基于XGBoost模型的降雨诱发阶跃型滑坡位移预测

滑坡位移预测一直是滑坡研究的热点之一。近年来,随着计算机科学的发展,越来越多的人工智能技术模型被用于滑坡位移的预测。相较于常用的如LSTM神经网络等机器学习模型,集成算法中的XGBoost模型在滑坡位移预测领域尚不多见。由于其在滑坡位移预测中具有预测精度更高、运行速度更快等优点,目前在学术界已成为研究的热点领域。文中以泉州市安溪县尧山村滑坡地灾点监测数据为例,运用Python搭建XGBoost模型,并通过最大信息系数的比较来选定与位移高度相关的特征,输入至模型中对滑坡位移进行预测。结果表明,XGBoost模型因其在目标函数中引入正则项来控制模型过拟合、模型数据集划分采用前向验证方式等优点,相较于大多数机器学习模型,能更加准确地预测降雨诱发阶跃型滑坡位移。该模型对此类滑坡的位移预测及早期监测预警具有重要参考意义。     

基于一维黏塑性运动模型的大型慢速滑坡变形预测研究

慢速滑坡变形缓慢,持续时间长,在世界范围内分布广泛,具有隐蔽性强和突发性高等特点,给人类的生存与发展带来了巨大的威胁与危害,并且有数量众多的大型慢速滑坡经过长期缓慢变形后演化成高速滑坡,造成了不可估量的损失。依托金龙山大型慢速滑坡丰富的监测资料,考虑黏性力对于慢速滑坡变形的作用,基于无限边坡模型和宾汉姆模型建立一维黏塑性运动模型,从雨季和旱季2个典型研究时段对滑坡的变形进行了定量预测。研究结果表明：(1)模型计算得到的变形模拟数据与其监测数据一致性均较好,其中雨季和旱季累计位移的相关性系数高达0.994 1和0.997 9,变化趋势高度一致;(2)预测时段金龙山滑坡雨季和旱季累计位移的相对误差均在1%左右,其中雨季累计位移最终预测值相对误差为1.48%,旱季累计位移最终预测值相对误差为0.86%,模型预测精度较高;(3)模型的模拟结果较好地反映了慢速滑坡变形的季节波动性,其中旱季的模拟结果要优于雨季。一维黏塑性运动模型强调慢速滑坡变形过程中的力学作用过程,实现了大型慢速滑坡变形的定量预测,相关研究成果可以为大型慢速滑坡变形的预测及评价和工程防灾减灾提供科学参考和依据。     

基于速率倒数法的滑坡时间概率预测∗

在滑坡时间预测中,基于变形监测数据的速率倒数法受到了广泛重视。在该方法的使用过程中,存在模型参数难以同时标定、难以考虑预测时间的不确定性的难题。针对上述不足,提出了一种两阶段速率倒数模型的标定方法。基于该方法可以对模型参数进行同时标定,同时可对滑坡时间进行概率预测。结合10个滑坡案例比较了不同模型假设对滑坡时间预测的影响。结果表明,考虑滑坡时间的不确定性后,预测滑坡时间与实际观测滑坡时间更为符合。考虑速率倒数模型的非线性后,拟合最优模型与实测数据的拟合度更好;但从预测效果而言,线性模型预测结果与滑坡实际发生时间符合的程度更高。     

基于最优权重联合模型的滑坡位移预测研究

在对联合预测模型的权重研究基础上,依托沪瑞高速公路贵州段晴隆滑坡的监测资料,首先建立了该滑坡位移预测的3个非线性预测模型:支持向量机模型、指数平滑模型、GM(1,1)模型;根据各模型训练结果,然后引入准确性矩阵,得到各单模型的权重,建立多模型联合预测模型,解决多模型预测结果取舍和可靠性评判问题。将联合模型与各单一模型的预测结果对比分析得出:联合模型的预测精度高于任何单一模型的预测精度。因此,运用最优权重联合模型能有效地提高滑坡预测预报精度。     

基于混合高斯隐马尔科夫模型的滑坡发生时间预报∗

滑坡发生时间预报在防灾减灾工作中非常重要,准确的预报能够有效预防灾害发生可能造成的灾难性结果。为解决当前滑坡预报中仅仅实现对滑坡位移等相关参数的预测和估计,而未最终计算出滑坡发生时间的问题,提出采用混合高斯隐马尔科夫模型(MOG‐HMM)建立滑坡发生时间预报模型,即对滑坡灾害演化过程全周期数据利用混合高斯算法计算出宏观信息预报判据,与隐马尔科夫模型中的状态相匹配,建立滑坡演化状态模型,该模型能够反映全周期数据的多个状态,当需要对实时采集的位移数据进行时间预报时,首先利用解码算法对当前数据解码,即计算出其属于滑坡的哪个状态,然后利用Dijkstra最优路径规划算法,计算出从当前状态到达滑坡发生状态的时间,实现滑坡发生时间预报。通过对新滩滑坡和卧龙寺滑坡灾害全周期数据进行仿真验证,结果表明,本文方法能够比较准确地计算出滑坡发生的时间,同时利用评价指标对预报的结果进行测试,符合预报指标精度要求。     

滑坡预测的改进前馈网络方法研究

作者提出了滑坡位移预测的一种改进前馈网络方法——目的规划法,与通常的前馈网络方法相比,该方法改进了网络的准则函数,降低了网络的灵敏度,改善了网络的泛化性能,提高了滑坡位移的预测精度。同时它是一种面向数据的方法,适合于不同地区不同条件下滑坡的预测。清江隔河岩库区滑坡和卧龙寺滑坡的实例研究表明了该方法的可行性及有效性。     

模拟降雨作用桩锚-加筋土组合结构加固边坡研究

桩锚—加筋土组合支挡结构在治理大型复杂滑坡中发挥越来越重要的角色。以某高填方山区机场滑坡为原型,进行降雨作用对桩锚—加筋土组合支挡结构加固边坡稳定性的模型试验研究。结果表明:①桩顶位移随注水时间产生三个阶段的变化:初期平缓发展阶段、突变增加阶段、再次平缓发展阶段。后排悬臂式桩桩顶位移变化量明显大于前排埋入式桩,因此,多排锚索抗滑桩加固边坡设计时,在后排桩悬臂情况下,宜考虑后排桩比前排桩截面尺寸大、锚索间距小来减小其桩顶位移,增强坡体稳定性;②填方边坡位移随注水时间变化,坡顶一级边坡位移量最大,随边坡级数增加,位移量减小,因此多级边坡加固可适当增加边坡锚索框架;③填方坡体沉降量随注水时间表现出后缘大、前缘小的趋势;④加筋土的变形与边坡坡体的变形一致,表明加筋土能够增强填方边坡的整体性;⑤各监测曲线最终均趋于平缓,表明桩、锚和加筋土组合支挡结构体系性能发挥良好。     

铜川铝厂滑坡动态特征及趋势预测

滑坡的监测预报是目前滑坡研究的重要课题之一,国内外虽有成功的预报,但大多以宏观预测为主。本文对铜川市铝厂滑坡监测结果进行了分析研究,初步对滑坡的滑动而、滑动方向、滑动速率等动态特征;深、浅部位移变化的关系;降水量与滑坡活动的关系等进行了论证。并据此提出了滑坡滑动破坏的趋势预测意见,为进一步监测研究和防治提供了依据。     

不确定密度聚类分析算法的滑坡危险性评价

针对雨量值无法有效刻画及聚类算法难以适用地质地貌较复杂的大范围滑坡危险程度评估模型建立等问题,采用UM-Chameleon算法建立区域滑坡危险性评估模型,并对延安宝塔区进行评估,试验结果表明,评估结果与实际一致,体现出区内滑坡灾害发育的整体特点,证明该模型的有效性及研究区适用范围的宽广性;其滑坡预测成功率比M-Chameleon算法高,证明该模型能有效刻画雨量值,从而能有效地提高滑坡危险性预测精度。     

滑坡位移动态预测——以中里滑坡为例

本文以中里滑坡为例，从时间序列分析的方法入手，介绍如何在灰色预测模型的基础上建立改进的灰色预测模型一等维灰数递补动态预测模型及其在滑坡位移预测中的应用。实践表明，该模型在中里滑坡的应用中取得了良好的效果。     

滑坡灰色系统预测模型及其应用

本文在分析目前国内外滑坡灰色预测预报模型基础上，提出了一种新的滑坡灰色系统预测预报模型。该模型相对於过去常用的灰色模型考虑了更多的影响因素，有更高的可信度。它不仅可用作滑波的临滑预报，还可用于般监测信息的预测。     

三峡库区沙坝沟滑坡影响因素分析与稳定性评价

在不同工况下,通过采取不同的岩土体物理力学参数来计算沙坝沟滑坡的稳定系数并分析影响因素,得到影响该滑坡稳定性的主要因素为降雨、地下水作用及人类工程活动,在一定条件下可能成为滑坡失稳破坏的诱导因素。最后为滑坡防治提出一些建议,对滑坡的预测和防护提供依据。     

地震作用下滑坡永久位移预测

在地震区滑坡防治结构的抗震设计中,滑坡体自身的稳定安全性可利用其地震作用下产生的永久位移直接判断,可见对其地震永久变形的预测至关重要。因此,以极限分析上限定理为基础,分别针对平移式和旋转式两种滑坡滑移形式,推导出这两种滑移形式下滑坡体产生永久位移的临界加速度,考虑地震输入能量及结构能量耗散之间的平衡关系并建立预测地震作用下滑坡永久位移的计算方法。最后,通过算例表明其合理性。     

加卸载响应比理论应用于堆积层滑坡预报

加卸载响应比理论是一种用于研究非线性系统失稳前兆和进行失稳预报的新理论,目前主要用于地震预报方面.对将该理论应用于探索滑坡前兆和滑坡中期预报作了探讨.降雨是影响斜坡稳定性的外部因素中最常变化的因素,也常是滑坡的诱发因素.针对降雨在堆积层滑坡孕育、发生过程中的关键作用,以降雨变化作为加卸载手段,建立了降雨型堆积层滑坡的加卸载响应比预测模型,并以新滩滑坡为例进行了预报.结果表明,文中提出的加卸载响应比方法可作为滑坡预报的手段,且在某些方面它比常规预报方法更具优势.     

基于变形监测的运动型滑坡临灾预警系统研究

运动型滑坡处于蠕动变形与剧烈变形阶段之间,变形时间长、机理复杂,临灾预警难度大。介绍了典型运动型滑坡的累积位移关系曲线特征,提出了以日降雨量、日位移速率建立临灾预警线,进而设计递进式滑坡临灾预警系统的方法。结合王家坡滑坡地形地貌、剖面特征、变形信息等,建立合理的监测网络。根据获取的王家坡累积位移-时间-降雨量关系曲线,分析王家坡滑坡的变形规律。结果表明：①王家坡滑坡监测累积位移曲线随降雨呈“阶跃”特征;②当日降雨量超过25 mm时,日位移速率就会显著增加到20 mm/d以上;③以降雨量、日位移速率达到阈值时为Ⅲ级黄色线中心线,可以设计王家坡滑坡5级递进式滑坡临灾预警系统。     

滑坡动态变形过程的综合研究方法

影响滑坡变形破坏过程的因素具有复杂性和多变性，要合理评价和预测滑坡的动态发展过程，深入的地质原型调查是基础，地质分析不仅能为其它分析方法的正确使用提供资料，而且能直接对滑坡的变形破坏发展过程作出定性的判断。在此基础上建立力学模型，采用数学力学理论进行定量计算和反演分析，可进一步从本质上去把握滑坡变形破坏的发展规律。本文通过介绍李家峡水电站Ⅱ号滑坡的研究实践，说明了采用定性地质分析与定量力学计算相结合的研究方法揭示滑坡变形破坏动态过程的有效性。     

三峡库区强降水的数值模拟及其在滑坡灾害预报中的应用

采用中尺度数值模式MM5V3对三峡库区22次强降水过程进行了数值模拟,以检验该模式对库区强降水的模拟能力和对高度场与温度场的模拟状况;详细介绍了该模式对一次强降水过程的模拟结果,并分析了该次降水的成因;将MMSV3模式与关于三峡库区滑坡发生的预报模型相结合,对发生在宜昌的一次滑坡灾害进行了预报试验。结果表明,中尺度数值模式MMSV3对三峡库区的强降水具有较好的模拟能力,能较好地刻画出降水的分布及其成因;模式预报的降水,结合库区滑坡预报方程成功预报了宜昌滑坡的发生;该方法为三峡库区滑坡灾害的预警提供了一种新思路。     

灰色系统理论在岩崩,滑坡监测中的应用

本文根据灰色系统理论，利用１９９０～１９９３年的ＧＰＳ观测结果，建立了岩崩、滑坡的预测模型ＧＭ（１．１）。同时进行了灰色关联度分析，从而求得新滩滑坡区的地壳形变规律。由于该区地处长江三峡工程的重要地段，因此进行长期监测是非常必要的     

滑坡灾害孕育-激发过程中的水-岩相互作用

降雨造成的地下水与斜城岩土体之间的复杂作用--水-岩相互作用不仅是滑城灾害的主要激发因素,它的滑坡孕育过程中也发挥着重要作用.以往的相关研究主要集中在滑城激发有关的突隙水压力效应的滑城临界降雨量、地下水富集斜坡的稳定性评价、水-力耦合及地下水对岩石的软化效应等方面.孕育过程在滑城研究中居于重要的基础性地位.以流-固耦合等理论为基础对岩体进行时效变形预测,对于斜坡研究中居于重要的,但是,由于大多数滑城的孕育都是在近地表的侵蚀性地球化学环境中进行的,与深埋地下空间的开挖问题存在明显区别.作为水-岩相互作用主要类型之一的水-岩化学作用是造成这种差别的主要因素.深入开展滑城灾害孕育过程中的水-岩化学作用研究不仅对斜城维护、加固及滑城预报是重要的，而且可以促进水-力双重耦合、水-热-力及水-热-力-化学多重耦合等复杂理论的发展.     

采用不同滑面材料的滑坡模型试验研究

为研究滑坡模型试验中不同材料模拟滑带土对模型稳定性的影响,以堆载为试验方法,以位移计为主要的测试手段,进行了采用草木灰、单层塑料薄膜、双层塑料薄膜作为滑面材料的两种工况5组模型试验。通过增加模型上的堆载,增大滑体的下滑力,使滑体最终发生滑动。根据试验的初始稳定状态、最终稳定状态及监测到的模型位移曲线,确定滑坡的极限平衡状态;同时根据最终加载量,反算出滑带土模拟材料的相似抗剪强度;得出不同滑面材料的稳定性及相似抗剪强度,为滑坡支挡模型试验提供试验基础。