管线渗漏诱发城市地面塌陷灾变机理及其基于SVM技术风险预测模型研究

The soil structure change under hydraulic erosion and many disaster factors interaction are the key scientific problems of ground collapse hazard in urban.The loose-soil-ground-collapse caused by pipe leakage is composed upper crust layer and homogeneous soil. Critical- collapse- state- mechanical model based on crust layer - homogeneous soil model is estiblished on soil arch theory and simply supported plate and shell theory.Based on results from the mechanical model, the model test and numerical simulation, analysis of pipe leakage induced disaster under crust layer- homogeneous soil collapse scope and depth rule.The loose-soil-ground-collapse caused by pipe leakage risk assessment model is estiblished on the results from mechanical calculation, model test, part of the pipeline of Shenzhen city to hidden danger point detection data on ground collapse .Risk forecast model based on SVM of ground collapse in urban set up , and check the classification accuracy of prediction model.The project will know deeply ground collapse hazard under many disaster factors interaction in urban . Risk forecast model based on SVM of ground collapse in urban will effectively promote the cross of geotechnical engineering, engineering mechanics, statistics and other disciplines. This model will provide scientific basis for multiple point risk prediction and ground subsidence control and decision sciences .

管线渗漏作用下由水力潜蚀作用产生的硬壳层-土体二元结构演化过程和塌陷突变机理是研究城市地面塌陷灾害突发的关键科学问题。针对管线渗漏诱发的松散土体型城市地面塌陷特点概化形成上部硬壳层和均质土体的二元结构物理模型。采用土拱和板壳理论建立基于硬壳层-土体二元结构的地面临界塌陷力学模型。通过模型试验和数值分析揭示管线渗漏作用下地面塌陷的演化机理，建立管线渗漏特性与塌陷形态关系模型。以计算和模型测试结果、塌陷案例及深圳市部分管线检测到隐患点数据为样本，基于支持向量技术建立可以进行塌陷风险评价和塌陷范围预测的管线渗漏诱发的松散型城市地面塌陷风险预警模型。本项目的研究将加深对管线渗漏作用下松散土体型城市地面塌陷突发机理的认识，将先进的SVM学习技术引入到城市地面塌陷风险评估领域，将有效促进岩土工程、管道工程、统计学习理论等学科的交叉发展，并为城市地面塌陷风险预测和地面塌陷治理的控制与决策提供科学依据。

随着城市不断扩展，市政路面塌陷正成为威胁城市运营安全的重要城市地质灾害隐患。管线渗漏时由水力作用产生松散土体型城市地面塌陷灾变演化机理是研究水力致塌型城市地面塌陷的关键科学问题。本项目进行以来收集到的深圳市市政道路地面塌陷案例近百起，通过调查分析得到了地面塌陷范围在10平米以内的约60%，北方塌陷多由水力管线（给排水、暖气管线等）破裂引起占总数86%，南方雨季发生地面塌陷约占60%，非雨季塌陷主要由水力管线破裂和施工（地铁、基坑等）引起。以有压水力管线渗漏诱发的城市地面塌陷为研究对象，团队研发了一套可以模拟水力作用下管线渗漏触发岩土体塌陷的水力致塌模型试验系统；采用地质雷达+空洞探测仪相结合的方法对空洞进行探测，研究表明此方法可以较好的确定空洞的位置和隐藏空洞区的大致范围，探测发现塌陷空洞形成后探测空洞体积约为实际发生塌陷区域体积的0.5~0.9倍。重点研究了水力致塌灾变演化机理，结合塌陷现场调研结果和模型试验结果建立了城市地面塌陷建立了三段式水力作用下砂土型地面塌陷计算模型，并给出模型关键参数的计算测试方法；针对水力管线渗漏诱发的塌陷问题，基于现场调研和模型试验结果课题组选取砂土摩擦角ᴪ、不均匀系数Cu、渗漏速度V、管线埋深H、出水点与出砂点的关系L五个参数作为评价指标，采用支持向量机技术初步建立了以高斯函数为核函数的城市地面塌陷风险评估模型，为进一步细化和完善以现场案例为基础的水力管线渗漏诱发的松散土体型城市地面塌陷风险预警模型奠定基础。