基于深度神经网络模型的雅安市滑坡易发性评价

准确的滑坡易发性评价结果是滑坡风险评估的基础,对防灾减灾工作有着重要的意义。文章以雅安市为研究区,在野外地质调查的基础上,选取高程、坡度、坡向、平面曲率、剖面曲率、地形湿度指数、泥沙输运指数、径流强度指数、归一化植被指数、年均降雨量、地震动峰值加速度、地形起伏度、距断层距离、地层岩性、距河流距离、距道路距离等16个因子,构建研究区滑坡易发性评价指标体系,采用度神经网深络(DNN)模型进行滑坡易发性评价,根据易发性指数将研究区划分为极高易发区(12.2%)、高易发区(7.0%)、中易发区(9.8%)、低易发区(17.0%)、极低易发区(54.1%)五个等级,并与人工神经网络(ANN)模型进行对比,用ROC曲线的AUC值进行精度检验。结果表明,DNN模型的评价精度AUC(0.99)大于ANN(0.96)模型。因此,相比ANN模型,DNN模型在该研究区有着更好的拟合能力和预测能力,滑坡极高和高易发区主要分布于雅安市人类工程活动强烈的低海拔地区,沿着道路和水系分布,距道路距离、高程、年均降雨量是影响雅安滑坡发育的主要影响因子。

兰州老狼沟黄土微地貌灾害链时空分布特征与危险性模拟研究

黄土洞穴和滑坡是黄土高原独特侵蚀作用下的微地貌景观,反映了地貌快速演化链式过程,具有分布广、发育密度高等特点,严重威胁了我国西北地区人居安全。本研究以老狼沟小流域为研究对象,利用现场调查、GIS空间分析、无人机测绘以及数值模拟等手段开展了黄土微地貌灾害链时空分布特征和危险性模拟研究。结果表明,老狼沟研究区内发育黄土洞穴、滑坡、浅沟的数量分别为134个、38个和81个,黄土洞穴密度约为159个/km2,占研究区总面积的1.88%。黄土洞穴多位于TWI高值的凹地形区域,呈线状展布排列,与浅沟发育密切。研究区2001~2021年五期核密度估计结果显示高密度中心均位于西侧斜坡,面积约为5.91×104m2,长轴、短轴、面积、高程、周长的空间集聚程度更高。黄土微地貌灾害链演化模式可以总结为原生地貌阶段、早期侵蚀阶段、加速侵蚀阶段、侵蚀贯通阶段、局部破坏阶段。洞穴环境加剧了水分入渗程度,更易引发滑坡发生。模拟结果显示潜在滑坡运动能够对阶地建筑物造成严重破坏,受灾面积约为2.02×104m2,滑坡运动过程为150 s,平均堆积厚度约为9.2 m,最大运动距离约为651 m。本研究是揭示黄土洞穴发育规律及其灾害链效应的有益探索和尝试,为黄土高原城镇防灾减灾提供参考。

基于DEM模拟的破碎对黄土滑坡动力学特征影响研究

为研究滑体破碎对黄土滑坡动力学过程的影响,基于PFC2D建立了一种考虑到黄土特殊结构的可破碎离散元滑坡模型,通过改变细观强度参数生成不同强度滑体,模拟不同破碎率下的滑坡发生过程,分析了破碎对滑坡速度、流动性和堆积特征等方面的影响,再现了党川8#滑坡从启动到停止全过程。结果表明:(1)滑体峰值速度与破碎率呈负相关,具体表现为:滑体最大运动速度随破碎率的增大呈幂函数减小。(2)破碎对滑坡流动性的促进作用可能存在某阈值点,使得当破碎率小于该值时,有效摩擦系数随破碎率的增大不显著降低,反之则迅速减小。(3)随着破碎程度的增加,滑坡堆积厚度减小,水平分布范围越广,分选降低,孔隙的分布趋于均一化,且最大堆积厚度的位置多位于地形低洼处。(4)党川8^(#)滑坡从失稳到停止运动总历时28 s,局部最大速度约17 m·s^(-1),最远滑动距离约195 m,破碎率达到19%。揭示了破碎对黄土滑坡动力学过程的影响,对黄土滑坡动力学研究具有一定参考价值。

基于CT扫描的黄土孔隙结构特征研究

孔隙特征作为反映黄土微观结构的重要特征之一,直接影响黄土的水敏性、渗透性和强度等物理力学性质。为了研究水力耦合作用下黄土微观孔隙结构特征,使用CT技术对天然原状、原状饱和与重塑黄土的初始结构以及不固结不排水剪切试验后的土体结构进行了扫描,通过建立黄土三维结构模型,分析了剪切试验前后孔隙结构的演变特征。结果表明:饱和与重塑作用使天然原状黄土的大孔隙减少,剪切作用使天然原状黄土和重塑黄土发生剪切破坏,原状饱和黄土发生压缩破坏,局部孔隙率增加。天然原状黄土与原状饱和黄土在剪切前后均表现为微孔和小孔数量较多,其孔隙倾角主要分布在50°~90°之间,解释了黄土亚稳态结构形成的主要原因。扰动作用使重塑黄土的孔隙尺寸分布均匀,且重塑黄土与原状饱和黄土在水力作用下更易失稳屈服。揭示了黄土剪切变形破坏的微观结构主要表现为粒间胶结物的溶解、孔隙的坍塌与填充以及颗粒旋转、破碎和滑移。试验结果可为黄土剪切强度降低和湿陷机理研究提供依据。

基于深度学习的CZ铁路康定—理塘段滑坡易发性评价

CZ铁路康定至理塘段地处青藏高原东部边缘,区域内地形地貌多变、地质构造复杂,滑坡灾害极其发育,严重威胁着CZ铁路康定至理塘段的规划建设和未来安全运行。因此,选取高程、坡向、平面曲率、剖面曲率、地形起伏度、地表切割度、地形湿度指数、归一化植被指数、岩性、距断层距离、距河流距离、距道路距离共计12个影响因子构建滑坡空间数据库,采用深度学习的卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)模型进行滑坡易发性评价,根据易发性指数将研究区划分为极高易发区(13.76%)、高易发区(14.00%)、中易发区(15.86%)、低易发区(18.17%)、极低易发区(38.21%)5个等级,并与人工神经网络(artificial neural network,ANN)模型进行对比。结果表明,CNN模型的评价精度AUC(0.87)大于ANN(0.84)模型,且极高易发区的频率比值高于ANN模型,CNN模型在本研究区有着更高的预测能力;极高和高易发区主要分布在水系较为发育的地区,沿着雅砻江和其他河流两侧2 km范围内呈带状分布。滑坡易发性评价结果较好地反映了研究区滑坡灾害发育的分布现状,能够为该区的CZ铁路建设和未来安全运行过程中的防灾减灾工作提供科学的依据。

冷再生技术在沥青路面养护中的应用

道路建设在我国经济快速发展的社会背景下迅速发展。但是,由于建筑技术、建筑机械和劳动力成本等原因,道路的日常使用可能会出现各种问题。因此,必须定期维护道路。对于公路维修和大中型维修公司而言,迫切需要采取有效的处理措施,因为由于工作时间长和道路损坏,很难进行正常维修。目前,现场沥青混凝土冷再生技术是最常用的养护技术,必须与道路养护作业的实际情况相结合,才能最大限度地利用合理和科学的养护方案。

陕西省志丹县黄土滑坡空间分布规律与形态特征研究

滑坡空间分布与形态特征能够反映滑坡发育程度,为区域内滑坡灾害防治提供依据.本研究以志丹县黄土滑坡为研究对象,基于GIS空间分析选取最邻近指数与核密度估计分析志丹县滑坡空间分布规律,通过统计分析的方法研究滑坡形态特征.结果表明,志丹县滑坡最邻近指数约为0.177,在空间上呈聚集型分布;核密度估计最大值出现在周河两岸的斜坡地带且呈带状分布,具有多个高密度聚集区域;滑坡面密度与点密度的计算结果分别为0.26%和0.19个/km^(2);滑坡坡度多集中于70°以上,坡向多集中于南和南东方向,坡高则集中于40 m以下的斜坡.通过聚类分析将研究区滑坡划分为不同类别的角度特征、高度特征、地质环境特征.

基于信息量和卷积神经网络的黄土高原滑坡易发性评价

黄土高原在地质环境与人类活动的复杂互馈作用下易导致黄土崩滑灾害频发,亟需选择适用性的影响因子和训练模型开展滑坡易发性评价研究.本研究以黄土高原为研究区,基于野外滑坡调查和资料收集,构建涵盖地形地貌、基础地质环境、气象水文、人类活动、土壤物理化学性质以及植被覆盖的评价体系,采用信息量模型(Ⅳ)分别联接到随机森林模型(RF)和卷积神经网络模型(CNN)构建耦合模型 Ⅳ-RF和 Ⅳ-CNN,开展滑坡易发性评价研究.结果表明,耦合模型(Ⅳ-RF、 Ⅳ-CNN)的精度均高于独立模型(RF、CNN),4种模型的AUC值分别为0.916、0.938、0.878、0.853, Ⅳ-CNN具有更强的预测能力和精度. Ⅳ-CNN模型的极高、高、中、低、极低易发性区域面积占比分别为8.78%、7.47%、15.34%、19.82%、47.87%,主要分布在黄土高原南部和东部地质环境复杂和人类活动强烈的山地、黄土梁峁地区.坡度、侵蚀类型、地貌类型、粘粒含量、距道路距离在贡献率分析中排在前5位,是影响滑坡发育的主控因子.本研究旨在为黄土高原滑坡灾害的预测和防治工作提供可靠的科学依据,为滑坡易发性评价研究深化建模思路,优化独立模型评价结果不确定性问题.

基于数值模拟的戈龙布滑坡‒堵江‒溃决洪水地质灾害链动力学过程重建

以全新世戈龙布古滑坡堵江溃决洪水地质灾害链为例,采用野外调查、PFC3D滑坡动力学数值模拟和HEC-RAS溃决洪水模拟,再现了该滑坡滑‒堵‒溃灾害链全过程.首先通过野外调查查明了该滑坡的特征,戈龙布滑坡总体积约7.92×10^(7)m^(3),主滑方向为NW335°,最大滑动距离为2.3 km,最大堆积厚度约150 m.利用离散元软件对该滑坡启动和堆积过程模拟,戈龙布滑坡滑动过程持续了103 s,最大速度可达57 m/s,且在滑动过程中呈现出破碎程度区域差异性的运动学特性;大部分颗粒在运动过程中保持了其原始的位置顺序,堆积体物质特点为单个颗粒与块体团簇共存,破碎作用较弱.滑坡堆积体面积约为1.8×10^(6)m^(2),鞍部高143 m,左岸、右岸高程分别为2030 m和2063 m.滑坡堵塞黄河形成的堰塞坝厚度达143 m,上游形成面积为128 km^(2)、库容为4.87×10^(9)m^(3)的堰塞湖.通过模拟不同溃坝程度(15%、25%、50%和75%)下洪水演进过程,溃口下泄流量在30 mins内迅速增大达到一个顶峰,然后呈缓速减小;溃口最大峰值流量分别为15137.9 m^(3)/s、52192.9 m^(3)/s、157375.5 m^(3)/s和326703.6 m^(3)/s,并分析了下游各断面的洪峰流量和水位特征.讨论了洪水演进与喇家遗址的关系,发现在25%溃坝时,溃口洪峰流量为52192.9 m^(3)/s,喇家遗址处水深为27.1 m;75%溃决时,到达二里头遗址的最大流量相当于黄河百年一遇洪水流量.研究结果对开展黄河上游古滑坡动力学过程和溃决洪水研究具有一定的参考.

基于环剪试验的黄土滑坡失稳机理研究

黄土滑坡启动变形受到外界因素影响显著,宏观上表现为累积位移-时间曲线呈不同形式增长特征。为了研究不同应力水平下黄土滑坡的剪切变形特性和变形机理,文中开展了不同剪应力条件和不同初始剪应力条件下的非饱和黄土环剪试验。试验结果表明:阶跃型滑坡变形过程中,衰减蠕变阶段的变形量呈现逐渐增加趋势,土体由衰减蠕变形态逐渐过渡到非衰减蠕变形态,在达到启动临界应力后呈现出突变状态,具有明显的"触变性"。直线型滑坡变形过程中,土体剪切位移速率和抗剪强度表现出明显的正速率效应;随着剪切位移增加,土体由应变软化特征逐渐转变为应变硬化。结合实例验证了滑坡始终处于"自我调整"状态,外界因素导致滑坡呈现出不同变形行为,试验结果可为黄土滑坡预测预报提供参考。