基于滑坡演化过程ca预测理论研究及应用

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1、重庆大学博士学位论文滑坡演化过程CA预测理论研究及应用姓名：欧敏申请学位级别：博士专业：岩土工程指导教师：张永兴20060401中文摘要摘要传统的滑坡分析方法，如极限平衡法、数值分析法、工程类比法等以及近年来兴起的计算智能分析方法虽然在滑坡研究取得了一定的成绩，也一定程度减轻了滑坡对人类带来的损失，但滑坡因为其影响因子的随机性、不确定性及滑坡滑移过程的非线性决定了其预报的极度困难，被科学界公认为尖端课题之一。因此，本论文作为“十五”重点攻关课题“库区地质灾害监测、预警及辅助决策支持系统关键技术研究与示范”(2001BA604A02)的后续研究，仍

2、以滑坡稳定性分析及灾变预测问题为研究对象，首次将元胞自动机这种研究非线性系统的动力学模型引入到滑坡的研究中，研究了元胞自动机模拟滑坡的理论和方法，建立了CA-Landslide模型，结合地理信息系统(GIS)技术，集成了新的基于GIS的滑坡灾变预测智能集成系统，并在万州区铁峰乡滑坡上作了实例分析，完成的研究工作及取得的主要进展如下：①讨论了元胞自动机的基本原理、构成和一般特征，并重点研究了用它模拟滑坡的基本方法，以及对滑坡岩体物理力学性质和应力的模拟，在此基础上建立CA-Landslide模型。②详细研究了滑坡演化过程中的非线性规律，主要是分形规

3、律和自组织临界特征，并研究了这些规律与滑坡演化过程之间的内部联系。③根据传统滑坡稳定性分析安全系数的思想，引入损伤当量这个新的物理量，研究损伤当量与滑坡分维数之间的关系，从而建立起CA-Landslide模型的稳定性判断依据。④在GIS基本功能、数据结构分析的基础上，研究了基于ArcViewGIS3.2的滑坡预报GIS综合信息模型的构建方法与程序，研究了建立滑坡综合信息数据库，并对建立时空数据模型做了初步的探讨。⑤详细研究了元胞自动机与GIS集成的必要性、可能性及集成方式。根据CA-Landslide模型的特点，选定集成方案，并采用ArcView

4、的二次开发语言Avenue及VisualBasic混合编程，将CA-Landslide模型集成到“滑坡灾变智能预测系统”中。⑥以万州铁峰乡滑坡为例，探讨了GIS支持下CA-Landslide模型在三峡库区铁峰滑坡灾变预测分析中的应用，得到的结果与其它方法分析结果比较吻合。本文的研究成果进一步充实和完善了“滑坡灾变智能预测系统”，同时也为滑I重庆大学博士学位论文坡的预测研究提供了一种新的方法和思路。关键词：滑坡演化，元胞自动机（CA），CA-Landslide模型，分形分维，自组织临界特征，损伤当量，时空数据模型，地理信息系统II英文摘要ABSTR

5、ACTTraditionalmethods，suchasnumericalanalysismethod,limitequilibriummethod,engineeringanalogymethodandforecastofcomputationintelligencemakegreatprogressesinlandslidepredictandalleviatethedisaster.landslideistoocomplextobeforecastedwellandtrulybecauseofitsstochastic,uncertaint

6、yandthenonlinearlityoftheprocess,anditiswellknowntobeoneofthemostdifficultproblem.Thethesisisasuccessoroffifteenthproject—researchanddemonstrationonthekeyproblemofsupervision,pre-warninganddecision-makingassistancesupportedsystemofgeologydisasterintheThreeGorgesofYangtseRive(

7、2001BA604A02),whichaimsatthelandslide-forecast,andintroducecellularautomata(CA)intothestudyoflandslidefirstly.ThethesisstudiesthetheoryapplingCAtosimulatelandslideandestablishesCA-Landslidemodel.OnthebasisofGIS,thenewintelligentcompositive-systemonthedisaster-changingforecast

8、oflandslideissetup.Atlast,Tiefenglandslideisillustratedtoprovethemod