第1章 绪论 1
1.1 研究的目的与意义 1
1.2 地面沉降监测技术研究进展 3
1.3 地面沉降监控模型研究进展 5
1.4 地质灾害风险评价研究进展 9
1.5 沉降监测信息管理系统研究进展 13
1.6 存在的主要问题及解决方案 14
第2章 地面沉降影响因素及机理分析 18
2.1 地面沉降主要影响因素 18
2.1.1 地面沉降的自然因素 18
2.1.2 地面沉降的人为因素 19
2.2 地下水位变化对地面沉降的影响 21
2.2.1 引起地下水位变化的原因及其对地面沉降影响分析 21
2.2.2 地下水位变化引起的地面沉降的计算方法 24
2.3 地面荷载变化对地面沉降的影响 29
2.3.1 单个集中荷载竖向作用力下的地面沉降计算 30
2.3.2 多个集中荷载竖向作用力下的地面沉降计算 33
2.4 小结 36
第3章 地面沉降监测技术 37
3.1 水准测量技术 37
3.1.1 地面沉降水准监测网的布设 37
3.1.2 地面沉降水准监测内容及要求 40
3.2 三角高程测量技术 42
3.3 GPS测量技术 44
3.3.1 地面沉降GPS网的布设及要求 45
3.3.2 地面沉降GPS网的数据处理 47
3.3.3 GPS测量的优点 47
3.4 InSAR监测技术 48
3.5 GPS与InSAR联合监测技术 50
3.6 分层沉降监测技术 51
3.6.1 分层沉降监测系统 51
3.6.2 分层标的埋设 52
3.6.3 分层标钻探要求 52
3.6.4 分层标测试要求 53
3.7 地下水位监测技术 53
3.7.1 地下水位监测系统 53
3.7.2 地下水位监测孔的埋设 54
3.7.3 地下水位监测孔的测试要求 54
3.8 孔隙水压力监测技术 54
3.8.1 孔隙水压力监测原理及平面布设 55
3.8.2 孔隙水压力计的埋设 55
3.8.3 孔隙水压力计的测试 56
3.9 监测系统的布设与优化 56
3.9.1 监测项目的设置 56
3.9.2 监测点的布设 56
3.9.3 沉降监测数据处理 57
3.10 小结 58
第4章 监测数据的可靠性分析 59
4.1 概述 59
4.2 基准点稳定性分析 60
4.2.1 平均间隙法 60
4.2.2 拟稳平差法 62
4.2.3 t检验法 64
4.3 监测数据粗差探测 66
4.3.1 粗差探测常用方法 66
4.3.2 基于小波神经网络的粗差探测 68
4.4 系统误差检验 71
4.4.1 U检验法 72
4.4.2 均方连差检验法 72
4.5 小结 73
第5章 地面沉降监控的统计模型 74
5.1 统计模型建立的基本原理 74
5.1.1 引言 74
5.1.2 多元线性回归分析原理 75
5.1.3 逐步回归分析原理 76
5.2 基于地下水位变化的统计模型 78
5.2.1 地下水位变化与地面沉降的关系 78
5.2.2 软土固结与地面沉降的关系 80
5.2.3 实例分析 81
5.3 基于孔隙水压力变化的统计模型 83
5.3.1 孔隙水压力变化与地面沉降的关系 83
5.3.2 实例分析 84
5.4 基于地面荷载变化的统计模型 85
5.4.1 地面荷载变化与地面沉降的关系 86
5.4.2 应用分析 87
5.5 基于多项式的地面沉降分布模型 88
5.5.1 多项式曲面拟合的基本原理 88
5.5.2 基于多项式的分布模型 89
5.5.3 应用实例 90
5.6 基于多面函数的地面沉降分布模型 96
5.6.1 多面函数拟合法基本原理 96
5.6.2 多面函数拟合法的应用模型 97
5.6.3 应用实例 98
5.7 小结 100
第6章 地面沉降监控的确定性模型 101
6.1 概述 101
6.1.1 有限元分析基本原理 101
6.1.2 有限元软件ANSYS介绍 106
6.2 基于地下水位变化的确定性模型 107
6.2.1 模型的建立 107
6.2.2 工程应用实例 108
6.3 基于地面荷载变化的确定性模型 110
6.3.1 模型的建立 110
6.3.2 应用分析 111
6.4 综合因素作用下的确定性模型 113
6.4.1 模型的建立 113
6.4.2 工程应用实例 113
6.5 小结 115
第7章 基于人工神经网络的沉降监控模型 116
7.1 人工神经网络基本原理 116
7.1.1 人工神经网络模型 117
7.1.2 BP神经网络 118
7.2 基于人工神经网络的监控模型 121
7.2.1 正向建模 121
7.2.2 逆向建模 122
7.2.3 单测点模型研究 122
7.2.4 多测点模型研究 127
7.3 小波分析基本原理 130
7.3.1 小波神经网络的结构形式 130
7.3.2 小波神经网络的分类 131
7.4 基于小波神经网络的监控模型 133
7.4.1 单测点模型研究 133
7.4.2 多测点模型研究 137
7.5 小结 139
第8章 基于Kriging插值的监控模型 140
8.1 Kriging插值基本原理 140
8.1.1 前提假设 140
8.1.2 区域化变量 142
8.1.3 变异分析 142
8.1.4 变异函数分析 143
8.1.5 变异函数的拟合 144
8.1.6 Kriging插值的单测点模型 145
8.2 基于Kriging法的时域插值及应用 147
8.3 基于Kriging法的空间域插值及应用 150
8.4 基于粒子群算法的Kriging空间插值及其应用 153
8.4.1 变异函数的优化 153
8.4.2 变异函数拟合模型的粒子群优化 153
8.4.3 应用实例 155
8.5 小结 156
第9章 沉降监测数据综合分析理论研究 158
9.1 概述 158
9.2 地面沉降对地面设施的影响分析 159
9.2.1 地面沉降对建筑物的影响 159
9.2.2 地面沉降对地下管线的影响 161
9.2.3 地面沉降对公路的影响 162
9.3 地面沉降监控指标研究 163
9.3.1 地面沉降监控指标体系 163
9.3.2 地面沉降分级监控指标 164
9.4 基于GIS的地面沉降危害评价 167
9.4.1 基于GIS的沉降危害性评价模型 168
9.4.2 地面沉降危害性评价指标提取 168
9.5 层次分析法及其在沉降危害评价中的应用 172
9.5.1 层次分析法基本原理 172
9.5.2 层次分析法在沉降危害评价中的应用 175
9.6 小结 179
第10章 地面沉降监测可视化信息管理系统 180
10.1 概述 180
10.1.1 系统开发目标 180
10.1.2 系统开发环境 180
10.1.3 系统总体结构 181
10.1.4 功能概要 182
10.2 系统主要功能模块设计与开发 183
10.2.1 数据库管理模块设计 183
10.2.2 模型库管理模块设计 187
10.2.3 数据分析模块设计 192
10.3 系统实现的主要理论和关键技术 193
10.3.1 可视化技术的应用研究 193
10.3.2 预警机制的研究与建立 198
10.4 小结 199
第11章 总结与展望 200
11.1 总结 200
11.2 主要技术创新点 202
11.3 需进一步研究的问题 202
主要参考文献 204