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滑坡做为一种经常发生的自然地质灾害,在全球范围内分布极其广泛、造成的危害极其严重。世界上很多国家都深受滑坡之害,世界各地因滑坡而造成重大人员伤亡、惨重经济损失或重大建筑物变形破坏、失效的灾害事故举不胜举。据不完全统计,中国、美国、日本等国每年因滑坡所承受的经济损失可高达数十甚至数百亿元,正因为如此,同时在人们不可能对所有有威胁的滑坡进行全面防治的情况下,开展对滑坡预测预报的研究,是一项具有巨大防灾减灾现实意义的措施。
滑坡预测预报的研究工作自起源之时发展到今天,已融合了力学、数学、计算机科学等多学科的理论和方法,在多学科交叉、综合及现代科技迅猛发展的时代背景下,人们在滑坡预测预报研究领域取得了许多成果。这些成果被用到工程实践中,在抵御滑坡灾害、降低滑坡损失方面发挥了巨大的作用,具有十分重要的工程实践意义。
在应用于变形监测和预测领域的众多理论和方法中,灰色理论因为具有小样本、贫信息、建模快速、短期预测精度高等诸多优点而被较广泛的应用。灰色理论模型对于贫信息建模能达到较高的拟合度以及准确度,通常被认为是应用小数据量进行预测工作的首选。
论文系统论述了灰色系统理论知识,在黄土坡滑坡临江1、2号崩滑体地表位移变形监测数据的基础上,经过试算分析,探讨了灰色模型建模序列影响模型精度的各种因素;结合滑坡变形监测数据本身特点,研究讨论各种灰色模型改进和优化方法对精度的影响,选定较适宜监测数据建模的改进模型,对临江崩滑体的未来位移变形数据做出预测,并结合其他资料数据,对崩滑体的稳定性及变形趋势做出较合理的分析。论文的主要研究内容有两个部分:灰色系统理论本身的研究和改进的灰色模型在黄土坡滑坡变形预测中的应用研究。详细内容如下:
1.灰色系统理论本身的研究:
(1)总结了灰色理论模型的研究现状及其在变形预测领域的研究现状,阐述了灰色系统理论的基本知识、灰色模型建模机理、精度分析等内容。
(2)探讨了建模序列影响模型精度的各种因素。重点从建模序列维度的不同、序列累加次数的不同、模型计算零点的不同三个方面,以临江崩滑体变形监测数据为对象建模,经过试算,分析各种不同情况下对模型精度的影响。
(3)灰色模型改进和优化的研究。论述了灰色模型的各种改进和优化方法,并以崩滑体变形监测数据为建模序列,建立各种改进模型,分析应用各种模型精度和预测效果的优劣,选取最适宜崩滑体变形监测数据特征的改进模型。
2.改进的灰色模型在滑坡变形预测中的应用研究:
以崩滑体位移变形数据为基础,建立最适宜崩滑体变形监测数据特征的改进灰色模型,结合其他资料和信息,对崩滑体的稳定性及变形趋势做出较合理的分析。
本论文的研究成果如下:
(1)以黄土坡滑坡临江1、2号崩滑体的地表位移监测数据为基础,建立灰色模型,开展运算和分析,结合崩滑体地表位移累计变形量呈基本递增且增长趋势较平稳的特点,分析得出应用变形监测数据建模时,建模序列维度适宜采用5~10维;对原始序列施以某种数据变换,例如序列数据同时加或减某个数值,得到新的序列,即改变模型的计算零点,会影响模型精度和预测精度;对本文研究的崩滑体的变形监测数据而言,因为数据是累计位移变形量,即相当于对各期变形量已经施加了一次累加运算,用累计变形序列直接建模的模拟精度和预测效果能达到良好的效果,如果对其再施加更多次的累加,精度不仅不会提高,反而会变低。
(2)以监测数据为基础,经过试算分析,表明对灰色模型的各种改进和优化均能起到提高模型精度和改善预测效果的作用。如广义均值和三点平滑等算子可以提高原始序列的光滑度,用光滑度改善后的序列建模,能有效提高模型的精度;等维动态灰色模型也是一种能较好提高精度的改进模型,其中等维新息模型的精度最高,优化效果最好,其优化原则是强调把最新的数据资料不断的加入到建模序列中,使系统发展和变化的最新趋势能在序列中得到反映和体现;在灰色模型初值优化方面,结合黄土坡滑坡变形监测数据序列的特征,得出在时间响应式的计算中,初值取x(1)(1)最佳的结论。
(3)对临江1、2号崩滑体位移变形监测数据建立改进的灰色模型,预测未来变形数据,同时结合其他资料、信息,得出基本结论是临江1号崩滑体有整体变形迹象,临江2号崩滑体地表累计变形相对临江1号崩滑体的变形要小,坡体稳定性比1号崩滑体相对要高。因此应加强和完善对黄土坡滑坡的监测工作,进一步补充和完善黄土坡滑坡的监测设施,在一些重要部位增加变形监测点,以及在外部影响因素变化较大期间或变形明显加快时段适当加密监测,同时也补充和完善滑坡区及周边可能影响区的应急预案。