地裂缝是一种具有隐蔽性和缓变性的地质灾害,已经对许多类型的工程建设项目,比如线性工程项目、水利设施和城市建筑等造成直接损害,对人类的生命以及财产安全造成极大威胁。因此,亟需要对地裂缝灾害进行有效监测,分析其活动性以及预测其位移变化趋势,为预警地裂缝灾害防治提供强有力的判断依据。地裂缝位移活动是评价地裂缝活跃性的重要参考指标,准确、全面、实时获取地裂缝位移形变量已经成为该研究方向的主要目标。阵列式位移传感器(Shape Accel Array,SAA)具有高精度、高频率等特点,故可以应用于变形监测工程项目中,其数据获取精度可以达到±1.5mm/32m,频率可以达到一小时获取一次数据。因此,本研究将SAA埋设于西王路地裂缝内部,贯穿地裂缝上、下盘,实时采集地裂缝内部的三维位移活动信息。但是,单一从位移活动变化来评价地裂缝活跃性并不可靠,位移形变量不能够反映出地裂缝自身机理与环境外力相互作用的效果,故而,本文提供了一种系统性处理SAA监测数据的方法,在此基础上,提出了基于瞬时总能量模型的地裂缝活跃性分析方法。位移活动分析与瞬时总能量分析方法互相补充,弥补了单一分析法的缺陷。由于地裂缝灾害的发生具有很强的偶发性,影响因素众多并且各影响因素之间往往随机发生。因而,对于地裂缝灾害的风险规避,仅进行位移监测和活动分析是远远不够的,我们还需要对灾害提前进行安全性评估,所以地裂缝的位移活动预测是很有必要的。基于上述方法及目标,本文的主要内容及研究结果有如下几个方面:(1)西王路地裂缝监测方案设计。详细介绍了地裂缝传统监测方法以及本文所使用的SAA监测技术,对比分析了传统监测方法以及SAA监测技术的优缺点。通过合理及优化SAA的地下布设方案,分别水平布设了16节段SAA传感器,垂直布设了8节段SAA传感器,获取了西王路地裂缝自2015年11月23日至2017年3月2日监测点的三维形变信息。实验结果表明,SAA技术是一种有效监测地裂缝内部位移活动的手段,其获取的高采样频率数据可以用来详细刻画地裂缝的活动模型。(2)西王路地裂缝位移活动的周期性规律。综合水准测量、全球定位系统的地裂缝地表监测结果与SAA传感器地下监测结果,从地裂缝地表和地下两个角度,总结归纳了本文研究区域北京市西王路地裂缝的周期性形变规律。结合以往的研究,分析讨论了西王路地裂缝形成和发展原因,可以通过设计合理的避让,在一定程度上规避地裂缝灾害带来的危害。(3)集成信号分解与斯皮尔曼相关系数的SAA传感器监测信号降噪。对于SAA监测的地裂缝位移信号首先采用极点对称模态分解方法,将其分解成多个简单子信号。接下来采用斯皮尔曼相关系数求解子信号与原始信号之间的相关性,对于噪声占主导地位的子信号剔除,从而达到联合降噪的目的。采用均方根误差和信噪比两个精度评定指标进行精度评定,均方根误差和信噪比均提高了10%左右,降噪效果比较理想。(4)基于瞬时总能量模型的地裂缝活动分析方法。由于以前的能量模型在求解时默认能量是不变的,只是简单地将其投射到一些固定的频率点上,所以这种方法是不可取的。因此,本文提出了基于子信号相对动能叠加的瞬时总能量模型,不仅表达了能量随时间变化的特性,而且给出了瞬时总能量的实际物理意义。利用相对动能模型计算各子信号位移随时间变化的瞬时能量,然后将各子信号的瞬时能量叠加得到瞬时总能量。利用瞬时总能量的变化来反映地裂缝的活动性。(5)基于支持向量回归的地裂缝位移活动预测。埋于地下的SAA传感器可以一小时测取一次监测点的位移变化情况,数据的采样频率可以满足我们能够近乎实时监测地裂缝的变形活动。但是地裂缝灾害的发生往往是缓变的、随机的,因此,我们可以在SAA实时监测的同时,使用支持向量回归方法对SAA监测的每日位移变化量进行预测,由此来预报和评估地裂缝灾害潜在的风险。