南京某高桩码头靠泊能力仿真分析与在线监测预警

高桩码头服役环境复杂,码头结构在数十年的运行期内会发生不同程度的损伤,影响码头的安全运营。在码头运行过程中,船舶荷载是高桩码头结构的主要荷载,对码头结构的安全性、耐久性影响较大。本文对南京港某码头靠泊能力进行了有限元仿真分析,提出船舶靠泊过程中的三级安全预警阈值;结合长期在线监测,为码头结构安全服役提供技术支撑。研究结果表明:在船舶撞击1#排架的情况下,船舶撞击力达到238 kN时,码头结构响应达到三级预警指标,码头位移为3.8 mm,桩基顶部应变为69×10-6;船舶撞击力达到323 kN时,码头结构响应达到二级预警指标,码头位移为5.1 mm,桩基顶部应变为100×10-6;船舶撞击力达到471 kN,码头结构响应达到一级预警指标码头位移为7.5 mm,桩基顶部应变为156×10-6。在线监测预警结果表明,码头结构具备5 000吨级船舶靠泊能力,在规范靠泊的前提下,能够满足8 000吨级船舶靠泊的结构安全要求。

基于图深度学习与北斗监测的边坡位移预测研究

位移预测是边坡地质灾害监测预警的关键,本文以温州绕城高速公路边坡为例,提出了一种新的基于图深度学习与北斗监测的边坡多因子位移预测方法。首先基于北斗高精度监测点位的空间位置对整体监测体系的图结构进行建模,构建图节点之间的邻接矩阵。再对北斗高精度位移、降雨量、地下水位与土壤含水率多因子监测数据进行去粗差、插值与归一化等时序数据处理,并进行时空相关性分析,结果表明位移主要受连续两个月的降雨量、三级边坡的地下水位与土壤含水率的影响。将最先进的基于图深度学习的GTS(Graph for Time Series)预测模型引入边坡位移预测中,提出适用于北斗高精度边坡变形监测的GTS-BDS位移预测模型。当预测时长为1 h时,其均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)与平均绝对百分比误差(MAPE)指标评价分别达到0.301、0.154与3.5%,均优于LSTM与T-GCN等模型。本文所提出的位移预测方法充分利用了北斗高精度及其他传感器监测点位之间的空间拓扑与监测数据的时序特征,从整体监测体系的角度提升边坡位移预测的准确率与可靠性,在边坡安全预警中具有良好的应用前景。

新华滑坡变形演化规律与预警判据

为揭示四川省泸定县新华滑坡在水库蓄水、库水位波动以及季节性降雨综合作用下的变形演化规律,探讨其在多因素耦合作用下滑坡岩土体强度劣化的渐进累积效应。基于对水电工程库区新华滑坡的现场调查及多源长序列监测数据分析,并结合滑坡累计位移-时间(S-t)曲线3阶段演化特征与新华滑坡实测S-t曲线,对该滑坡3个阶跃性变形周期的演化阶段进行了判识与划分,同时采用改进的切线角方法进行了计算与分析,构建了以改进切线角预警阈值为依据的新华滑坡分级预警定量划分标准。研究结果表明,水库蓄水初期水位的短期大幅度上升、水库运行期的水位快速下降及季节性强降雨影响是新华滑坡变形加速的主要诱因。根据分析与探讨,改进切线角预警阈值能在一定程度上为辨别新华滑坡现阶段的稳定状态与潜在风险提供指导,但仍应考虑多重预警指标并综合滑坡体宏观变形破坏迹象进行判定。

基于改进切线角和变形速率的滑坡预警——以湖南省石门县雷家山滑坡为例

为了研究湖南省滑坡监测预警方法,提高预警成功率,以石门县雷家山滑坡为例展开研究。通过对灾害现场进行详细地质调查,对滑坡特征进行了描述,初步阐述了滑坡发生的成因机理。研究结果表明,独特的地形地貌、结构松散的土体是滑坡形成的内在因素,强降雨和工程切坡活动是导致滑坡的外因。基于GNSS系统获取滑坡的全过程变形-时间曲线,并对变形曲线特征进行分析,发现该滑坡具有明显的初始变形、等速变形、加速变形三阶段演化特征,属于渐变型滑坡。将切线角和变形速率阈值作为滑坡预警的重要指标,建立了预警判据,并对接群防群测信息平台,可以为相关部门展开防灾减灾工作和应急响应提供直接依据。雷家山滑坡实现成功避险,验证了该监测预警方法的实用价值。

高边坡GNSS自动化监测技术应用

介绍GNSS(全球导航卫星系统)自动化监测技术的工作原理和应用组成。依托在建G0615线久治至马尔康段高速公路项目某段典型高边坡,采用GNSS自动监测技术进行位移监测,对监测数据进行分析,显示出边坡位移变化与降雨、冻融循环有较好的响应,论证自动化监测方案的可行性;在高寒、高海拔地区高边坡监控中,自动化监测技术的应用优势更加明显。

深大基坑自动化监测及智能预警平台

针对深大基坑人工监测中监测不及时、监测数据精度低、监测数据少等问题,以武汉谌家矶大道基坑工程为依托,利用自动化监测与采集设备获得了基坑变形、受力等监测数据,利用前端开发工具Visual Studio Code和后端开发工具IntelliJ构建了深基坑自动化监测与智能预警云平台。研究结果表明,支护桩最大水平位移在0.4倍支护桩长位置处,地表沉降随基坑开挖深度增加而增大,支撑轴力随基坑开挖深度增加而线性增大且轴力增长速率随后续支撑施加而降低。深大基坑自动化监测及智能预警平台实现了基坑施工全过程中自动化监测、智能动态预测与风险评估。

郑北大桥顶推施工导梁与扣塔实时监控及安全预警研究

为保证农业路大桥跨越铁路编组站顶推施工顺利进行,采用无线实时监测技术,在钢梁顶推过程中,对导梁与扣索塔架进行无线实时跟踪监测和安全预警,控制平面及竖向线形,同时在前进中对误差进行实时纠偏,解决钢梁顶推过程中下挠过大、侧向扭转侧移问题,使桥梁成桥状态下线形及内力符合要求。

基于降雨量逐步逼近法的泥石流预警判据

为获得泥石流地质灾害普适型监测预警设备准确的预警判据,提高单点地质灾害隐患点监测设备预警精度,减少误报率,提高基层地质灾害防范能力和应对能力,创新性地提出了降雨量逐步逼近法及其步骤。已经安装在泥石流沟中的雨量计测得的降雨量,对比分析不同降雨量条件下是否发生泥石流,逐步修正上一次设定的预警判据,最终达到或接近准确的预警值。其步骤首先收集实测或已有降雨量资料,再通过初始值和是否发生泥石流灾害逐步逼近,最后根据预警标准,确定不同预警级别的预警判据。以陇南市文县强坝干沟泥石流为例,采取该方法,确定了雨量计不同预警等级的预警判据,为甘肃省泥石流普适型设备监测预警提供参考指导,具有实际意义。

基于多点位移监测数据融合的高陡岩质边坡失稳预警研究

为提高高陡岩质边坡失稳预警方法精度,本文采用某露天采矿场的高陡岩质边坡临滑灾害数据的20组边坡崩塌数据作为测试样本,建立基于多点位移检测数据融合的边坡失稳预警的模型。通过与基于遗传算法和BP神经网络的边坡失稳预警方法的误差系数结果作对比。结果表明,采用基于多点位移检测数据融合来进行边坡失稳预警是可行有效的。

基于改进切线角实时算法的滑坡监测预警

全球卫星导航系统(GNSS)在地质灾害监测预警领域应用广泛,由其位移—时间曲线计算得到的改进切线角是滑坡监测预警模型中的重要判据。现有的改进切线角计算方法计算结果波动性大,匀速变形阶段速度选取随机性强,导致计算准确性和时效性较低。鉴于此,实现了一种改进的切线角算法,采用拉格朗日插值微分的五点法可将计算准确度提升77.33%。同时,通过匀速阶段判识方法和设置速度更新条件,实现了切线角的动态实时计算,为滑坡监测预警提供实时、动态判据,提高了滑坡监测预警实用性。

突发型黄土滑坡监测预警理论方法研究——以甘肃黑方台为例

灌溉诱发的黄土滑坡大多数具有明显的突发性特征;斜坡破坏过程变形量小,历时短,具有较大的危险性。由于此类黄土滑坡加速变形阶段经历时间较短,GNSS系统和裂缝计等传统监测手段难以获取加速变形阶段系统完整的监测数据,更难以提前预警。针对这一难题,自主研发了自适应智能变频裂缝仪,它能够根据滑坡变形快慢自动调整采样频率。基于获取的黑方台多个突发型黄土滑坡的全过程变形-时间曲线,对这些变形曲线特征和规律进行分析研究,建立了针对性的黄土滑坡综合预警模型。将变形速率阈值和改进切线角作为滑坡预警的重要指标,建立了4级预警判据,通过自主研发的"地质灾害实时监测预警系统"实现滑坡的实时自动预警,并将预警信息与当地的群防群测信息平台对接,为防灾应急避让提供直接依据。2017年以来已先后6次对黑方台黄土滑坡实施成功预警,避免了重大人员伤亡,取得显著的防灾减灾效果。

基于表面位移的公路滑坡监测预警研究

公路滑坡是常见的地质灾害,但对运营期公路边坡进行长期监测并成功预警的实例却很少。主要原因是公路边坡点多、线长、规模小、缺乏详细的地质勘探资料、监测费用高、预警难度大。利用拉索触发式位移计对滑坡表面位移进行监测,精度可达1mm,通过电信的GPRS公网实时传送到远程监控中心,全程自动化,且费用低。同时,利用有限元商用软件PLAXIS的强度折减模块和塑性分析模块对不同参数组合进行计算,在缺乏滑坡岩土体强度参数、渗透系数、土-水特征曲线等资料的情况下,建立滑坡安全系数与表面监测位移的关系,从而通过表面位移量的变化进行阶段式预警,并制定相应的预防措施。提出的方法已在湘西某高速公路滑坡获得应用。

降雨型滑坡垂直位移方向率及其位移监测预警判据研究

针对降雨型滑坡位移量预测参数失稳判据的局限和不足,并根据滑坡全息论的基本原理,提出和确定了滑坡垂直位移方向率预测参数,且指出该参数是边坡稳定性演化分析与评价的一个有效位移动力参数,具有位移量或位移速率不可替代的评价和预测作用。同时,系统分析了降雨型滑坡位移与地下水位变化规律及其相互作用关系,对该类边坡稳定性的不同演化阶段的表层垂直位移方向率形成机制与变化规律进行了弹塑性力学分析与评价,分别确定了边坡压缩稳定变形阶段和塑性失稳变形阶段的表层垂直位移方向率与其稳定性演化的定量关系,并依此运用数理统计均方差基本原理,建立了该类滑坡垂直位移方向率的整体失稳监测预警判据。最后运用新滩滑坡A_3、B_3监测点垂直位移方向率对该滑坡稳定性演化过程与失稳规律进行了后验分析与评价,其分析预测结果与边坡实际变形失稳规律基本相吻合,表明该参数在该类滑坡预测预报与监测预警中具有一定的有效性与实用性。

由树坪滑坡自动监测曲线分析滑坡诱因与预警判据

以三峡库区秭归县树坪滑坡为研究对象,通过远程全自动变形监测系统获取的滑坡监测曲线,结合历年专业监测和库水位、降雨等资料,分析了该滑坡的变形特征,找出了滑坡变形的主要诱发因素,并通过分析滑坡位移曲线、计算实测数据,得出了以变形位移速率和切线角为预警阀值的该滑坡四级预警定量划分标准。研究结果表明:库水位下降是诱发树坪滑坡变形的主要因素,降雨等仅起到雪上加霜的辅助作用;库水位下降速率大,树坪滑坡的变形速率也相应增大;引起树坪滑坡变形加速的关键因素实际上是地下水与库水位间的水位差形成向外的动水压力引起;切线角和变形位移速率的预警阀值仅为定量判定树坪滑坡的预警级别提供了依据,滑坡发展演化阶段的判定还应结合其宏观变形破坏迹象等综合判断。

海底开采岩层变形混沌时序重构与安全预警系统研究

对海底金矿床开采过程中不同高度岩层位移进行了监测,对岩层变形时间序列重构相空间,用混沌理论揭示了不同高度岩层位移在相空间中的相点距离演变规律。用神经网络建立了岩层变形相空间相点距离演化预测模型,预测了新立矿区海底开采岩层变形,并建立了海底开采岩层变形安全预警系统。采用梯度下降法与混沌优化方法相结合方法训练神经网络,使神经网络预测模型实现快速训练的同时,避免陷入局部极小,同时提高了模型计算精度。研究表明,岩层变形表现出混沌特征,对其相空间重构后,岩层变形的细微变化特征被放大,其内在规律能得到充分展示,为建立海下开采安全预警系统提供了基础。

柿竹园多金属矿床群空区条件下的崩落特性研究

柿竹园多金属矿床采用分段凿岩阶段落矿有底柱阶段矿房法开采10多年,所设计的36个矿房已全部采动,因多种原因所留采空区未充填处理,形成约260×104 m3的群采空区。由于部分矿柱的失稳倒塌,致使顶板最大暴露面积达8 000 m2。如何立足于现有的开采技术条件,实现矿山的可持续发展和安全开采,且高效合理地处理采空区,经多种开采方案的对比分析,拟采用崩落法开采,故对矿岩体的崩落特性等开展研究,供类似矿山参考。(1)采用RMR,Q,MRMR和GSI对柿竹园矿的矿岩进行了工程地质评价和采用Hoek-Brown节理强度理论进行岩体力学参数的确定。(2)通过对群采空区下留存矿柱的稳定性分析和三维弹塑性有限元对多种采矿方案进行的模拟对比研究,选定崩落开采的采矿方法。(3)采用最新的Laubscher分类可崩性图方法和Mathews稳定图方法对柿竹园矿的强制崩落面积、诱导崩落面积和自然崩落面积进行研究。(4)采用径向基函数方法对崩落开采的岩层移动参数进行预计,以及对不同采空面积下的缓冲层高度进行分析。(5)为达到安全开采和研究崩落开采地压活动规律的目的,设计了声发射、位移与应力等地压监测网络,提出地压监测预警的研究路线方法。通过现场预警实例的验证,获得较好的应用效果。

基于位移传感器的汽车超载动态监测预警系统

针对物联网中载货汽车异常装载状态动态监测预警问题,基于位移传感器设计了一种高精度带过载保护的汽车载荷状态动态检测装置。结合悬架的动态特性,应用经验模态分解法(EMD)构建了动态检测装置对悬架变形量动态检测信号的处理算法以求解移动中车辆的动态载荷状态。以中国第一汽车集团公司生产的解放载货汽车为试验车、研华UNO2170工控机为车载终端,结合全球定位系统GPS和通用无线分组业务GPRS,设计开发了车辆超载动态监测预警系统平台。经过反复多次试验,系统可以准确地检测车辆的载荷状态,检测误差小于5.0%,实现了监控中心对车辆超载远程实时监测预警。

某基坑位移、沉降和内力实测结果及预警值讨论

以某深基坑支护结构位移、沉降、内力及水位的施工监测数据为依据,探讨了位移、沉降与内力大小及变化规律。实测表明:支护桩及外侧土体各点随着基坑开挖深度和时间的递增,水平位移逐步增大,增大速度由快逐步趋于平稳。另外,位移大小还与周围建筑物位置和支撑条件有关。周围建筑物的沉降随时间增大,且离基坑越近则越大;立柱沉降及土的隆起量与承受的支撑重量及基坑形状有关;支撑轴力的大小及变化与地质条件、支撑刚度和施工开挖顺序及速度等因素有很大关系;桩身偏心较小,底部可按轴心受力计算。最后,对预警值进行了讨论。

垃圾填埋场边坡稳定安全监测指标及警戒值

随着垃圾的产量和填埋量迅速增加,垃圾堆体的稳定问题日益突出,填埋场运行中安全监测显得十分重要。针对某大型垃圾填埋场失稳事件,对该填埋场堆体边坡开展了近2年的监测,获得了各种气象条件下渗滤液水位、地表水平位移、竖向位移、深层侧向变形等监测数据,特别是2008年6月强降雨期间垃圾堆体边坡局部失稳和2009年2月污泥坑周边堆体滑移过程中完整、全面的监测数据。基于监测数据,并结合实际降雨条件、填埋场运行状况,对填埋场失稳的内在因素进行详细的分析,得出渗滤液水位过高是导致堆体边坡失稳的主要内因,水平位移速率是填埋场边坡稳定状态最为敏感的指标。最后根据监测数据进行统计分析,提出垃圾填埋场稳定安全监测关键指标及警戒值,为今后垃圾填埋场的现场监测工作提供重要依据。

矿井提升关键机构安全监测与预警系统研究

基于矿井提升机构安全运行的重要性,以新城某矿为研究背景,建立混合井提升关键机构的安全动态监测及预警系统。采用数值模拟方法建立提升机基础有限元模型,并进行模态分析,得出提升机基础的各阶振型频率。对分级加载过程进行时程分析,把最大振动位移达到危险值时的振动加速度作为提升机基础的安全动态监测指标。建立井架有限元模型,分别研究空载静止状态和正常使用极限状态下井架的受力与变形,从而得到井架破坏的临界预警值,以此建立预警系统。结果表明,以临界预警值作为安全性量化指标建立的预警系统能用来对提升机运行过程中产生的故障进行预警,并确定故障所在位置。