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基于IFS TOPSIS的矿山地质环境评价

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安全与环境学报 2023年第1期23卷 230-239页

作者：许锐张文勇隋国晨王广璐李寻昌杨威长安大学地质工程与测绘工程学院西安710054

为掌握矿山地质环境问题的影响程度,以调查区多年遥感图像为信息源,通过图像识别技术,解译矿山地物信息,提取量化评价数据;然后结合改进序关系法与拉开档次法,最终建立基于直觉模糊集(Intuitionistic Fuzzy Set,IFS)-理想解法(Technique... 详细信息

为掌握矿山地质环境问题的影响程度,以调查区多年遥感图像为信息源,通过图像识别技术,解译矿山地物信息,提取量化评价数据;然后结合改进序关系法与拉开档次法,最终建立基于直觉模糊集(Intuitionistic Fuzzy Set,IFS)-理想解法(Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution,TOPSIS)的矿山地质环境综合评价模型。最后以陕西省富平县曹村镇为实例,基于遥感信息提取数据的分析,并结合研究区矿山开发与自然地理情况,构建矿山地质环境评价指标体系,应用所提出的模型对研究区的矿山进行地质环境评价,得出以矿山为单元的评价等级分区。结果表明,所提出的方法能够客观地反映研究区矿山地质环境现状,能为政府进一步制定矿山地质环境保护与治理政策提供合理参考。

关键词：环境工程学矿山地质环境遥感图像识别直觉模糊集 TOPSIS

基于GF-5高光谱波段选择的矿区周边土壤Cd含量反演

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激光与光电子学进展 2022年

作者：刘雯韩玲刘明李良志长安大学地质工程与测绘学院长安大学土地工程学院

及时准确地掌握土壤重金属含量和分布尤为重要，本文基于高分五号（GF-5）卫星高光谱影像，对潼关县土壤Cd含量进行大范围反演。为了准确筛选Cd元素的特征波段，提高模型反演精度，通过特征编码和随机变异，耦合竞争性自适应重加权算法...

及时准确地掌握土壤重金属含量和分布尤为重要，本文基于高分五号（GF-5）卫星高光谱影像，对潼关县土壤Cd含量进行大范围反演。为了准确筛选Cd元素的特征波段，提高模型反演精度，通过特征编码和随机变异，耦合竞争性自适应重加权算法（competitive adaptive reweighted sampling,CARS）与遗传算法（genetic algorithm,GA）（称CARS-GA），按照先全局后局部的搜索策略对Cd元素的特征波段进行搜索；并在标准正态变换（standard normal variate,SNV）、一阶微分（first differential,FD）两种光谱增强方式下，比较基于CARS-GA方法与其他波段选择方法（相关系数分析法、CARS算法）构建的偏最小二乘模型（partial least squares regression,PLSR）精度；最后选择最优模型应用到整个潼关县裸地区域中。实验结果表明：采用CARS-GA方法进行波段选择时，基于两种光谱变换数据构建的PLSR模型精度均明显高于相关系数分析法和CARS算法所构建的模型精度，其中FD光谱变换中，验证集的决定系数分别提高了0.288、0.093;SNV变换光谱中，验证集的决定系数分别提高了0.372、0.088。表明利用CARS-GA算法进行波段选择可有效增强Cd含量估测模型的鲁棒性，从而为环境污染评价及生态保护提供更好的数据支撑。

关键词：

黄河流域生态环境质量时空变化及驱动因素分析

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环境科学 2024年

作者：张京新谷雨鑫沈佳琦张明琦丛铭孙燕何皎洁杨利伟长安大学地质工程与测绘学院长安大学建筑工程学院

黄河流域在我国经济发展和生态保护中占据重要地位。基于遥感生态指数(RSEI)数据、气候数据、数字高程数据及夜间遥感数据等，以RSEI指数作为生态环境质量评价指标，采用Theil-Sen斜率估计、Hurst指数和Mann-Kendall检验等方法对黄河流... 详细信息

黄河流域在我国经济发展和生态保护中占据重要地位。基于遥感生态指数(RSEI)数据、气候数据、数字高程数据及夜间遥感数据等，以RSEI指数作为生态环境质量评价指标，采用Theil-Sen斜率估计、Hurst指数和Mann-Kendall检验等方法对黄河流域2001～2021年生态环境质量的时空变化进行评价，并借助地理探测器对流域内生态环境的关键因子及其交互作用进行定量探测分析。结果表明：①黄河流域生态环境质量整体上略低于中等水平，自西北向东南逐渐改善，流域内中等和较低等级的区域共占总面积的83.12%，过去21年间平均生态环境质量在波动中上升，增长趋势通过信度为95%的显著性检验。②区域内生态质量呈现上升-下降-上升的阶段性变化，相邻两级生态等级间面积转移频繁，不同等级的生态位置发生了迁移，21年间生态改善面积占比达58.09%，但51.75%的区域改善趋势未通过显著性检验。③未来流域内生态环境质量以恶化为主，持续恶化面积占比24.39%，由改善转为恶化面积占比5.08%，应警惕青海、甘肃两地的生态恶化风险，并遏制内蒙古地区生态退化趋势。④地理探测结果显示黄河流域生态环境主要受到人口密度的影响，以降雨量为代表的气候因素影响力在不断增强，双因子的交互作用增强了因子解释力，且主要交互类型为双因子增强，占比达到70.2%。未来应加强黄河流域的生态系统治理力度，并综合人类活动和气候变化开展生态修复工作，对黄河流域的生态环境评价研究可为因地施策落实流域生态保护与高质量发展提供理论依据和数据支持。

关键词：黄河流域生态环境质量遥感生态指数时空分析地理探测器

结构性黏土中球孔扩张不排水解析及其在静力触探中的应用

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上海交通大学学报 2023年第6期57卷 709-718页

作者：张亚国肖书雄翟张辉李同录长安大学建筑工程学院院西安710061 长安大学地质工程与测绘学院西安710061

圆孔扩张理论被广泛用于静力触探(CPT)和静压沉桩等问题的贯入阻力或挤土位移分析预测中.目前结构性黏土中的圆柱孔扩张解答难以考虑扩孔过程中土体结构破坏或退化影响,一定程度上限制了该理论解答的工程适用范围.将锥尖或桩端贯入作为... 详细信息

圆孔扩张理论被广泛用于静力触探(CPT)和静压沉桩等问题的贯入阻力或挤土位移分析预测中.目前结构性黏土中的圆柱孔扩张解答难以考虑扩孔过程中土体结构破坏或退化影响,一定程度上限制了该理论解答的工程适用范围.将锥尖或桩端贯入作为球形孔的扩张挤土过程,基于结构性黏土剑桥模型和塑性区大应变理论,将球孔扩张不排水问题归结为各有效应力分量的常微分方程组边值问题,以弹塑性边界上应力值为边值条件对该问题进行求解.结果表明,随着土体结构性增强,球孔周围的临界状态区和塑性区范围减小,扩孔应力增大,超固结土的应变软化特征和剪胀性更明显;对于初始应力相同的结构性黏土,各有效应力分量在孔壁附近均趋于对应重塑土中的应力分量,说明土体在扩孔扰动过程中发生了结构破坏或退化.最后将确定的扩孔应力用于CPT贯入阻力及孔隙水压力的理论计算中,与已有解答进行对比分析,发现考虑土体结构性影响后能得到与实测值更接近的预测结果.

关键词：结构性黏土球孔扩张不排水弹塑性解静力触探

内蒙古自治区沙漠化敏感性时空演变格局和趋势分析

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生态学报 2023年第1期43卷 364-378页

作者：姜旭海韩玲白宗璠刘惠群长安大学土地工程学院西安710054 长安大学地质工程与测绘学院西安710054

以内蒙古自治区为研究区,基于压力-状态-响应模型(PSR)分析框架,耦合空间距离指数模型(SDIM)构建土地沙漠化敏感性评价体系(LDSES),结合沙漠化敏感性时空演变图谱,定量探讨内蒙古自治区土地沙漠化敏感性在2000年、2005年、2010年、2015... 详细信息

以内蒙古自治区为研究区,基于压力-状态-响应模型(PSR)分析框架,耦合空间距离指数模型(SDIM)构建土地沙漠化敏感性评价体系(LDSES),结合沙漠化敏感性时空演变图谱,定量探讨内蒙古自治区土地沙漠化敏感性在2000年、2005年、2010年、2015年、2020年期间的时空演变,并引入元胞自动机-马尔科夫(CA-Markov)模型模拟沙漠化敏感性未来演变机制,进而采用地理探测器揭示了前20 a演变进程中主要驱动因子对其演变的影响特征及解释力。结果表明:(1)内蒙古自治区沙漠化敏感性整体上呈现由东北向西南递增的趋势,低敏感区位于大兴安岭和阴山山脉周边林草地覆盖区,高敏感区则位于西南部的巴丹吉林沙漠、腾格里沙漠、乌兰布和沙漠、库布其沙漠、毛乌素沙漠等沙地和戈壁地区;(2)从沙漠化敏感性时空演变上来看,研究期间沙漠化敏感性改善的区域,占总面积的30.65%,沙漠化敏感性恶化的区域,占总面积的4.48%,沙漠化敏感性类型维持稳定不变的区域占总面积的52.72%,整体来看土地沙漠化潜力逐渐降低,土地生态质量逐渐好转;(3)2030年沙漠化敏感性模拟结果显示未来10年沙漠化敏感性以低度敏感为主要类型(26.43%),沙漠化潜力将大幅下降,生态工程措施将取得一个较好的结果;(4)驱动力分析表明,沙漠化敏感性对气候因素的响应尤为敏感,其中降雨量对沙漠化敏感性分异的解释力最大;在社会经济发展因素中,经济发展水平起主要影响,说明经济水平的提高在一定程度上将影响土地沙漠化敏感性,各驱动因子交互对沙漠化敏感性呈现增强作用,表明沙漠化敏感性的分异是由多种因素共同作用的结果。研究可为半干旱区沙漠化防治和策略的制定提供借鉴。

关键词：沙漠化敏感性压力-状态-响应(PSR)框架耦合空间距离指数类型(SDIM) CA-Mwarkov(元胞自动机-马尔科夫)模型敏感性图谱驱动力内蒙古自治区

土工离心模拟高速滑坡碎屑流冲击过程的科氏效应研究

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中国科学：技术科学 2024年第4期54卷 734-746页

作者：张贝李文阳黄雨长安大学地质工程与测绘学院西安710054 同济大学土木工程学院上海200092

土工离心模拟是土木工程、地质工程等相关领域的重要技术.但在高速滑坡碎屑流模拟方面的应用仍然受限,主要原因在于科氏效应的影响难以避免且缺乏详细研究.本文特别针对高速滑坡碎屑流冲击效应这一防灾减灾工程重要问题,开展了一系列的... 详细信息

土工离心模拟是土木工程、地质工程等相关领域的重要技术.但在高速滑坡碎屑流模拟方面的应用仍然受限,主要原因在于科氏效应的影响难以避免且缺乏详细研究.本文特别针对高速滑坡碎屑流冲击效应这一防灾减灾工程重要问题,开展了一系列的物理离心试验与数值试验.相关结果表明,科氏加速度的方向对高速滑坡碎屑流冲击过程的影响更为显著,发散科氏作用强化了滑坡碎屑流与拦挡结构的相互作用,表现在其具有更高的流动性、更强的冲击效应、更大的堆积体高度.离心应力水平对压缩科氏效应作用效果的影响更为显著,且随着离心应力水平的增大,模拟结果向着无科氏条件影响结果的方向发展.因此,高速滑坡碎屑流冲击效应的土工离心模拟建议在发散科氏条件下开展,且不必刻意选取较小的离心应力水平.

关键词：离心模拟技术高速滑坡碎屑流冲击过程科氏效应离散元模拟

考虑黏土结构性影响的柱孔卸荷收缩问题解析及数值验证

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中国公路学报 2023年第5期36卷 88-98页

作者：张亚国肖书雄翟张辉张勋黄沛长安大学建筑工程学院陕西西安710061 长安大学地质工程与测绘学院陕西西安710054

圆孔收缩理论是岩土开挖问题的主要分析方法之一,然而已有研究中大多未考虑土体的结构性影响。为此,采用结构性参数和结构损伤速率分别表征土体结构性强弱和损伤快慢,基于S-CLAY1S模型求解了不排水条件下各向异性天然结构性黏土中的圆... 详细信息

圆孔收缩理论是岩土开挖问题的主要分析方法之一,然而已有研究中大多未考虑土体的结构性影响。为此,采用结构性参数和结构损伤速率分别表征土体结构性强弱和损伤快慢,基于S-CLAY1S模型求解了不排水条件下各向异性天然结构性黏土中的圆柱孔卸荷收缩问题。首先推导了反映应力-应变关系的弹塑性刚度矩阵,进而联立硬化法则和塑性区大变形理论,得到了关于有效应力分量、各向异性分量和结构性参数的微分方程组,并结合边界条件进行了求解;同时编写了S-CLAY1S模型的显式积分算法,通过相应的有限元数值解验证了理论解的正确性。结果表明:土体结构性对圆孔卸荷收缩过程影响显著,结构损伤使得孔周有效应力减小和超孔隙水压力增大,该现象随着土体结构性增强变得更为明显;土体抗剪强度随其结构破坏而降低,土体表现出应变软化特征,分析认为是缩孔过程中土体结构破坏引起的应力释放所致。参数分析表明结构损伤速率越大,缩孔过程中土体结构损伤效应的影响越显著。研究结果可为隧道围岩压力计算、竖井收缩变形预估以及钻孔泥浆护壁压力预测等提供理论依据。

关键词：道路工程柱孔收缩解析解黏土结构性各向异性显式算法

一种状态变量相关的非饱和接触面弹塑性模型及验证

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岩土工程学报 2023年第10期45卷 2081-2090页

作者：张亚国肖书雄杨赟李同录长安大学建筑工程学院陕西西安710061 长安大学地质工程与测绘学院陕西西安710054

为研究非饱和土与结构的接触问题,基于状态相关概念和临界状态理论,以净法向应力和吸力为应力状态变量,在考虑吸力对屈服函数、流动法则和硬化定律等影响下,建立了非饱和土-结构接触面的弹塑性模型。通过砂土-钢和砂土-土工织物两种接... 详细信息

为研究非饱和土与结构的接触问题,基于状态相关概念和临界状态理论,以净法向应力和吸力为应力状态变量,在考虑吸力对屈服函数、流动法则和硬化定律等影响下,建立了非饱和土-结构接触面的弹塑性模型。通过砂土-钢和砂土-土工织物两种接触面的剪切试验结果,对模型的可靠性进行了验证。结果表明:该模型可描述不同初始状态的土-结构接触面力学行为,还能预测不同边界条件下(常法压、常刚度和常体积)接触面的剪应力、法向位移和应力路径变化。在此基础上,对不同吸力下的非饱和粉土-钢和风化花岗岩土(CDG)-混凝土接触面的剪切结果进行预测,发现随着吸力的增大,接触面峰值强度增大,应变软化和剪胀特征愈加明显,且由剪缩到剪胀转换的相变点所对应剪切位移减小。与已有模型相比,该模型参数更容易确定,计算的峰值强度和临界应力更接近实测值,且能反映峰值强度对应剪切位移随吸力减小的趋势,说明该模型能更好地考虑吸力对接触面峰值强度、临界状态和硬化特征的影响。

关键词：非饱和接触面状态变量吸力应变软化剪胀弹塑性模型

基于SVM-BP降雨型黄土滑坡灾害安全评价模型研究

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中国公路学报 2023年第4期36卷 68-80页

作者：胡欣熊帮彬肖剑王会峰武泽键朱兴华长安大学电子与控制工程学院陕西西安710064 长安大学地质工程与测绘学院陕西西安710054

地质滑坡灾害的监测预警体系中存在地质灾害调查、数据监测和预测预警环节融合度不够、相互分散、结果评价缺失等缺点。针对降雨型黄土滑坡灾害监测预警中存在的实际问题与不足,结合多源信息和智能风险评估,提出一种准确率高且可快速评... 详细信息

地质滑坡灾害的监测预警体系中存在地质灾害调查、数据监测和预测预警环节融合度不够、相互分散、结果评价缺失等缺点。针对降雨型黄土滑坡灾害监测预警中存在的实际问题与不足,结合多源信息和智能风险评估,提出一种准确率高且可快速评价坡体安全性的基于SVM-BP的地质灾害安全评价混合模型。以降雨型滑坡地下水监测为主,以外部诱发因素为辅,在完成滑坡形变监测、风险源辨识和搭建监测预警云平台系统的基础上,以坡体含水率易诱发边坡骤发式瞬间失稳为出发点,实现了对降雨型危险坡体的实时监测与动态安全性评价。试验数据来源于西安市某地实测数据。首先确定滑坡风险评价指标体系,并基于灰色综合关联分析法和模糊层次分析法完成初步数据筛选,然后利用SVM分类器和BP神经网络模型分别完成数据判断和评价分类,建立基于SVM-BP的安全评价混合模型。在实际工程中坡体大概率为安全状态,这使得评价模型的SVM分类器具备运行时间短、满足快速性要求的特点;BP神经网络模型能够增加对于危险状态识别的敏感度,可提高整个评价模型的准确率。对危险坡体实测数据和系统功能试验验证表明:该评价模型的准确率达到99.94%,运行时间为0.0329 s,满足降雨型滑坡监测过程中对于采集数据实时评价分析的需求,并可快速准确地评价监测点的安全状态。

关键词：道路工程滑坡灾害预警 SVM-BP混合模型坡体安全性评价