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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