龙川县米贝村1^(#)泥石流灾害特征与运动过程

受区域气流影响,广东省龙川县在2019年6月10—13日出现持续强降雨天气,累计降雨量超过260 mm,从而引起全县发生大量滑坡、泥石流灾害。以米贝村1^(#)泥石流为研究对象,在野外调查认识基础上,结合Fluent数值分析对这类低山丘陵区的小型泥石流灾害运动特征展开研究。研究发现:米贝村1^(#)泥石流受沟床粗糙度、纵坡降、流向等因素影响,其流速具有动态变化特征,总体表现为先增大再减小的发展趋势,泥石流物质的变化对其运动速度有一定影响。在整个过程中最大流速可达9.77 m/s,平均速度为3.31 m/s,与实际调查结果相符。研究成果不仅可直接为米贝村重在区灾后工程防治提供指导,对于东南沿海相似地区的降雨型滑坡-泥石流灾害的研究具有借鉴作用。

基于时序InSAR技术的中贵天然气管道天水市段沿线滑坡隐患识别与形变分析

中贵天然气管道天水市段沿线地处黄土高原,地貌类型多样、构造活跃、复杂地质条件下发育多种具有隐蔽性和潜伏性的地质灾害,其中滑坡灾害对中贵天然气管道的安全危害极大,因此,对中贵天然气管道天水段沿线滑坡隐患进行有效识别与分析具有重要意义。采用Sentinel-1A升降轨卫星数据,基于时序合成孔径雷达干涉测量(synthetic aperture radar interferometry,InSAR)对中贵天然气天水段沿线滑坡隐患进行了解译识别、现场复核、发育特征与典型滑坡形变分析。研究区共识别17处滑坡隐患点,现场复核最终确定13处,其余4处为人类工程活动区,其中常沟村和磨峪沟村滑坡形变受降雨影响。统计发现研究区管道沿线滑坡多发生在坡度40°~50°,高差400~600 m,东北坡向和距管道100~150 m范围内,且岩土体强度较低,地层以第四系全新统冲洪积层(Q_(4)^(a1+p1))为主。结果表明:联合升降轨的时序InSAR技术可以有效识别管道沿线滑坡隐患,为油气管线的安全运营及今后油气管道选线提供重要的科学依据和参考。

四川省汉源县中海村滑坡特征与运动过程分析

受持续降雨影响,2020年8月21日凌晨,四川省汉源县中海村发生滑坡灾害导致人员伤亡。在详细现场调查和滑坡特征分析的基础上,采用MatDEM软件对滑坡运动过程进行了数值模拟分析,结果表明:中海村滑坡是发育在昔格达组地层的中型滑坡,持续降雨致使滑面强度劣化降低是滑坡的主要触发因素;滑坡运动过程可划分为启滑冲击、运动刮铲和堆积停止3个阶段,滑源区对冲击滑移区的二次冲击导致滑坡范围的进一步扩大;运动过程的重力势能总耗散量和摩擦热能增长量分别为8.141×10^(11) J和8.117×10^(11) J,滑坡重力势能主要转化为颗粒单元间的摩擦热能。研究成果对昔格达组半成岩地层的滑坡灾害防治具有重要意义。

残坡积粉质黏土遇水强度衰减机制及其稳定性评价模型优化

本文以大渡河某公路工程区残坡积粉质黏土为研究对象,通过一系列试验对其遇水后强度变化规律及衰减机制展开研究,并优化该类边坡稳定性评价模型。研究表明:随含水率提高,残坡积粉质黏土剪应力—剪切位移曲线由应变硬化型向应变软化型发展,而饱水后剪应力—剪切位移曲线基本保持为低缓的应变硬化型特征,抗剪强度呈现出持续衰减直至稳定的发展趋势。粉质黏土强度参数均随含水率提高而快速降低,黏聚力水敏感性强于内摩擦角,研究构建出黏聚力、内摩擦角与含水率的函数模型;以饱水24h为临界时间点构建强度参数与饱水时间的分段函数。受粉质黏土中黏土矿物与少量易溶矿物影响,遇水后土体内水解、化合、置换反应将导致细观结构损伤缺失,加之孔隙水对细小矿物颗粒的润滑、软化作用,综合导致摩擦强度、黏聚强度的降低,进而表现为粉质黏土力学强度衰减。以瑞典条分法为基础,结合粉质黏土在不同含水率、饱水时间条件下的强度变化函数规律,优化建立由非饱和至持续饱和状态下的稳定性评价过程模型。

多源遥感揭示白鹤滩库区五里坡滑坡蓄水期形变演化与复活机制

为揭示水电站蓄水期库岸滑坡形变演变趋势及复活机制,基于白鹤滩库区五里坡滑坡2021年1月—2022年8月共73景Sentinel-1影像,采用SBAS-InSAR技术提取蓄水期二维形变,并使用无人机航测技术对滑坡及次生灾害痕迹进行调查,此外利用GNSS位移实测数据对InSAR形变结果进行对比与补充,综合3种技术结果与库区水位实测数据、地质资料对五里坡滑坡进行精细化分析.结果表明:(1)五里坡滑坡形变与库区蓄水存在强相关性.在蓄水前无明显形变而在蓄水后一个月便发生可见形变,随着水位上涨,坡度方向InSAR形变速率最高达到-153 mm/a,雷达视线方向InSAR最大累积形变量达到121 mm,并表现为由下部形变逐渐带动上部形变的牵引式滑坡特征.结合水位实测数据与GNSS位移监测数据发现滑坡形变与蓄水期水位变化吻合度较高.(2)现场地质调查表明五里坡滑坡为上硬下软的反倾岩质边坡,且坡面岩体风化强烈,下部岩体容易受到库水作用软化发生压缩变形进而导致坡体沿风化层发生牵引式滑动.研究结果可为库岸滑坡蓄水期监测和防治提供科学依据.

白鹤滩库区蓄水前活动性滑坡InSAR早期识别研究——以葫芦口镇至象鼻岭段为例

白鹤滩水电站为我国仅次于三峡水电站的第二大水电站,库区葫芦口—象鼻岭库岸段居民点较多,库岸稳定问题是关注的重点。由于该库段受地形地貌、构造作用、复杂地层等影响,蓄水前可能存在现今正在发生微小变形且高位隐蔽的活动性滑坡,水库蓄水和运行期间,可能会进一步加剧此类滑坡变形,严重威胁周边居民生命财产安全,因此,蓄水前对该库段活动性滑坡进行有效识别与分析具有重要意义。本研究利用Sentinel-1A升降轨和ALOS-1升轨卫星,基于地形可视性的SBAS-InSAR(Small Baseline Subset-InSAR)技术对该重点库段的活动性滑坡进行了有效识别,共识别出27处活动性滑坡,野外验证最终确定23处,其中12处坡脚涉及蓄水位线。统计发现研究区活动性滑坡在10°~40°,坡向为东北、西北方向以及相对高差小于500 m条件下发育最多,大部分受断层控制,不受断层控制的滑坡灾害所处岩层强度较低。其研究成果有利于水库运行期间滑坡的预防与预警,整体技术流程与识别分析方法也可为今后复杂地形下的区域活动性滑坡识别与分析提供重要的参考依据。

西南山区大型水电工程库岸滑坡InSAR早期识别与监测研究进展

我国西南山区大型水电工程大量建设于金沙江、澜沧江、雅砻江流域,但是这些流域复杂的地层、岩性、构造、水文等地质条件导致水电工程库岸滑坡灾害分布广泛,多发频发。合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术凭借其覆盖范围广、监测精度高、不受云雾遮挡等特点为水电工程库岸滑坡早期识别与监测带来了新的机遇,在近年来得到水电工程建设及库岸地质灾害防治相关领域的极大重视。基于此,对西南山区大型水电工程库岸滑坡InSAR早期识别与监测的应用概况进行了梳理,从研究时间、研究内容、研究对象等多角度进行了分析;对水电工程库岸滑坡InSAR早期识别与监测技术的研究现状、研究热点进行了归纳与总结,揭示了以白鹤滩水电站为里程碑,水电工程库岸滑坡早期识别与监测目前已开始进入InSAR技术应用与研究的爆发阶段;最后,探讨了水电工程全生命周期(蓄水前阶段、蓄水阶段、蓄水后阶段)对InSAR技术的不同应用需求与算法适用性。随着SAR数据质量提升与算法进步,InSAR技术必将常规化地参与到水电工程全生命周期库岸滑坡的识别与监测工作中,为水电工程库岸滑坡的早期识别、监测预警、触发机理研究及灾害防治等提供重要支撑,提升我国水电工程库岸滑坡地质灾害防治能力。

基于随机森林回归分析的岩体结构面粗糙度研究

岩体结构面粗糙度系数是快速估算结构面峰值抗剪强度的重要参数。但是结构面轮廓曲线复杂,单一统计参数无法量化表征粗糙度。为解决这一问题,收集了112条结构面轮廓曲线起伏角、起伏度、迹线长度3方面的8项统计参数,利用随机森林回归模型交叉验证的方法评估统计参数的重要性。结果表明:最大起伏度、起伏高度标准偏差、平均起伏角、起伏角标准差、平均相对起伏度及粗糙度剖面指数等6项统计参数重要性占比达到93.2%,且回归拟合系数趋于平稳,基于重要性评估结果建立最优超参数决策树数目(ntree)为400、参与节点分割的数目(mtry)为2的随机森林回归模型,模型预测结果拟合优度高达98.1%。与基于坡度均方根、结构函数及粗糙度剖面指数等传统线性回归结果对比,随机森林回归模型结果精度更高,误差更小,拟合优度提高6%以上,表明随机森林回归模型更适用于结构面粗糙度反演。

白鹤滩库区象鼻岭—野猪塘段地质灾害综合遥感识别

在蓄水前查清库岸地质灾害数量和位置是大型水库区地质灾害防治的重要工作之一,人工或单一技术手段的调查方式往往会遗漏许多地质灾害。采用合成孔径雷达干涉测量(Interferometry Synthetic Aperture Radar, InSAR)和无人机光学遥感技术对白鹤滩库区象鼻岭—野猪塘段崩滑库岸地质灾害进行了综合遥感识别工作。通过对识别结果的复核和综合分析,结果表明:(1)通过综合遥感技术识别地质灾害114处,其中无人机光学遥感和InSAR技术分别识别89处、39处,相比人工排查新增72处;(2)通过联合升降轨影像的方法有利于改善SAR数据的几何畸变效应,增加SAR可视性区域面积,提高地质灾害识别成果的有效性;(3)对于新近发生缓慢变形地质灾害可以通过InSAR技术识别,限于光学影像精度和时效性则难以通过光学遥感识别;(4)过去发生变形的地质灾害可从无人机光学遥感和InSAR识别其宏细观特征,对于SAR数据周期内出现可探测形变,亦可同时被InSAR技术识别;(5)对于面积较大的地质灾害,InSAR技术和光学遥感手段均能有效识别,限于数据精度,InSAR技术对于较小面积的地质灾害难以有效识别。利用InSAR与无人机光学遥感等技术开展地质灾害综合遥感识别,可以获得地质灾害的地表变形信息,了解地质灾害的特征要素信息,克服星载光学遥感解译的局限性,有效避免高山峡谷地区人工或单一技术方法地质灾害识别遗漏。

多期地震作用的台阶式顺层岩质边坡震裂破坏机制

高烈度区斜坡震裂变形体广泛存在,为理清台阶式顺层岩质边坡在多期地震作用下的震裂破坏机制,以三清高速路堑斜坡为原型,开展大型振动台试验。引入加速度放大系数比(ratio of acceleration amplification factor,RAAF)研究不同台阶位置加速度动力响应差异性,利用希尔伯特−黄变换和边际谱识别边坡震裂累积损伤及失稳破坏过程,结合边坡失稳破坏现象阐明台阶式边坡震裂破坏机制。结果表明:边坡具有高程放大效应,加速度放大系数随输入地震波峰值增加呈现先增加再降低的趋势。RAAF在输入地震波峰值为0.6g前后出现正负突变,表明输入地震波峰值为0.6g是改变两种类型边坡动力响应差异性的“临界值”。多期地震作用下,希尔伯特谱低频部分减小,高频部分增加,岩体和夹层表现出滤波作用。水平地震作用下,台阶阴角极易产生动拉应力集中,造成阴角处被拉裂。不均匀台阶宽度边坡的渐进破坏过程为第2级台阶首先出现拉裂缝→上部岩层沿软弱夹层滑动→坡顶后缘拉裂→第1级台阶拉裂并脱离坡体。均匀台阶宽度边坡各级台阶阴角均出现拉裂缝,边坡未出现明显滑动面。模型试验揭示了台阶式岩质边坡的震裂破坏机制,针对勘察设计和施工应加强各级台阶阴角变形量的监测,阴角处可做圆弧处理降低应力集中现象。坡脚处可设置抗滑桩,提高边坡出现震裂破坏的阈值,增强边坡稳定性。

缓倾角层状高边坡变形破坏机制物理模拟研究

针对某高速公路缓倾角顺层岩质高边坡滑坡,为了研究其变形破坏机制,尤其是岩层缓倾坡内和缓倾坡外两种情况下的异同,通过野外实际调查和论证,在对该滑坡形态、结构及变形破坏特征进行详细研究的基础上,选取其主剖面,并恢复其滑动破坏前的近似坡面情形,利用物理模拟研究方法中的底摩擦试验,分岩层缓倾坡外和缓倾坡内两种情况,再现了该边坡变形破坏的全过程,并对不同阶段的变形及最终破坏机制进行了深入分析。认为岩层缓倾坡外时边坡属滑移—压致拉裂型破坏,层间错动明显;岩层缓倾坡内时边坡基本处于稳定状态,无明显层间错动。

降雨及库水升降作用下地下水浸润线简化求解

降雨及库水的升降作用对边坡中地下水位的波动有直接影响,对此目前还没有较好的简便评价方法。为此,根据布西涅斯克潜水非稳定运动的基本微分方程,依据一定假设条件,通过拉普拉斯正变换和逆变换,求得了降雨及库水升降作用下土质岸坡坡体内浸润线预测的简化公式。该公式考虑了渗透系数、升降速度、给水度、含水层厚度、水位变幅及降雨强度的影响。同时,利用3D-Modflow程序进行了验证分析,结果显示该公式是可行的。

金沙江“10·11”白格特大型滑坡形成机制及发展趋势初步分析

2018年10月11日,西藏昌都市江达县波罗乡白格村发生大规模滑坡,约有3165×104m3的山体高速冲入金沙江形成堰塞坝,13日9时堰塞坝体被自然泄流冲开,堰塞湖威胁解除。11月3日,在时隔短短23 d后,该滑坡后缘约215×104m3高位滑体再次发生滑动破坏,高速运动的滑体沿途铲刮坡体并冲入金沙江,再次形成堰塞坝。现场调查研究得出白格滑坡主要是受其后缘逆冲分支断层f2(不整合接触面)控制,并在长期重力卸荷、降雨和地下水的反复浸润作用影响下,最终整体失稳破坏。通过对滑坡演化过程分析得出,其变形破坏过程可分为5个阶段,即:后缘蠕滑和沉降下错阶段(Ⅰ)、坡体裂缝发展、贯通阶段(Ⅱ)、整体启动"锁固端"剪断阶段(Ⅲ)、高速凌空滑跃阶段(Ⅳ)、碰撞、破碎、堆积成坝阶段(Ⅴ)。一期变形破坏机制模式可归结为蠕滑-下错-剪断-滑跃式,破坏方式表现为推移式,后期临空条件较好,破坏将以牵引式为主。在此基础上,结合残留强变形区块(K1、K2、K3)及其周边影响区形貌特征和变形迹象,对其变形破坏特征和发展趋势进行了预测分析,认为后期强变形区总体将以渐进解体方式破坏为主。

台风暴雨矿渣型泥石流形成机制与动力特征——以兴宁乌石坑沟泥石流为例

受台风“尤特”登陆影响,台风暴雨直接激发兴宁乌石坑沟特大矿渣型泥石流灾害,物源巨大,潜在危害极大。笔者等通过现场调绘及室内试验,对本次泥石流的形成机制及动力特征进行研究,旨在为此类泥石流致灾机理及危害性评价提供借鉴。研究表明,其独特的流域地形特点为泥石流形成的基本因素,以沟道堆积物为主的丰富矿渣型物源是基础条件,高强度的台风暴雨是直接激发因素,与矿山开采、矿渣随意堆放等人为因素共同作用扩大了灾害规模。泥石流形成过程与动力特征为前期强降雨—崩滑碎屑流—矿渣型泥石流—台风暴雨—沟道堵塞雍高—溃决、规模放大。

斜坡震裂变形力学机制初探

为了深入分析斜坡在地震中的震裂变形破坏形成机制,结合5.12汶川大地震造成的斜坡震裂变形和破坏现象的详细调查,采用有限元数值分析和振动台模拟实验相结合的研究方法,对单面和双面斜坡震裂变形的力学机制进行初步分析,认为地震中地震波的作用,将使坡体应力场出现重大变化,坡体尤其是坡面上将出现量值和方向不断调整变化的反复拉剪作用,是坡体(面)震裂变形甚至破坏的重要原因。分析还认为,拉剪作用有3种表现形式,即初动拉剪加速破裂效应、重复拉剪破坏效应和双坡共剪破裂效应,并结合实例对3种破坏效应进行分析。研究成果为预测震裂斜坡破坏提供了有力参考,也为灾后重建和防灾减灾提供了有力依据。

斜坡填筑路堤变形破坏物理模拟研究

在斜坡上填筑路堤是山区公路建设中常见的一种路基模式,而大量路基变形破坏也往往与这种填筑模式有关,尤其是斜坡高填方路基,因此,研究其变形破坏意义重大。根据108国道某段斜坡路堤实际填筑情况,并结合西部山区公路建设中斜坡填筑路堤常见的破坏模式,利用物理模拟研究中的底摩擦试验方法,对在基岩斜坡上填筑路堤时所产生的几种不均匀沉降模式及其对路面结构的影响等演变过程和力学机制进行系统性和一般性的研究分析,获得多方面的认识。如填筑体坡脚往往是最易破坏的薄弱环节;随下伏基岩坡度的增大,填筑体下滑趋势、变形破坏与应力集中程度等都明显增强等。此外,为验证物理模拟试验结果的可靠性,采用有限元方法,从力学方面进行对比分析,结果显示,二者具有很好的一致性。

大光包滑坡滑带碎裂岩体原位钻孔剪切试验研究

安县大光包滑坡是汶川地震触发的最大规模滑坡,滑坡南侧暴露长约1.8 km顺层滑带,其岩体高度碎裂化,引起广泛关注。为准确评价滑带碎裂岩体的强度参数,笔者在前人研究的基础上开展了细致的野外调查工作,采用法国Phicometre岩土两用原位钻孔剪切试验仪对大光包滑坡滑带碎裂岩体进行了原位剪切试验。将试验结果与Hoek–Brown岩体强度准则估值和基于工程地质类比法的力学参数建议值进行了对比分析。基于以上研究,提出了大光包滑坡南侧顺层滑带碎裂岩体力学参数建议值:内聚力为245~480 k Pa,内摩擦角为25.0°~26.5°。

复杂巨型滑坡形成机制三维离散元模拟分析

滑坡位于金沙江下游某拟建的大型水电站库区左岸,距坝址较近,总体积约为2560万m3,属特大型滑坡,其稳定与否将直接威胁到大坝安全和水库正常运营。由于滑坡成因复杂,对其进行合理评价和科学预测尚有困难。为此,结合野外详细勘查资料的分析,对其形成机制进行了定性分析,认为主要以滑移-弯曲型为主,局部可能存在滑移-拉裂或蠕滑-拉裂变形。在此基础上,运用三维离散元数值模拟分析方法,再现了其变形破坏演化过程,进一步证实了其滑移-弯曲型变形破坏机制,很好地解释了主滑带低于现今河床、主滑体南侧边界比较模糊等原因,从而为其发展演化趋势、稳定性和危害性评价提供了有力依据。

基于SBAS-InSAR技术的金沙江流域沃达村巨型老滑坡形变分析

近年来突发性高位滑塌灾害日益频发,造成恶劣影响。这类地质灾害调查难度高、隐蔽性强,单靠群测群防和地质调查难以解决灾害的防治问题。随着雷达遥感卫星数据质量的不断提升,合成孔径干涉雷达测量(InSAR)中的SBAS-InSAR技术为特大型老滑坡灾前形变探测提供了新的技术途径。利用SBAS-InSAR技术对金沙江流域沃达村滑坡进行地表形变监测,获取了2017年3月30日至2019年9月28日内的形变结果,划定了强烈形变区(Ⅰ雷达)、均匀形变区(Ⅱ雷达),分析了滑坡复活区整体和局部滑塌地表形变速率、累积位移变化趋势和主裂缝形变情况。同时实地进行了工程地质调查和复核,发现老滑坡复活区变形迹象与SBAS-InSAR技术解译成果有着较好的一致性。表明SBAS-InSAR技术在复杂山区地质灾害监测预警领域有较为广阔的应用前景,为类似老滑坡监测预警提供了新的思路与借鉴。

震裂斜坡形成机理及变形破坏模式研究

震裂斜坡是强震作用下形成的一类分布范围广、震裂变形严重、潜在危害大的次生地质灾害,为了深入系统地分析其震裂机理及变形破坏机制模式,本文结合"5.12"汶川大地震造成的震裂斜坡及其破坏现象的详细调查,在对强震中的地震波效应深入分析的基础上,以双面斜坡为例,首先对震裂变形的力学机理进行了系统分析。认为强震中的体波效应将导致斜坡体处于量值和方向不断变化的拉-剪应力和反压应力的交替作用之下,其形成的拉-剪破裂效应和潜在的楔劈效应是斜坡震裂变形的重要力学因素之一。同时,面波效应将导致坡体表面处于鼓胀拉力和扭力的作用之下,是坡体表部整体震裂破碎甚至破坏的另一重要力学因素。二者共同作用均使坡体应力场处于不断的动态变化过程中,坡体(面)震裂变形甚至破坏更为严重。在此基础上,对强震中斜坡变形破坏的机制模式进行了归纳,认为主要有四种表现形式,即旋转-拉裂型、旋转-剪滑型、鼓胀-拉裂型和滑移-拉裂型。研究成果为震裂斜坡稳定性分析以及灾后重建和防灾减灾提供了有力参考。