从连续地震记录快速识别大型滑坡事件的智能方法

大型滑坡灾害发生时会产生不同于构造地震活动的震动信号,快速准确识别此类地震信号能为大范围区域滑坡灾害速报或预警提供重要参考.然而,快速准确地从连续地震记录中识别这类信号,是一项具有较大挑战性的工作.本文在全球范围内收集了150个滑坡产生的1431条地震信号,采用基础数据增强方法将数据扩展至含8351条滑坡相关地震信号的数据集,并基于ResNet网络训练了一种用于滑坡事件自动识别的深度学习网络(Landslide recognition network,LRNet),对网络进行了改进,加入了跳接结构和连接结构,用于扩展网络的宽度和特征深度,进一步增强了LRNet的泛化能力.利用已标定的滑坡相关地震数据,对比分析了LRNet、AlexNet、VGGNet和ResNet网络,结果显示LRNet网络具有更高的识别准确率,达到98.14%.通过对西藏林芝地区色东普滑坡灾害连续地震记录的判识,进一步验证了LRNet网络对于滑坡相关地震信号的准确识别率,这表明LRNet具有可靠的泛化性能.文中也利用格林函数反演了主事件的运动轨迹,能够为滑坡灾害的速报及救援提供可靠的技术支持.

滑坡易发性预测建模的不确定性:不同“非滑坡样本”选择方式的影响

滑坡易发性预测建模中如何选择非滑坡是影响建模结果的重要不确定因素。为研究不同非滑坡选择方式的影响规律,拟用5种方式,即全区随机、坡度低于5°区域、滑坡缓冲300 m外区域、信息量(IV)法、半监督法来选择出与滑坡等比例的非滑坡样本;进一步将各选择方式与随机森林(RF)耦合构建随机RF、低坡度RF、缓冲区RF、IV–RF及半监督RF等模型。以江西南康区为例,获取高程、岩性、公路密度等19种环境因子和233个滑坡编录,将滑坡编录划分为2598个滑坡栅格单元构建上述耦合模型的输入–输出数据集。再采用预测精度和易发性指数分布等指标分析其建模不确定性。进一步针对耦合模型预测的滑坡易发性指数分布不合理等问题,在半监督RF建模时采用滑坡与非滑坡比例为1∶2的样本集开展建模并与1∶1等比例样本集工况作对比。结果表明:1)低坡度RF、缓冲区RF、IV–RF和半监督RF等模型的预测精度均大幅优于随机RF模型,可见准确选择非滑坡样本对易发性建模至关重要;2)半监督RF模型选择非滑坡样本的建模性能最优,且半监督RF在滑坡∶非滑坡=1∶2比其在1∶1时预测的易发性指数分布规律更准确可信。后续研究中有必要更深入探索滑坡与非滑坡样本的比例问题。

贵州晴隆红寨大型古滑坡复活变形特征及成因分析

2020年9月17日,贵州省晴隆县鸡场镇红寨村发生滑坡灾害,导致134栋房屋严重损毁,127户569人紧急避险。通过调查发现,红寨滑坡是一处规模达6.25×106 m^(3)的深层大型滑坡,地表房屋及基础设施破坏严重,但整个滑坡运动距离极短。通过对地形地貌和岩土体结构及物质成分组成的分析、水系变动判断及钻孔揭露的多层滑面等综合分析认为,红寨滑坡是一处顺层的复活古滑坡。为分析研究该滑坡的变形特征和复活成因,采用无人机航测、工程地质调查、岩土体勘查、地球物理勘探等手段,获取了详细的灾害发育特征、影响因素及古滑坡的辨识特征等数据。分析结果表明:红寨滑坡可根据变形破坏特征及应力传递方向分为A、B、C、D 4个分区,其中B区又根据相对滑移量分为B1、B2亚区;滑坡的变形复活是在高陡的地形地貌、复杂的岩体结构、软弱的工程岩组和持续地表水入渗等共同作用下发生的;滑坡后缘圈椅状地形、滑体与周围岩土体的物质差异、断层切割前缘及水系堆积物的变迁等多方面特征验证了古滑坡的事实。

不同分级方法对区域滑坡易发性区划的影响

易发性分区是开展区域地质灾害风险评价的基础步骤,选取合理的分级方法对有效绘制区域滑坡易发性图意义显著,但鲜有研究对比了各易发性分级方法的优缺点,尤其是未能将历史滑坡与预测出的易发性指数相联接。针对该问题,以陕西省延长县为例采用3种机器学习模型计算滑坡易发性指数,即分类和回归树、随机森林和径向基函数;设计了5种易发性分级方法,划分不同的滑坡易发性等级,包括4种常规的基于地理信息系统的分级方法(自然断点、等间隔、分位数和几何间隔),同时考虑了滑坡与易发性指数间的非线性关联性的频率比阈值法。结果表明:3种模型的受试者工作特征(ROC)曲线下面积均大于0.75,但划分的易发性分级图分布模式却存在较大差异,使用几何间隔和分位数法的易发性图能在极高易发区中识别出更多滑坡,但这两种方法划分的极高和高易发区的总面积过大;使用等间隔法和频率比阈值法在极高和高易发区中的滑坡比率更大,说明识别出的滑坡更为集中。本文提出的频率比阈值法用于滑坡易发性分级,能为易发性的准确分区提供思路,为边坡稳定性较差区域的工程选址以及土地利用规划提供科学参考,提高地质安全评估及应急管理能力。

大型红层缓倾岩层滑坡形成机制——以川北断渠滑坡为例

大型缓倾岩层滑坡在红层地区广泛分布,由于滑前迹象不明显,很难做到早期防范。为了探索此类滑坡的风险斜坡判识和早期识别,以四川北部南江县断渠滑坡为例,从孕灾地层沉积相和岩性组合特征、区域地质构造演化和层间剪切带发育特征等角度,分析了该滑坡的形成机制。该滑坡体积约为1153×10^(4)m^(3),主滑方向总体向南(170°),为一特大型缓倾岩层古滑坡。滑坡发育于侏罗系中统沙溪庙组上段和沙溪庙组下段交界部位,是岩性和岩相的转换面。沉积相的组合特征决定了斜坡上硬下软的坡体结构。滑坡位于四川盆地北缘新华向斜北西翼,受到了多期地质构造作用,米仓山南缘前陆盆地盖层底部楔入冲断构造模式产生了上部地层原地掀斜效应,增加了层间机械破碎作用,并且软硬2个系列地层交界处应力更易集中,在孕灾地层上下厚度约80 m范围内共计发育了数10条层间剪切带。在地下水大量参与下,破碎程度高且原岩含大量黏土矿物的层间剪切带被逐渐泥化,为滑坡下滑提供了力学条件。

基于工作过程的地质工程专业教学设计与策略研究--以地质灾害防治课程设计为例

四川省是全国地质灾害较为频发的省份,其勘察行业对地质灾害防治设计相关人才需求量大。该文以勘察行业需求为基础,通过地质防治设计岗位和典型工作过程分析,构建地质灾害防治基于工作过程的课程体系,设计出工程设计专题讲解、工程设计环节、项目评审环节和项目总结交流的四阶段教学过程,通过模拟实际工作环节和设计过程,培养学生的地灾防治工程设计能力和职业素养。

平推式滑坡成因机制研究

以四川省宣汉县天台乡滑坡为地质原型,采用相似材料的机制模拟法,通过物理模拟再现滑坡的变形破坏过程,进一步验证平推式滑坡的启动机制和张倬元等提出的启动判据公式。研究结果表明,促使滑坡启动的临界水头高度和与滑面倾角之间的关系为:滑面倾角越大,启动临界水头高度越小;反之,滑面倾角越小,启动临界水头高度越大。

2024年台湾花莲7.4级地震诱发地质灾害应急评价

2024年4月3日,中国台湾地区花莲县发生了7.4级地震,导致山区发生了大规模地质灾害,造成了严重的人员伤亡和经济损失。迅速准确地评估地震诱发地质灾害的空间分布概率,对震后紧急响应和安置决策具有重要意义。基于台湾同震滑坡数据库与人工智能神经网络算法,建立了一个近实时的地震诱发滑坡空间分布概率预测模型;在地震发生后1小时内成功实现了花莲地震诱发的滑坡空间分布概率预测。在震后5天内利用Sentinel-1A合成孔径雷达(SAR)和PlanetScope光学卫星影像,对地震核心影响区域进行了滑坡智能检测与目视解译。在无云影像覆盖区共解译876处同震滑坡,总面积为12.6 km^(2),主要分布于台湾中央山脉东侧高山峡谷区。通过已解译滑坡的验证,预测结果的曲线下面积(AUC)精度达到了90%,证明了在此次事件中预测模型的准确性和可靠性,为抗震救灾提供了及时有效的数据支持。

四川宣汉天台特大滑坡的成因机理及排水工程措施研究

深入分析了暴雨诱发四川省宣汉县天台乡特大型滑坡的成因机理,提出了近水平岩层特大型滑坡多级平推式滑动的模式,归纳总结了降雨降低滑坡体稳定性的因素,并通过因素敏感性分析,比较了各种因素的影响程度。在对滑坡成因机理深入研究的基础上,制定了相应的地表和地下排水工程措施。最后,根据滑坡排水系统投入正常运营后的实际排水情况和数值模拟结果,对地表排水和地下排水的效果进行了分析评价。

2022年M_(S)6.8级泸定地震诱发地质灾害特征与空间分布规律研究

2022年9月5日四川甘孜泸定县发生6.8级地震,诱发了大量地质灾害,造成房屋损毁和多处道路阻断,并导致了严重的人员伤亡。快速预测地震诱发地质灾害空间分布对震后应急救援至关重要。为此,成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室利用已建立的地震诱发滑坡近实时预测模型,在震后2 h内,快速预测了地震诱发滑坡空间分布概率。同时,利用震后重点区域的无人机影像和国产高分六号影像,对地震诱发滑坡进行了智能识别和人工解译及现场调查复核,共解译滑坡3633处,总面积13.78 km^(2)。研究发现本次泸定地震诱发滑坡,较2008年汶川和2017年九寨沟地震滑坡,规模相对较小。本次地震诱发滑坡主要分布于鲜水河断裂带和大渡河两侧,呈带状分布,在磨西镇、得妥镇及王岗坪彝族藏族乡等Ⅸ度烈度区相对集中。对控制滑坡空间分布的地形地貌、地质和地震3类因素9个因子进行分析,发现其主要分布在坡度35°~55°、高程1000~1800 m范围内;受断层控制强烈,主要分布在距断层1 km范围内;在花岗岩中最为发育。上述研究成果获得的地震诱发滑坡及受损道路和房屋分布情况,为震后应急救援提供了重要支撑。

丹巴县城后山滑坡锚固动态优化设计和信息化施工

四川省丹巴县城后山滑坡总体积约2.2×106m3。滑坡从2004年10月开始出现明显的变形迹象。2005年2月初,坡体变形加剧,最大变形速率达5cm/d,滑坡呈现出整体下滑的态势。滑坡一旦失稳,将摧毁大半个丹巴县城。相关部门迅速组织实施了以锚固工程为主的滑坡应急治理和综合治理工程。针对该滑坡,介绍其应急治理和综合治理工程,着重研究如何通过各种监测资料,深入分析滑坡的形成机制和稳定性,并以此为主要依据指导锚固工程设计和施工。研究结果表明,利用地表位移、深部位移和锚索张拉应力等监测资料,不仅可以对锚固工程的效果进行分析评价,而且可以根据各阶段监测资料及时调整设计和施工方案,真正做到动态优化设计和信息化施工,充分说明监测在滑坡治理工程中所起的重要作用。

地震诱发滑坡空间分布概率近实时预测研究——以2022年6月1日四川芦山地震为例

2022年6月1日17时00分,继2013年芦山地震,时隔9年四川省雅安市芦山县再次发生M_(S)6.1级地震。地震是诱发山区地质灾害的重要因素之一,往往造成大量的人员伤亡和财产损失。快速准确地获取地震诱发滑坡的空间分布范围对震后应急救援和临时安置点选取至关重要。本文基于全球地震诱发滑坡数据库,采用深度森林算法,建立了地震诱发滑坡空间分布概率近实时预测模型。将该模型应用于“6·1”芦山地震诱发滑坡的快速预测,在震后1 h内获取了滑坡空间分布概率预测结果,并第一时间到达震区进行地质灾害应急调查与模型复核。调查表明,本次地震诱发地质灾害以小型崩塌、滑坡为主,高易发区主要分布在芦山县北部和宝兴县西部的交汇区,断层上盘滑坡数量明显高于下盘。对比模型预测结果与宝兴东河流域地质灾害现场调查数据,发现模型预测准确率达80%以上,特别是相对较大规模的滑坡均发生在模型预测的高易发区,说明模型可以弥补震后现场调查与遥感数据获取时效性方面的不足,为震后应急救援提供科学支撑。

岷江上游叠溪古滑坡坝-堰塞湖研究进展

四川岷江上游叠溪发育有一套厚度超过200 m、保存较为完整的湖相沉积,被定名为叠溪古堰塞湖相沉积,其形成于距今30 ka前,存活了约15 ka,因此记录了青藏高原东缘晚更新世-全新世(包括末次冰期)的重大地质与环境事件。现有研究初步揭示了古堰塞的沉积特征,但对叠溪古滑坡及古堰塞湖形成与演化的系统研究还十分不足。本文通过详细的野外调查,结合现代遥感测绘技术(无人机载LiDAR),构建叠溪古滑坡的三维地质模型,研究了其地质与地貌特征。同时,采用高密度电阻率法ERT,在滑坡体上布设2条长870 m和990 m的测线,探明了滑坡体内部结构特征。通过古堰塞湖相沉积露头和钻孔的调查,结合激光粒度测试,重建了古堰塞湖的范围、规模与沉积特征。在此基础上,通过对古湖相沉积坡面上多级阶地的分析,初步探讨了古堰塞湖的消亡及其对下游史前古聚落变迁的影响。研究结果表明,叠溪古滑坡不仅完全堵塞岷江而且还堵塞了对岸支沟,堆积体方量达到(1400~2000)×10^(6) m^(3)。古堰塞湖在滑坡坝后向上游延伸26 km,所形成的最大湖面覆盖面积约21.4 km 2,库容蓄水量约1670×10^(6) m^(3)。叠溪古滑坡-堰塞湖在岷江上游形成了陡峭的河道裂点(Knickpoint),对山区河道与地貌演化具有长期影响。

第6次全国青年工程地质学术研讨会综述

2017年7月21~23日,第6次全国青年工程地质学术研讨会在成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室顺利召开。本次研讨会是第三届工程地质专业委员会青年工作委员会成立以来组织召开的第二次围绕某一具体主题的学术会议,共有来自全国68家单位,包括高校、科研院所和工程单位的185位青年工作者参会。会议结合成都理工大学地质工程学科的研究特色,以"复杂条件下地质灾害形成机理与风险评价"为主题,举行了13场特邀专题报告、10场学术报告、3场圆桌讨论和1天的地震灾区野外考察,报告内容丰富多彩,涉及理论研究、试验研究与工程实践,深度与广度兼备。本次研讨会是国内工程地质及相关领域青年学者开展讨论和深入交流的一次盛会,对推进青年学者之间的学术交流与合作、加强多学科之间的交叉融合创新、促进"产、学、研"结合的成果转化、促进青年人才的成长起到了积极作用。

斜坡加速度动力响应特性的大型振动台试验研究

以"5·12"汶川地震灾区典型斜坡为原型,采用水平层状上硬下软和上软下硬2种岩性组合概念模型,设计并完成比例1:100的大型振动台试验。在满足相似律的条件下,通过输入不同地震波类型、频率、激振方向和振幅,系统地研究模型斜坡的地震动力响应特性。以输入加速度峰值0.3g为例,分析不同岩性组合模型斜坡在单向天然地震波作用下的同向加速度动力响应规律,研究结果表明,加速度沿竖直和水平方向的响应都呈现明显的非线性特征;总体上,高程对地震波具有明显的放大效应。在水平向地震波作用下,斜坡的动力响应主要出现在斜坡的中上段,而在同等强度的激振力作用下,竖直向加速度最大放大倍数仅相当于水平向加速度最大放大倍数的1/2左右,且动力响应较强部位主要出现在斜坡的中下段。不同岩性组合结构对加速度响应规律的影响也因激振方向不同而异,在水平向地震波作用下,上硬下软组合斜坡总体上要比上软下硬组合斜坡对加速度的放大程度大,在竖直向地震波作用下则相反。通过对比坡面不同高程处的加速度傅里叶谱表明,在地震波从下往上传播过程中,上硬下软斜坡对起放大作用的频段具有明显的选择性,竖直向激振条件下对2种岩性组合斜坡加速度起放大作用的卓越频率比水平向激振条件下的卓越频率大得多。

2009年6·5重庆武隆鸡尾山崩滑灾害基本特征与成因机理初步研究

2009年6月5日下午15时许,重庆市武隆县铁矿乡鸡尾山山体发生了大规模的崩滑,约500万m3被结构面切割成"积木块"状的灰岩山体,沿缓倾页岩软弱夹层发生整体滑动。高速运动的滑体物质在堵塞前部宽约200m,深约50m的铁匠沟沟谷后,形成平均厚约30m,纵向长度约2200m的堆积区,掩埋了12户民房和正在开采铁矿的矿井入口,造成10人死亡,64人失踪,8人受伤,成为近年来少有的一次崩滑灾难性事件。本文在对灾害现场进行大量地质调查的基础上,结合遥感、三维激光扫描等综合手段,对鸡尾山崩滑体特征进行了详细描述,对灾害发生原因进行了初步分析。结果表明,鸡尾山山体垮塌是在不利的地质结构条件下,并受到长期重力、岩溶等作用和采矿活动的影响,因前部起阻挡作用的关键块体被剪断突破而导致的一起大型山体崩滑事件。深入研究鸡尾山崩滑体的形成条件和成灾机理,对我国西南地区存在与鸡尾山崩滑体类似地质条件的灾害隐患点的减灾防灾工作,具有重要的指导意义。

三峡库区塌岸预测评价方法初步研究

水库塌岸是影响三峡水库的重大地质灾害问题。作者在分析三峡库区塌岸类型和传统塌岸预测方法的基础上,提出塌岸预测应根据不同的塌岸类型,建立适合的塌岸预测模型。冲(磨)蚀型和坍(崩)塌型的塌岸预测可以用本文提出的岸坡结构法;滑移型的塌岸预测,应以本文提出的极限平衡搜索预测法和FLAC3D数值模拟预测法的预测结果为主要依据。通过对三峡库区重庆段的两个典型塌岸地段及代表性地质剖面的预测,验证了这种思路的正确性;并总结了适合三峡库区这种山区型水库的塌岸预测的原则和方法。

板梁状滑坡形成条件、成因机制与防治措施

以发生于四川省南江县兴马中学滑坡和大河中学滑坡这2个新老滑坡为典型案例,通过详细调查和分析解剖,提出一种新的平推式滑坡类型——板梁状滑坡。板梁状滑坡平面上呈扁长矩形,纵向长度远小于横向宽,剖面上呈薄板状。其主要发生于由近水平巨厚层砂岩和薄层泥岩构成的斜坡陡崖附近,坡内存在一组平行于坡面的长大陡倾结构面。在强降雨条件下,平行于坡面的张裂缝被快速充水至某一临界高度后,强大的静水压力将外侧岩体整体平推出去,形成平推式滑坡,而后随着裂缝内水头的骤降,滑体很快会自行止动。在较系统地研究并查明形成板梁状滑坡必须具备的岩性条件、坡体结构条件、裂缝储水条件以及强降雨触发条件的基础上,针对板梁状滑坡的后续变形破坏模式,提出加强截排水,消除在裂缝内形成高水头的条件;在板梁外侧根部采取短桩或抗滑键阻止板梁进一步向外滑动;顶部采用连梁或锚索约束其倾倒变形等有针对性的工程治理措施。

三维大规模滑坡离散元建模与模拟研究——以茂县新磨村滑坡为例

数值模拟是研究高速远程滑坡的重要手段。本文以茂县新磨村滑坡为例,提出一种三维大规模滑坡离散元建模与数值模拟方法。基于离散元法宏微观转换公式和数值模拟测试,快速得到与滑坡体砂岩力学性质类似的离散元堆积模型。并结合滑坡数字高程数据和地层信息,建立起符合滑坡实际地层条件和岩体力学性质的三维离散元薄壳模型,模拟了新磨村滑坡启动、高速下滑和堆积的全过程。模拟结果与实际的滑坡堆积体在形态和分布上非常相似,并且模拟的滑坡速度场变化特点和时间范围与理论估算与实测地震信号较为一致,验证了数值模拟结果的可靠性和方法的有效性。论文共享了数值模拟源代码,可快速构建三维滑坡数值模型,为高速远程滑坡的数值模拟研究和相应灾害范围评估提供一个可选的方法。

地震动强度对斜坡加速度动力响应规律的影响

依托大型振动台试验成果,采用加速度响应峰值PGA及其放大系数相结合的分析方法,系统地探讨了上硬、下软和上软、下硬两种岩性组合结构斜坡模型,分别在正弦波和天然地震波作用下坡面各高程点的水平向和竖直向加速度响应随震动强度增大的变化规律。试验结果分析表明:①在天然波作用下两斜坡模型的水平向和竖直向PGA均随震动强度增大而增大,而放大系数则随震动强度增大到一定程度时,逐渐减小并趋于稳定;②在正弦波作用下两斜坡模型的水平向和竖直向PGA亦随震动强度增大而增大,然而竖直向PGA放大系数随震动强度增大亦有所增大,说明竖直向加速度响应表现出了相对于水平向响应较弱的非线性特征;③在水平向和竖直向地震力作用下加速度响应沿高程表现出的放大效应分别体现在斜坡模型的上段和下段。此外,斜坡模型的加速度响应沿坡面在坡脚、坡中和坡肩等特殊部位出现了多个极值区;④在水平向地震力作用下低频的地震波作用要强于高频地震波,且加速度在上硬、下软岩性组合结构斜坡模型中的响应要强于上软、下硬岩性组合斜坡模型;在竖直向地震力作用下则呈现相反结果。其研究结果对高地震风险山区的防震减灾及灾后重建都具有指导和借鉴意义。