高光谱遥感技术在地质环境监测中的应用与展望

高光谱遥感技术是一种功能非常强大的综合性学科技术,其以数据的实时性、光谱信息的丰富性、成本的高效益性、覆盖范围的广泛性等特征以及高分辨率和图谱合一的优势,在各个领域上得到了广泛的应用。文章介绍了高光谱遥感技术成像的基本原理、国内外高光谱成像仪和高光谱卫星的发展历程,重点描述了高光谱遥感技术在矿山环境监测、水环境监测与评价、土壤含水率监测等方面的应用成果。高光谱遥感技术面临着“维数灾难”、精确度不足、时效性受限、高光谱遥感数据解译困难等问题,未来可通过协同多平台、利用人工智能模型等方式提高精确度,构建典型的光谱库提高模型的普适性。

赣东小型土质滑坡形成机理及降雨因子稳定性评价

为了研究赣东地区典型土质滑坡成因以及对研究区内降雨因子进行稳定性评价。以江西上饶广丰区紫坞滑坡为例,通过对日降雨量及地表监测位移等数据综合分析并结合GeoStudio有限元软件建立了2D力学模型,模拟了不同降雨条件下小型残坡积土质滑坡的变形情况;分析当地降雨特征,设置了五大工况下4种典型的降雨雨型对比实验,采用多元线性回归进行数据拟合,建立了一种I-D-Fs概化评价模型。研究结果表明:(1)土压力与土壤含水率峰值分别为16.8 kPa和16.3%,降雨初期滑坡土压力与含水率的增加滞后降雨3~5 d;(2)降雨是滑坡发生的主要诱因,该滑坡发生过程可总结为前缘坡体蠕动-后缘滑体拉裂-坡体整体突滑3个阶段;(3)降雨雨型对滑坡稳定性也起着至关重要作用,监测预警应分季进行。当日降雨量较小时,均匀型降雨为其最不利影响型,较其他雨型,稳定性系数最大程度下降2%;当日降雨量较大时,前锋型降雨为其最不利影响型,较其他雨型,稳定性系数最大程度下降8%。研究结果可为浅层土质滑坡灾害的监测预警提供科学参考。

汶川县映秀镇红椿沟特大型泥石流形成机制及堵江机理研究

2010年8月14日,汶川县映秀镇红椿沟因连日强降雨,发生灾害性特大泥石流,完全中断都汶公路的交通,并冲入岷江形成堰塞体,致使河水改道,冲进映秀新区使数十幢房屋成为孤岛,严重危胁到灾后重建的胜利成果。研究红椿沟泥石流的基本特征、变形破坏机制、类型规模及防治对策,对防治高地震烈度泥石流灾害、确保灾后重建成果具有重要意义。以红椿沟特大型泥石流为例,在研究地质灾害形成的地质背景及条件、基本特征的基础上,分析了泥石流的形成机理及断路堵江的具体原因,预测了泥石流发展的趋势,对重要物源点进行了稳定性分析,提出了红椿沟泥石流的形成及堵江除丰富的震后松散物源、强降雨外,还与其独特的地形地貌密切相关。研究表明,红椿沟特大泥石流是从其上游甘溪铺支沟开始启动、汇集溃决,随后带动主沟物源冲入岷江,与岷江上游烧房沟泥石流冲入江中物质在江中汇集,形成堵江。红椿沟内物源丰富,必须加强防治,防止泥石流的再次危害。

基于GCDC法的河间地块地下水浸没计算及预测

为了提高复杂地质结构平原区水库浸没计算精度,提出一种新的河间地块地下水浸没计算方法。该方法的主要理念是,地下水浸没只能发生在上层为弱透水层,下层为中透水层的二元地质结构中,重点开发地下水连通域算法(GCDC)进行计算和预测。GCDC方法利用钻探数据和临界安全超高定义三维地质模型,融合地表土地利用类型DEM数据,构建拓扑关系进行地下水浸没的连通搜索。以赣江尾闾工程中支和北支之间的河地地块为例,对该方法的应用和效果进行了验证。结果表明,GCDC方法可以模拟平原区水库浸没的计算与预测,并可以在一系列条件表征不同水位条件的地下水浸没。同时,GCDC方法还可以划分的地下水浸没严重程度分区。总体上来讲,GCDC方法是有用的开展地下水浸没影响评价的工具,因为它具有较好的渗流理论的可靠性和数据输入的可操作性。

都江堰-汶川公路汶川地震次生地质灾害主要特征和形成机理

汶川特大地震发生后,都江堰至汶川公路两旁次生地质灾害尤为严重,先后多次完全中断震中交通生命线,严重地影响了公路的安全运行和灾后重建。通过对汶川地震前后都江堰-汶川公路边坡现场调查资料对比分析,研究了该地段边坡的主要次生地质灾害类型及其破坏模式、形成机制和时空分布特点。破坏类型主要为碎屑流式、碎裂滑移式崩塌和碎裂-俯冲式、振荡-高速滑移式泥石流等,造成沿线边坡发生大面积浅表生改造破坏。此类灾害具有丛集性、相关性、分段性的明显特点。成因复杂的高陡岩土体是次生地质灾害的主要物质基础;强烈的场地地震效应和内外动力耦合作用是该地区地质灾害成生的主要因素。

九寨沟核心景区水循环系统研究

依托大量的水文地质调查、水化学样品分析等数据,结合遥感、14C测年、水监测等多种手段对九寨沟核心景区水循环系统进行分析研究,将研究区分为日则沟、则查洼沟、树正沟、丹祖沟四个水文分系统。区内气候和降水呈周期性变化,岩石和地质构造稳定。总体上,水的转化主要通过跨流域(沟谷)补给和沟内纵向转化两个途径,并且沟内核心景观都处在青年期和壮年期,现处于相对稳定状态。

浙江遂昌苏村滑坡基本特征与成因机理分析

2016年9月28日17:28,浙江省遂昌县苏村发生一处中型岩质滑坡,约40万m3的岩土体从华上尖冲向桃源溪沟谷,摧毁了苏村部分居民住宅并形成长约523 m,宽约536 m的堰塞体,最大堆积厚度达到20 m,造成重大损失。该文以工程地质分析为基础,结合详细地质调查、三维扫描、遥感解译、室内试验等手段,分析了苏村滑坡的基本特征,并提出滑坡发生成因及机理的初步认识。结果表明:强降雨在I区促发碎裂基岩崩塌,在后缘形成长426 m、宽190 m的崩滑堆积体,滑动距离48 m,在锁固段两侧挤出第一次加速;中部坡度大于60°的顺层基岩在I区滑体冲击下,沿153 m的滑道加速推进,形成滑坡的第2次加速;滑坡中前缘平缓地带古滑体在上部滑体的冲击下,复活面积达3 553 m^2,滑距超过800 m,破坏性强;苏村滑坡发生大规模挤出楔裂型岩质滑坡,促发古滑坡复活形成堰塞湖,这对类似地质条件区域滑坡的判定及防治具有重要意义。

降雨入渗对含软弱夹层堆积体滑坡的模型试验

为揭示降雨入渗对含软弱夹层堆积体边坡稳定性的影响,通过固定式双渗透降雨物理模拟技术和光纤光栅传感器技术,对 4 种坡角的软弱夹层顺层堆积体开展了降雨物理模拟试验,测量了降雨过程中滑坡体内关键位置的位移及力学参数变化情况。结果表明,在相同降雨情况下,不同坡度的堆积体斜坡在位移和力学变化上具有相似性,降雨前后坡体的位移、土压力和水压力变化经历上升-下降两个阶段,软弱夹层位移在降雨后仍然保持蠕变;坡角越平缓的坡体后缘位移量大于坡体较陡的斜坡,而坡体前缘则反之;坡角为平缓的坡体后缘先开始形成拉裂缝,变形破坏具有渐进性、推动式的特点;而坡度越陡的坡体前缘率先破坏,变形具有突变性、牵引式特点,为滑坡防治提供了新的试验方法和手段。

都江堰—汶川公路边坡地震破坏模式研究

汶川特大地震发生后,都江堰至汶川公路两侧地质灾害尤为发育,先后多次完全中断震中生命线的交通,严重影响了公路的安全运行和灾后重建的顺利进行。通过汶川地震前后都江堰-汶川公路边坡现场调查资料对比分析,研究了该地段边坡的主要地质灾害类型及其破坏模式、易发性分区和防治建议。研究表明破坏类型主要为碎屑流式、碎裂滑移崩塌,剪断-溃滑型、拉裂-溃滑型、顺层溃滑型滑坡和沟谷型泥石流。都汶公路两侧的边坡灾害以崩塌为主,滑坡、泥石流次之。地震使区内泥石流暴发的频率和规模增大,特大型泥石流主要发生在映秀-北川断裂带的地震烈度较高区域。防治此类地质灾害,应以治理为主,预防和避让相结合。

四川理县塔斯沟多发性特大泥石流成灾机理与特征

塔斯沟是一条老泥石流,位于四川理县塔斯村,属于汶川8.0级地震极重灾区。2010年7月31日复活,突发大型泥石流,造成了较大的危害。在进行应急治理后,由于其具备泥石流突发的必有条件,仍然具有泥石流复活的可能性。在对塔斯沟泥石流现场调查,查明沟域内松散物源分布及稳定性的基础上,对塔斯沟泥石流的发育特征及动力学特性进行分析,重点分析了泥石流的成灾机理和特征。研究表明:塔斯沟泥石流物源丰富,地形易于汇水且主沟坡降大,水源动力足,属易发性泥石流,具备再次发生泥石流的基本条件,建议采用建立导流槽,对极危险区和危险区进行保护。研究对于高寒山区泥石流的防治具有参考意义。

汶川地震区典型堆积体成灾模式研究

汶川特大地震后地质灾害调排查表明,不同的地形地貌、地质结构、地层岩性对震后堆积体的变形破坏模式差距较大。根据现场调查成果,结合室内分析,总结归纳出汶川地震区四种典型的成灾模式,即滑移型、冲刷型\崩塌型和碎屑流型。在此基础上,对不同成灾发展演化过程、发育分布特征,以及变形破坏与堆积体边坡岩土结构、地形地貌、降雨等的关系进行了深入系统地研究,提出了汶川地震区大型堆积体变形破坏的一般地质条件。

中低山冲沟型泥石流运动参数及过程模拟

降雨诱发中低山冲沟型泥石流的运动速度、堆积厚度是泥石流防治的重要参数,以江西省修水县平石寺泥石流为研究对象,采用现场调查、流槽试验、Voellmy碎屑流运动理论和快速物质运动仿真平台(RAMMS3D)等方法对泥石流演化过程模拟。结果表明,泥石流的最大的泥石流运动速度、堆积厚度分别是5.69m/s、12.63 m,各关键位置运动速度、堆积厚度与泥石流现场调查结果相近;现场调查和流槽试验为数值模拟提供地形地貌、干摩擦系数和黏滞系数等关键参数,RAMMS3D数值模拟能够准确地模拟泥石流的运动变形过程,确定泥石流的影响区域。

鄱阳湖流域暴雨型泥石流形成机制与动力特征--以江西修水县卢庄沟泥石流为例

对鄱阳湖流域暴雨型泥石流形成机制与动力特征进行研究,旨在为此类山洪灾害防治及流域水工程安全提供借鉴。以江西省修水县卢庄沟暴雨型泥石流为例,通过现场调查和室内试验,对其发育特征及动力学特征进行分析。研究结果揭示该泥石流长6.25 km,流域面积4.27 km^2,物源62.46万km^3,主沟坡降大(524.1‰),高差约1 160 m地形易于汇水且泥石流动力足。江西省修水县卢庄沟泥石流形成机制和动力特征可总结为:暴雨-滑坡-松散堆积体搬运-老泥石流沟冲刷复活-泥石流形成。

基于沉积环境与工程地质特征的湖相软土分类研究——以鄱阳湖流域四种典型软土为例

在内陆地区的淡水湖区域,地质低洼,软土广泛分布,主要有河床相、湖沼相、三角洲相和沼泽相等第四系以来新近沉积的软土。这些软土埋藏厚度变化大、压缩性大、非均质性强、含水率高、强度低,极易发生变形沉降甚至工程事故。本文以中国面积最大淡水湖鄱阳湖流域四种典型软土为例,综合利用衍射仪、SEM扫描、GDS高级试验系统等仪器,对区内132个软土试样的矿物组成和工程地质特征开展了研究,并基于沉积环境、软土组构及其工程特性对软土类型进行了分类。结果表明:以软土沉积的地质环境、宏观结构和微观组成及工程特性进行柔性分类,有利于建立湖相软土的可搜索的数据库,有利于长江经济带软土工程地质问题的科学解决。

基于强度折减法的松散堆积体稳定性三维数值分析

四川省绵竹市文家沟特大型松散堆积体方量达5.9×107m3,存在多处厚度超过30m的超深层堆积体,其稳定性直接关系到文家沟泥石流治理工程的建设和效果。前期地质勘查、2010年降雨产生的泥石流资料表明,该堆积体是一个由大量松散的地震碎屑流堆积体、坡积物、洪积物等组成,地表及沟道两侧出现了大量的拉张和剪切裂缝。天然工况下存在沟道冲刷破坏变形的状态,在降雨和暴雨工况下存在再次爆发泥石流的可能性,必须进行水石分治、固底护坡、拦挡停淤等治理。针对二维平面方法无法考虑计算断面的侧向约束和地表层渗流的扩散效应,运用有限元强度折减法和FLAC3D数值分析方法,根据实际地质信息建立了多个三维计算模型,通过对天然、自重+降雨、饱水三种不同工况下应力、应变、塑性区和安全系数变化对比分析,定性、定量对其稳定性进行了评价,并利用二维数值分析方法和极限平衡法对"5+2"剖面加截面对加固效果进行校核。结果真实反映了堆积体的稳定性现状及规律,与现场勘查成果相吻合。进行泥石流治理后,堆积体局部和整体稳定性均有显著提高,结合水石分治、固底护坡及拦挡停淤措施,将更有利于保持其稳定性。研究成果可为松散堆积体稳定性研究提供有意义的参考。

基于CDIO的工程地质实践教学改革探索

传统的工程地质实践以讲授式为主。本文结合CDIO理念,提出以师生互动式角色转型为切入点,开展社会、高校和学生自身能力相结合的实践教学改革探索,创新工程地质实践项目群的开发和教学,完善应用型与科研相结合的实践教学考核评价模式,构建各专业相互融会贯通的、三螺旋递进的工程实践教学体系,推动工程地质实践教育改革,提高学生的获得感。实践表明该实践教学改革模式具有较好的实际效果。

中低山台风暴雨型泥石流形成机制和动力特征——以江西德安杜家沟泥石流为例

受台风"麦德姆"登陆影响,江西省德安县博阳河流域曾于2014年7月24日爆发群发性泥石流,该次泥石流物源类型多样、地质条件复杂,对沟口杜家沟及下游居民的生命财产安全产生了巨大威胁。通过野外调查及室内试验,分析本次泥石流的发育条件和形成机理,利用极限平衡法计算了泥石流的稳定性,提出了治理的方法和对策。研究表明:该次泥石流是在强降雨诱发下,以中上游沟道松散物为启动点、沿程崩滑、侵蚀、揭底、堵塞、溃决,是一场由台风暴雨形成的突发灾害。影响泥石流形成的主要因素是强降雨、丰富的松散物源和陡峻的地貌;泥石流形成过程可分为强降雨、崩滑侵蚀、堰塞溃决三个阶段。参与杜家泥石流启动汇集的物质来源主要为崩滑物源和沟道物源,其中,沟道崩滑量占总量的85%,沟道物源补给以沟道松散物为主,占总量的15%。杜家沟泥石流的成灾模式类型多样,表现为撞击冲毁、堵塞沟道、威胁下游。该泥石流具有低频、灾害链效应。

鄱阳湖区深厚湖相沉积软土工程特性研究

在鄱阳湖、洞庭湖、长江及黄河沿岸、澳大利亚东北海岸、东南亚和哥伦比亚波哥大等地都均大面积湖相沉积软土。该类软土具有空间变异性大、含水率高、天然孔隙率高、压缩性大、厚度变化大、强度低等特点。为了解鄱阳湖区湖相软土的岩土特性,进行了1500多项试验,包括矿物成分、固体颗粒密度等物理试验;以及力学试验,如GDS压缩试验、十字板剪切、三轴试验和静力触探试验等。试验结果表明,鄱阳湖区软土的含水率为40.16%,湖相软土的塑限、塑性指数、孔隙比、压缩系数与含水率呈正相关,液性指数、密度、压缩模量与含水量呈负相关;湖相软土分层性特点明显,深层软土的抗剪强度甚至小于浅表部的软土抗剪强度。此外,还提出了孔隙比与压缩模量、黏聚力与内摩擦角等之间的关系。研究成果可为软土地区工程参数取值提供了依据。

鄱阳湖湖相深厚软土工程地质特性研究

在横跨鄱阳湖某工程勘察中发现,江西省鄱阳湖都昌—庐山湖心岛屿一带,存在厚达50~60 m的湖相软土,具有特殊的工程特性。利用理学DMAX-3C(Cu Ka,Ni滤光)、高倍光学显微镜、环境扫描电镜(ESEM)等对鄱阳湖软土的地质成因和空间分布规律进行探讨,分析了其矿物组成、化学成份、物理力学性质、胀缩特性及其击实后的膨胀性和承载强度等进行了试验研究。研究发现鄱阳湖软土主要以伊利石、高岭石、绿泥石等粘土矿物为主,分布上交互特征;微观结构上以原生空隙为主,水平向空隙的渗透性优于垂直向,粘粒呈胶结状;其原状膨胀性并不明显、压实后膨胀性增加。在天然和加载条件下,抗剪强度随着固结程度的增加逐渐增大。这些试验结果对鄱阳湖软土地基上的工程建设具有参考意义。

鄱阳湖冲积相软土微观结构特征与固结特性研究

利用理学DMAX-3C(CuKa,Ni滤光)、高倍荧光显微镜、环境扫描电镜(ESEM)、GDS高级固结实验系统(CDSTS)等对鄱阳湖闸基湖冲积相软弱土层的天然工况和固结工况进行了显微结构分析,并对其固结特性进行试验研究。显微结构测试表明:天然工况下,样品呈松散且各向异性特征,夹杂有机物;固结工况条件,软土呈致密特征、排列均匀;固结程度越大,其微观结构越致密。对比不同压力大小的沉降变形和孔压变化,发现随着压力增大,沉降变形增大,到150kPa时固结沉降幅度最大,随后固结沉降逐渐减少;主固结间时短(50s),速率大,孔隙水压消散快;次固结沉降变形时效长,速率小,孔隙水压基本不变。