基于高频组合片段-基因表达式编程算法的轨道交通地面沉降预测模型

[目的]地面沉降预测和控制是轨道交通盾构法隧道施工中最为关注的问题之一。为了解决现有地面沉降预测和控制中存在的模型表达过于复杂且缺乏解释性的问题,需要一种既简洁清晰,又能够描述复杂问题的可解释模型,GEP(基因表达式编程)算法提供了这种可能性,因此需对基于HFS(高频组合片段)-GEP算法的轨道交通地面沉降预测模型进行深入研究。[方法]以杭绍城际铁路某区段盾构隧道工程为依托,选取盾构施工过程中的土舱压力、刀盘扭矩、刀盘转速、推进速度、总推力、隧道埋深及盾尾注浆量等参数作为关键输入型施工参数,地面沉降作为输出型施工参数,通过备选公式集筛选以及HFS选取,建立基于HFS-GEP算法的轨道交通地面沉降预测模型。利用该模型对第180环—第210环区段的关键施工参数进行优化调整,分析盾构施工参数变化对地面最终沉降的影响效果。[结果及结论]基于HFS-GEP算法的地面沉降预测模型可以反映盾构施工参数与地面最终沉降的显式关系;相较于传统GEP算法的地面沉降预测模型,该模型准确度更高,结构更为简洁,且收敛速度更快。通过对盾构关键施工参数进行优化调整,该模型可将第180环—第210环区段的最终沉降量控制在10 mm以内。

基于精细化监测的地面沉降潜力预测模型应用研究

地面沉降是我国主要的地质灾害之一,评价和预测地面沉降的发展趋势十分必要。本文引入实测沉降数学模型中的双曲线型沉降模型、指数型沉降模型和成长曲线型沉降模型,结合钻孔全断面分布式精细化监测系统获取地表以下不同层位连续的变形情况,建立了基于分布式光纤监测地层变形数据的地面沉降预测模型,可精细化实现地面沉降潜力评价。以天津市滨海新区G06光纤监测钻孔结果为例,对比了3种沉降模型的预测效果,结果表明:天津滨海地区地面沉降曲线呈现非线性衰减特征,2017年10月至2019年12月,累计沉降量已达52.4 mm,预计极限沉降量约为92.6 mm,仍有约43.4%的沉降潜力,沉降空间较大,并预计将于2050年进入沉降稳定阶段。该地区3.4~18.4 m的黏土质粉砂和粉细砂层当前沉降量较大,是目前地面沉降的主要层位,即“优势层”;18.4~38.4 m的粉质黏土和黏土质粉砂层虽当前沉降量较小但其剩余沉降量较大且沉降持续时间较长,需长期重点关注其沉降变形情况,是后期监测的“优先层”。

参数累积估计灰色模型及地面沉降预测

基于传统GM(1,1)地面沉降预测模型的非稳定性,引入参数累积估计方法来代替最小二乘法,构建了参数累积估计的灰色沉降预测模型。通过对上海市地面沉降的预测,证实模型降低了矩阵条件数,提高了沉降预测的稳定性,进而对上海市分层沉降进行了预测,并给出相应的模型稳定性判别,预测结果给出了上海沉降的发展趋势,为地面沉降的合理防治提供了帮助。

常州地面沉降的灰色Verhulst预测

文章首先指出了土体的固结沉降过程具有“S”型曲线特征,这与Verhulst模型(Logistic生长模型)具有相似性。然后比较系统地给出了Logistic生长模型、模型的参数估计、模型的精度检验及适用条件,并将模型用于常州市清凉小学地面沉降过程的模拟,进行了初步预测。研究表明,灰色Verhulst模型在预测地面沉降方面是十分有效的,特别是发生在主采层及顶、底板土层中的变形,该模型给出地面沉降预测值时间序列与实测值序列是相当接近的。

基于AR模型的上海地区地面沉降预测分析

利用AR模型,对上海地区地面沉降作了拟合评估,依据AIC推出了AR系列预报模型。计算结果表明,AR(4)模型的结果最符合真实值。用AR(4)模型对上海地区未来10年的地面沉降值进行了预测。

基于地下水渗流方程的三维地面沉降模型

针对地下水抽取引起的大面积地面沉降的问题,提出了一种计算方法。该方法基于饱和与不饱和岩土介质中地下水渗流理论,计算出三维状态下的大面积地面沉降。提出的方法被结合到地下水渗流的三维有限元法分析中,计算时考虑了地层的可压缩性,并被用来分析软土的固结,将该法与太沙基理论及固结试验的结果进行比较,结果表明其误差小于2%。该法还被用来分析单井抽取承压地下水引起的周围地基的沉降及承压水层由于挡水板的阻断作用而引起的下游侧的地基的沉降。

太原市地面沉降的计算与预测

为分析太原市地面沉降 ,对太原市区进行了地质模型概化 ,建立了太原市区大规模开采地下水引起地面沉降的数值计算模型 ,同时对研究区内的地面沉降进行了预测。分析结果表明 。

地下水开采引起地面沉降预测方法的现状与未来

地面沉降作为一种广泛的地质灾害,不仅对地面设施造成很大的破坏作用,而且也会使地下环境发生变化,给工业生产、城市建设和人们生活带来的影响是深刻和巨大的。本文首先分析了地下水开采引起地面沉降的机理;然后根据运用的理论将目前由于地下流体资源开发引起地面沉降的预测方法归纳为5种:数理统计法、早期的数值计算法、准三维计算法、基于真三维水流模型的计算法及三维完全耦合模型,并将之分类总结,概括其优缺点。重点介绍了当前运用最多的准三维预测方法,以及1种基于真三维水流模型的计算方法,该方法曾经成功地分析了日本房总半岛由于地下水抽取引起的地面沉降。

地面沉降预测的灰色-马尔柯夫模型

天津滨海新区地处京津和环渤海两大城市带的交汇点,与日本、韩国隔海相望,是我国对外开放的重要通道。滨海新区广泛分布有软弱土层,属于欠固结地层,不仅会自然压密,而且在荷载的长期作用下容易产生次固结变形;长期以来,由于地表水资源短缺,大幅超采地下水的形势严峻。自然因素与人为活动的综合作用,使得滨海新区地面沉降现象普遍发生,形势不容忽视。应用一定的理论与方法,预测地面沉降可能的发展趋势,以寻求有效的防治措施,是天津滨海新区地面沉降研究的最紧迫任务之一。地面沉降是一种渐变性地质灾害,可以预测其发展趋势。文章结合灰色系统理论预测模型及马尔柯夫预测模型特点,提出了地面沉降预测的灰色-马尔柯夫模型,并应用实例演示灰色-马尔柯夫模型预测过程。为便于大量监测点的预测,采用C++编程对天津滨海新区170个监测点进行预测,结果证明灰色-马尔柯夫模型对天津滨海新区地面沉降趋势预测具有实际意义,表明此模型对随机性强,波动性大的时间数列预测具有较好的精度。在实际应用中,灰色-马尔柯夫模型一般需要较多的原始数据,原始数据越多,预测精度越高。

基于GIS的城市地面沉降信息管理与预测系统研究

在分析3D GIS(地理处理系统)技术研究状况的基础上,详细讨论了基于GIS的城市地面沉降信息管理与预测系统的设计思路和功能、体系结构。提出了基于地下水抽汲的地面沉降计算模型的选择原则、基于混合数据模型的地面沉降信息三维建模、数据可视化流程及系统Web发布功能的3层体系结构等解决系统建设中难题的方案。

时间序列模型和马尔柯夫模型在地面沉降预测中的集成应用

地面沉降的年际变化过程是非平稳随机过程,基于实测资料的动态预测是地面沉降预测中的一类重要方法。时间序列模型的应用需要对实测数据用差分法进行平稳化,为保证预测精度则需要较多的原始样本数又因预测值波动性较小且呈平稳化趋势,因此只适用于短期预测。马尔柯夫过程是利用变量的状态转移概率矩阵,这样既可利用较少数据建模,也可预报变幅较大的随机波动。将时间序列方法和马尔柯夫过程集合应用以预测地面沉降量,通过实例计算表明利用时间序列模型预测结果确定的状态区间,结合马尔柯夫过程状态转移概率矩阵进行修正,修正后的预测值精度要明显好于时间序列模型的单一应用。说明两模型的集成应用更适合于原始监测值较少且数值波动性较大的地面沉降预测。

沧州市地下水开采-地面沉降数值模拟

以沧州市地下水开采引起的地面沉降为例,在分析研究区地质和水文地质条件的基础上,得到研究区地下水开采与地面沉降地质概化模型,建立地下水三维渗流和土体垂向一维变形耦合数值模型,在完成模型识别验证的基础上,预测了现状开采条件下从2010年末到2025年末地下水流场的变化特征和地面沉降的变化趋势。结果表明,到2025年底,整个沧州市范围内累计地面沉降量最大值为475 mm,最小值为270 mm。

沧州市地面沉降灾害预测预警

为了准确模拟评价沧州市地下水开采对地面沉降的影响,为沧州市政规划和地下水资源管理提供决策依据,基于比奥固结理论,建立了地下水开采与地面沉降三维全耦合数学模型。在对模型进行识别和校正的基础上,模拟预测了在地下水现状开采情况下,从2010年12月31日至2025年12月31日逐年的地面沉降变化趋势,并根据地面沉降速率对地面沉降进行了地质灾害预警分区。结果表明,到2025年12月31日,沧州市累计最大地面沉降量为466.82 mm,最小地面沉降量为241.54 mm,大部分地区为四级预警区和五级预警区,仅肃宁县为三级预警区。

基于BP网络与WPGM(1,1)组合模型的地面沉降预测

文章针对区域性地面沉降问题,从传统灰色模型出发,对其背景值进行改进,建立动态定权灰色模型,并结合BP神经网络建立组合预测模型。该组合模型克服了单一灰色模型或BP网络模型不能很好地处理原始沉降数列波动较大的问题。对某地一水准点的连续多年沉降量建立组合模型,对后期沉降进行预测,将预测结果与二等水准测量结果进行比较,主要采用后验差检验法和相对误差比较对模型模拟和预测结果进行了检验,结果表明该组合预测模型可以大大提高预测精度和鲁棒性。

灰色精化模型应用于地面沉降预测

地面沉降是一个复杂的过程,较难建立准确的预测模型。传统灰色模型不能处理沉降观测值序列中的异常点,对于波动大的原始数列也没有精确预测,针对其背景值取值方法的不足,建立一种精化灰色模型(JGM(1,1)模型),分析预测结果和精度,表明该模型具有较高的预测精度和可靠性。

采用神经网络模型对天津滨海新区地面沉降预测的研究

在分析天津市滨海新区地面沉降原因的基础上 ,建立了人工神经网络预测模型。模型的训练和检验结果说明 ,该模型的结构合理、精度高 ,可以用于对该区地面沉降趋势的分析预测。预测结果表明 ,在保持现状开采量的情况下 ,塘沽、汉沽和大港 3个区的地面沉降量均有减缓趋势。其中 ,地下水开采量塘沽区应控制在 0 .1 9亿 m3/a;汉沽区则应压缩至 0 .2 8亿 m3/a;大港区即使减少到 0 .2 2亿 m3/a也难以满足 2 0 1 0年规划值 。

地面沉降的计算理论和方法

在综合近几十年来国内外地面沉降研究资料的基础上 ,分析了由于抽取地下水引起地面沉降计算的研究现状 ,并提出了今后的发展方向。根据太原市的实际情况 。

基于库伊克模型的地面沉降预测分析

针对地面沉降与地下水水位变化的内在关系,考虑地面沉降受到自身变化规律的影响,建立基于库伊克变换的地面沉降预测模型,应用该模型对某地区地面沉降统计数据进行模拟预测,有效实现该地区地面沉降与地下水水位以及本身之间的定量模拟,并探讨模型的拟合效果和预测精度。结果表明库伊克模型拟合效果较好,预测精度较高,能较好地反映研究区域的地面沉降变形趋势。

地面沉降的灰色Verhulst模型及其应用研究

本文将灰色Verhulst模型引入地面沉降的研究之中,根据某地面沉降观测点的近20年数据建立地面沉降发展模型,并运用所建立的模型对地面沉降的发展态势进行了预测。

天津市地面沉降的灰色系统-马尔柯夫预测模型应用

地面沉降速率监测值多呈波形动态,数据波动给预测带来了困难。本文以天津地面沉降多个水准点的监测数据为基本序列,介绍了传统灰色系统模型GM(1,1)的预测过程及结果,并在此基础上进行马尔柯夫处理,建立灰色系统一马尔柯夫预测模型。其结果表明,后者预测精度明显提高,67%的样本误差可降至10%以内,92%的样本预测值误差低于30%。