国土资源遥感, 2019, 31(1): 171-179 doi: 10.6046/gtzyyg.2019.01.23

技术应用

京津高铁沿线地面沉降特征(北京段)

张晓婧1,2, 陈蓓蓓,1,2, 雷坤超3, 陈文锋1,2, 高明亮1,2, 周超凡1,2, 段光耀4

1.三维信息获取与应用教育部重点实验室,北京 100048

2.城市环境过程与数字模拟国家重点实验室培育基地,北京 100048

3.北京市水文地质工程地质大队,北京 100195

4.天津城建大学地质与测绘学院,天津 300384

Characteristics of land subsidence along Beijing-Tianjin inter-city railway (Beijing section)

ZHANG Xiaojing1,2, CHEN Beibei,1,2, LEI Kunchao3, CHEN Wenfeng1,2, GAO Mingliang1,2, ZHOU Chaofan1,2, DUAN Guangyao4

1.Key Lab of 3D Information Acquisition and Application, Ministry of Education, Beijing 100048, China

2.State Key Laboratory Breeding Base of Process of Urban Environment and Digital Simulation, Beijing 100048, China

3.Beijing Institute of Hydrogeology and Engineering Geology, Beijing 100195, China

4.School of Geology and Geomatics, Tianjin Chengjian University, Tianjin 300384, China

通讯作者: 陈蓓蓓(1985-),女,副教授,从事地面沉降相关研究。Email:cnucbb@yeah.net

责任编辑: 张仙

收稿日期: 2017-09-19   修回日期: 2018-01-31   网络出版日期: 2019-03-15

基金资助: 国家自然科学基金项目"北京地区地面沉降三维形变及演化机理研究".  41130744/D0107
北京市教育委员会科技计划项目"浅地表空间利用差异模式下的地面沉降演化特征".  KM201510028012
天津市自然科学基金项目"基于InSAR技术的京津城际铁路形变监测研究".  16JCZDJC40400

Received: 2017-09-19   Revised: 2018-01-31   Online: 2019-03-15

作者简介 About authors

张晓婧(1990-),女,硕士研究生,从事地面沉降相关研究。Email:anniweian@163.com。 。

摘要

针对京津高铁(北京段)存在的地面沉降问题,采用时序合成孔径雷达干涉技术获取研究区2010—2015年间地面沉降信息,结合地下水实测数据,采用交叉小波的方法探讨不同层位地下水位变化与地面沉降的关系,最后结合研究区内可压缩黏土层分布情况分析地面沉降与可压缩黏土层厚度的关系。结果表明: 研究区年均沉降速率最大值为121 mm/a; 地面沉降滞后承压水位变化910个月,滞后潜水位变化4个月; 位于同个冲洪积扇控制范围的地面沉降速率随可压缩黏土层厚度的增加而增大。本研究对于科学有效防控不均匀地面沉降对线状地物的损害具有实用意义。

关键词： 京津高铁 ; 地面沉降 ; 地下水位 ; 滞后性 ; 可压缩层

Abstract

In this paper, according to the land subsidence problem existing in the Beijing-Tianjin inter-city railway (Beijing section), time-series synthetic aperture Radar interferometry was used to obtain the land subsidence information from 2010 to 2015. Combined with the measured data of groundwater, the relationship between the groundwater level changes and the land subsidence at different layers was studied by using the cross wavelet method. Finally, the relationship between land subsidence and compressible clay thickness was analyzed based on the distribution of compressible clay in the study area. The result showed that average annual maximum sedimentation rate in the study area was 121mm/a, that the ground subsidence lagged the pressure level of the pressure level by 910 months, with the lag time of the submersible being 4 months, and that the ground subsidence rate in the control range of the same flushing fan increased with the thickness of compressible clay layer. This research is of great significance for the scientific effective prevention and control of uneven ground settlement on linear ground objects.

Keywords： Beijing Tianjin inter-city railway (BTIR) ; land subsidence ; groundwater ; lagging behind ; compressible layer

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本文引用格式

张晓婧, 陈蓓蓓, 雷坤超, 陈文锋, 高明亮, 周超凡, 段光耀. 京津高铁沿线地面沉降特征(北京段). 国土资源遥感[J], 2019, 31(1): 171-179 doi:10.6046/gtzyyg.2019.01.23

ZHANG Xiaojing, CHEN Beibei, LEI Kunchao, CHEN Wenfeng, GAO Mingliang, ZHOU Chaofan, DUAN Guangyao. Characteristics of land subsidence along Beijing-Tianjin inter-city railway (Beijing section). REMOTE SENSING FOR LAND & RESOURCES[J], 2019, 31(1): 171-179 doi:10.6046/gtzyyg.2019.01.23

0 引言

北京是国际上为数不多的以地下水为主要供水水源的大城市之一,随着社会经济发展及人口增加,地下水位的下降幅度也随之增大[1],由水位下降引发的地面沉降问题较为严重。截至2012年,北京市发生地面沉降面积为5 944 km2,占平原区面积的92.8%[2],已形成东郊八里庄—大郊亭、东北郊—来广营、昌平沙河—八仙庄、大兴榆垡—礼贤和顺义平各庄5个沉降区。地面沉降的快速扩张不仅会造成地表标高的损失,增加城市内涝频率,且严重威胁着城市基础设施的安全。

京津高铁是我国第一条高速运行的城际轨道交通线路,全线采用无砟轨道,对轨道的平顺性和结构稳定性要求很高。而近年来随着地面沉降的发展,东八里庄—大郊亭及台湖—梨园沉降漏斗边缘逐渐向高铁靠拢,严重威胁着高铁的安全运营[3]。

传统线状地物沉降监测方法是在路堤部分预埋横剖管、沉降观测板或分层沉降管,按照规定观测频率获取沉降信息。沉降板的精度高、可靠性强,但埋设步骤复杂,且复杂施工条件下点位也容易遭到破坏,不利于获取线路周边区域沉降信息[4,5]。近30 a来兴起的合成孔径雷达干涉测量(synthetic aperture Radar interferometry,InSAR)技术,与传统的水准和GPS测量手段相比,不仅具有全天时、全天候、大范围面状观测的优势,且对地表微小形变敏感、测量精度高。1999年Tarchi等[6]成功采用DInSAR技术监测坝体形变,首次证明了DInSAR方法在监测线性地物形变方面的可行性; Ge等[7]基于邻轨ASAR影像数据获取高铁沿线地面沉降分布,利用InSAR技术成功获取到大尺度线性地物的形变信息。随后InSAR技术开始逐步应用到京津高铁沉降的监测[3]。研究发现地面沉降在高铁周边广泛分布,对京津高铁线路坡度、桥梁、路基和轨道平顺性会产生一定的影响[8,9],而小范围的不均匀沉降对高铁的危害性更大[10]。局部地下水开采是诱发地面沉降的主因[11],然而北京地区地面沉降的快速发展对京津高铁的影响,京津高铁北京段两侧沉降的分布及演化情况,不同层位地下水的开采和可压缩层分布对高铁沉降的影响则有待研究。

针对京津高铁沿线存在的地面沉降问题,本文选取48景TerraSAR-X影像(2010—2015年),利用时序InSAR方法获取京津高铁北京段沿线地面沉降监测信息; 基于GIS空间分析与剖面分析方法,分析地面沉降演化特征; 在此基础上,选取交叉小波变换方法,结合地下水监测数据,揭示地面沉降对不同层位地下水动态变化的滞后性特征; 最后,初步分析了地面沉降与可压缩层的关系。

1 研究区概况

北京市(E115°25'117°30',N39°28'41°05')位于华北平原北部,平原区面积为6 200 km2,约占北京市总面积的38%(图1)。北京平原由永定河、潮白河等河流冲洪积物堆积塑造而成,主要为冲洪积相的沉积物,第四系沉积物分布广泛,类型复杂,且厚度变化较大,最大厚度可达数百m。北京市地面沉降主要发育在永定河与潮白河冲洪积扇上[12]。第四系可压缩含水层、可压缩弱透水层是产生压缩性地面沉降的基础地质条件。

图1

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图1   研究区位置

Fig.1   Location of the study area


京津高铁全程120 km,设计时速为350 km/h,于2008年开始运营,是我国第一条高标准铁路客运专线,连接北京和天津2大直辖市。其中北京段全长49.3 km,坐落在永定河冲洪积扇上,途经东城区、丰台区、朝阳区、通州区等。冲洪积扇的中下部位于主城区及主城区东南侧,第四系厚度及可压缩层厚度均较大[13]。其中朝阳金盏、通州张家湾与大兴礼贤一带可压缩层厚度一般大于150 m,同时也是沉降发育最为严重的地区,推测可压缩层厚度与地面沉降有一定的关联。

2 研究方法

2.1 StaMPS方法

Hooper 等[14]提出了一种永久散射体(persistent scatterer,PS)点识别方法,称为StaMPS (Stanford method for persistent scatterers)方法,可以在没有先验知识的情况下建立时序形变模型,获取全地形、大范围、高精度的地表形变信息。相较于传统PS-InSAR方法至少需要25幅干涉图才能获取可信的结果,StaMPS方法只需要12幅,甚至4幅干涉图就能够识别PS像元[14]。研究表明[15,16],StaMPS算法在非城区(郊区)能够识别出稳定的PS 像素,一定程度上克服了由时间去相干影响干涉精度的问题,提高了干涉相对的可用数量及干涉处理的时间分辨率。该方法处理过程的步骤如下:

1)干涉图的生成与差分处理。根据时间基线、空间基线、多普勒质心频率最小原则选定合适的主影像,使所有干涉对的相关性和达到最大,再将干涉图和数字高程模型反演的相位进行差值得到差分干涉图。

2)PS点选取。估算时序干涉图中每个像元成为PS点的概率,即

$P(x \in PS)=1-\frac{(1-\alpha)\rho_{R}(\gamma_{x})}{\rho(\gamma_{x})}$

式中: γx为现实PS像元x的相干性; ρ(γx)为 γx的概率密度; ρR(γx)为非PS像元的 γx概率密度; α为取值范围01的未知数。

3)解缠和形变相位分离。确定时序影像中的PS点后,对干涉相位进行3-D解缠、时间和空间滤波,分离出形变相位 φdef,x,i,即

式中: φunw,x,i为去除视角误差的解缠干涉相位; φatm,xm为主影像大气噪声相位; φatm,x,is为第i景影像,坐标x处像元的大气噪声误差,下类同; Δφorb,xm,Δφorb,x,is分别表示主辅影像的轨道误差相位; Δφθ,x,icorr表示和残余的空间失相关噪声 Δφn,x,i相关的噪声; 2kx,iπ为整周相位。

2.2 交叉小波

交叉小波最早是由法国地球物理学家Morlet在1984年提出的,与理论物理学家Grossmam共同构建了小波理论系统框架[17]。小波是指一组具有衰减性、波动性的小波形,其振幅正负相间,且均值为0。小波变换是将一个时间信号变换到时间频率域,即通过伸缩平移小波后形成的函数簇去分解或重构时变信号的过程。

交叉小波变换是连续小波变换的进一步发展,是能够分析2个时间序列多尺度关系的方法。假设2个时间序列xn和yn的连续小波变换结果分别为 Wnx(a)和 Wny(a),则交叉小波变换定义为

$W_{n}^{xy}=W^{x}_{n}(a)\bar{W}_{n}^{y}(a)$

式中: a为时滞; W—ny(a)为 Wny(a)的复共轭,对应的交叉小波功率谱为 Wnxy。复自变量可被解释为2个时间序列(xn和yn)在时频空间上局部的相对相位。若2个时间序列分别具有背景功率谱 PtX和 PtY(t=0,1,…,n),它交叉小波功率的理论分布为

$D(\frac{|W^{X}_{n}(a)W^{Y}_{n}(a)|}{\sigma_{x}\sigma_{y}}＞ p)=\frac{Z_{v(p)}}{\upsilon} \sqrt{P^{x}_{t}P^{Y}_{t}}$

式中: δ为标准差; v为自由度; p为置信区间,本文取95%; ZV(P)为概率P的置信度水平,源于2个χ2分布小波谱乘积的平方根。

交叉小波变换功率谱能够凸显2个时间序列在时、频域上共同的高能量区,反映地面沉降时间序列对地下水位动态变化响应中两者同步变化区域的时、频域特征; 而小波相干性则揭示了2个时间序列在时、频域上共同变化的特征。

本文采用三次样条法对地面沉降时间序列进行等时间间隔重采样,采样日期与地下水监测日期保持一致。然后借助Matlab进行交叉小波变换,得到地面沉降与地下水的滞后关系。

3 研究结果

3.1 京津高铁沿线地面沉降信息及验证

InSAR技术直接观测结果是地表在正东、正北和垂直向形变量在雷达视线方向(line of sight,LOS)的投影的和(矢量和),但北京市地面沉降主要由地下水开采引发,且已有研究表明[18]北京地区不存在明显的东西向或南北向形变,因此可假设地表只存在垂直向形变,并将LOS向形变投影到垂直向,即

$d_{ver}=\frac{d_{Los}}{cos\theta}$

式中θ为雷达LOS方向与垂直方向的夹角。图2为2010—2015年间使用StaMPS方法获得的京津高铁北京段沿线垂向的平均沉降速率图。研究区内年均形变速率范围是0.57 121 mm/a,区域沉降分布不均。京津高铁南部区域地面沉降较为稳定,平均沉降速率在20 mm/a以下,地面沉降主要集中在京津高铁线路的东北侧,形成朝阳东八里庄—大郊亭与通州梨园—台湖2个沉降中心。

图2

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图2   京津城际铁路位置水准点的分布及StaMPS获取研究区年均沉降速率

Fig.2   Site of BTIR ,the location of level points and annual mean land subsidence in the study area by StaMPS


为了验证InSAR结果的精度,本文选取了7个位于高相干密度区的水准观测点(图2),使用同期(2010—2013年)水准观测结果与时序InSAR获得的沉降序列做比较进行验证。以水准点为圆心,100 m为半径提取PS点,将该范围内沉降观测结果的均值作为该点的沉降估测值,水准监测值作为真实值。将InSAR结果与水准监测值进行线性拟合(图3),在置信度95%条件下,相关系数达到了0.998,表明该研究中InSAR技术得到的时序监测结果是可信的。

图3

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图3   水准测量与InSAR监测结果比较

Fig.3   Comparison between the subsidence results measured by InSAR techniques and leveling value


3.2 京津高铁北京段地面沉降演化特征分析

沿京津高铁线路做剖面分析,获得沿线纵断面方向逐年沉降速率图与逐年累积沉降量图(图4)。

图4

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图4   2011—2015年间京津高铁沿线逐年均沉降速率变化及逐年累积沉降量

Fig.4   Temporal evolution of land subsidence rate and cumulative annual settlement during 2011-2015 along the BTIR


图4中,线路9.520 km区段地面沉降速率波动较大,并呈"U"型分布,沉降中心位于距线路起点16 km处,靠近朝阳区东八里庄—大郊亭沉降漏斗。京津高铁北京段年均沉降速率大于40 mm/a的区域约有11 km,约占研究区全长的一半,区域不均匀沉降严重,是铁路安全运营的潜在威胁。统计各年均沉降速率最大值见表1。

表1   2011—2015年京津高铁(北京段)各年最大沉降速率

Tab.1  Maximum annual subsidence rate of BTIR (Beijing section) during 2011—2015

年份2011年2012年2013年2014年2015年
最大年均沉降速
率/(mm·a-1)		-100.85-74.10-79.10-77.69-69.85

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由表1可知,年均沉降速率最大发生在2011年; 最小值发生在2015年,可见京津高铁沿线地面沉降速率呈逐年减缓的趋势。对比发现,2011—2015年均沉降速率的最大值出现在朝阳区,朝阳区自20世纪60年代大力发展工业以来,形成以东郊化工工业区和棉纺织工业区为中心的地面沉降区,过量开采地下水为引起地面沉降的主要诱因[19]。2012年以来北京市开展了一系列的地面沉降防治工作,地下水超采的局势缓和,地面沉降出现减缓[20]。但图4(b)中2015年最大累积沉降量依然达到了400 mm。考虑到地面沉降的不可逆性,沉降的累积将严重威胁线路安全。线路9.520 km作为沉降的主要发生区域,需重点监测控制。

4 讨论

4.1 地面沉降与地下水的关系

选取京津高铁附近1号监测井(图2),采用综合交叉小波变换与小波相干性的方法分析不同层位地下水位动态变化与地面沉降时间序列的变化特征。如图5所示,右侧色带为功率谱能量密度,蓝色和红色分别为能量密度的最小值与最大值; 封闭的黑色粗实线为95%置信水平等值线,表示封闭区域内的值通过95%置信水平红噪声检验; 黑色细实线代表小波影响锥(cone of influence, COI); COI外部浅色阴影部分表示由于边缘效应导致其结果不可信区域; 黑色箭头则反映了参与交叉小波变换和小波相干性分析的两时间序列的相位关系: 若规定箭头方向"→"表示二者相位相同,则"←"是相位相反; 若箭头 "↑"表示地下水位变化提前地面沉降变化1/4周期,则"↓"为地面沉降变化提前地下水位变化1/4周期[21]。图5—7分别为1号监测井潜水位、承压水位动态变化与地面沉降变化的响应关系。

图5

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图5   潜水与地面沉降小波变换

Fig.5   Wavelet transform of diving and land subsidence


图6

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图6   第一承压水与地面沉降小波变换

Fig.6   First pressure water and ground subsidence wavelet transform


图7

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图7   第二承压水与地面沉降小波变换

Fig.7   Second confined water and ground subsidence wavelet transform


图5(a)中1号监测井潜水位变化在2012年2月—2013年5月期间、0—10月时段内通过95%置信区间红噪声检验具有较高的功率且都处于COI之内,结果可信。图5(b)(同图6(b),图7(b))为地面沉降时序变化连续小波功率谱图,图中高频部分有一个时段通过,但并非全部可信。能量密度相对较强的时段是2012年10月—2013年6月,时间尺度为5—6月。图5(c)中地下水与地面沉降时间序列存在共振,通过95%置信水平的红噪声检验且位于COI区域内,故主共振周期为8—9月。影响范围从2012年—2013年6月,交叉相位角3.123 9±0.011 9 rad,表明该时段地面沉降时序变化滞后地下水变化约4.24月。在此基础上,继续采用小波相干性分析方法确定二者的共同变化特征(图5(d)),在高频部分地下水位变化与地面沉降时序变化在2010年3月—2012年6月,2013年10月—2013年11月存在显著共振且通过了95%置信水平的红噪声检验。此外在6月频段、2012年2月—2013年期间,二者同样存在显著共振关系,且相干性较高。

图6(a)中第一承压水位变化在2010年7月—2011年8月与2013年1月—2013年4月期间,4—8月与3—5月时段内通过了95%置信区间红噪声检验具有较高的功率且都处于COI之内,结果可信。图6(c)显示较明显的共振发生于2012年6月—2013年6月,交叉相位角1.093 7±0.706 rad,该时段地面沉降时序变化滞后地下水变化约9.41月。图6(d)中高频部分地下水位变化与地面沉降时序变化在2010年3月—2010年6月、2012年6月—2012年11月、2013年11月—2014年存在显著的共振且通过了95%置信水平的红噪声检验。

图7(a)中第二承压水位变化在2010年7月—2011年8月期间,3—8月时段内通过了95%置信区间红噪声检验具有较高的功率且都处于COI之内,结果可信。图7(c)显示,地下水与地面沉降时间序列存在共振,影响范围2011年1月—2011年6月,交叉相位角1.566 7±0.412 7 rad,表明该时段地面沉降时序变化滞后地下水变化约6.35月。同时2012年8月—2013年6月发生共振,交叉相位角0.756 0±0.539 5 rad,表明该时段地面沉降时序变化滞后地下水变化约10.76月。图7(d)表示,在高频部分地下水位变化与地面沉降时序变化在2010年3月—2010年6月,2010年8月—2011年8月与2013年8月—2014年存在显著的共振且通过了95%置信水平检验,相干性较好。综上可得表2。

表2   各层地下水与地面沉降信息的交叉相位角及时间间隔

Tab.2  Cross phase and time interval of groundwater information and land subsidence information

数据变换时段交叉相位角/rad时间间
隔/月
潜水2012—2013.53.123 9±0.011 94.24
第一承压水2012.5—2013.51.093 7±0.706 09.41
第二承压水2011—2011.51.566 7±0.412 76.35
第二承压水2012.8—2013.50.756 0±0.539 510.76

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通过对地面沉降与各层地下水进行交叉小波变换与小波相干性处理得到以下结论: ①地面沉降与潜水滞后时间较短,与承压水滞后时间较长; ②地下水变化和地面沉降时序变化在多个频段上存在显著共振关系。

4.2 地面沉降与可压缩层的关系

从地面沉降空间展布情况来看,北京平原地面沉降空间分布多发生在河流冲洪积扇中下部地区,多黏性土与砂层互层,因此将粉质黏土、黏土或粉土为主的间夹薄层粉砂或粉细砂的地层概化为可压缩层[22]。采用叠置分析,以京津高铁北京段为轴线做半径为1 km的缓冲区,提取缓冲区内2010—2015年的年均沉降速率(图8)。随可压缩层厚度的增大,年均沉降速率也呈同样的趋势。为了更直观地表示可压缩层厚度与沉降速率的分布关系,以10 m为单位将可压缩层厚度分区并提取该土层厚度内的PS点,统计每个单位可压缩黏土层内的沉降速率均值、最大值、最小值并对其进行对比分析(图9)。整体上各区域的平均沉降速率随厚度增加而逐渐增加。80 m可压缩层厚度区域内,最大沉降速率与平均沉降速率异常,区域内不均匀沉降较为严重。110120 m可压缩层厚度内最大沉降速率和平均沉降速率相较于60100 m可压缩层,有较大变化。

图8

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图8   沿线可压缩层厚度分布与PS点叠加

Fig.8   Thickness of compressible clay along the railway, and overlay with PS point


图9

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图9   各可压缩层厚度范围内地面沉降统计分析

Fig.9   Statistical analysis of land subsidence in different thickness of compressible layer


分别对沉降速率的最小值、最大值与平均值做回归分析。R2与P值表明沉降速率与可压缩黏土层厚度之间具有高度的统计学意义,沉降速率随可压缩黏土层的增大而增加,可见可压缩层厚度在一定程度上影响着区域不均匀沉降分布和发展。

5 结论

本文选取京津高铁北京段为研究区,利用StaMPS方法获取研究区内2011—2015年间地面沉降信息,并用水准监测值进行验证,探讨京津高铁北京段地面沉降分布特征。结合地下水实测数据,分析研究区内不同层位地下水位与地面沉降的滞后性特征,得到以下结论:

1)通过水准监测值验证InSAR结果,二者的相关系数达0.998。地面沉降主要分布在朝阳区与通州区,最大年均沉降速率达121 mm/a,最小沉降速率为0.57 mm/a。

2)京津高铁北京段沉降速率最大值出现在朝阳区,线路在9.520 km区段沉降速率波动较大,但线路周边沉降速率呈逐年减缓趋势。

3)地面沉降与承压水之间滞后时间长于地面沉降与潜水之间的滞后时间,其中,地面沉降滞后承压水位变化约910个月,滞后潜水位变化时间约4.3个月。

4)在同个冲洪积扇控制范围内,区域地面沉降速率与可压缩层厚度具有相关性,地面沉降速率随可压缩层厚度的增加而增大。

志谢: 感谢首都师范大学高明亮和北京市水文地质工程地质大队雷坤超对论文撰写的支持与帮助。

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Tarchi D, Rudolf H, Luzi G, et al.

SAR interferometry for structural changes detection:A demonstration test on a dam

[C]// Internationl Geoscience and Remote Sensing Symposium.IEEE, 1999.

[本文引用: 1]

Ge D Q, Zhang L, Wang Y, et al.

Merging multi-track PSI result for land subsidence mapping over very extended area

[C]// International Geoscience and Remote Sensing Symposium.IEEE, 2010: 3522-3525.

[本文引用: 1]

冷长明 .

高速铁路地基不均匀沉降的因素及机理分析

[J]. 高速铁路技术, 2011,2(3):5-8.

DOI:10.3969/j.issn.1674-8247.2011.03.002      URL     [本文引用: 1]

高速铁路路基不均匀沉降量的大小直接影响列车运行的舒适度和安全性,尤其对无砟轨道更是直接影响到其安全使用寿命。高速铁路路基设计和施工必须满足路基的工后沉降要求,支撑路基的地基压密沉降是造成路基工后沉降的最主要原因。地基的沉降变形大小则主要由地基土的性质、地基处理方法决定,通过对高速铁路地基产生不均匀沉降因素的归纳总结和机理分析,以指导高速铁路路基勘察设计及施工。

Leng C M .

Analysis of the factor and mechanism of uneven settlement of high-speed raiway subgrade

[J]. High Speed Railway Technology, 2011,2(3):5-8.

[本文引用: 1]

高亮, 赵磊, 曲村 , 等.

路基上CRTSⅢ型板式无砟轨道设计方案比较分析

[J]. 同济大学学报(自然科学版), 2013,41(6):848-855.

DOI:10.3969/j.issn.0253-374x.2013.06.008      URL     [本文引用: 1]

On the basis of the summary of advantages and disadvantages of the main track types used in newly built high-speed railway in China include CRTSⅠslab, CRTSⅡslab and double-block ballastless track, CRTSⅢ slab ballastless track has been proposed. CRTSⅢ slab ballastless track on roadbed have two design schemes which are unit style and longitudinal continued style. In this paper, longitudinal-transverse-vertical spatial coupled model is established, and the mechanical characteristics of two design schemes under the action of temperature load, vehicle load, concrete shrinkage and foundation settlement deformation are calculated and analyzed. Analysis results show that for the severe cold area, considering the influence of temperature load and maintainability of track, the unit style structure is suggested.

Gao L, Zhao L, Qu C , et al.

Analysis on design scheme of CRTSⅢ slab track structure on road

[J]. Journal of Tongji University (Natural Science), 2013,41(6):848-855.

[本文引用: 1]

刘晓龙, 张永红, 李英会 , 等,

基于时间序列TerraSAR-X影像的线状地物沉降监测试验研究

[J]. 遥感信息, 2013,28(4):57-62.

DOI:10.3969/j.issn.1000-3177.2013.04.010      URL     [本文引用: 1]

新一代高分辨雷达卫星尤其是 TerraSAR-X的发射运行,给时序InSAR分析技术带来新的挑战,得益于其高分辨率特点使得特定目标的短期内微小形变监测成为可能。本文利用 2009年3月～2010年1月间27景3m分辨率的TerraSAR-X数据,基于改进的时间序列InSAR技术获得京津城际高铁武清段和北辰段沿线区 域地表时序形变特征,并对形变规律及成因进行分析。

Liu X L, Zhang Y H, Li Y H , et al.

Exploration of subsidence along linear engineering structures on time series of TerraSAR-X images

[J]. Remote Sensing Information, 2013,28(4):57-62.

[本文引用: 1]

王荣, 杨艳, 田芳 , 等.

高速铁路区域地面沉降监测体系构建

[J]. 上海国土资源, 2014,35(2):17-20.

DOI:10.3969/j.issn.2095-1329.2014.02.005      URL     [本文引用: 1]

区域地面沉降会对在建和运营中的高速铁路产生影响,掌握高速铁路沿线地面沉降状况是防治和减缓其影响的基础工作.阐述了建立高速铁路区域地面沉降监测体系的原则与方法,并以京津城际高铁为实例,基于系统调查基础上的地面沉降危险性分区评价成果,提出了构建包括地下水动态监测、GPS、InSAR、水准测量、分层标测量的监测体系框架及其重点内容与关键环节.

Wang R, Yang Y, Tian F , et al.

Construction of a monitoring system for regional land subsidence affecting high-speed railways

[J]. Shanghai Land and Resources, 2014,35(2):17-20.

[本文引用: 1]

贾三满, 王海刚, 赵守生 , 等.

北京地面沉降机理研究初探

[J]. 城市地质, 2007,2(1):20-26.

DOI:10.3969/j.issn.1007-1903.2007.01.005      URL     [本文引用: 1]

本文对北京市平原区含水岩组和压缩层进行了划分。通过天竺地区两个不同深度土层压缩固结试验,及地面沉降站分层标和地下水位2005年具体监测数据分析,得出了相关结论。

Jia S M, Wang H G, Zhao S H , et al.

A tentative study of the mechanism of land subsidence in Beijing

[J]. City Geology, 2007,2(1):20-26.

[本文引用: 1]

陈蓓蓓 . 北京市典型地区地面沉降演化过程与机理分析[M]. 北京: 中国环境出版社, 2015.

[本文引用: 1]

Chen B B. The Evolution Process and Mechanism of Land Subsidence in Typical Area,Beijing[M]. Beijing: China Environmental Science Press, 2015.

[本文引用: 1]

Hooper A J .

Persistent Scatter Radar Interferometry for Crustal Deformation Studies and Modeling of Volcanic Deformation

[D]. Stanford:Stanford University, 2006.

[本文引用: 2]

刘一霖, 张勤, 黄海军 , 等.

矿区地表大量级沉陷形变短基线集InSAR监测分析

[J]. 国土资源遥感, 2017,29(2):144-151.doi: 10.6046/gtzyyg.2017.02.21.

URL     [本文引用: 1]

针对矿区地表大量级形变导致的InSAR影像配准精度低、可监测性差、探测量级小、地表沉陷前后完整形变信息难以获取等问题,研究了相应的偏移量追踪法、FFT过采样法、滤波技术与基线精化等数据处理方法,并利用短基线集(small baseline subset,SBAS)技术,使距离向配准精度、最大累积探测量级得到明显提高,矿区地表形变可监测性有了很大改善.研究结果表明,该方法不仅获得了2008-2011年间研究区开采进程中地表大量级沉陷的完整形变时间序列,而且其监测结果与外业实测数据以及采矿进程资料具有良好的一致性;通过对矿区地表形变剖线的统计分析,得到了开采工作面地表形变的时空演变规律.

Liu Y L, Zhang Q, Huang H J , et al.

Monitoring and analysis large scale land subsidence over the mining area using small baseline subset InSAR

[J]. Remote Sensing for Land and Resources, 2017,29(2):144-151.doi: 10.6046/gtzyyg.2017.02.21.

[本文引用: 1]

刘志敏, 李永生, 张景发 , 等.

基于SBAS-InSAR的长治矿区地表形变监测

[J]. 国土资源遥感, 2014,26(3):37-42.doi: 10.6046/gtzyyg.2014.03.06.

URL     Magsci     [本文引用: 1]

小基线集InSAR（SBAS-InSAR）时序分析方法能够较好地克服InSAR时空失相干限制，抑制地形和大气影响，增加时间采样率，在监测地表形变随时间演化方面取得了较好的应用。为了有效监测山西省长治矿区地表形变，利用DInSAR方法监测开采矿区的快速大形变，得到形变区30 d的最大沉降量为11 cm；利用SBAS方法监测矿区边缘微小缓慢形变，得到2003年7月-2010年7月期间区内地面沉降的空间展布及时间序列相对形变量。对于矿区周围相干性保持较好的居民区，SBAS方法监测结果表明其整体形变表现为沉降趋势，沉降面积较大，沉降速率为5~15 mm/a，最大累计沉降为90 mm。矿区因开采时间、开采方式、采储量以及地形等因素的不同而呈现出不同的沉降结果。

Liu Z M, Li Y S, Zhang J F et al.

An analysis of surface deformation in the Changzhi mining area using small baseline InSAR

[J]. Remote Sensing for Land and Resources, 2014,26(3):37-42.doi: 10.6046/gtzyyg.2014.03.06.

Magsci     [本文引用: 1]

王文圣, 丁晶, 向红莲 .

小波分析在水文学中的应用研究及展望

[J]. 水科学进展, 2002,13(4):515-520.

DOI:10.3321/j.issn:1001-6791.2002.04.021      URL     Magsci     [本文引用: 1]

扼要介绍了20世纪80年代初发展起来的,被誉为数学“显微镜”的信号分析新方法——小波分析。在此基础上,综述了小波分析在水文水资源系统中的应用研究现状。展望了小波分析在该领域的未来研究趋势和发展方向。将小波分析引入水科学,不但拓宽了应用范围,而且推动了小波理论本身的发展。

Wang W S, Ding J, Xiang H L .

Application and prospect of wavelet analysis in hydrology

[J]. Advances in Water Science, 2002,13(4):515-520.

Magsci     [本文引用: 1]

郭良迁, 薄万举, 杨国华 .

华北地区断裂带的现代形变特征

[J]. 大地测量与地球动力学, 2003,23(2):29-36.

DOI:10.3969/j.issn.1671-5942.2003.02.005      URL     [本文引用: 1]

断层形变观测揭示华北地区西部 的速率大于东部。华北地区 (特别是西部 )的断层活动主要具有正断性质 ,但华北东部的逆断活动比例高于西部。断层应变累积率在包头 6 .4级和张北 6 .2级地震前明显增大 ,可能与地震孕育有关。呼和浩特 -大同地带、渤海湾地区、莱州湾 -沂水地段和太原盆地是现今压应变速率相对较大的地区 ,有一定的应力积累。水平应变反映出郯庐断裂带、河套 -张家口 -蓬莱隐伏断裂带等有明显的分段性 ,各段的活动及应变特征存在差异。

Guo L Q, Bo W J, Yang G H .

Characteristics of current deformation of fault beltisin north China

[J]. Journal of Geodesy and Geodynamics, 2003,23(2):29-36.

[本文引用: 1]

林健 .

北京市城近郊区地下水污染演变分析研究

[D]. 长春:吉林大学, 2004.

[本文引用: 1]

Lin J .

The Analysis of Pollution History for the Groundwater in Urban and Suburb Area of Beijing

[D]. Changchun: Jilin University, 2004.

[本文引用: 1]

罗勇 .

北京地面沉降发展新趋势初步分析

[J]. 上海国土资源, 2017,38(2):13-17.

DOI:10.3969/j.issn.2095-1329.2017.02.004      URL     [本文引用: 1]

地面沉降是北京平原区主要地质灾害之一。本文通过分析北京市地面沉降监测系统多年获取的大量监测研究成果,对北京市地面沉降的历史和现状进行了总结,在此基础上初步分析和研究了沉降发展出现的新趋势。通过研究认为:北京市地面沉降仍然处于快速发展阶段,而随着降水量的变化和南水的持续供应,以及地面沉降防治措施的逐渐落实,北京市地下水开采逐步开始减少,地面沉降速率出现阶段性拐点,区域沉降速率和中心沉降速率均出现减缓趋势,北京市平原区地面沉降总体减缓。但是,随着沉降的持续发展和区域间不均匀性的进一步增加,北京市地面沉降带来的问题会在未来较长的时期持续存在。

Luo Y .

Research on the new trends of Beijing land subsidence

[J]. Shanghai Land and Resources, 2017,38(2):13-17.

[本文引用: 1]

Grinsted A, Moore J C, Jevrejeva S .

Application of the cross wavelet transform and wavelet coherence to geophysical time series

[J]. Nonlinear Processes in Geophysics, 2004,11(5/6):561-566.

DOI:10.5194/npg-11-561-2004      URL     [本文引用: 1]

Many scientists have made use of the wavelet method in analyzing time series, often using popular free software. However, at present there are no similar easy to use wavelet packages for analyzing two time series together. We discuss the cross wavelet transform and wavelet coherence for examining relationships in time frequency space between two time series. We demonstrate how phase angle statistics can be used to gain confidence in causal relationships and test mechanistic models of physical relationships between the time series. As an example of typical data where such analyses have proven useful, we apply the methods to the Arctic Oscillation index and the Baltic maximum sea ice extent record. Monte Carlo methods are used to assess the statistical significance against red noise backgrounds. A software package has been developed that allows users to perform the cross wavelet transform and wavelet coherence (www.pol.ac.uk/home/research/waveletcoherence/).

姜媛, 杨艳, 王海刚 , 等.

北京平原区地面沉降的控制与影响因素

[J]. 上海国土资源, 2014,26(4):130-133.

DOI:10.3969/j.issn.2095-1329.2014.04.031      URL     [本文引用: 1]

地面沉降作为北京平原区最主要的缓变地质灾害,其形成和发展受到区域构造、地层结构、压缩层厚度、地下水开采及城市建设等影响。本文分别探讨了以上因素对地面沉降的控制或影响作用,为今后北京平原地面沉降防控工作提供理论依据。

Jiang Y, Yang Y, Wang H G , et al.

Factors controlling land subsidence on the Beijing plain

[J]. Shanghai Land and Resources. 2014,26(4):130-133.

[本文引用: 1]

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