法,提出一种基于高能频点的傅里叶级数拟合函数,对三峡库区忠县区域的月降雨量进行拟合,得到相关性高和均方误差可接受的拟合模型。在地质模型及滑坡机理类似的研究区内,针对滑坡倾角对水平位移的影响较大,通过定义滑坡倾角影响权重,计算研究区内的总体权重位移能较好地反映倾角作用大小。设定降雨量傅里叶级数拟合函数为降雨因子项,阶跃函数为阶跃因子项,采用最小二乘法拟合该研究区3阶段变形的阶跃过程,得出包含降雨影响控制项和降雨量项组合而成的数学统计模型,用于三峡库区忠县区域9个阶跃变形滑坡11年的月监测。数据表明,用文中方法得到的拟合精度较好,相关度较高,均方误差较小,能够准确地反映出不同时间和不同变形阶段降雨量对该区域内水平位移的阶跃变形特点,可作为区域滑坡空间预测的一种新思路。

剪胀型土剪胀特性的大数据深度挖掘与模型研究

土的剪胀性是建立本构模型的重要基础,而当前建立的剪胀模型揭示其共同规律不够,这也是现有的本构模型不能良好反映土体变形机制的重要原因。基于Hadoop+Spark计算平台,提出了一种全局优化性强,收敛性快,计算稳定的(distributed levenberg marquardt regression)DLMR大数据特征深度挖掘算法。利用剪胀型土的大量剪胀特性试验数据,根据该算法和剪胀型土的基本力学特性,得到了剪胀型土的剪胀性大数据特征,发现了剪胀率与应力、应变以及应力增量存在明显的非线性特征,并分别建立了它们之间的相关性函数。在此基础上,构建了可以反映剪胀型土剪胀特性共同规律的剪胀模型。通过模型的比较,本文模型明显优于修正剑桥模型下剪胀模型的改进式和Rowe模型。通过模拟不同应力路径下剪胀型土的常规三轴压缩试验数据,表明本文模型能够良好反映不同应力路径下的剪胀性。

剪缩型土的剪胀性大数据特征与计算模型

剪胀性是岩土材料区别于其他材料的重要特征,其基本力学特性目前尚未研究透彻,由此导致相关本构模型无法充分反映岩土材料的变形机制。本文提出了一种并行化的LM优化回归算法,该算法解决了剪缩型土的大规模剪胀性数据回归分析时的全局优化性差、收敛性慢、计算效率低的问题。利用该算法建立了剪胀率与其各影响因素之间的相关性函数。根据剪缩型土的剪胀性大数据特征和基本力学特性,考虑了剪胀率主要影响因素和附加影响因素的综合作用,构造了可以反映剪缩型土剪胀性共同规律的计算模型。该模型和剪缩型土所有实验数据的剪胀率拟合度高达0.938,明显优于剑桥模型和修正剑桥模型下的剪胀模型,而且本模型能够较好地反映不同剪缩型应力路径下剪缩型土的剪胀性。

土体中岩石破坏次声波的三维多测点振速矢量直线汇聚声源定位方法

滑坡泥石流等地质灾害发生前夕,灾害体内的岩石土块发生爆裂、摩擦和断裂等破坏会产生低频次声波信号向外传播。在次声波声场中,声压是标量场,质点运动振速为矢量场,可以利用振速矢量场提前准确预测出灾害发生地点的三维坐标位置。采用数值模拟计算土体中发生小当量炸药爆炸,通过信号频谱分析得到爆炸冲击波衰减为次声波的主要能量频率为2~8 Hz,模拟出土体中岩石破坏发出同范围次声信号现象。基于此提出一种三维多测点振速矢量直线汇聚次声声源定位方法,在地质灾害体范围内不同位置部署N个监测点传感器阵列收集质点振速矢量信号,待地质体内岩石破坏发出次声信号,计算经过测点且其法线为振速方向矢量的N条直线指向并汇聚于声源发生处位置,通过求两两直线间最短距离线段方程,获得N-1个中点坐标,最后求各中点坐标的质心,预测为即将发生地质灾害的源头位置处。通过仿真模拟实体土质滑坡模型和分层介质模型中发出次声信号,布置3个测点位于模型中不同位置收集次声信号,采用该方法准确获得灾害体内部三维声源位置。该方法为提升滑坡泥石流等预警技术水平提供了新的思路。