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中国是世界上滑坡灾害最严重的国家之一。据初步统计,我国目前受到滑坡威胁的地区已占全国陆地面积的1/5~1/4左右,每年因崩塌滑坡造成的经济损失在200亿元人民币左右。目前,在我国不可能有足够的经济和技术力量对有潜在危险性的滑坡灾害点进行全面治理。而且对于复杂的滑坡系统,要准确无误地分析其力学作用机理几乎是不可能的,同时影响滑坡的外部因素总是处于动态变化中,致使某些滑坡虽然已经进行了治理,其抗滑效果也是难以保障。对于一些己实施治理措施的重要滑坡来说,我们已拥有了不同观测时段的监测数据。通过科学地分析整理这些数据,预测滑坡可能的活动性,对于效果不佳的防治工程进行及时的补救措施,可达到提高滑坡抗滑效果的目的。
灰色理论是邓聚龙教授于1982年3月在国际上首先提出来的,他认为现实世界并不是清清楚楚的白色系统,又非一无所知的黑色系统,而是略知一二的灰色系统。灰色系统理论主要研究“小样本贫信息不确定问题”。以往白色的思想处理问题,要找到因素间明确的映射关系。然而确定性作用原理在社会、经济、农业、生态等领域都没有物理原型,虽然能知道某些因素,但很难明确全部因素,更不可能建立明确的映射关系。一些可以量化的数据又缺乏详细的资料,因此定量预测有一定难度。若不考虑这些因素,只将可以得到数据的因素考虑进去,必然带来预测结果的不准确。就白色系统常用的回归分析工具而言,在应用过程中有其缺点,比如:要求样本有大容量,是正态分布,平稳过程才能得到统计规律,计算工作量较大,不容易分析复杂系统等等。
面对以上困境,灰色理论应运而生,它处理问题另辟蹊径,不是找概率分布,求统计规律,而是用生成的方法求得了随机性弱化,规律性增强的新的数据序列。这一新的数据序列既体现了原数据序列的变化趋势,又消除了其波动性。它可以较好地解决某些参数已知而某些参数未知的系统问题。在复杂的工程地质因素及岩体结构特征至今还无法完全查明和正确表述的情况下,试图通过对其力学机理的研究建立完全正确的力学模型来进行准确的位移预测是十分困难的,而且预测结果与实际情况有较大的差异。因此,寻求一种适应于病害边坡复杂特点的实用预测方法是十分必要的。
考虑到滑坡是一个复杂的系统,系统的输入信息很多,而作为系统的主要输出信息一位移是一个随机量值,具有灰色特征,因此本文主要讨论灰色理论在滑坡防治效果分析中的应用。将基于灰色系统理论的GM(1,1)模型、残差GM(1,1)模型和等维新信息 GM(1,1)模型分别应用于三峡库区某已治理滑坡的累计位移模拟。为了更好地验证灰色系统模型的模拟精度,本文还运用一元线性回归模型和Simple指数平滑法对该滑坡2003年7月~2004年12月DK7 倾斜仪监测孔的滑带累计位移进行模拟,从而选取应用于该滑坡防治效果分析的最佳模型和方法。最后,我们选取GM(1,1)模型对该滑坡DK7倾斜仪监测孔的滑带累计位移和GPS卫星定位监测点G2的累计位移进行预测,得出的结论是:该滑坡治理工程的抗滑效果不佳。
本文的主要成果如下:
(1)提出了应用灰色理论分析滑坡抗滑工程效果的方法;
(2)运用GM(1,1)模型对滑带累计位移进行模拟,由发展系数 -a> 0.3,可知模拟精度达到滑坡中长期预报的要求,证明了GM(1,1)模型在滑坡抗滑工程效果分析中的适用性;
(3)对GM(1,1)模型进行残差修正,使模拟精度得到了大幅度的提高;
(4)从滑坡滑带累计位移的监测资料中选取部分数据验证了等维新信息GM(1,1)模型较好的模拟效果,此种方法对灰色系统模型的实际应用有很好的启示作用,意味着进行实际操作时必须不断地考虑那些随着时间推移相继进入系统的新信息;
(5)运用SPSS统计分析软件对滑带累计位移的监测数据进行回归分析和Simple 指数平滑法分析,得出的平均相对误差均大于灰色系统模型,证明了在对该滑坡进行抗滑工程效果分析时,灰色系统模型要相对较优。
(6)应用GM(1,1)模型对该滑坡.DK7倾斜仪监测孔的滑带累计位移和GPS卫星定位监测点G2的累计位移进行预测,通过分析位移一时间曲线,得出该滑坡抗滑工程效果不佳的结论。