滑坡是一種分布較廣、發(fā)生頻繁的地質(zhì)災(zāi)害,具有突發(fā)型、季節(jié)性、蠕變性等特征。在滑坡綜合信息監(jiān)測中,采用傳感器種類眾多,布設(shè)位置多樣。傳感器類型大致可分為:滑坡位移監(jiān)測傳感器、環(huán)境信息監(jiān)測傳感器,需要優(yōu)化設(shè)計各種監(jiān)測傳感器的布設(shè)位置,將各監(jiān)測傳感器的作用最大化。在海量監(jiān)測數(shù)據(jù)中,通過將頻率、位置、深度、精度各不相同的傳感器監(jiān)測信息進(jìn)行融合,進(jìn)而反映滑坡體的整體形變綜合特征。通過滑坡體監(jiān)測的位移時間序列分析對滑坡體的穩(wěn)定性進(jìn)行評價,判斷滑坡體是否安全。論文依托實際工程項目,按照“高精度模型構(gòu)建——傳感器優(yōu)化設(shè)計——監(jiān)測信息融合——穩(wěn)定性分析”的主線進(jìn)行研究,主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新點如下:(1)堆積層滑坡高精度模型構(gòu)建及傳感器優(yōu)化設(shè)計使用高精度三維激光掃描儀結(jié)合地質(zhì)勘查資料對堆積層滑坡進(jìn)行高精度三維地質(zhì)模型的構(gòu)建,賦予各地層相應(yīng)的力學(xué)參數(shù)。針對傳統(tǒng)滑坡形變監(jiān)測通常采用經(jīng)驗方法選取監(jiān)測點、線、區(qū)域的不足,本文采用數(shù)值模擬計算不同降雨工況下的形變情況,確定了滑坡體重點監(jiān)測區(qū)域,優(yōu)化設(shè)計滑坡監(jiān)測傳感器的布設(shè)位置,在滑坡監(jiān)測點、監(jiān)測線傳感器優(yōu)化設(shè)計方面實現(xiàn)理論方面創(chuàng)新。通過監(jiān)測點位模擬與安全系數(shù)的分析,確定滑坡預(yù)警閾值,給滑坡體的監(jiān)測預(yù)警提供了判據(jù)條件。(2)多傳感器滑坡監(jiān)測數(shù)據(jù)融合針對卡爾曼濾波最優(yōu)狀態(tài)估計需要準(zhǔn)確已知噪聲信息的缺點,引入衰減記憶因子,采用自適應(yīng)衰減記憶卡爾曼濾波(AFMKF,Adaptive Fading Memory Kalman Filtering)降低噪聲的影響。針對衰減記憶因子的不確定性,本文提出了一種基于高精度觀測值約束的自適應(yīng)衰減記憶卡爾曼濾波算法(AFMKF with HPOC,Adaptive Fading Memory Kalman Filtering with High-Precision Observation Constraints),對于含噪聲的觀測序列,采用周期性高精度觀測值更新新息序列,并約束衰減記憶因子的更新,提高算法的濾波能力。通過仿真實驗,相比于傳統(tǒng)自適應(yīng)衰減記憶卡爾曼濾波算法,附有條件約束的AFMKF算法均方根誤差降低了41.31%。并針對集中式卡爾曼濾波(CKF,Centralized Kalman Filter)數(shù)據(jù)融合算法設(shè)計了基于AFMKF with HPOC數(shù)據(jù)融合算法,針對滑坡體的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合,進(jìn)而整體反映滑坡體的形變特征。(3)多尺度滑坡體穩(wěn)定性分析采用位移時間序列進(jìn)行滑坡穩(wěn)定性分析,針對傳統(tǒng)位移時間序列分析方法不能顧及微小尺度下位移變化特征與穩(wěn)定性之間的關(guān)系,本文設(shè)計了針對不同時間尺度采用不同的位移時間序列分析方法,研究了分形理論與重標(biāo)度極差分析(R/S分析)法,對滑坡的階段穩(wěn)定性與整體穩(wěn)定性進(jìn)行判斷。分析結(jié)果表明,在降雨量較大的階段性時間尺度內(nèi),位移時間序列多重分維值譜特征與加速形變過程譜特征一致,滑坡體在該階段穩(wěn)定性較差;長尺度位移時間序列的分析結(jié)果表明了滑坡體的穩(wěn)定態(tài)勢將會持續(xù)下去,具有長程持續(xù)性。
【學(xué)位單位】：北京建筑大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：P642.22
【部分圖文】：

坡災(zāi)害依然是危害較廣的一種地質(zhì)災(zāi)害。常見的滑坡類型按照不同的誘因主要分為三種：由于庫區(qū)水位變化引發(fā)的滑坡；由于降雨誘發(fā)的山體堆積層滑坡；由于工程的開挖方工作導(dǎo)致山體應(yīng)力破壞因而誘發(fā)的滑坡；幾種常見的滑坡類型如圖1-1所示。針對此，黨中央和國務(wù)院下發(fā)了“十三五”全國地質(zhì)災(zāi)害防治規(guī)劃，截止到 2015 年圖 1-1 幾種典型的滑坡類型Fig.1-1 Several typical types of landslides

1.1 氣候條件研究區(qū)域?qū)倥瘻貛Т箨懶园霛駶櫋敫珊敌蜌夂�，主要氣候特點為：春季干旱、多雨、秋季秋高氣爽、冬季寒冷干燥；全年降水量多集中在 7～9 月份。由于降雨，且突發(fā)型水量較大，因此降雨極有可能成為破壞山體的穩(wěn)定性的誘因之一。1.2 水文地質(zhì)情況研究區(qū)域地層巖性；土層為第四系松散層（Q4-3）,基巖主要有薊縣系楊莊組（Jxy城系高于莊組（Chg）、大洪峪組（Chd）、團子山組（Cht）、長城系串嶺溝組（Chch州溝組（Chc）；太古界密云群（Ar）變質(zhì)巖，以及燕山期巖侵入巖，主要是脈巖，正長斑巖（ ε -Π ）、閃長玢巖（ ε -Π ）等巖脈。研究區(qū)域第四系厚度從250m-1000m不等，地層由老至新為薊縣系(Jx)、奧陶系（O炭－二迭系(C－P)、侏羅系（J）、白堊系（K）和第四系。見圖 2-3 研究區(qū)基巖地質(zhì)圖圖 2-2 研究區(qū)域地理位置示意圖Fig.2-2 Location map of the study area

10研究區(qū)域地下水情況：研究區(qū)域位于縱向河谷東側(cè)崇山峻嶺中，地下水由東北、西南補給區(qū)向軍都山中部河谷匯集。研究區(qū)域地下水主要為第四系孔隙潛水、基巖裂隙水和巖溶水。地下水位埋深根據(jù)地形起伏以及季節(jié)變化幅度較大，勘察期間水位埋深 0.5～30m。綜上所述，研究區(qū)域內(nèi)，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，由于人工活動造成的山體破壞情況較為嚴(yán)重，山體應(yīng)力平衡遭到破壞，并且堆積層較厚，基巖透水性較差不利于大氣降水入滲地下水較豐富。對于滑坡體而言，若突降大雨，堆積層滲透壓易形成飽和從而造成山體失穩(wěn)，引發(fā)堆積層形變，從而引起滑坡及其他地質(zhì)災(zāi)害。2.2 京張高鐵監(jiān)測區(qū)域高精度三維地質(zhì)模型構(gòu)建三維地質(zhì)模型的構(gòu)建主要分為兩步：一是進(jìn)行外業(yè)地質(zhì)調(diào)查以及勘探取樣，獲取地層分布、深度、厚度等情況；然后再根據(jù)取樣結(jié)果分析各地層不同巖體的力學(xué)參數(shù)。二圖 2-3 研究區(qū)域地質(zhì)圖Fig.2-3 Research area geological map
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本文編號：2883735