三峡库区万县复向斜构造特征及其与地质灾害分布关系

万县复向斜位于川东褶皱带与大巴山-大洪山构造带复合部位,前人侧重于基础地质及页燃气勘探相关领域的研究,对于万县向斜局部构造特征与地质灾害的内在关系的研究尚少.本文在野外地质调查研究的基础上,利用部分滑坡的勘察资料,采用构造地质与工程地质的分析方法,深入研究了万县向斜局部构造对该区域地质灾害的控制作用,将万县向斜内部分为:西部NE向构造叠加构造区域;中部故陵向斜轴迹NE向区域;东部故陵向斜轴迹近EW向区域(也是故陵向斜翘倾消亡部位).与局部构造相对应,将内部地质灾害同样划分为西部、中部和东部3个区域进行研究,得出如下结论:西部地质灾害发育规模小,主要集中于局部纵谷地段;中部地质灾害集中于长江北岸,岩层陡缓倾角转化带的存在对地质灾害的规模起到了控制作用;东部地质灾害集中于长江南岸,除岩层陡缓倾角转化带的存在对地质灾害的规模起到了主要控制作用以外,斜坡坡长和岩层产状中陡倾的特点对地质灾害的发生同样具有重要的控制作用.本次研究阐明了万县复向斜内部构造特征与该地区地质灾害的内在联系,对研究区域内地质灾害的预测预报提供了一定的参考和依据.

三峡库区地质灾害监测分析与发展探讨

本文结合三峡库区地质灾害监测预警建设历程、地质灾害监测分析现状及面临的问题,从地质灾害监测分析概念和内涵、发展趋势等方面进行了探讨,获得了以下认识:(1)探讨了地质灾害监测分析的内涵,提出了地质灾害监测分析的定义,即围绕着监测目的、监测内容和监测方法,对地质灾害监测数据及相关成果资料开展综合性分析的工作,针对预警预报、防控决策、施工安全、工程效果等不同监测目的,总结了地质灾害监测分析的主要内容;(2)面对多源、异构、实时、海量的地质灾害监测及相关数据,发展地质灾害智能化监测分析系统,实现地质灾害监测数据、分析技术方法、应用服务以及监测分析工作流程化等方面有效集成,是破解监测分析困境和问题的关键。

微生物诱导碳酸钙沉积固化三峡库区黏性紫色土试验研究

三峡库区自然灾害频发,微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)技术是一种具有能耗低、无污染且可持续等优点的土体加固技术。黏性紫色土是三峡库区主要土壤类型,土壤孔隙较小,而MICP对其加固效果尚不明确。设置不同巴氏芽孢杆菌菌液浓度(OD_(600)为0、0.5、1.0、1.5)和胶结液浓度(0、0.5、1.0、1.5、2.0 mol/L)组合,对土壤试样进行MICP固化处理。开展不固结不排水三轴剪切试验,研究各试样的应力-应变关系、弹性模量和抗剪强度指标(黏聚力、内摩擦角),并利用扫描电镜测试分析其微观结构。结果表明:固定菌液浓度或胶结液浓度时,抗剪强度、弹性模量及黏聚力均随胶结液浓度或菌液浓度的增加呈先增后减的变化趋势,最适菌液与胶结液浓度组合为菌液OD_(600)=1.0和胶结液1.5 mol/L。平均内摩擦角随胶结液浓度的增加呈先增后减趋势,而胶结液浓度不变时,在菌液浓度OD_(600)=0.5或1.0时达到最高。固化后试样抗剪强度、弹性模量、黏聚力及内摩擦角最大分别提高62.59%、50.18%、119.50%和10.33%(226.00 kPa、6.44 MPa、48.30 kPa和26.70°)。通过扫描电镜观察发现MICP加固紫色土形成了大量球状碳酸钙晶体和片状碳酸钙晶体,分布于土壤颗粒表面和间隙中起胶结作用并增加土颗粒表面粗糙度,从而提升了土的黏聚力和内摩擦角。MICP可以有效提高紫色土的强度,在菌液浓度为OD_(600)=1.0和胶结液浓度1.5 mol/L组合时加固效果最优。

三峡库区三门洞滑坡复活机理及韧性变形研究

三峡库区蓄水诱发大量库岸古滑坡复活变形,引入“韧性变形”概念可很好地解释古滑坡在相似影响因素下的差异性变形响应情况。以三峡库区三门洞滑坡为例,通过现场地质调查及17 a的监测数据,分析古滑坡复活过程中的变形特征及“韧性变形”机制。结果表明:①三峡库区三门洞滑坡为平缓堆积层古滑坡,自三峡水库蓄水后复活变形,前、中、后部变形主要为塌岸、拉张裂缝或坍滑和拉张剪切裂缝;②在库水位下降期间,滑坡的变形对库水位的快速下降响应敏感,库水在低水位运行和上升期间,滑坡变形主要诱发因素是降雨,尤其是连续性强降雨,可引发滑坡持续性变形;③滑坡发生“韧性变形”时,滑体内部经历一次密实过程,使得土体的密度增大,内聚力增强,提高了土体的抗剪能力,在一段时间内拥有抵抗下次变形的力量。研究成果可为三峡库区滑坡监测预警工作提供参考。

脲酶诱导碳酸钙沉积(EICP)减小三峡库区紫色土分离能力效果

为探究脲酶诱导碳酸钙沉积(enzyme-induced carbonate precipitation,EICP)减小三峡库区紫色土分离能力效果,该研究设置5个EICP浓度(0(CK对照)、0.5、1.0、1.5和2.0 mol/L)和6个养护时间(1、7、15、30、60和120 d),开展模拟冲刷试验分析土壤分离能力,通过表观黏聚力和碳酸钙含量变化阐明EICP作用下紫色土分离能力变化原因,并从微观角度揭示其减蚀机制。结果表明:与CK对照相比,EICP处理显著减小土壤分离能力,随着EICP浓度的增加,紫色土分离能力呈现先减小后增大的变化趋势,在浓度为1.5 mol/L时效果最佳;而随着养护时间的延长,紫色土分离能力呈现先快速减小再缓慢减小的变化规律,CK对照在前30天减小明显,EICP处理下在第7天时减幅明显,减幅占总减幅的85.79%~92.21%。表观黏聚力与碳酸钙含量随EICP浓度的增加先增大后减小,而随养护时间的延长分别呈持续增大和先增大后趋于稳定的变化趋势。EICP作用下紫色土碳酸钙聚集是引起分离能力降低的重要原因,表观黏聚力和碳酸钙含量与紫色土分离能力呈现显著指数函数关系(P<0.01),能够很好解释紫色土分离能力的变化。研究结果表明EICP能够有效减小紫色土分离能力,可为三峡库区水土流失治理提供理论指导。

碎石含量对三峡库区坡耕地土壤氮磷流失特征的影响

坡耕地是三峡库区水土流失的主要来源,导致土壤养分的损失,严重影响库区生态环境建设与社会经济可持续发展。库区坡耕地土壤浅薄化和砾质化特征明显,但目前对含碎石坡耕地土壤侵蚀和养分流失特征的研究尚不多见。该研究通过设置3个降雨梯度(60、90、120 mm/h)和4种碎石含量(0、10%、20%、30%),开展人工模拟降雨试验,分析各试验条件下含碎石土壤产流产沙和氮磷流失特征。结果表明:1)碎石主要通过改变土壤结构以增大产流产沙量来促进氮磷流失,而对相应流失速率与流失浓度的变化规律影响较小,不同碎石含量下泥沙产量的变异系数更高,且泥沙中不同碎石含量下的氮磷流失量显著性差异更强(P<0.05);2)泥沙中累计磷流失量略微大于氮流失量,有效磷几乎不随泥沙流失,有效氮约占全氮流失量的15%;径流中氮素流失量几乎为磷素的10倍且以有效氮为主,占总氮流失量的75%,有效磷占总磷流失量的25%;3)不同碎石含量下有效氮流失规律大致相同,径流中硝态氮约占有效氮流失量的70%,而泥沙中则以铵态氮为主,约占65%;4)不同碎石含量下土壤中氮磷元素均以随侵蚀产沙流失为主,累计产沙量与氮磷元素随侵蚀产沙流失量均在20%碎石含量下达到极大值,10%碎石含量下流失量相对较小,因此泥沙库区坡耕地氮磷流失防治应以减少侵蚀产沙为主,注意大雨暴雨多发季节的水质监测与施肥控制。同时可对土中碎石进行清除使其保持在不高于10%水平。研究结果可为三峡库区含碎石坡耕地水土流失防治和氮磷流失治理提供科学参考。

狗牙根覆盖对三峡库区消落带波浪作用力和侵蚀的影响

波浪侵蚀是三峡库区消落带土壤侵蚀的主要类型,已严重威胁到库区经济发展和生态环境构建。植被修复可以实现水土保持和增强消落带稳定性目的,但关于在波浪作用于消落带上坡面时植物覆盖对波压力和孔隙水压力和侵蚀量的影响及关系尚不明确。为此,设置3个波高(4、6和8 cm)、3个坡面条件(裸坡对照、30%狗牙根覆盖和60%狗牙根覆盖),开展模拟波浪试验,分析不同植被盖度对消落带波浪作用力和侵蚀的影响。结果表明:裸坡时,随波高增加,波压力和孔隙水压力分别增加3.80%~48.62%和13.12%~50.44%,侵蚀量增加0.88%~8.08%。存在植被时,对比裸坡,随波高增加,波压力和孔隙水压力分别降低2.98%~220.17%和15.47%~75.64%,侵蚀量则降低29.31%~80.83%。植物可以通过地上部分和地下部分消散波压力和孔隙水压力,从而提高消落带受波浪作用的耐受性,进而有效降低波浪造成的侵蚀量。以上结果加深了在波浪作用于紫色土消落带坡面时狗牙根覆盖与波浪作用力与侵蚀量关系的理解,为库区消落带植被恢复和水土保持提供一定的参考。

三峡库区塌岸灾害易发性评价方法——以奉节—云阳段为例

塌岸灾害广泛分布于中国三峡库区。塌岸易发性评价对库区灾害防治具有重要意义。当前塌岸易发性评价的研究程度低,评价模型的适用性差,评价指标的选取依据不充分,并没有考虑波浪对库岸稳定性的影响。本研究以塌岸灾害广泛发育的三峡库区奉节段至云阳段为研究对象,考虑波浪和库岸形态对研究区塌岸发育的影响,提出江岸宽度、库岸形态、风速这三个指标,并基于研究区塌岸灾害发育和分布特征共选取8个影响因子,构建三峡库区塌岸灾害易发性评价指标体系;采用三种机器学习模型,实现三峡库区塌岸灾害易发性分区及检验、模型精度预测、评价结果的分区和实地验证。结果表明:(1)江岸宽度、岸坡形态和风速等影响因子权重靠前,对奉节段塌岸发育的贡献较大;(2)ANN模型、RF模型与SVM模型的较高-高易发区灾害点数量分别占总灾害点的53.1%、48.9%和39.3%。ANN模型与RF模型塌岸强度从低至高依次增大,分区结果较为合理,而SVM模型分区结果不太理想。(3)ANN模型、RF模型和SVM模型的AUC值分别为0.798、0.793、0.766,三种机器学习模型的预测精度较为可靠;(4)RF模型高易发性区域最符合实际地质条件,其易发性区划结果更为合理。本研究成果可以深化对水库塌岸灾害易发性评价方法的认识,并为三峡库区地质灾害防治工作提供理论指导和技术参考。

三峡库区灰岩浸泡损伤-孔隙水压耦合模型研究

【目的】自2003年开始蓄水以来,三峡库区水库地震的数量达到上万次,对比蓄水前后的地震数据变化可以看出,库水浸泡作用明显改变了水库地震区域灰岩的力学特性。为了研究长期库水浸泡作用对库区灰岩力学特性的影响,【方法】针对库区蓄水环境,开展了不同浸泡时长和不同孔隙水压对灰岩三轴压缩强度的影响试验,以及浸泡作用下灰岩孔隙率变化的电镜扫描分析。【结果】试验结果显示:在浸泡作用和三轴试验中考虑不同孔隙水压时,灰岩的三轴抗压强度呈现出短期浸泡时的强度增强现象,与一些水岩相互作用理论存在差异。基于这些差异,从宏观力学特性和微观结构的角度分析了灰岩损伤发展规律,提出了灰岩浸泡损伤-孔隙水压耦合模型,估算了在试验条件下使溶孔产生破裂的孔隙压力临界值,按照静水压力取孔隙压力值为地下5.6 km处,与三峡库区高桥断裂区域的水库地震震源深度较为吻合。【结论】水库地震区域灰岩的损伤并非单一的浸泡损伤,是耦合了孔隙率演变、孔隙压力变化、孔隙水形态演化等一系列复杂现象的破坏失效过程。研究成果可为水利工程中诱发地震的机理研究提供一定的理论参考价值。

基于Google Earth的三峡库区地质灾害专业监测预警信息集成应用

监测预警是三峡库区地质灾害防治的主要措施,对其产生的海量信息进行有效管理是对库区进行有效防灾减灾和管理决策的基础。Google Earth作为一款免费提供全球三维遥感影像数据的虚拟地球软件平台,在对地质灾害专业监测预警信息集成管理和展示方面具有成本低、实施快、展示逼真等优点。在分析三峡库区地质灾害专业监测数据组成及其安全性、用户可视化的空间认知过程和习惯等的基础上,提出了三峡库区地质灾害专业监测预警信息集成方案,并利用Google Earth提供的功能予以实现,取得了较好的效果,也表明Google Earth在地质灾害信息集成、管理和展示等方面具有广阔的应用前景。

GPS技术在三峡库区地质灾害预警中的应用

三峡库区地质灾害监测预警工程是库区防灾减灾的重要手段。GPS监测作为高新技术在地质灾害专业监测中发挥了重要作用。文章介绍了三峡库区三级GPS监测网的构建,为全库区地质灾害监测预警提供了统一的坐标基准,为库区GPS基准网提供了准确的起算数据,为分析各滑坡体基准点的位移变形和稳定性提供了参考。实践表明,GPS监测技术能较好地满足三峡库区地质灾害监测预警的要求,能及时、准确地反映地质灾害体的地表变形情况及特征,为地质灾害防治提供科学的判断依据。

三峡库区巴东县黄土坡滑坡移民搬迁新址地质灾害评价

根据国务院三峡建设委员会的安排,三峡库区巴东县黄土坡滑坡社区居民将搬迁到长江北岸官渡口镇后山的铜鼓包～学堂坪一带,规划面积2.5km2.本文以地质分析的方法,对新址规划区可能存在及遭受的地质灾害进行评价,同时对新址规划区进行建筑适宜性评价.分析表明,新址区为粉砂岩和泥岩(T2b2)组成的基岩顺向坡,坡度15～25°,局部小于10°,场地整体稳定性较好;局部存在3个中等规模的滑坡、一个小型滑坡,滑坡现状稳定、预测不稳定但较易于工程治理;场地东部存在一处小型坡面泥石流,影响工程建设但较易于工程治理;外围地质灾害对新址区影响较小;新址区建筑适宜性总体良好,Ⅰ类、Ⅱ类场区分布面积约占整个规划区面积的50%,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类场区约占整个规划区面积的80%.

小尺度山区地质灾害隐患的无人机精细化识别方法与实践

本文针对小空间尺度范围内以滑坡、崩塌为主的山区地质灾害,提出了一套基于小型无人机摄影测量的精细化隐患识别方法。首先,针对工作区开展至少两期无人机摄影测量作业,经处理后得到实景三维模型、数字正射影像(DOM)、数字表面模型(DSM)等精细化成果;其次,以两期DOM与DSM变化检测为主实现灾害体识别;然后,基于灾害体共性特征建立典型识别标志,并依此采用三维实景目视解译为主方法实现孕灾体识别;最后,通过地面核查确认或排除隐患。将该套方法应用到三峡库首秭归泄滩河左岸顺向斜坡区域,共识别出10处不同类型隐患,证明了方法的可行性。

三峡库区降雨型滑坡入渗特征及变形机制——基于一维和二维模型试验研究

强降雨诱发古滑坡的浅层变形是三峡库区最为严重的地质灾害,因此,探索暴雨作用下滑坡土体的入渗规律及其浅层变形机制具有重要的研究意义。以三峡库区的降雨型滑坡为研究对象,统计了降雨型滑坡土体的渗透特性分布特征,考虑强降雨作用,分别开展一维土柱入渗试验和二维滑坡模型试验,研究了不同降雨强度条件下滑坡土体的入渗特征以及对应的滑坡浅层变形机制。降雨入渗试验结果表明:降雨入渗土体的速度取决于降雨强度与土体渗透系数的相对大小,当降雨强度小于或等于土体渗透系数时,入渗能力随降雨强度增大而增大。当降雨强度大于土体渗透系数时,入渗能力反而随之减小。模型试验结果表明:强降雨入渗时,会造成地表土体暂态饱和,表层土体以下非饱和区内的气体被暂态封闭并受到表层孔隙水压力作用而压缩,导致孔隙气压力随降雨入渗迅速增大。对于三峡库区的降雨型滑坡,短时的暴雨会产生瞬态饱和区。封闭气体,这也是影响强降雨入渗能力的主要原因;同时封闭气体传递水压使得浅层土体的孔隙水压力骤增,这也是许多滑坡发生浅层变形和破坏的主要原因。

不同植被盖度对三峡库区边坡减蚀的室内模拟降雨研究

为探究气候和植被覆盖度变化对三峡库区消落带库岸边坡的影响,通过开展人工模拟降雨试验,分析不同雨强和植被覆盖度(0,30%,50%,70%,90%)下坡面侵蚀规律及变化特征。结果表明:(1)在不同雨强下,植被边坡侵蚀累计产沙量均随植被覆盖度的增加呈现下降趋势,整体下降演变的趋势可分为迅猛—平缓—稳定3个阶段,三峡库区消落带库岸边坡的临界盖度为50%~70%,维持植被覆盖度在此区间可以有效抑制坡面的泥沙损失。(2)同一植被覆盖度条件下地表径流相对系数与雨强呈正相关。同一雨强条件下地表径流相对系数与植被覆盖度呈负相关,说明坡面植被可以有效地阻滞地表径流,对水土流失具有一定的抑制作用。(3)选用Horton降雨入渗模型分析不同植被覆盖度对降雨入渗速率影响,发现不同植被覆盖下边坡降雨入渗大体分为降雨初期迅速减小,中期减小幅度变缓,后期逐渐趋于稳定3个阶段。植被覆盖度越大,稳定入渗率越高。研究成果可为三峡库区库岸边坡水土流失治理与推动长江生态环境保护修复提供理论参考。

三峡库区千将坪滑坡地质力学模型试验研究

通过以微震和百分表位移为主要试验量测手段的地质力学模型试验,对三峡库区千将坪滑坡进行滑坡机制和利用微地震监测预报预警岩质滑坡的可行性研究。试验结果表明,蓄水前的强降雨对滑坡稳定性影响微弱或基本无影响,水库蓄水引起的浮托力作用仅使滑坡产生蠕滑变形,滑带被水浸泡弱化强度降低是滑坡真正的致滑原因。试验记录的微震事件较清晰地反映滑坡变形破裂破坏过程,并揭示滑带破裂贯通总体上具有自滑坡前缘逐步向滑坡中部发展的规律,从试验角度论证利用微地震监测预报预警岩质滑坡的可行性。

三峡库区千将坪滑坡地质力学模型研究

三峡水库初次蓄水不久,千将坪即发生了特大型滑坡。通过对千将坪滑坡滑动区与影响区的勘察试验及对比研究,查明了千将坪滑坡的物质组成、结构及滑坡边界条件,分析了滑坡影响因素及其机制,建立了千将坪滑坡的地质力学模型。分析表明,千将坪滑坡为三峡水库水位上升与降雨联合诱发的水库新生型深层岩质滑坡,水库蓄水起主要和关键作用。

香根草植物篱对三峡库区坡耕地侵蚀分布的影响

为探究植物篱对坡耕地侵蚀分布的影响,设置1个坡度(15°)、3个降雨强度(60,90,120 mm/h)和3种坡面条件(裸坡对照CK、植物篱P和仅有植物篱根系R),采用稀土元素氧化物将坡面分成5段(自上而下),开展室内人工模拟降雨试验。结果表明:随着降雨强度的增加,各坡面条件示踪坡段的侵蚀速率和侵蚀量均有所增加,整体上均表现为CK>R>P的趋势,植物篱可以显著降低坡面各部位的侵蚀速率及其侵蚀量,且使得侵蚀产沙主要集中在坡中部的Ce、La和Yb 3个示踪区。与CK坡面条件相比,R与P坡面条件下Sm和Ce示踪坡段对总侵蚀量的平均贡献率分别减少77.15%,90.38%和30.01%,28.35%,而Yb、La和Eu示踪坡段对总侵蚀量的平均贡献率分别增加54.34%,35.39%和12.39%,40.58%以及101.45%,91.31%。研究结果表明,植物篱造成坡面下部侵蚀贡献减小而中上部侵蚀贡献增加,坡面侵蚀部位整体上移,对坡地侵蚀的空间分布有显著影响。

三峡库区典型岩溶岸坡危岩体失稳模式和长期稳定性分析

三峡库区地质环境复杂,受库水位升降作用影响岩溶岸坡消落区岩体劣化,加快了岸坡不稳定性发展。文章以三峡库区黄岩窝危岩体为研究对象,现场详查了消落带岩体劣化现象,计算了危岩体的长期稳定性数值。研究表明:黄岩窝危岩体存在垂直岩溶带和底部渗流带;底部渗流带处于消落带部位,存在软弱区和岩体劣化现象。考虑库水位和暴雨时岩溶水压岸坡稳定性系数为1.69,危岩体处于稳定状态。随着岩体劣化导致底部软弱区岩体参数不断下降,稳定性系数年均下降约0.01。预测在约57个周期性水位变动之后黄岩窝危岩体变为欠稳定状态,62个周期后发生失稳破坏。危岩体的破坏模式是顶部出现岩块倾倒崩落和底部软弱区贯通之后发生滑移的复合式破坏,与野外调查定性认识基本一致。研究结果对库区类似的地质灾害预警和防治有着重要的指导意义。

三峡库区兰陵溪滑坡形成机理及稳定分析

兰陵溪锚地是三峡坝上供载运易燃易爆危险货物船舶停泊的锚地之一,地处兰陵溪滑坡影响范围内,为评估滑坡对锚地的安全风险,对其进行致灾机理研究十分必要.本文利用滑坡变形监测数据、降雨量及库水位变化数据,运用Geo-Studio软件及MatDEM离散元软件,模拟分析了降雨及库水位下降不同工况对滑坡的影响,探讨了滑坡致灾机理及其稳定性.结果表明:该滑坡的破坏始发于坡脚,属于推移式滑坡,但随坡脚进一步破坏,带动滑坡坡体中、上部位产生变形,逐渐向牵引式滑坡转变.在不同降雨工况下,滑坡后缘都是受影响较大区域;而坡脚的变形破坏主要由库水位下降引起;中后段错动形成的多级平台及后缘张拉裂缝则与降雨和库水位密切相关.研究结论可为该滑坡的预报、预测提供参考,具有实际工程意义.