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多层非均质边坡降雨入渗分析的改进Green-Ampt模型

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岩土工程学报 2024年第6期46卷 1177-1186页

作者：蒋水华刘贤黄劲松周创兵南昌大学工程建设学院江西南昌330031 中山大学土木工程学院广东珠海519082

边坡降雨入渗分析对于降雨型滑坡加固设计、治理和风险防控至关重要。经典的Green-Ampt模型参数虽然具有明确的物理意义,计算便捷,但是忽略了入渗区客观存在的过渡层,并且不能有效分析考虑土体渗透系数空间变异性的多层非均质边坡降雨... 详细信息

边坡降雨入渗分析对于降雨型滑坡加固设计、治理和风险防控至关重要。经典的Green-Ampt模型参数虽然具有明确的物理意义,计算便捷,但是忽略了入渗区客观存在的过渡层,并且不能有效分析考虑土体渗透系数空间变异性的多层非均质边坡降雨入渗问题。为此,提出了一种适用于多层非均质边坡降雨入渗分析的改进Green-Ampt模型,考虑了降雨入渗的椭圆形过渡层,推导了不同降雨历时下边坡含水率分布情况。同时,以无限长边坡模型为例,通过4种常见的边坡工况验证了该模型的有效性,并进行了降雨入渗条件下非均质边坡稳定性分析。结果表明:对于设定的4种工况,提出的改进Green-Ampt模型计算的边坡体积含水量分布、安全系数和滑动面深度与Richards方程数值解吻合,而基于修正Green-Ampt模型计算的边坡体积含水量和滑动面分布存在偏差,边坡安全系数偏小。此外,基于提出的改进Green-Ampt模型能够准确识别最危险滑动面位置。研究成果可为多层非均质边坡降雨入渗分析及降雨型滑坡加固设计及风险防控提供理论参考。

关键词：非均质边坡降雨入渗稳定性分析改进Green-Ampt模型空间变异性

Verhulst反函数预测模型的改进及滑坡时间概率预测

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地球科学 2024年第5期49卷 1692-1705页

作者：陈铭熙陶培捷周创兵姜清辉广西大学土木建筑工程学院广西南宁530004 武汉大学土木建筑工程学院湖北武汉430072

滑坡时间预测是滑坡灾害防治的重要组成部分,但由于滑坡演化存在不确定性,准确预测滑坡的发生极为困难.Verhulst反函数模型是一种常用的滑坡时间预测模型,但其存在计算起始时刻选择不当会造成监测数据拟合质量差和预测精度低的问题.针... 详细信息

滑坡时间预测是滑坡灾害防治的重要组成部分,但由于滑坡演化存在不确定性,准确预测滑坡的发生极为困难.Verhulst反函数模型是一种常用的滑坡时间预测模型,但其存在计算起始时刻选择不当会造成监测数据拟合质量差和预测精度低的问题.针对这一不足,提出了一种改进的Verhulst反函数模型(MVIF模型),并进行近实时概率预测分析.结果表明:(1)MVIF模型改善了原模型对计算起始时刻选择苛刻的问题;(2)MVIF模型预测精度较高,在滑坡进入中等加速变形阶段之后可进行可靠的预测;(3)预测滑坡时间与破坏概率结合提供了一种新的滑坡预报准则.该研究可为蠕滑型滑坡的预警预报提供有价值的参考.

关键词：滑坡滑坡时间预测 Verhulst反函数模型模型改进概率分析预测决策灾害

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不同分级方法对区域滑坡易发性区划的影响

工程科学与技术 2024年第1期56卷 148-159页

作者：黄发明张崟琅郭子正范宣梅周创兵南昌大学工程建设学院江西南昌330031 中国瑞林工程技术股份有限公司江西南昌330031 河北工业大学土木与交通学院天津300401 成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室四川成都610059

易发性分区是开展区域地质灾害风险评价的基础步骤,选取合理的分级方法对有效绘制区域滑坡易发性图意义显著,但鲜有研究对比了各易发性分级方法的优缺点,尤其是未能将历史滑坡与预测出的易发性指数相联接。针对该问题,以陕西省延长县为... 详细信息

易发性分区是开展区域地质灾害风险评价的基础步骤,选取合理的分级方法对有效绘制区域滑坡易发性图意义显著,但鲜有研究对比了各易发性分级方法的优缺点,尤其是未能将历史滑坡与预测出的易发性指数相联接。针对该问题,以陕西省延长县为例采用3种机器学习模型计算滑坡易发性指数,即分类和回归树、随机森林和径向基函数;设计了5种易发性分级方法,划分不同的滑坡易发性等级,包括4种常规的基于地理信息系统的分级方法(自然断点、等间隔、分位数和几何间隔),同时考虑了滑坡与易发性指数间的非线性关联性的频率比阈值法。结果表明:3种模型的受试者工作特征(ROC)曲线下面积均大于0.75,但划分的易发性分级图分布模式却存在较大差异,使用几何间隔和分位数法的易发性图能在极高易发区中识别出更多滑坡,但这两种方法划分的极高和高易发区的总面积过大;使用等间隔法和频率比阈值法在极高和高易发区中的滑坡比率更大,说明识别出的滑坡更为集中。本文提出的频率比阈值法用于滑坡易发性分级,能为易发性的准确分区提供思路,为边坡稳定性较差区域的工程选址以及土地利用规划提供科学参考,提高地质安全评估及应急管理能力。

关键词：滑坡易发性易发性分级频率比阈值法机器学习

基于改进贝叶斯更新方法的边坡参数概率反分析及可靠度评估

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岩土力学 2024年第3期45卷 835-845页

作者：胡鸿鹏蒋水华陈东黄劲松周创兵南昌大学工程建设学院江西南昌330031 江西省天然气集团有限公司管道分公司江西南昌330096

某一特定场地的岩土力学参数在地质作用下普遍呈现固有的不确定性,融合现场观测数据进行概率反分析可有效缩减这一不确定性。虽然基于子集模拟的贝叶斯更新(Bayesian Updating with Subset simulation,简称BUS)方法可以将等量场地信息... 详细信息

某一特定场地的岩土力学参数在地质作用下普遍呈现固有的不确定性,融合现场观测数据进行概率反分析可有效缩减这一不确定性。虽然基于子集模拟的贝叶斯更新(Bayesian Updating with Subset simulation,简称BUS)方法可以将等量场地信息的高维概率反分析问题转化为等效的结构可靠度问题,但是当现场观测数据增多时,构建的似然函数值会变得非常小,甚至低于计算机浮点运算精度,会严重影响概率反分析计算效率与精度。为此,提出了一种基于并联系统可靠度分析的改进BUS方法,从基于乔列斯基分解的中点法出发,将接受率低的总失效区域分解为多个接受率高的子失效区域,从而避免因融合大量现场观测数据引起的“维度灾难”问题,实现对边坡岩土力学参数的准确概率反分析。最后,通过一不排水饱和黏土边坡案例验证了提出方法的有效性,结果表明提出的方法能够融合大量钻孔数据和边坡服役状态等观测信息高效进行岩土力学参数概率反分析及边坡可靠度评估,为高维空间变异参数概率反分析和边坡可靠度评估提供了一种有效的工具。

关键词：边坡空间变异性似然函数分解贝叶斯更新概率反分析可靠度评估

考虑机器学习建模中训练/测试集时空划分原则的滑坡易发性预测建模

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地球科学 2024年第5期49卷 1607-1618页

作者：黄发明欧阳慰平蒋水华范宣梅连志鹏周创兵南昌大学工程建设学院江西南昌330031 成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室四川成都610059 中国地质调查局武汉地质调查中心湖北武汉430205

滑坡易发性预测时大多按空间随机来划分模型训练/测试数据集,但随机划分方式难免将不确定性因素引入建模中.因为理论上滑坡易发性是基于过去的滑坡来预测将来发生滑坡的空间概率,具有显著的时间顺序特征而非单纯的空间随机,可见有必要... 详细信息

滑坡易发性预测时大多按空间随机来划分模型训练/测试数据集,但随机划分方式难免将不确定性因素引入建模中.因为理论上滑坡易发性是基于过去的滑坡来预测将来发生滑坡的空间概率,具有显著的时间顺序特征而非单纯的空间随机,可见有必要探索基于滑坡发生的时间顺序划分模型训练/测试集.以浙江文成县为例获取11类环境因子及128个时间准确的滑坡;之后将联接了环境因子的滑坡-非滑坡样本分别按照滑坡时间顺序和空间随机的原则,划分为两类不同训练/测试集;其划分比例分别设定为9∶1、8∶2、7∶3、6∶4和5∶5等以避免不同比例影响研究结果,由此得到10种组合工况下的训练/测试集;最后再训练测试支持向量机(SVM)、多层感知器(MLP)和随机森林(RF)等模型以预测滑坡易发性并分析其不确定性.结果表明:(1)训练/测试集按时间顺序划分的SVM、MLP和RF模型预测的滑坡易发性的不确定性略低于按空间随机性划分的模型,验证了按时间顺序划分的可行性;(2)训练/测试集按时间顺序划分实际上是其在空间随机划分下的一种更符合滑坡发生实际情况的“确定性”特征,当然对缺乏滑坡发生时间的数据集开展空间随机划分也是可行的.

关键词：滑坡滑坡易发性时间顺序训练/测试集比例机器学习工程地质

考虑过渡层多层空间变异性的边坡降雨入渗模型及稳定性分析应用

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岩土工程学报 2024年

作者：蒋水华元志镕刘贤黄劲松周创兵南昌大学工程建设学院南昌大学流域碳中和教育部工程研究中心

建立合理的降雨入渗模型是揭示降雨诱发边坡失稳机制及灾害防控的重要前提。传统的Green-Ampt模型未考虑土壤分层及雨水入渗形成的过渡层分布，导致计算的入渗率存在较大偏差，难以适用于空间变异性边坡。本文提出土层入渗率的分层求解... 详细信息

建立合理的降雨入渗模型是揭示降雨诱发边坡失稳机制及灾害防控的重要前提。传统的Green-Ampt模型未考虑土壤分层及雨水入渗形成的过渡层分布，导致计算的入渗率存在较大偏差，难以适用于空间变异性边坡。本文提出土层入渗率的分层求解方法，可由不同土层间入渗率大小关系确定过渡层厚度，据此提出考虑土体饱和渗透系数空间变异性边坡降雨入渗分析的改进Green-Ampt模型。进而应用改进模型进行降雨入渗下均质和非均质无限长边坡渗流及稳定性分析，并与传统Green-Ampt模型计算结果和Richards方程数值解加以对比。分析结果表明：相比于传统的Green-Ampt模型，利用改进模型计算的边坡体积含水率分布和稳定性系数与Richards方程数值解更为吻合，可以更好地为非均质边坡降雨入渗分析及降雨型滑坡灾害防控提供理论依据。此外，发现过渡层厚度与土体饱和渗透系数、过渡层顶部入渗率和体积含水率之间存在依赖关系，而与雨水入渗的总深度无直接关系。

关键词：边坡稳定性分析空间变异性降雨入渗改进Green-Ampt模型过渡层

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湖南益阳兔子山遗址九号井发掘简报

文物 2016年第5期 32-48页

作者：张春龙张兴国周创华曹伟邓建强阳承良熊有志谈国鸣潘茂辉罗斌香张朝辉唐钊轲盛亚中臧国良曹建宏徐建光匡立球刘其军徐佳林易万春杜林慧汪华英朱元妹龚辉群付林英段欣罗斯奇罗希李静杨盯陆翼捷周西璧刘娜屈凤周西黛赵路路湖南省文物考古研究所益阳市文物处

一概况兔子山遗址位于湖南省益阳市赫山区,2013年5-11月,为配合基本建设,湖南省文物考古研究所与益阳市文物处联合对遗址进行了勘探和发掘。发掘面积1000平方米,清理古井16口、灰坑56个,灰沟7条、房屋建筑遗存9处。其中九号井出土陶器... 详细信息

一概况兔子山遗址位于湖南省益阳市赫山区,2013年5-11月,为配合基本建设,湖南省文物考古研究所与益阳市文物处联合对遗址进行了勘探和发掘。发掘面积1000平方米,清理古井16口、灰坑56个,灰沟7条、房屋建筑遗存9处。其中九号井出土陶器、铜器、铁器,石器,建筑构件以及简牍等。简牍共780枚,其中有字简牍579枚,内容多为簿籍,为研究战国秦汉时期基层政府行政运作提供了重要资料。

关键词：建筑构件行政运作战国秦汉时期发掘面积发掘简报建筑遗存灰坑弦纹湖南益阳底径

环境因子筛选及组合方法对滑坡易发性预测的影响规律

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应用基础与工程科学学报 2024年第1期32卷 49-71页

作者：黄发明刘科技曾子强田钦蒋水华杨阳周创兵南昌大学工程建设学院江西南昌330031

采用不同筛选方法从滑坡环境因子中获取各种因子组合,将其作为滑坡易发性预测模型的输入变量,用以研究不同环境因子筛选及组合下的建模规律,对准确可靠地预测滑坡易发性具有重要的理论和实践参考价值.以三峡库区万州区为例,首先,选取23... 详细信息

采用不同筛选方法从滑坡环境因子中获取各种因子组合,将其作为滑坡易发性预测模型的输入变量,用以研究不同环境因子筛选及组合下的建模规律,对准确可靠地预测滑坡易发性具有重要的理论和实践参考价值.以三峡库区万州区为例,首先,选取23种环境因子,如地形、水文、岩性等;然后,用相关系数(Coefficient Analysis, CA)、线性回归(Linear Regression, LR)、主成分分析(Principal Component Analysis, PCA)、神经网络(Artificial Neural Network, ANN)和粗糙集(Rough Set, RS)等筛选方法来优化环境因子组合,将其作为支持向量机(Support Vector Machine, SVM)、多层感知器(Multi-layer perceptron, MLP)等典型机器学习模型的输入变量,构建CA-SVM、CA-MLP等耦合模型,预测滑坡易发性,并与未进行环境因子筛选的全部因子耦合机器学习模型作对比;最后,用受试者操作特征曲线下面积(Area under receiver operating characteristic curve, AUC)精度、易发性指数的均值和标准差等指标探讨建模规律.研究结果表明:(1)全部环境因子耦合的滑坡易发性预测精度总体上优于考虑环境因子筛选的机器学习模型,可见环境因子筛选对提升易发性预测精度并不理想;(2)滑坡易发性精度对不同环境因子筛选方法的敏感度略低于不同机器学习模型,显示开展环境因子筛选是不必要的,且其将导致建模过程更复杂,当然仍需避免采用相关性太高、且作用机制类似的环境因子.总之,可依据数据准确、类型齐全、意义明确、操作可行和主次清晰等原则,构建出完善的滑坡环境因子组合体系.

关键词：滑坡易发性预测环境因子筛选机器学习不确定性因素敏感度分析

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光伏建筑一体化外观评价方法与模型

华中建筑 2024年第7期42卷 49-54页

作者：周创端木琳李祥立大连理工大学建设工程学院

光伏建筑一体化(BIPV)是实现建筑领域“碳中和”目标的切实可行途径之一,为了提高大众的接受度,近年来对BIPV外观的研究正逐渐开展,但对于光伏设计人员来说缺少适宜的外观评价体系,很难在实现BIPV的外观效果的前提下,对光伏系统进行设... 详细信息

光伏建筑一体化(BIPV)是实现建筑领域“碳中和”目标的切实可行途径之一,为了提高大众的接受度,近年来对BIPV外观的研究正逐渐开展,但对于光伏设计人员来说缺少适宜的外观评价体系,很难在实现BIPV的外观效果的前提下,对光伏系统进行设计优化。该文对国内外的研究进行了概述,分析了光伏建筑外观和其影响因素之间的联系,基于层次分析法建立了包含建筑形体、建筑色彩、可见性和光伏组件4种指标的BIPV外观评价模型,并将模型应用到既有光伏建筑中,期望在今后的研究中可以在该模型的基础上最大限度地优化光伏系统。

关键词：光伏建筑一体化外观评价影响因素层次分析法评价模型