基于灰色突变理论的块裂岩质边坡崩塌时间预测

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1、第37卷第12期2009年12月华南理工大学学报(自然科学版)JournalofSouthChinaUniversityofTechnology(NaturalScienceEdition)文审编号：1000-565X(2009)12-0122-05基于灰色突变理论的块裂岩质边坡崩塌时间预测*田卿燕V傅鹤林I（1.中南大学土木建筑学院，湖南长沙410075；2.广东华路交通科技有限公司，广东广州510420）摘要：为了有效地预测块裂岩质边坡发生崩塌的时间，基于灰色理论和突变理论建立了灰色-突变预测模型.首先运用灰色理论对声发射监测数

2、据进行处理，得到预测数据,运用最小二乘曲线拟合展开，再通过微分同胚变换，转换为尖点突变模型的基本形式，从而建立了灰色突变预测模型.最后釆用该模型对贵毕公路k79+380-k79+500右边坡的崩塌时间进行了预测，预测结果和实际霸塌时间基本一致，表明该模型可以有效地预测块裂岩质边坡的崩塌.关健词：声发射；灰色-突变模型；块裂岩质边坡；崩塌；时间预测中图分类号：TU441+.35文献标识码：A收稿日期:2008-10-25*甚金西部交通建设科技项0（2003-318-802-（）1）作者简介:田卿燕（1973・），女•博士，离级工程师，

3、主要从事逍路岩土检测研究.E-mail：tqy0616@163.com信息不完全和不确知的系统称为灰色系统•灰色理论是用来解决灰色系统的数学方法.边坡彫塌的发展过程可以通过岩土体的位移、应力和声发射现象表现出来，由于测试这些物理现象的设备及T-段不完阵和崩塌机制的复杂性，致使人们不能完格和全面地认识期塌的物理力学持征•因此，崩塌的监测预测是一个典型的灰色系统问题.岩质边坡崩塌也是一种非连续突变现象•随着控制变駅的连续变化•边坡的稳定性会发生突变，出现分乂或临界现象•突变理论是研究这种临界行为的有力工具•因为突变理论通过部分引理证明系

4、统结构的不稳定性不取决于状态变址的总数，而只取决于极少数儿个实质件状态变就.20世纪70年代初期，“新三论”（突变论、协同论、耗散结构论）的出现，极大地促进『岩体力学的发展□⑶•用突变理论研究岩体的失稳过程不仅町以正确描述岩体失稳过程的申线性力学持征，而H町以进一步开拓岩体失稳预测的新思想、新方法和新理论⑷.声发射（AE），是指材料或结构在受力变形或破坏过程中以弹性波的形式释放其应变能的现象.声发射监测技术作为动态监测方法，对岩体应力集中、裂隙发展、摩擦滑动尤为敏感，能在早期发现崩滑体,并能预测其滑动位置和崩滑体发展趋势,能为采取预

5、防措施、防止失稳贏得时间.声发射技术于20世纪60年代才开始应用于岩石失稳监测•在国外,早期主要将该技术用于金属矿山、煤矿及隧道工程的安全性问题等方面，后来随着技术的完善,应用扩大到边坡稳定、岩爆及室内材料的脆性研究等方面,声发射技术也从原来的采矿工业扩大到石油、地质、地震、水利、土建、国防、机械等行业”切・国内外的工程人员借助此项技术已成功地预测了儿次大岩体失稳事故，其中法国最早在这方面获得遥控监测成功，日本预测准确到崩塌前7小时冋.文中在对块裂岩质边坡崩塌引致声发射事件进行监测的基础上，运用灰色理论和突变理论建立-种崩塌时间的灰

6、色-突变预测模型•并运用该模型对贵州省的贵毕公路k79+380~k79+500右边坡崩塌进行预测.1GM（1,1）灰色理论模型灰色系统把系统中的一切信息址（包括随机的）看作灰色加，采用转右的方法建立描述灰色吐的数学模型•它有3个基本环节：(1)根据系统已发生的一组时间序列数据及变就的多少建成不同的预测模型；(2)估计模熨参数，如按最小二乘法确定;(3)把模型用于预测，并进行评价•灰色理论对原始数据要求较少，当询所研究的灰色系统适合数据序列呈指数递增的情况.利用灰色关联度分析原理，可在不完全的信息屮，通过一定的数据处理，找出它们的关联

7、性，确定各影响因素对边坡稳定性的影响程度，进而利用多因素叠加分析评估边坡的稳定性.声发射事件数是一个时间顺岸的数据列，通过建立声发射灰色理论的GM(I,1)模型，来预测未來可能发生的情况，以便为崩塌的预测利防治提供动态信息•首先讨论建立GM(1,1)模型问题,为提高模熨的精度要求，采用二次拟合参数法.假定在时间序列““2,…,—内*测得到声发射事件数为数列乙，乙，…，乙，即为原始数据丿F列X®,记为X(0)=(X(0)(1),X(0>(2)，…5))M2.为了弱化原始数据列的随机杵•，对原始数据列作累加生成，作1-AGO(Accum

8、ulatingGenerationOperator),即一•次累加生成,得到相应的一次累加生成数列X⑴，记为X⑴二(卅>)(1),卅"(2),・・・,卅')5)),“工2・建立GM(1,1)模型，相应的白化微分方程为甞+必⑴二bdt