DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 2. 预备知识 首先我们给出本文需要用到的假设： (H1) 对任意 ， ；对任意 ， ； (H2) 对任意 ， 关于 单调增加，且存在 ，使的对任意 ， ，有 ； (H3) ， ， ， ，且对任意的 ，有 ， 其中 ， ， ； (H4) 存在 ，使得 ，且对任意 ，有 ； (H5) 存在 ，使得对任意的 ， ，存在唯一的 ，使得 ，且对任意 ， ，对任意 ， ； (H6) ， ， 。 记 则根据文 [ 26 ] 中的Lemma 4.3，有 引理2.1. [ 26 ] 假设(H3)成立，则存在实数对 使得： (1) ； (2) 对 ，当 时，有 ； (3) 对任意 ，存在 ，使得 ， ，且对任意的 ， 。 再由文 [ 26 ] 中的Lemma 4.6及Theorem 5.1，有如下关于方程(1.1)的行波解 存在性结果，这里 ， 。 引理2.2. [ 26 ] 假设(H1)~(H5)成立，则 (1) 对 方程(1.1)的行波解 存在，在 上单调递增，且满足 ， (2) 对 ，方程(1.1)不存在行波解。 作变换 ，则 且方程(1.1)变为无穷时滞反应扩散方程 (2.1) 易知(2.1)有平衡点 及 。 由文 [ 26 ] 中的Lemma 4.6、Theorem 4.1和Theorem 4.2，方程(2.1)连接平衡点 及 的行波解 ， 由如下引理给出。 引理2.3. [ 26 ] 假设(H1)-(H5)成立，则 (1) 对 方程(2.1)的行波解 存在，在 上单调递增，且满足 ， (2) 对 方程(2.1)不存在行波解。
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user: 3. 行波解的唯一性 这节我们将证明方程(1.1)的行波解的唯一性，即 定理3.1.假设对 ， 是方程(1.1) 满足 ， 的单调递增行波解， 在 上单调递增，(H6)成立且 ，则存在 ，使得 ， ，其中 ， 。 注：文 [ 26 ] 是通过方程(2.1)的单调行波解 结合变换 得到方程(1.1)的单调行波解 ，这样 在 上单调递增。因此我们这里假设方程(1.1)的单调行波解 使得 在 上单调是合理的。 为了证明定理3.1，需先证明方程(2.1)的单调行波解在平移意义下是唯一的，为此我们需要如下两个引理。 引理3.1.对 ，设 是方程(2.1)满足 ， 的单调行波解，则存在 ，使得对任意的 ，有 ， 。 证明：易知 满足 (3.1) 重写方程(3.1)为 则 ， 其中 (3.2) (3.3) 显然， ， ，因此 在 上有界，从而 在 上有界，即存在 ，使得 ， 。 根据 及 在 上的有界性知，对任意的 ， 及 在 上是有界的。因此往下我们只需证明对某个 及 ， 及 在 上有界。 由于 ，因此 。对任意的 ，对方程(3.1)两边从 到 积分得 。 由(H3)， ， ， ，所以存在 ，使得 ， 对上述 ，存在 ，使得对任意的 ，有 。 又 ，所以存在 ，使得对所有的 ，有 ，从而对所有的 ，有 (3.4) 对任意的 ， ，有 从而由(3.4)可得 。 令 ，由于 收敛，故有 。 因此， 在 上可积。 定义 ， ， 则 在 上有定义，单调递增且 。 根据(3.4)，有 。 对任意的 ，对上式两边从 到 积分得 。 即 (3.5) 再对(3.5)式两边从 到 积分得 注意到 及 ， ， ， ，有 。 对任意的 及 ，有 。 记 ，取 ；记 ，则 ， ； 。取 ，则 。定义 ， ，则 ， 。 因此，对 ，有 。又 ， ，故 ， 。 根据(3.5)，对 ，有 。 至此，证明了存在 ，使得对任意的 ，有 ， 。 引理3.2.对 ，设 是方程(2.1)的满足 ， 的单调行波解， ，则存在 ，使得 。 其中 时， ； 时， 。 证明：定义 ， 由引理3.1知，对任意满足 的复数 ， 。由分部积分法，有 ， 。 注意到 ， 故有 ， 即 (3.6) 一方面，因为 ，由Laplace变换的性质知，存在 ， 在带形域 上解析，而点 是 的奇异点。 另一方面，由(H4)知，对任意的 ，有 ， 又因为 ，所以 ， 从而 收敛。因此，由引理3.1，有 这样 在带形域 上解析。类似于文 [ 17 ] 中Proposition 2.3 的证明，可得 在带形域 上解析，而 在带形域 上解析。 定义函数 . 因为 时 是方程 单根， 时 是方程 二重根，所以由(3.6)有 ， 其中 在带形域 上解析， 时， ； 时， 。 又 在 单调递增，因此由Ikehara定理有 ， 其中 时， ； 时， 。证毕。 引理3.3.假设(H6)成立。若 ，则对任意的 ，方程(2.1) 满足 ， 的单调行波解在平移意义下是唯一的。 证明：对任意的 ，设 是方程(2.1) 满足 ， 的两个单调行波解。不失一般性，不妨设 ，由引理3.2，可定义函数 ， 使得 (必要时作适当的平移)，从而存在 ，使得 。 由于 ， ，且 ， ， 因此， ， 。 由(H6)，有 进一步地，有 注意到 ，因此有 ， 从而可得 ， 这意味着 。令 ，则 ，即 。证毕。 定理3.1的证明：设存在某个 ，使得对任意的 ， 。令 ， ， 则 是方程(2.1)满足 ， 的单调行波解。由引理3.3知，存在 ，使得 ，从而 。 这与假设矛盾，因此定理3.1的结论成立。证毕。
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user: 摘 要 本文主要研究同伦分析Sumudu变换方法在求解一类Caputo时间分数阶偏微分方程中的应用。数值算例表明该方法具有较好的准确性和简便性。 关键词 :时间分数阶偏微分方程，Sumudu变换，同伦分析 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 为了把复杂的线性和非线性的分数阶偏微分方程转变为简单的代数形式，许多的分数阶积分和微分变换已经被用来获得FPDE的精确解和近似解 [ 1 ] 。Kumar和他的同事们成功地将同伦分析变换方法也就是拉普拉斯变换和同伦分析方法应用于解决分数阶Fornberg-Whitham方程，Volterra积分方程，分数阶波动方程，浅水波传播过程中产生耦合的Boussinesq-Burger方程。Watugala介绍了Sumudu变换并且和Weerakoon讨论了该变换的一些性质 [ 2 ] 。此外，Belgacem [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] 提供了Sumudu变换的精确定义，并讨论了应用许多结果、性质和关系求解FDEs和FPDEs的更好的实现方法，从而增加了关于这个变换的文献。一般可以很容易地将许多时间分数阶线性和非线性偏微分方程进行转化，类似的，可以将Caputo，Riemann-Liouville，Ritzs等类型的空间分数阶导数进行转化。文献 [ 6 ] 中介绍了求解非线性Riccati微分方程的多级同伦分析方法。目前同伦分析方法被广泛地应用于求解各种类型的线性和非线性偏微分方程 [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] 。 构造偏微分方程的精确解和显式解，对于更好地理解复杂物理现象的机理具有重要意义。针对求解分数偏微分方程的近似解析解，提出了一些方法，例如变分迭代方法 [ 10 ] [ 11 ] ，Adomian分解法 [ 12 ] [ 13 ] ，分数子方程法 [ 14 ] [ 15 ] ，同伦摄动方法 [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] 。所以寻找分数阶偏微分方程新的解析解是一个重要的课题，也可为其他相关研究提供有价值的参考。同伦分析方法将问题转化为不使用摄动技术的无穷数量的线性问题，该方法利用拓扑同伦的概念生成一个收敛的级数解。同伦分析方法可应用于解决服从 Neumann边界条件的分数阶热偏微分方程 [ 19 ] 和分数阶扩散波动方程 [ 20 ] 。在 [ 21 ] 中，作者用同伦分析方法解决了不同的线性和非线性分数阶偏微分方程。 本文主要考虑基于Sumudu变换和同伦分析方法结合的分析方法，以提供在Riemann-Liouville和Caputo意义上的一类时间分数阶偏微分方程的一种新的近似解析解。
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user: 2. 预备知识 本节简要描述了利用分数阶微积分的理论来获得解决方案的思想，从而为本文所涉及问题的解决方案提供理论基础。本节描述了Caputo导数、Riemann-Liouville分数阶积分、Sumudu变换以及Mittag-Leffle 函数的的基本定义，并且对一些分数阶导数的扩展也做了简要地介绍。 定义2.1 [ 22 ] [ 23 ] ：函数 ，其中 ，对其左边进行 阶Riemann-Liouville积分操作的定义如下： 且 定义2.2 [ 24 ] ：对于函数 ，若存在一个实数 ，使得 ，其中 ，那么就说 属于空间 ，若 ，我们就说 属于空间 。 定义2.3 [ 25 ] ：函数 的左Caputo导数定义如下： 其中 。 定义2.4 [ 26 ] ：对Caputo分数阶导数的Sumudu变换 定义如下： 其中 定义2.5 [ 27 ] ：Jihuan He的分数阶导数定义如下： 定义2.6 [ 26 ] ：在90年代早期，Watugala介绍了一种初始的积分变换。函数集 上的Sumudu变换定义如下： 定义2.7 [ 26 ] ：当 时，Sumudu变换的定义如下： 定义2.8 [ 28 ] ：Mittag-Leffler函数是指数函数的推广，定义为： Mittag-Leffler函数的一些特殊例子如下： 1、 ， 2、 。
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user: 3. 同伦分析Sumudu变换方法的基本思想 本节考虑以下方程 [ 29 ] ： (1) 对方程(1)的两边做Sumudu变换，我们得到 (2) 再对方程(2)的两边使用定义2.4，我们得到 (3) 定义如下非线性算子： (4) 其中 是一个嵌入参数， 是一个与 和 有关的实函数。构造如下同伦 (5) 其中 是一个非零辅助参数， 是辅助函数， 是未知函数 的初始猜测。辅助参数的选择对同伦分析Sumudu变换方法具有很重要的意义。观察方程(5)，当 或 时 [ 26 ] (6) 当 从0变换到1时，方程的解就从初始推论 收敛到解 。 在 处的泰勒展式 [ 26 ] 如下： (7) 其中 (8) 级数解(7)的收敛性依赖于初始猜测、辅助线性算子和辅助函数。级数(7)收敛于 。因此，我们得到 (9) 这是原方程的一个解。上面的表达式为我们提供了初始猜测 和精确解 之间的联系，即 ，其表达式有待确定。 定义矢量 (10) 对方程(5)中的参数 做 阶导数后取 ，最后再除以 ，得 阶形变方程如下： (11) 其中 (12) (13) 用这种方法，简单获取 其中 。因此可得： (14) 其中 ，(14)既是方程(1)的简单近似解。
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user: 4. 数值算例 本节我们将通过一些数值算例来验证同伦分析Sumudu变换方法的有效性和精确性。 例4.1 (15) 边界条件： 初始条件： 方程(15)的精确解 (16) 对方程(15)的两边做Sumudu变换，我们得到 (17) 再对方程(17)的两边使用定义2.4，我们得到 非线性算子定义如下： 得到 阶形变方程后应用Sumudu变换的逆变换，我们可以得到： (18) 其中 (19) 由于 ，令 ，由方程(18)及方程(19)可得到方程(15)的近似解析解，这里 ，我们可以得到： ， ， ， 等。以同样的方式，可以获得方程(15) 的其他部分。方程(15)的解是由下式可得， 同伦分析Sumudu变换方法级数解的精度和收敛性取决于辅助参数的仔细选择。在这里，我们选择 ，即可得： (20) 其中方程(20)与方程(16)相等。 例4.2 (21) 边界条件： 初始条件： 方程(21)的精确解为： (22) 对方程(21)的两边做Sumudu变换，我们得到 (23) 再对方程(23)的两边使用定义2.4，我们得到 定义非线性算子如下： 得到 阶形变方程后应用Sumudu变换的逆变换，我们可以得到： (24) 其中 (25) 由于 ，令 ，由方程(24)及方程(25)可得到方程(21)的近似解析解，这里 ，我们可以得到： 等。以同样的方式，可以获得方程(21) 的其他部分。方程(21)的解是由下式可得， 其中我们选择 ，即可得： 当 ，将用到以下解决方案： (26) 此结果与原方程精确解相等。 例4.3 考虑时间分数阶Klein-Gordon方程 (27) 初始条件： (28) 方程(27)的精确解 (29) 对方程(27)的两边做Sumudu变换，我们得到 (30) 再对方程(30)的两边使用定义2.4，我们得到 定义非线性算子如下： 得到 阶形变方程后应用Sumudu变换的逆变换，我们可以得到： (31) 其中 (32) 由于 ，令 ，由方程(31)及方程(32)可得到方程(27)的近似解析解，这里 ，我们可以得到： 等。以同样的方式，可以获得方程(27) 的其他部分。方程(27)的解是由下式可得， 选择 ，即可得： (33) 此结果与原方程的精确解相等。 方程(33)中若 ，则 此结果与方程(28)完全一致。 例4.4 (34) 具有以下初始条件： (35) 若 ，方程(34)的精确解为： (36) 对方程(34)的两边做Sumudu变换，我们得到 (37) 再对方程(37)的两边使用定义2.4，我们得到 非线性操作如下： 得到 阶形变方程后应用Sumudu变换的逆变换，我们可以得到： (38) 其中 (39) 由于 ，令 ，由方程(38)及方程(39)可得到方程(34)的近似解析解，这里 ，我们可以得到： 等。以同样的方式，可以获得方程(34) 的其他部分。方程(34)的解是由下式可得， 选择 ，即可得： 当 ，将用到以下解决方案： (40) 此结果与方程(36)相等。
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user: 5 结论 本文主要介绍了一种求解时间分数阶问题的方法，该方法基于同伦分析和Sumudu变换的结合，并且已成功地应用于求解齐次和非齐次微分方程。对于非齐次方程，如果非齐次项是每个变量多项式之和，则其近似解与精确解基本一致。这种新方法的一个重要优点是运算量低。它可以用来快速求解时间分数阶和整数阶方程。
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user: 摘 要 风速预测作为抗震设计，风电场的前提，有极为重要的应用前景。本文首先对风速预测的两大理论方法神经网络和支持向量机其近来的改进与发展做简要的介绍与对比。然后一种新兴的在其他领域已经有较为广泛应用的萤火虫算法，在风速预测方面也可结合支持向量机进行使用。本文对萤火虫算法的基本理论进行了介绍，由于基本萤火虫算法存在的问题，同时也罗列了一些萤火虫算法的改进。最后对风速预测与萤火虫算法的应用前景进行展望。 关键词 :风速预测，神经网络，支持向量机，萤火虫算法 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 风，作为一种荷载，同时也是一种能量的载体。当它出现在工程结构(尤其是超高层建筑)时，就对结构物的抗风设计提出了要求。在强风的作用下，结构物如果抗风设计不合理，就会产生较大变形甚至破坏。而当风出现在风电场时，就对风电场的电力系统提出要求。如果风速过大，风电穿透功率超过一定比例之后，会严重影响电能质量和电力系统的运行。对于风速如果我们能有一个较好的预测，在未来，对于超高层建筑我们将有更为安全可靠，经济合理的设计，对于电力系统也可以使电力调度部门必要时提前调整调度计划，有效地减轻风电对电网的影响，而且还有其他诸多方面的意义。比如当风演变成为自然灾害时，对风速的预测将使我们提前做好面对灾害的准备，以将人员伤亡经济损失降到最低。因此，风速的预测应用前景广阔，研究收益极大，是值得我们不断努力，不断深入的研究方向。
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user: 2. 风速预测基本理论方法的发展历史与特点 目前的风速预测大多数是基于较高频率出现的风的观测数据进行模拟，大部分研究是为风电场服务，因此针对台风风速预测的研究较少。又因为台风引起的建筑上的风速以及一些阵风锋面上的瞬态阵风风速扣除常量平均风速后而得到的脉动风速基本不符合高斯分布 [ 1 ] ，这也给预测模型的建立带来一定的困难。台风场脉动风具有较强的非高斯特性，使得台风场阵风因子偏离了基于高斯过程假定的规范建议值 [ 2 ] 。现在对台风风速预测已有的研究大多数都是基于Monte Carlo模拟的极值风速预测 [ 3 ] 。由于是对台风极值的预测，因此在台风脉动风作用下引起的结构疲劳就无法验算。因此通过少数点的实测记录来进行条件模拟或预测，以此建立结构全尺度的实测风荷载信息也尤为重要。 目前针对风速预测主要有两大基本理论方法：神经网络(Neural Network， NN)与支持向量机(Support Vector Machine， SVM)。 2.1. 神经网络发展历史 神经元的数学模型是在1943年心理学家Mcculloch和数理逻辑学家Pitts在分析、总结神经元基本特性的基础上首先提出来的，一直沿用至今，并且直接响着这一领域研究的进展。冯·诺依曼在1948年提出了以简单神经元构成的再自动机网络结构，成为人工神经网络研究的先驱之一。50年代末，Rosenblatt设计制作了“感知机”，一种多层的神经网络，首次把人工神经网络的研究从理论探讨付诸到工程实践。而60年代末期，计算机飞速发展，神经网络的局限性随着人工智能的发展而凸显出来，因此神经网络的研究进入了低潮。随着人们对感知机兴趣的衰退，神经网络的研究沉寂了相当长的时间。80年代初期，模拟与数字混合的超大规模集成电路制作技术提高到新的水平，完全付诸实用化，这使得人工神经网络的研究出现了新的转折点。美国的物理学家Hopfield于1982年和1984年在美国科学院院刊上发表了两篇关于人工神经网络研究的论文，引起了巨大的反响，人们重新认识到神经网络的威力以及付诸应用的现实性。 2.2. 支持向量机发展历史 支持向量机的先父Vapnik在20世纪60年代完成了统计学习的基本理论结果，他于1971年和A.Chervonenkis提出了VC维理论——支持向量机的一个重要理论基础。而后的1982年，他又进一步提出了结构风险最小化原理——具有时代意义的支持向量机算法基石。1992年，Boser，Guyon和他又提出了最优边界分类器理论，这是首次使用核函数，不仅得到的解具有稀疏性，而且还没有局部最极小点的问题。统计学习理论不断地发展和成熟起来，最终，在1995年，Vapnik完整地提出了支持向量机的理论方法，并且在模式识别等人工智能领域内取得了成功的应用，因此，受到了广泛的关注。 2.3. 两者特点与区别 神经网络与支持向量机在形式上有几分相似，但实际上有很大不同。 简而言之，神经网络是个“黑匣子”，优化目标是基于经验风险最小化，易陷入局部最优，训练结果不太稳定，一般需要大样本；而支持向量机有严格的理论和数学基础，基于结构风险最小化原则，泛化能力优于前者，算法具有全局最优性，是针对小样本统计的理论。目前来看，虽然二者均为机器学习领域非常流行的方法，但后者在很多方面的应用一般都优于前者。 神经网络是基于传统统计学的基础上的。传统统计学研究的内容是样本无穷大时的渐进理论，即当样本数据趋于无穷多时的统计性质，而实际问题中样本数据往往是有限的。因此，假设样本数据无穷多，并以此推导出的各种算法很难在样本数据有限时取得理想的应用效果。 而支持向量机则是基于统计学理论的基础上的，可以克服神经网络难以避免的问题，通过支持向量机在逼近能力方面与BP网络仿真结果的比较表明 [ 1 ] ，支持向量机具有较强的逼近能力和泛化能力。支持向量机因其特有的优越性在将越来越受到各领域的重视，具有很好的应用前景。
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user: 3. 风速预测理论方法的发展 3.1. 神经网络改进与优化 神经网络经过发展，现在主要有误差反传神经网络(Error Back Propagation Neural Network， BPNN)，极限学习机(the Extreme Learning Machines， ELM)两种理论方法。 BPNN具有多输出与多输入的特点，能更容易的利用于多变量非线性函数的逼近，而且，与其他网络相比，还具有结构简单、易于实现编程、学习速度可以接受以及泛化外推能力也较好的特点。 ELM的优点是为输入层权值和隐层神经元偏置随机赋值，再通过最小二乘法得到输出层权值，整个算法运行过程中不需要调整参数，只需要设定合理的隐含层节点数。因此，具有较高的学习训练速度和精度。有研究者 [ 4 ] 用ELM对训练集进行学习训练，建立回归模型，从而实现对测试集风速的泛化预测。经与基于粒子群优化的混合核函数最小二乘支持向量和误差反传神经网络对比，验证了ELM模型的有效性，无论在预测精度还是计算速度上，ELM模型都具有显著的优势。 为了改善风速时间序列的预测精度和预测时间，还有研究 [ 5 ] 提出了一种基于迟滞ELM模型的风速预测方法。通过改变神经元激励函数的方式将迟滞特性引入神经网络中，模拟的结果显示，与ELM模型相比，利用迟滞ELM模型进行短期风速预测的预测精度更高，预测时间更短，并且有效地减小风速时间序列的预测误差，提高了预测精度以及减少了预测时间，从效率上来说学习系统具有更好的误差和泛化能力。 3.2. 最小二乘支持向量机与各种智能算法 支持向量机经过发展，现在已发展出最小二乘支持向量机(Least Squares Support Vector Machine， LSSVM)。LSSVM是在SVM的基础上，采用误差的二次平方项代替SVM中的不敏感损失函数，将不等式约束改成等式约束，把二次规划问题转化为求解线性方程组问题，以提高求解速度和收敛精度，并成功地应用于函数逼近、分类以及时间序列预测等方面。 在风速预测时，最小二乘支持向量机(LSSVM)中最关键的是选取合适的核函数并对核函数中的参数进行优化，为此有许多研究者将不同的算法与LSSVM相结合，以改进并优化参数。现目前最为常用的优化算法主要有粒子群优化(Particle Swarm Optimization， PSO)，蚁群优化(Ant Colony Optimization， ACO)，人工鱼群优化(Artificial Fish Swarm Algorithm， AFS)，遗传算法 [ 6 ] [ 7 ] (Genetic Algorithm， GA)等等，还有一种新兴的萤火虫算法(Firefly Algorithm， FA)。这些算法之间相互组合或多个组合，取长补短，以不断优化改进算法。 有研究 [ 8 ] 对LSSVM核函数进行改进，将常用的具有代表性的径向基(RBF)核函数和多项式(Poly)核函数构建出局部性和全局性相结合的线性组合核函数，并结合Morlet小波核函数，通过PSO算法优化，结果显示该核函数能大大提高脉动风速的预测精度。 PSO算法收敛速度快、参数设置少、实现简单。有研究表明 [ 1 ] ，PSO-LSSVM 的模拟值吻合程度要比BPNN预测结果高。但PSO算法易于过早收敛，搜索精度较低。 ACO算法具有较强的鲁棒性，是一种正反馈算法，的参数数目少，设置简单，易于蚁群算法应用到其它组合优化问题的求解，但基本ACO算法计算量大，求解时间长，在给定一定循环数的条件下有较大概率无法最优。 AFS算法对初值和参数选择不敏感、鲁棒性强、能克服局部极值，但后期搜索的盲目性较大，寻优精度较低。 GA算法具有良好的全局搜索能力，可以快速地将求解空间中的全体解搜索出，而不会陷入局部最优；并且利用它的内在并行性，可以方便地进行分布式计算，加快求解速度。但是其局部搜索能力较差，导致单纯的GA算法比较费时，在进化后期搜索效率较低。在实际应用中，遗传算法容易产生过早收敛的问题。
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user: 4. 人工萤火虫算法 4.1. 基本人工萤火虫算法 萤火虫算法(Firefly Algorithm， FA)是由剑桥大学Yang [ 9 ] 在2008年提出的一种新颖的仿生智能优化算法，通过模拟萤火虫觅食、择偶等习性而产生的相互因发光吸引而移动的行为来解决最优问题。萤火虫算法是基于以下三个理想化特征提出的：1) 萤火虫不分性别，即萤火虫之间的相互吸引力只考虑个体发光的亮度；2) 吸引力与发光亮度成正比，与个体之间的距离成反比；3) 萤火虫的亮度由待优化的目标函数值决定，即 。 在FA中，萤火虫彼此吸引的原因取决于两个要素，即自身亮度和吸引度。亮度小的萤火虫被亮度大的萤火虫吸引而向其移动，并更新自身位置。萤火虫的发光亮度取决于自身所处位置的目标值，亮度越高所表示的目标值越好，吸引其他萤火虫的能力也越强。若发光亮度相同，则萤火虫各自随机移动。算法的数学描述与分析如下： 定义1 萤火虫的相对荧光亮度： (1) 式中： 为萤火虫的最大荧光亮度，即 处荧光亮度，与目标函数值有关，目标函数值约优自身亮度越高； 为光强吸收系数，因为荧光会随着距离的增加和传播媒介的吸收逐渐减弱，所以设置光强吸收系数以体现此特性，可设为常数； 为萤火虫 和 之间的空间距离，表达式为： ， 、 为萤火虫 和 所处位置， 为待优化参数的个数。 定义2 萤火虫的吸引度： (2) 式中： 为最大吸引度，即 处吸引度。 定义3 萤火虫 被吸引向萤火虫 移动的位置更新公式： (3) 式中： 为步长因子，是 上的常数； 为 上服从均匀分布的随机数。 萤火虫算法操作方便，实现简单，参数较少，而且参数设置对算法的影响较小。由于其特殊性，萤火虫算法不仅可以优化单峰函数和多峰函数，而且该算法具有较强的局部搜索能力，可以在一个较小的区域寻找到该区域的最优解。 但是基本萤火虫算法的缺点也很明显，算法要求在感知范围内有优秀个体提供信息，否则个体将停止搜索，降低收敛速度。当个体距离峰值非常近的时候，由于步长可能大于该距离，将导致个体在峰值附近发生震荡现象；如果步长设置较小，会导致算法迭代初期搜索能力较弱，收敛速度降低，浪费时间，同时算法也容易出现陷入局部最优的危险。 4.2. 人工萤火虫算法改进 因此，针对基本萤火虫算法存在的问题，有许多学者提出了不同的改进方法。改进的思路主要集中在如何跳出局部最优，如何提高求解精度的同时保证求解能快速收敛(如何改进步长)。 1) 张树群 [ 10 ] 在原有改进方法下，提出一种新的位置移动策略和自适应搜索步长： 原有进化模式的改进： 在算法中增加了种群最优个体的牵引作用，位置更新公式如下： (4) 式中： 为随迭代次数增加而线性减小的吸引权重， 为当前最优萤火虫个体。 再次进行改进时，引入全局最优个体的前提下赋予它们自适应的调整因子 、 和 ，改进后位置移动公式如下所示： (5) 式(5)中： (6) (7) (8) 式(6)，(7)，(8)中：iter为当前迭代次数，maxgen为最大迭代次数， 是调整因子的最小值， 是调整因子的最大值，在测试中取常数， 、 和 各代表着萤火虫新位置向原始位置、最优个体位置和邻域位置靠近的速度。 为平衡进化过程的收敛速度和精度，在寻优过程中采用自适应步长因子机制，调整后的 为： (9) 式中： 初始步长因子，取 ； 为第 只萤火虫与当前最优萤火虫的空间距离； 为最优萤火虫与领域萤火虫的距离最大值。 并在计算后约束 的上下限，防止超出搜索空间。 2) 刘畅等 [ 11 ] 在标准萤火虫算法的位置移动公式中，利用指数分布和韦伯分布对吸引力项进行改进，增强了算法的全局探测能力；同时利用步长单调递减模式对随机项进行改进，以增强算法后期的局部挖掘能力。 位置移动公式改进： (10) 式中： 可取指数分布和韦伯分布。 对随机项系数 进行递减操作： (11) 式中： 初始随机步长， 为冷却系数， 为待优化问题的问题域。 3) 刘丹等 [ 12 ] 提出为提高萤火虫算法参数寻优的能力，在训练过程中自适应调节光强吸收系数 ，并通过高斯变异提高萤火虫的个体活性。其高斯变异公式如下： (12) 式中： 为当前最优萤火虫， 为变异后最优萤火虫， 为均值0，方差1的高斯分布随机变量。最后比较变异前后萤火虫适应度值，取两者中适应度值较佳的个体为本次迭代的 。 4) 潘晓英等 [ 13 ] 发现步长是决定算法运行速度和精度的重要因素之一，于是提出通过萤火虫种群的聚合程度动态调整步长。随着迭代进行，萤火虫之间的距离变小，步长也随之呈减小趋势。其自适应步长公式如下： (13) 式中： 为每一代萤火虫自适应步长因子。 为萤火虫种群移动后的簇间距离和，对于一个类簇来说，它的簇间距离的和反映了该簇的聚合程度，定义如下： (14) 式中： 由聚类中心点转换为萤火虫种群中相对亮度最大的萤火虫。 同时提出新的吸引度公式： (15) 式中： 为 处最大吸引度， 为最小吸引度。 两者结合有利于扩大搜索范围和算法收敛速度的提高。 5) 陈海东等 [ 14 ] 将混沌搜索策略和全局思想融入到萤火虫算法中，提出一种有利于跳出局部最优的改进位置公式： (16) (17) (18) 式中： ， 为混沌系数。 同时还引入全局最优思想，使用笛卡尔距离计算： (19) (20) 式中： 为全局最优值； 为当前萤火虫与全局最优值萤火虫之间距离。 6) 白永珍 [ 15 ] 提出参数方差调节萤火虫算法的思想：计算种群亮度的方差评估种群的敛散性，根据进程调节参数，进而达到改进萤火虫算法的目的。 7) 方必武 [ 16 ] 提出一种基于小波分解和改进的萤火虫算法优化最小二乘支持向量机超参数的风速预测模型中使用到萤火虫算法。首先利用小波变换将风速时序分解为近似序列和细节序列，然后对各序列分别利用一种新颖的混沌萤火虫算法优化LSSVM进行预测，最后将各序列预测值叠加得到最终风速预测值。在两种时间尺度的实测数据上进行仿真计算。结果表明，该算法较交叉验证的LSSVM，IPSO-LSSVM，WD-DE-LSSVM及BP神经网络等多种经典算法预测精度更高，表明了该算法的有效性和优越性。
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user: 5. 应用前景 台风引起的建筑上的风速以及一些阵风锋面上的瞬态阵风风速扣除常量平均风速后而得到的脉动风速基本不符合高斯分布。相于高斯风荷载，在非高斯风荷载的作用下，结构更容易发生疲劳破坏，因此，非高斯过程的模拟具有极为重要的研究价值和应用前景。 支持向量机与神经网络相比，应用更为广泛，可以结合的优化算法更多，选择性更强。但是神经网络也有其独特的优势，也是一个可以不断改进发展的方法。作为一种具有理论基础的算法，支持向量机有着非常大的使用范围，在风速预测中不断改进一定会有更为精确的结果。 关于支持向量机中的核函数，目前通用的核函数主要有线性核函数、多项式核函数和径向基核函数，针对不同的情况构造自己所需要的核函数会创造出更加优越的预测模型。 萤火虫算法作为新兴的智能优化算法，现在在风速模拟的领域应用还较少，就目前的研究而言，萤火虫优化算法对于提高模型精度有较好的作用一定会有比较好的研究前景。而智能优化算法与日俱增，也都在不断地改进和完善中，在风速预测中可以结合多种优化算法的优势，采取混合算法，取长补短，以达到更好的预测精度。
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user: 6. 结语 正如一开始所提及台风风速模拟的困难，当前研究模拟的脉动风速作为高斯平稳随机过程作用在超高层建筑上，这往往是理想化的风荷载，而实际上并不一定符合。具有理论基础的最小二乘支持向量机有着非常大的应用范围，而萤火虫算法虽然是新兴的智能优化算法，但经过不断的改进，其优势也不断体现出来，相信基于萤火虫算法的风速预测会有极大的应用空间。
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user: 摘 要 宫崎骏以其敏锐独特的视角，深沉细腻的情感，将动画世界赋予活的灵魂。其作品摒弃外在的空虚繁华，以简单的童趣形式表达深邃的思想内容。通过关照人类内在的心灵世界，洞察现代人的生存状态，彰显高度的人文关怀，张扬独特的生命情感和深切的社会意识。 关键词 :宫崎骏，动画电影，迷失自我，理想人生 Copyright © 2017 by author and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 宫崎骏在动画界有着不可替代的地位，被称为“动画界的黑泽明”。纵观他的动画电影，风格明暗交错，主题繁复多样，但其中有一条较为清晰的分界线：从《风之谷》到《天空之城》再到《幽灵公主》，都是以讨论人类生存困境为主题。这一系列中虽然也有丰富的冒险场景，但风格晦涩暗淡，每一帧图画中都透着一股隐隐的压抑；与之相比，另一类则是以《邻居豆豆龙》为代表的清新的水粉画，《魔女的宅急变》《侧耳倾听》《红猪》都沿袭这一类作品的明快风格。 “生存”和“生活”两大主题交错穿梭，亦明亦暗，亦张亦弛，共同打造一个“人”的故事 [ 1 ] 。透过生活，宫崎骏对生命和人性进行深层思考与反思：追寻迷失的自我，找回生命的价值；反思人类文明，建筑理想人生。
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user: 2. 追寻迷失的自我，找回生命的价值 迷失与寻找对于生活和成长而言是不可或缺的。宫崎骏的动画电影更是贯穿这一主题。宫崎骏逐渐对人类自身投以更多的关注，他的作品更加注重思考人类在谋求生存的过程中精神世界的变化：面对生活中的困惑与挣扎，人类的精神世界濒临崩溃，生存的本能将帮助人类找回自我 [ 2 ] 。 2.1. 人性的本真——《千与千寻的神隐》 《千与千寻的神隐》展现的是一个少女在困境中救赎的故事。正如在《千与千寻的神隐》主题歌中唱到的那样“在开始的早晨静寂的窗，一切归零之后渐渐充实，不再去追寻海的彼岸，耀眼的宝物一直就在这里，在我身上就可以发现”。宫崎骏通过描述千寻遇到突发事件，为了拯救双亲，在神灵世界中经历了友爱、成长、修行的冒险过程中，克服自身缺点，最终得以生存下来的故事。在困境中千寻救赎了自己、也拯救了他人，诠释了寻找自我的深刻主题。 千寻的人物设定本是一个懦弱、任性、懒散的女孩，然而在影片结尾，却看到了千寻眼中对待过去和未知生活的一种坚毅无比的态度。在世俗社会影响下，千寻对世事也沿袭了成人的冷漠；在神灵世界的过了一段奇妙生活后，虽历经磨难，但却受到了从未有过的关爱，更让她懂得了爱和勇敢，学会了自信和坚强。可以说，千寻在这一段神奇之旅中经历了亲情、友情和磨难的洗礼，就像最终找回了自己的名字“千寻”一样，完成了一种自我的找寻，找到了一种生存的意义。 就这部作品，宫崎骏说：“这是一个没有武器和超能力打斗的冒险故事，它描述的不是正义和邪恶的斗争，而是在善恶交错的社会里如何生存学习人类的友爱，发挥人本身的智慧，终于千寻回到了人类社会，但这并非因为她彻底打败了恶势力，而是由于她发掘出了自身蕴含的生命力的缘故，现在的日本社会越来越暧昧，好恶难辨，用动画世界里的人物来讲述生活的理由和力量，这就是我制作电影时所考虑的” [ 3 ] 。千寻在冒险中得以成长和蜕变，找回了最初的自我。 2.2. 生命的价值——《魔女宅急便》 《魔女宅急便》塑造了一个拥有魔力的女孩。在一个满月之夜，骑着一把扫帚，带着一只黑猫，十三岁的琪琪为了成为一个真正的魔女。按照祖传的律法辞别父母，寻找一个属于自己的城市独自修行。《魔女宅急便》的故事由此展开。历经几番周折后，琪琪在一个海边小镇的一个简陋阁楼安了家，最后利用自己的魔力和可以飞行的本事，做起了替人们递送东西的业务，成为了一个空中小魔女。 “我们都是流浪的孩子，只希望有一天，我们能看到属于自己的城市”，琪琪对黑猫诉说，也就是对自己的私语。当琪琪开始烦恼忧虑，并感到孤独的时候，她大病了一场并失去了飞翔的能力。影片中琪琪乘着风试着再次飞起时，跌倒过，沮丧过，哭泣过，甚至摔坏了自己的魔法扫帚。最后在朋友蜻蜓有生命危险的紧急关头，琪琪终于克服了自己的心理弱点，再次飞上了蓝天，挽救了朋友，也最终完成了个体的成长 [ 4 ] 。琪琪慢慢融进了这个看似冷漠，实则热情的小镇，用善良和真诚结交了朋友蜻蜓，用勇敢和坚强处理了生活中遇到的各种难题，在生活中渐渐的找到了自己的价值，在空中画出了一道亮丽的风景线。 成长总是痛苦与快乐的交织。宫崎骏对琪琪曲折成长过程的刻画旨在告诉我们，自我迷失时有发生，但重要的是如何在迷失中重新找到正确前行的方向。他让人们从琪琪身上看到了对自我价值的肯定：在失败中学会思考，学会认清和肯定自我存在的价值 [ 5 ] 。
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user: 4. 结语 我希望自己能让他们发觉自己内心深处的美好东西，同时呼应起对整个生活的感知，那就是我的心愿了。——宫崎骏 经典作品，是能将时代精神和生命情感以及对人性人情的探索与思考相契合的。它能够引起受众共鸣，有强烈的生命感召力。动画作为一门综合艺术，已有了深刻的艺术魅力。而电影对于大众而言，既像是一个不断变换着影像的画框，画框里上演着悲欢离合的人生戏剧；又像一扇窗户，汇聚了世间万物、芸芸众生和大千世界，给我们认识，也使我们接受着可能不是真理的表象；电影也像一面镜子，映照着人生的沉浮和人性的善恶，人格的高尚、平庸和卑劣；电影有时又像一个似真似幻的梦，表达着我们的恐惧、创伤和无奈，也寄托着我们的希冀、期待和热情 [ 12 ] 。 宫崎骏的动画电影正是如此，他将深邃的思想感情以真情的故事为依托，将清澈纯净的本真岁月植入到心灵深处，诱人产生一种心灵的震撼和感动，他是用一种“生”的力量在催促“心”的成长。那一笔笔色彩勾勒，或如《天空之城》空中花园的鲜明亮丽，或如《风之谷》神兽森林的深沉凝重，或如《龙猫》田间小屋的清新淡雅；那一幕幕场景设计，或如《天空之城》拉普达王国的垂直空间感，或如《龙猫》乡间田园风光的水平延伸感，或如《风之谷》的空中与腐海的上下穿梭感；那一个个人物塑造，或如《千与千寻》中历经磨难后千寻的坚毅，或如《魔女宅急便》中遭遇挫折后琪琪的坚强，或如《哈尔的移动城堡》中找到真爱后哈尔的勇敢。宫崎骏的电影，体现着一种生命的流动，纯真的本色和心灵的激荡，同时也载寓了他对生活，生命，社会乃至整个宇宙的独特感悟与思考。 宫崎骏打造的本真岁月，似一个让我们穿梭于过去和未来的精灵，那样空灵而温顺，让我们在迷失与寻找中重拾缺失的人性，在星空与道德下建筑完满的人生。当时光停伫时，这本真岁月就似酿得芬芳的陈酒，随着轻熟的情调在岁月中流转与眼前，如同墙角径自盛开的淡雅的朵朵蔷薇，隽写的是永不凋零。
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user: 摘 要 新疆S315线蜂场至尼勒克段地处新疆尼勒克县境内，沿线新构造运动活跃，断裂构造发育，地震活动频繁，导致滑坡、崩坍、积雪、冻土等灾害频频发生，严重威胁和破坏交通。本文在实地调查的基础上，分析了研究区病害发育现状、分布规律、成因。研究发现，沿线病害可归纳为不良地质和特殊岩土问题，主要分布在k88+967-k130+100段处，其中发育滑坡1处，碎落、坍塌23处，雪害7处，冻土21处，湿陷性黄土20处。特殊地层结构和复杂的地形地貌为各类病害的孕育提供了基础条件，而频发的地震和独特气象条件耦合加速各类病害的形成和发展。研究成果可为区域公路工程建设和防灾提供基础信息和技术指导。 关键词 :新疆，S315，道路病害，成因，黄土 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 道路病害是发育于道路沿线并对道路的路基路面、桥涵工程及边坡等防护结构造成破坏和损毁的各类病害的总称，常见的道路病害有泥石流、滑坡、积雪、涎流水及崩坍、碎落等。道路病害的频发对路线造成严重的危害，轻则损坏局部路段导致交通能力变差，重则导致车毁人亡，长时间阻断交通，造成巨大损失 [ 1 ] [ 2 ] 。新疆S315线蜂场至尼勒克段，由于新构造运动活跃、断裂构造发育、地震活动频发以及独特的气候条件，导致地震、滑坡、积雪、崩坍、冻土、湿陷性黄土等病害频发，严重威胁沿线重大工程的建设和道路的正常通行。目前新疆尼勒克地区道路病害的研究相对薄弱，已有研究多是关于地震灾害方面的研究 [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] ，而对道路其他病害的形成成因认识不够深刻。本文通过实地调查，分析研究区病害的类型、分布特征、发育成因。
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user: 2. 自然地理背景 新疆S315线蜂场至尼勒克段(如图1)位于新疆伊犁哈萨克自治州尼勒克县境内，路线总体走向为由东向西，路线长度约80 km。该路线是尼勒克县城唯一贯通全境的干线道路，也是尼勒克县和伊宁县唯一的东西向交通运输通道和重要的能源输出通道，同时也是伊犁东部地区通往北疆的重要公路通道之一。 2.1. 地形地貌及地层岩性 研究区位于北疆中天山西段、伊犁河谷东北部的喀什河河谷，西北边缘是科古尔琴山，北部是博罗科努山，东北部是伊连哈比尔尕山，南部是阿布热勒山。总体地势东北高西南低，海拔高度800~2500 m， 图1. S315线地理位置图 区域内地形起伏较大，沿线河谷地貌特征明显。沿线地貌以冲积平原地貌和中低山丘陵地貌为主，大部分覆盖有新生界第四系冲洪积物，主要为粉质粘土、粉土、砂岩、砂砾岩等。 2.2. 强烈的新构造运动 新生界以来，区内新构造运动强烈，活动的次数频繁，主要表现为继承性的垂直升降运动，同时伴有断裂活动和褶皱现象发生。早更新世末期的西域运动，使西域组地层和第三系普遍发生隆起，并产生了平缓褶皱和断裂。中更新世以后，升降运动更为明显，主要体现在：河流下切严重且流向发生改变；隆起区不断上升，凹陷区不断下降，且表现极为明显，其中喀什河谷北部的博罗科努山快速大幅度抬升，使得出露的新近系地层海拔高度比伊犁河谷要高出500~800 m。 2.3. 独特的气象条件 研究区位于亚欧大陆中心地带，本属于典型大陆性干旱气候，但由于受北冰洋与大西洋的潮湿气流的影响，形成了大陆性北温带气候。沿喀什河谷为冷区，中低山为暖带，主要气候特点为日照时间长，昼夜温差大，冬季寒冷漫长，降水量丰富。沿线降雨以长历时小雨和短历时强降雨雨型为主，日最大降水水量为40.7 mm，年平均降水量为377.6 mm，年最大降水量为630.8 mm。气温年变化明显，一月份和七月份分别为最冷、最热月份，年平均气温为6.2℃，年平均温度随喀什河谷由南向北、自西向东递减。 2.4. 地质构造 研究区一级地质构造单元为天山褶皱系，二级地质构造单元为伊犁地块、博罗科努地槽褶皱带，三级地质构造单元为伊犁山间凹陷和博罗科努复背斜。沿线k88+957-K107+940段位于博罗科努地槽褶皱带的博罗科努复背斜上，K107+940-K130+100位于伊犁地块的伊犁山间凹陷。褶皱系是塔里木板块与准噶尔-北天山板块在晚古生代碰撞聚合形成的，褶皱紧密，断裂发育。受强烈构造运动影响研究区地震活动频发，据中国地震台网1970年至2015年间地震记录，在距公路200 km范围内共发生M ≥ 3.0级以上地震470次，M ≥ 6.0级以上地震仅为3次。
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user: 3. 道路病害的类型、危害及分布规律 3.1. 滑坡 沿线滑坡位于K105+980-K106+080段，为马场达克斯太沟滑坡，同时也是中层中型黄土老滑坡，滑坡坡度约为10˚，主滑方向为98˚，路线从滑坡体前缘穿过且与其呈近垂直相交。整体外形呈后缘窄、前缘宽的梨形(如图2)，滑坡形态发育不完整，滑坡后壁、周界不明显，中前部堆积地貌较为明显区，滑动面呈折线型。滑坡体主轴长约180 m，平均宽度约70 m，滑体平均厚度约15 m，滑坡体体积为1.89 × 105 m 3 。该段地层为中生界侏罗系，岩体破碎松动，滑床主要分为两层，上层为6.3~8.7 m厚的粉质粘土，下层为砂岩、煤层。地下水以松散岩类孔隙潜水和基岩裂隙水为主，水位较高，水量丰富，前缘坡脚下可见3处泉水出露，呈点滴状。 滑坡现阶段整体处于基本稳定阶段，坡体没有明显的整体变形。滑坡后缘较平缓，发育有数条浅沟，且浅沟处植被发育良好，原有裂缝被植被覆盖，未有明显的拉张破坏痕迹。滑坡后部水流冲刷形成冲沟破坏(如图3)。沟谷右侧发育有潜在滑坡，目前处于蠕动变形阶段，后部形成圈椅状裂缝(如图4)，在春季融雪和降雨作用下，水流进入裂缝产生渗透侵蚀，促使滑动面土体软化并降低其强度，从而诱发黄土边坡发生蠕动变形和滑动破坏，极易形成小型滑坡。滑坡前缘河流冲刷及滑塌破坏严重(如图5)，滑体中部人工开挖破坏严重，在暴雨、融雪等因素下坡内地下水位上升降低滑带土的强度，使得滑坡向潜在复活阶段(欠稳定状态)发展。 3.2. 崩坍、碎落 沿线崩坍、坍塌、碎落发育有23处，主要集中在K104+00-K130+00的低山丘陵区(如图6、图7)，累计影响道路长度为3 km，其中单个病害影响道路长度多在200 m以内，占总数的78% (如图8)。病害 图2. 马场达克斯太沟滑坡 图3. 滑坡后部冲沟 图4. 潜在滑坡后部裂缝 图5. 滑坡前缘 图6. K104+760-K104+960段碎落 图7. K110+460+K110+520段崩坍 图8. 影响道路长度图 路段主要为砂岩、泥岩、砂砾岩边坡，边坡岩体类型多集中在III级和IV级，均占总数的43.5%，仅有13%的边坡岩体类型为II级(如图9)。坡高介于6~25 m之间，坡度在50~70˚，岩体节理发育，呈裂隙块状结构，基本处于稳定状态，但表层易风化，易产生崩塌与碎落。此类病害总体较轻，基本保持通畅，但K114+910-K114+950右侧砾岩边坡风化严重，多次发生碎落和滑塌破坏，堆积物埋没道路阻断交通。 3.3. 雪害 道路沿线雪害主要集中在k88+800-k126+00段的背风路段和黄土丘陵冲沟中，沿线共发育雪害7处(如表1)，累计影响道路长度为6.5 km。沿线路段雪害危害形式主要以积雪为主，积雪厚度多在在40~60 cm之间，最大厚度可达1.2 m，部分路段受强风的影响携带少量的降雪易形成轻微风吹雪灾害，K88+967~K90+700段处于风口位置，冬季背风路段经常造成风吹雪病害，积雪堆积厚度大，对公路造成较大危害。冬季漫长，年平均积雪长达4个月，加之冬季天气寒冷，积雪经车辆碾压后易造成冰害，道路湿滑，严重影响行车安全。2001年3月17日沿线遭遇几十年不遇的强降雪，造成S315线局部段被积雪封堵，积雪深达2 m，电力、通讯、交通全部中断，经120个小时的昼夜奋战，才打通道路。 图9. 边坡岩体类型分布图 Table 1 Characteristics of snow damage along the lin 序号 桩号 影响道路长度(km) 危害形式 厚度(cm) 危害程度 1 K88+967-K90+700 1.73 风吹雪 40~80 大 2 K111+500-K112+100 0.6 积雪，少量风吹雪 30~70 中 3 K112+600-K113+100 0.5 积雪，少量风吹雪 40~70 中 4 K121+600-K122+080 0.48 积雪，少量风吹雪 30~50 小 5 K122+080-K123+100 1.02 积雪，少量风吹雪 40~90 大 6 K123+100-K123+800 0.7 积雪，少量风吹雪 30~70 中 7 K124+600-K126+000 1.4 积雪，少量风吹雪 40~100 大 表1. 沿线雪害发育特征 3.4. 冻土 沿线无永久性冻土存在，仅存在季节性冻土，冻土病害影响道路长度多在2 km以下(如图10)，累计影响道路长度达41 km，占总路线的51%。冻土病害共发育21处，主要分布在K88+967-K130+00段，其中k88+967-K109+00位于喀什河河谷区，最大冻土深度为120 cm；K109+00-k130+00段位于中低山丘陵区及喀什河河谷区，最大冻土深度为91 cm。病害路段地表以粉质黏土为主，塑限含水率介于8.9%~29.2%之间，天然含水率介于4.8%~32%之间。沿线冻土等级II级(弱冻胀)以下有12处，占冻土病害总数的57%，(如图11)，局部路段由于地下水位较低，冻胀等级为V级(特强冻胀)~VI (极强冻胀)，部分地基冻胀等级可达VI (极强冻胀)，如K109+400-K109+600段、K109+700-K110+040段、K110+820-K110+960、K111+480-K111+560段。季节性冻土病害在道路沿线主要表现为冻胀引起桥涵基础破坏和融化导致路基沉降、翻浆等。 3.5. 湿陷性黄土 沿线黄土主要是第四纪早更新世-全新世沉积层，厚度介于0.3~10 m之间，为水成黄土且具有湿陷性。 图10. 沿线冻土影响道路长度 图11. 沿线冻土冻胀等级 道路沿线湿陷性黄土共发育有20处，主要分布在k88+967-k130+00段，影响道路长度多在1 km以内(如图12)，累计影响道路长度约23.45 km，占路线总长的29%。非自重湿陷性黄土和自重湿陷性黄土沿线均有发育，非自重湿陷性黄土占总数的70%，湿陷量介于67.2 mm~1057.5 mm之间。沿线湿陷性等级普遍较低，个别段落湿陷性强烈，湿陷性等级以I (轻微)~II (中等)为主(如图13)，I级占总体的30%，I (轻微)~II (中等)占总体的35%，其中I~II级非自重湿陷性段落17.02 km，II级自重湿陷性段落2.44 km，II~III级自重湿陷性段落3.99 km。对原状黄土进行湿陷、压缩试验，可知湿陷系数平均为0.041，压缩系数平均为0.42 MPa −1 。沿线地表植被丰富，地形受水流切割作用很小，陷穴基本不发育，水土流失现象不明显， 图12. 湿陷性黄土影响道路长度图 图13. 沿线黄土湿陷性等级 仅在局部段落处见黄土滑坡、滑塌病害。
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user: 4. 道路病害的成因 道路病害的形成及发展是受内在、外在及人为因素综合作用的结果，沿线地质条件(地层岩性、地质构造)和地形地貌是病害形成的内在因素，气象水文条件和人为不合理的活动是病害形成的外部动力条件。 4.1. 地层岩性 沿线海拔高程在800~2500 m，地貌主要为喀什河冲积平原地貌和中低山丘陵地貌，前者地形平坦，起伏不大，后者地势相对较高，相对高差介于10~80 m之间，地形起伏明显，且局部段黄土丘陵区，斜坡高，坡度多在50˚左右。巨大的高差和坡度，为滑坡、崩坍、碎落等灾害提供了良好的地形条件。 沿线地表多被第四系地层所覆盖，岩性主要为粉质粘土、黏土和砂砾等，黄土广泛发育，通过对沿线黄土采样进行土体试验，发现其物理性质指标如表2，从表中可以看出沿线黄土总体上具有非饱和、大孔隙、压缩中等的特点。因沿线黄土结构疏松多孔，吸水和保水性强，导致沿线黄土具有湿陷性，这些物理力学性质对滑坡、滑塌、崩塌的形成十分有利。 4.2. 复杂的断裂构造，频繁的地震活动 断裂构造发育、新构造运动活跃，地震活动极为频繁，地震动峰值加速度为0.4 g，地震基本烈度为IX度，是新疆地震活动频发的地区之一。通过探坑和钻孔揭示覆盖层厚度3~30 m，分析得出剪切波速主要在150 < Vs ≤ 250，为抗震不利地段。据记载，1973年以前，发生在尼勒克县境内地震约34次左右，其中大于6级以上地震9次，4~5级地震18次，4级以下地震7次。1812年3月8日发生的8级大地震是研究区内最具影响力的一次地震，震中烈度为XI [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] 。 地震活动频繁，小地震可能不会直接导致灾害的发生，但对附近的山体产生频繁的冲击引起岩体的累计变形，产生累积变形效应 [ 10 ] ；大地震可瞬间导致坡体受力的失衡和强度大大降低，使斜坡稳定性遭到突然破坏，大大加速病害的形成。 4.3. 独特的气候条件 沿线降雨和降雪非常丰富，4~6月份融雪和局地强降雨集中入渗是导致滑坡形成的主要因素 [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] ，水流沿裂缝入渗，坡体土层形成软弱结构面，导致坡体加重和固结力降低，使土体整体抗滑力降低，破坏斜坡上作用力的平衡，极易形成突发性滑坡。通过调查分析发现，道路沿线大部分滑坡位于高程为1200~1800 m的山坡上，且滑坡多发地段的高程与年降雨量存在幂函数关系(如图14)，年均降雨量随海拔增高按照25 mm/100 m速率递增。 冬季寒冷、降雪量丰富及风速较大是冻土、积雪、风吹雪病害发生的主要原因。冬季最低温度低至零下20℃，加之昼夜温差大，白天积雪融水进入裂缝后在夜晚发生冻结，形成季节性冻土，其中12月下旬和2月下旬为冻融期最强烈时期(如图15)，冻土厚度最大可达1.2 m。在冻融循环作用下，裂缝内产生冻胀和冰劈作用，加速裂缝扩展和贯通，有利于其他病害的产生和发展 [ 14 ] 。 研究区降雪日数长达40天，平均积雪日数114天，积雪厚度多在40~60 cm之间，最大厚度可达1.2 m。受河谷呈东西走向地形影响，冬季主导风向为西南风，平均风速为2.5 m/s，最大风速为27 m/s，大风天数一月内至少出现一天，加之主导风向与路线走向呈锐角相交，在背风区极易形成风吹雪灾害。 4.4. 不合理的人为活动 不合理的人为活动使得表层草皮及土体结构遭到破坏，在一定程度上加速病害的形成和发展。当地不合理的人为活动包括牧民放牧、修路切坡和矿山开采等，尤以放牧踩踏和采药挖掘的影响最大。不合 Table 2 The loess physical propertie 天然含水量(%) 天然密度(g/cm 3 ) 干密度(g/cm 3 ) 粘聚力(kpa) 内摩擦(˚) 饱和度(%) 16.2 1.53 1.31 26.86 26.4 42.17 液限(%) 塑限(%) 液性指数 塑性指数 比重 孔隙比 30.9 18.1 -0.2 12.8 2.66 1.05 表2. 沿线黄土物理性质 图14. 滑坡多发路段高程与降雨的关系 图15. 冻融期间时间与温度的关系 理的人为活动，一方面对地表草被根系和黄土结构造成严重破坏，在山坡形成多处散点分布的薄弱区；另一方面牲畜对草地多次踩踏形成多条小径，形成融水集中汇流聚集带，水流强烈入渗潜蚀，使其成为薄弱地段易形成串珠状落水洞和贯通地裂缝。水流沿裂缝渗入，软化土体，降低其强度，对滑坡、滑塌的形成十分有利。
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user: 5. 结论与建议 新疆S315线蜂场至尼勒克段地质条件复杂，新构造运动活跃，地震活动频繁，沿线病害类型多样，不良地质和特殊岩土均有发育。沿线K105+980-K106+080段发育有马场达克斯太沟滑坡，是中层中型黄土老滑坡；沿线崩坍、坍塌、碎落发育有23处，主要集中在K104+00-K130+00段的低山丘陵区，边坡岩体类型集中在Ⅲ级和Ⅳ级；沿线积雪和风吹雪共发育有7处，主要集中在k88+800-k126+00段的背风路段和黄土丘陵冲沟中，积雪厚度多在40~60 cm之间；沿线季节性冻土等级多为Ⅱ级(弱冻胀)，发育有21处，影响道路范围较广；沿线非自重湿陷性黄土和自重湿陷性黄土共发育20处，湿陷性等级普遍较低，个别段落湿陷性强烈，主要分布在k88+967-k130+00段。特殊的地层结构和复杂的地形地貌为各类病害的形成提供了有利条件，而在频繁的地震、丰富的降雨、降雪以及昼夜温差等因素耦合作用下极易激发和加速各类病害的形成和发展。 针对灾害分布及危害情况对公路设计和建设、运营过程中提出建议：(1) 灾害多发路段建议完善路基、路面排水系统，设置必要的排水设施，以拦截、排除地表水；滑坡、坍塌、碎落路段建议减少对土体的扰动，严重路段设置防护措施和碎落平台，并做好出露泉水排放设计；积雪严重路段建议设储雪平台，增加除雪设备，加强除雪次数；(2) 开展沿线病害的普查工作，深入调查各类灾害的类型、分布特征、发育特征、危害程度，结合公路整改规划和灾害特点，做出沿线病害危险度评价和区划；在此基础上，结合实验研究及数据模拟的方法，揭示各类病害的形成机制，为防灾减灾提供科学的依据；(3) 加强道路病害知识的普及和宣传，加强环境保护意识，减少不合理的人为活动；(4) 针对不同危险程度灾害路段制定详细处置建议，并加强监测预警和应急预案编制；(5) 针对大型灾害路段，由于治理难度大且费用高，建议采用山区公路试验段方案，并进行试验段使用状况监测。