边坡变形组合预测方法的研究

发布时间：2017-04-11 07:02

  本文关键词：边坡变形组合预测方法的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：边坡失稳是常见的地质灾害,解决地质灾害问题的重要手段之一是对其进行准确的预测与预报,以便及时采取措施避免人员和财产损失。滑坡预测可分为时间预测和空间预测两方面。通过对边坡变形监测资料分析计算可以预测边坡变形的趋势,为地质灾害分析以及时间预测提供依据；通过对地质勘探资料的分析与边坡稳定性评价,为空间预测提供依据。本文以紫金山金铜矿工程为研究背景,以边坡变形监测数据以及工程地质勘探资料为依据,进行边坡变形的预测预警研究,主要内容包括：(1)搜集紫金山金铜矿各类地质勘探资料并进行数据整理,以ArcGis为平台,分别在ArcScene、Sketchup、Lumion中建立紫金山矿区的三维地理模型,利用ArcGis的空间分析模块,对紫金山金铜矿进行空间计算并提取相关地理信息,建立地理数据库,实现对矿山的三维数字化呈现以及地理信息化管理。(2)选取地层岩性、地质构造、风化蚀变、坡度、坡向、地形曲率、水文条件、地表径流、大型工程、道路工程、植被覆盖、温差共12个边坡稳定性的影响因素,通过改进的模糊层次分析法计算各因素的“模糊下限”、“最可能值”、“模糊上限”三类权重。以“最可能值”为基准,利用ArcGis的空间分析模块对各因素栅格图层进行加权叠加计算生成矿区综合稳定性评价栅格；通过模糊权重的调整实现对地震型失稳、强降雨型失稳的稳定性评价,将评价结果划分为“极不稳定”、“较不稳定”、“不稳定”、“较稳定”、“稳定”五种类型,为边坡的空间预测提供可靠的理论依据。(3)以时间序列法模型为基础,以“残差对预测值修正”为理论指导,在Matlab中对边坡变形监测数据建立ARMA(n, n)数学模型,应用改进的Pandit-Wu方法对模型进行定阶,采用工程优化方法中的拟牛顿法(DFP、BFGS)求解相关参数,对不稳定区域的监测点位移数据进行变形趋势动态预测。预测结果显示,该方法的平均预测精度有所提高。(4)将边坡系统视为混沌系统,依据“分形”与“相空间重置”的理论,选取不同的迟滞时间对原始监测数据序列进行相空间重置获取新序列；以新的数据序列为基础,采用预测残差平方和最小的线性优化方法,(n,n-1)GM(1,1)和Quasi-Newton-based ARMA (n,n)模型的预测结果进行一次滚动组合预测,然后将不同迟滞时间的组合预测结果进行二次组合,对边坡变形进行中长期综合预测。预测结果显示,一次组合预测可以提高预测精度,二次组合预测可以降低中长期预测中出现的周期性波动,为边坡变形趋势预测提供新的研究思路。
【关键词】：边坡变形 组合预测 地理信息系统 模糊层次分析法 稳定性评价
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU43
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 选题背景及研究意义9
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势9-15
• 1.2.1 边坡灾害预测预报研究现状及发展趋势10-12
• 1.2.2 边坡稳定性评价方法研究现状及发展趋势12-14
• 1.2.3 三维地质模型研究现状及发展趋势14-15
• 1.3 研究方法与技术路线15-17
• 第二章 边坡变形三维可视化及地理数据库的建立17-35
• 2.1 工程概况17-19
• 2.1.1 地理概述17-18
• 2.1.2 露天边坡地质概况18-19
• 2.2 边坡变形三维可视化19-29
• 2.2.1 地质要素的特点19
• 2.2.2 数据转换19-23
• 2.2.3 三维可视化23-29
• 2.3 紫金山地理数据库的建立29-34
• 2.3.1 地质要素集的创建29-33
• 2.3.2 文件地理数据库的创建33-34
• 2.4 本章总结34-35
• 第三章 基于GIS技术的边坡稳定性评价35-57
• 3.1 边坡稳定性模糊层次分析法35-40
• 3.1.1 层次分析法35-38
• 3.1.2 模糊层次分析法38-40
• 3.2 边坡稳定性评价40-56
• 3.2.1 边坡稳定性影响因素的层次划分40-41
• 3.2.2 各影响因素分析41-46
• 3.2.3 边坡稳定性模糊层次分析46-55
• 3.2.4 评价结果的验证55-56
• 3.3 本章总结56-57
• 第四章 边坡变形组合预测方法57-81
• 4.1 数据预处理与动态建模57-59
• 4.1.1 等间隔变形序列的获取57-58
• 4.1.2 平稳序列的获取58-59
• 4.1.3 动态建模方法59
• 4.2 基于拟牛顿法时间序列模型的构建59-65
• 4.2.1 模型建立59-63
• 4.2.2 实例验证63-65
• 4.3 相空间重置与组合模型的建立65-68
• 4.3.1 混沌与相空间重置65-67
• 4.3.2 组合模型的建立67-68
• 4.4 工程实例分析68-80
• 4.5 本章总结80-81
• 第五章 结论和展望81-83
• 5.1 主要结论81-82
• 5.2 研究展望82-83
• 参考文献83-88
• 在学期间的研究成果88-89
• 致谢89

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