多源降雨数据融合及其水文应用研究进展

降水作为水文循环中最活跃的因子和导致洪水灾害最常见的因素,其数据精度对于洪水预报和防洪减灾具有重要意义。雨量站、雷达和卫星遥感产品是获取降水量资料的3个重要来源。单一来源的降水数据不确定性较大,因此多源降雨数据融合技术得到了广泛的应用。本文总结了降雨资料的来源,介绍了多卫星降水集成以及客观分析法、地质统计学法、最优插值法、尺度递归估计法和贝叶斯模型平均法5种常用的多源降雨数据融合方法。本文还介绍了一些主流的国际和国内的多源降雨融合产品和融合降水数据在水文研究中的应用,最后对未来多源降雨数据融合及其在水文研究中的应用进行了展望。     

基于GIS与Scoops3D的水动力型滑坡区域稳定性分析∗

库岸边坡在库水位变动、降雨等水动力因素的作用下易发生水动力型滑坡,进而威胁库区居民生命及财产安全。以某流域 HD 和 DHQ 库段为主要研究区段,在对已有滑坡点进行地质调查和遥感解译的基础上,将 ArcGIS 的空间分析与三维斜坡稳定性分析模型（Scoops 3D）相结合,对研究区段的潜在滑面进行系统的三维搜索及识别,并基于 GIS 数据与室内试验等确定计算参数,对天然和暴雨两种工况下的区域滑坡稳定性进行评价比较。结果表明：（1）研究区历史滑坡点分布与基础地质环境、岩土体强度指标参数有很强的相关性;（2）天然工况下,非稳定区主要分布在 DHQ 坝区、迤场、DH 坝址、拉巴铁、宝塔河以及甸尾附近;（3）暴雨工况下,非稳定区面积较天然工况有显著的增大,DHQ 坝址、营盘镇、甸尾、HD 坝址附近有较为密集的分布;（4）暴雨工况下模型计算的非稳定区与历史滑坡点的分布特征基本一致。由此可见,三维斜坡稳定性分析模型可以较为准确模拟不同工况下滑坡稳定性, 且易发程度区分明显,稳定性评价结果在一定程度上反映了研究区段的稳定性时空分布。     

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。     

融合多源异构数据的滑坡变形阶段智能判识方法

针对滑坡体不同变形阶段的监测数据样本不均衡,样本扩充量的限定研究较少以及判识模型准确率较低等现实问题,该文提出了一种少数类样本全局扩充量测算方法以及将分类结果混淆矩阵与GSA相结合的基于遗传的多分类样本合成方法MCGSA,可避免产生大量的合成样本,且有效解决了样本不均衡问题;其次借助堆栈泛化思想以及具有较强知识挖掘能力的机器学习模型,结合滑坡体的多源异构监测数据,构建了基于stacking的滑坡变形阶段智能判识模型;最后将该模型应用在多个滑坡隐患点上进行现场实验测试,并进行了对比实验分析,分析结果显示该判识模型的准确率可达89%,F1宏平均值达到了74%。模型的判识结果可为区域内滑坡隐患点的预警信息发布提供辅助决策。     

动水压力型滑坡不利因素组合及作用机制试验研究

因库水位下降而变形失稳的动水压力型滑坡,是库区多见的一种滑坡类型,且不同滑坡对水位下降的响应存在巨大差异。为探索动水压力型滑坡的失稳特征和诱发机制,基于不同影响因素的作用特点分析,开展了多组模型试验,揭示了滑面形态、滑体渗透系数和水位骤降速率对滑坡孔隙水压力、体积含水率及变形破坏全过程的影响规律。研究结果表明,多影响因素组合对动水压力型滑坡不利程度的排序,并总结了其变形失稳的主控因素、次生因素和诱发因素,发现了直线形滑面的滑坡失稳特征为浅层滑动诱发滑体逐层剥离的牵引式破坏、弧线形滑面的滑坡失稳特征为坡脚垮塌逐渐向后溯源的牵引式破坏,二者差异的内在机制是滑体厚度不同导致渗透压力的具体作用区域和持续时间显著不同。     

基于Mein-Larson入渗模型的浅层降雨滑坡稳定性研究

降雨入渗模型与边坡稳定性方法有机结合是研究降雨诱发滑坡稳定性的有效方法。在深入分析降雨入渗基本理论的基础上,将Mein-Larson入渗模型与基于饱和土、非饱和土以及近似非饱和土的无限边坡稳定性分析方法有机结合,综合考虑了高强度短历时和低强度长历时两种降雨情形,拓展并改进了基于Green-Ampt入渗模型的饱和土和近似非饱和土无限边坡稳定性模型,并依托典型边坡实例对各评价模型的计算结果和适用性等进行了对比分析。     

基于BOTDA的削坡作用下边坡破坏过程模型试验研究∗

在众多诱发滑坡的因素中,人工削坡引发的边坡失稳现象十分普遍。采用布里渊光时域分析技术(以下简称BOTDA 技术),通过模型试验和数值模拟分析,对削坡作用下的边坡变形机理及其演化过程进行了研究。由于传感光缆与土体之间的耦合性直接影响着监测结果的准确性,首先通过不同围压作用下的拉拔试验,掌握了传感光缆与土体耦合变形关系。然后,设计了坡顶加载试验模型,通过在水平向和竖直向植入传感光缆,实现对边坡模型在削坡作用下土体内部变形场的分布式监测。试验结果表明:水平和竖直向传感光缆监测到的应变异常区域与潜在滑动面位置相吻合,并被数值模拟所证实;在 BOTDA 监测数据的基础上提出了边坡模型水平特征最大应变值与安全系数之间的经验公式,对削坡作用下的边坡稳定性状态进行了评价,进而可对边坡失稳做出预警。     

基于加卸载响应比理论的降雨型滑坡预警研究

在建立边坡远程实时监测系统并获得变形与降雨量连续监测数据的基础上,运用加卸载响应比理论的基本原理,提出以一周为加卸载周期、将日降雨量及其变化作为边坡的加卸载参数、相应的日平均变形速率及其变化值为加卸载响应参数,建立了基于加卸载响应比的降雨型滑坡短周期预警模型.以某公路边坡为例,运用加卸载响应比预测模型对边坡的2个监测点...     

基于网络灾情数据融合的震后建筑物倒塌快速评估∗

网络灾情数据为震后损失快速评估提供了全新的视角,而网络灾情数据语义上的模糊性和内容上的冲突性严重制约了其在应急评估中的应用。为解决其模糊性与冲突性,充分挖掘其价值,构建了基于网络灾情数据融合的建筑物倒塌快速评估模型。首先,在网络灾情数据核心词汇提取的基础上,基于云模型理论,结合蒙特卡洛模拟思想,对网络灾情数据的模糊性进行量化;其次,通过网络灾情数据的可信度和模糊性度量,对冲突数据进行修正; 然后,基于 D?S 证据理论,融合修正后的数据,获取建筑物倒塌率评估结果;最后,利用漾濞 5·21 M_s 6.4 地震后 15 h、 玛多 5·22 M_s 7.4 地震和芦山 4·20 M_s 7.0 地震后 12 h 内的网络灾情数据,验证该模型的有效性。案例研究表明,评估结果与实际损失相吻合,该模型可为震后建筑物倒塌快速评估提供辅助支持。     

多层采空区条件下的高速公路路堑边坡稳定性数值分析

高速公路建设过程中常穿越各种矿山采空区,采空区对路堑边坡的稳定性产生较大的影响。基于有限差分分析的快速拉格朗算法FLAC3D程序,由于具有强大的数值模拟分析功能,可以模拟多种结构形式的地质体,因而广泛应用于各种岩土工程问题。本文结合国家某重点交通项目,采用快速拉格朗算法FLAC3D程序对多层采空区条件下的某路堑边坡稳定性进行了评价,主要包括开挖、注浆和锚固等工况下路堑边坡的应力和位移分析。分析结果表明,采空区经过处理后的路堑边坡是稳定的,FLAC3D应用于多层采空区条件下的路堑边坡稳定性评价是可行的。     

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。     

前期有效降雨对滑坡启动影响分析

降雨是诱发边坡失稳破坏的主要原因。以坡地水文模型为基础,结合无限边坡稳定计算模型,研究降雨条件下边坡启动的临界降雨条件。以都江堰市为研究区域,研究前期降雨、边坡体地下水位和渗流时间的关系,再结合滑坡启动的临界降雨模型,定量分析前期有效降雨对滑坡启动的影响。     

降雨作用下考虑膨胀推力的膨胀土边坡稳定性分析

为研究膨胀力作用下膨胀土边坡的稳定性,通过合理假设,在传统剩余滑坡推力法中引入膨胀力项,得出了适用于膨胀土边坡的滑坡稳定性系数计算公式。基于该公式对某膨胀土坡的离心模型降雨试验进行了模拟和计算,通过计算结果和试验结果的对比验证了该法的可行性;同时分析了膨胀力施加与否、不同裂隙分布位置和深度、不同降雨历时和降雨强度下膨胀土边坡的稳定性,得出了安全系数的变化规律。结果表明,降雨条件下考虑膨胀力时膨胀土边坡的安全系数相对于未考虑膨胀力时大幅下降,符合膨胀土边坡降雨破坏的实际情况;裂隙位于坡中时膨胀土边坡较裂隙位于坡顶时更危险;降雨强度和降雨历时也对膨胀土边坡的稳定性造成了影响,但超过一定程度时这种影响会受到限制。该方法为工程中膨胀土边坡稳定性的计算提供了参考。     

粉土动力特性研究综述

粉土是一种具有特殊工程性质的土,粉土中砂粒、粉粒、粘粒都存在,这3种粒种分别具有不同的性质。总结这3种粒种对粉土动模量和阻尼的影响,得到了粉土模量阻尼的表达式以及粉土动力特性符合土体非线性和滞后性的一般规律。液化是一种特殊的强度问题,国内外预测液化可能性的方法主要有经验法、剪切波速法、Seed法、有限元法等。室内研究主要集中在粉土动力特性试验研究上,研究了各种因素影响下粉土液化特性,包括3种不同的粒种对粉土液化特性的影响,尤其是粘粒含量影响下粉土液化特性。粉土的动孔压响应与砂土有很大区别,这也可以用粉土特殊的颗粒结构组成来分析。最后,分析了粉土液化机理,并对粉土进一步研究提出了几点看法。     

降雨条件下边坡裂缝的演化机制及对边坡稳定性影响——以云南省双柏县丁家坟滑坡为例

边坡的失稳与降雨有着密切的关系。以云南省双柏县丁家坟滑坡为例,阐述了降雨条件下边坡裂缝的演化是由于受到地表横向径流和边坡临空条件的影响。这些形成的裂缝又给地表水入渗提供了主要通道,使地表水易到达边坡体内部的软弱结构面,大大降低了边坡体的稳定性。     

云南头寨沟大型岩质高速滑坡碰撞模型试验

首次提出了滑坡岩体高速碰撞的模型实验方法。通过实验，研究了滑体碰撞解体后不同速度段岩体体积的分布规律。结果表明，加速块体所占比例基本上与滑体体积及碰撞速度无关，加速块体体积大约为碰撞前滑体总体积的20％，但个别块体获得的加速效应与滑坡体积及碰撞速度有明显的正相关关系。运用实验成果，分析了头寨沟大型岩质高速滑坡形成远程高速的机理。     

软弱基底排土场堆载过程中稳定性数值模拟*

针对软弱基底排土场普遍存在稳定性差的问题,在分析了排土场失稳的主要影响因素以及常见的5种失稳模式的基础上,结合胜利东二露天煤矿南排土场南帮边坡工程地质实际,基于强度折减理论,运用大型岩土数值模拟软件FLAC3D对排土场逐水平堆载过程中基底与边坡岩体变形破坏规律及稳定性进行了数值模拟分析,确定了南排土场南帮边坡的破坏模式以及最终排弃高度。结果表明:胜利东二露天矿南排土场边坡变形破坏主要受排弃物料重力影响,随着排弃高度的增加,基底内部第四系弱层最大位移呈线性增加,弱层以下岩土体变形量较小,其滑坡模式为沿基底内部弱层发生的剪切圆弧滑动,可在原设计基础之上继续排弃一个排土台阶高度,提高了排土场的空间利用率,并为类似排土场边坡设计提供借鉴。     

饱和粉土粉粒含量影响的动孔压发展规律试验研究

采用多功能静动液压剪切三轴仪,进行大量不同粉粒含量的饱和粉土试验。通过试验研究了不同粉粒含量对饱和粉土振动孔压发展的影响。试验在达到液化标准后继续施加动荷载,使试验结果能够模拟液化破坏严重情况下的孔压发展的完整过程。研究结果表明,不同粉粒含量的粉土其孔压发展可以用同一个改进指数函数表达式来表示,该表达式包含2个参数a,b。粉粒含量的影响主要体现在系数b上,系数b随着粉粒含量的增加而单调增加;而系数a则基本不受粉粒含量变化的影响。结果表明由该模式得到的理论值与试验值拟合得较好。     

交通荷载作用下饱和软粘土孔压-应变分析模型

针对交通荷载的作用特点设计了循环三轴试验,进而对交通荷载作用下饱和软粘土的动力特件进行厂研究.结果表明:循环荷载作用下,饱和软粘土存在临界循环应力比,采用孔压曲线所得到的临界循环应力比要小于采用应变曲线所得到的临界循环应力比.当土样不存在初始剪应力时,随着循环次数的增加,土样的应力-应变关系曲线近似原点对称,但随着初始剪应力的增大,应力-应变关系曲线逐渐表现为一系列平行曲线,峰值孔压与循环孔压幅值均逐渐减少;同时,轴应变的发展加快,但循环应变幅值逐渐减小.当循环应力比小于临界循环应力比时,对于同一初始剪应力,不同循环应力比下的孔压比-动应变曲线近似集中在同一条曲线上.通过对试验数据进行回归分析,得到了交通荷载作用下饱和软粘土残余孔压-累积塑性应变关系模型.     

桥梁结构健康监测的数据融合框架

大型桥梁结构健康监测系统需要安装大量各种类型的传感器,如何有效利用这些实时采集的信息以保障桥梁的连续安全运营是一个核心课题,而数据融合技术是解决这一问题的一个新方向。本文对近几十年来数据融合技术的发展做了全面综述,介绍了常用的数据融合模型,评析了各种常用融合算法。基于对健康监测系统的细致分析,在前人工作基础上,提出了桥梁结构健康监测的数据融合框架,对框架内的各个功能模块进行了功能定位,并给出了相应阶段适宜的融合算法。