矿山采空区边坡动态稳定性评价方法

矿山边坡因采空区沉降引发的斜面岩土体崩塌破坏,是一种破坏力极强的地质灾害.由于传统的稳定性评价方法未考虑采空区沉降造成的应力场变异,难以实现矿山边坡的动态稳定性评价,因而在矿山地质灾害预警预防方面存在诸多限制.基于此,本研究针对矿山采空区滑坡的成因机制,建立了一套适用于矿山边坡的动态稳定性评价方法.首先通过构建采空区沉降分析模型,计算采空区上方岩体的沉降范围及其产生的冲击作用力,分析沉降对坡体应力场的影响,并在此基础上对传统不平衡推力法进行修正.案例分析结果显示,传统方法未考虑采空区沉降作用和锁固段的破坏情况,导致稳定性系数计算偏大,为1.355.而改进方法通过考虑采空区沉降信息,计算得出锁固段稳定性系数为0.667,整体稳定性系数为0.979,与矿山采空区边坡实际破坏情况一致.当沉降位移比(SHDR)大于0.73时,采空区边坡稳定性会发生明显变异,因而会在相对安全的工况下发生失稳破坏.改进方法通过考虑采空区沉降作用和锁固段的破坏情况,可以更好地实现矿山边坡稳定性的评价,为矿区更好地应对类似地质灾害提供有效参考.

黄土地区沟谷型泥流单沟及区域预警

[目的]提出黄土地区沟谷型泥流的单沟及区域预警模型,为黄土地区泥流预警提供参考。[方法]通过收集文献资料,对泥流形成的降雨条件、地形条件、地质条件数据进行了分析,采用通用泥石流预警方法演变的泥流预警模型对黄土部分地区泥流进行了单沟及区域预警,并与基于临界降雨强度的预警方法对比。[结果]单沟预警中,泥流预警模型对黄土地区47次泥流事件进行预警的成功率约90%;区域预警中,泥流预警模型对西峰区、镇原县及延安市进行预警的成功率接近100%;利用综合降雨临界值对黄土地区泥流进行简便降雨预警的成功率约90%。[结论]采用泥流预警模型对黄土地区泥流进行单沟及区域预警相比于其他研究中基于临界降雨强度的预警方法考虑因素更全面,有更高的准确率,预警结果更细致。

基于信息量模型的黑山峡地区滑坡易发性风险评价

滑坡是黄河黑山峡地区的主要地质灾害之一,在黑山峡水利枢纽建设前期工作中开展黑山峡地区滑坡易发性评价显得尤为必要。基于黑山峡地区地质条件、气候、人类活动等调查资料,选取高程、坡度、曲率、地层岩性、与断层的距离、与水系的距离、NDVI(归一化差分植被指数)、与道路的距离、降水量9个因子作为滑坡易发性评价指标,采用信息量模型进行滑坡易发性评价,通过对各因子的分级权重进行计算,得到滑坡易发性信息量值;通过对滑坡易发性信息量进行叠加与分区,绘制黑山峡地区滑坡易发性分区图,确定危险区域。结果表明:黑山峡地区滑坡灾害极高易发区位于东北部中卫市沙坡头区、南部靖远县以及主要河流与道路沿线,这些地区地层岩性较软弱,大多为砂、黄土等,在河流冲积与人类活动的影响下极易发生地表斜坡失稳。

湖南省地震灾害风险评估研究

基于最新的地震潜在震源划分成果,该研究对湖南省在不同超越概率水平下的地震危险性进行了分析,并将其作为地震灾害风险评估的关键地震作用输入。通过对湖南省各地区典型建筑典型房屋建筑物进行抽样调查,修正了区域建筑物群体的易损性,结合房屋、人口和GDP等关键承灾体数据,对全省地震灾害风险可能引发的人员死亡和直接经济损失进行了初步评估。结果表明,除常德等局部地区外,湖南省整体地震危险性相对较低。然而,由于建筑物的抗震能力普遍不足,地震可能带来的人员伤亡和经济损失仍需引起关注。特别是在基本设防烈度下,某些局部地区的人员死亡和经济损失尤为严重,呈现出“中等地震引发重大灾害”的不利局面。

基于随机场理论的反倾斜坡变形演化特征研究

基于改进颗粒流的数值模拟方法,建立反倾斜坡土体参数的空间变异性模型,研究土体参数空间变异性对反倾斜坡变形演化过程的影响,对比分析确定性反倾斜坡变形演化和随机场理论反倾斜坡变形演化特征。结果表明:反倾斜坡变形演化分为坡脚初始剪切破坏、剪断面贯通坡体、倾倒破坏起始3个关键节点;土体参数的空间变异性导致反倾斜坡的破坏速度增加,坡脚裂缝和剪断面贯通速度加快;土体参数的空间变异性还使反倾斜坡的前缘和后缘破坏深度增加,而对剪切破坏面与节理面法向夹角、后缘张拉角的影响较小。

基于时序InSAR技术的常州市地表形变监测与影响因素分析

地面沉降是常州市的主要地质灾害之一,为了准确掌握地面沉降动态,确保区域可持续发展,利用时序InSAR技术监测常州主城区地表形变,并对其影响因素进行分析。文中采用长短基线组合的方式对2016年1月—2022年12月的186景Sentinel-1A SAR影像进行干涉测量处理,从而生成形变时间序列,并通过相位闭合环误差检测筛选高质量干涉对、使用通用型大气改正在线服务(GACOS)进行大气延迟误差改正,获取常州市主城区2016—2022年地面沉降信息,结果与同期水准数据一致,均方根误差为2.5 mm;再结合地质条件和地下水资料对影响地表形变的因素进行分析,结果表明常州市主城区地面沉降形势总体趋于稳定,仅在邹区镇西侧、武进区南部前黄礼嘉一带局部地区存在沉降现象,而中心城区地面形变总体抬升趋势。

诱发台风暴雨型滑坡的降雨阈值研究——以泰顺县为例

在我国东南沿海地区,台风暴雨诱发了大量山体滑坡。建立诱发台风暴雨型滑坡的降雨阈值模型,可为该地区的滑坡预警提供参考依据。基于浙江省泰顺县2007—2022年以来发生的滑坡信息和日降雨量数据,进行了诱发滑坡的台风暴雨事件编目,初步揭示了台风暴雨型滑坡的发育规律和触发降雨特征,通过降雨强度(I)、降雨历时(D)的幂律关系构建了滑坡临界降雨阈值模型,并开展了不同台风降雨雨型的阈值模型对比。结果表明:台风暴雨型滑坡大量发生在与台风登陆方向接近的迎风坡,坡表植被多为乔木和竹林;诱发滑坡的台风降雨一般持续2~3 d,且降雨过程集中,降雨雨型以单峰型为主,总降雨量一般在200 mm以上;台风暴雨诱发滑坡的降雨阈值显著高于一般性的降雨,这种差异与台风降雨模式及大尺度气候环境有关;雨型也会显著影响降雨阈值,随着降雨峰值的后移,阈值逐渐降低,表明台风暴雨型滑坡对长时间降雨后出现的强降雨事件更加敏感。通过降雨阈值模型对9次台风降雨事件是否诱发滑坡进行了预测,预测结果与实际情况比较吻合,证明该模型及研究思路对台汛期东南沿海的滑坡监测预警有较强的参考价值。

基于SBAS-InSAR技术的黄河上游库坝群段滑坡识别及监测分析

黄河上游库坝群段地质条件复杂,发育多处大型滑坡。该研究以黄河上游龙羊峡—盐锅峡段为研究区,基于地质条件调查、历史滑坡数据及遥感资料,选取2018—2021年80余景SENTTINEL-1A卫星数据,通过SBAS-InSAR监测雷达视线方向的地表形变速率,并将其转为沿斜坡方向形变速率。据此识别出57处缓慢变形的大型滑坡,并通过对变形速率的核密度分析,确定了形变集中区域。ROC曲线显示,这些区域与历史滑坡分布高度一致。在此基础上,以龙羊峡库区白刺滩典型滑坡为例,选取典型剖面及形变点,分析了时序形变与降雨量和水库水位变化相关关系。结果表明,白刺滩滑坡受到降雨和库水位变化影响显著,尤其是滑坡前缘形变序列与降雨量及库水位变化具有较强相关性。

高位远程地质灾害研究:回顾与展望

在全球范围内,高位远程地质灾害造成了多起群死群伤事件和特大经济损失,是特大型地质灾害防灾减灾科技攻关的难点。文章系统回顾了高位远程地质灾害的研究历程,认为常规的“高速远程滑坡”研究难以适应高山、极高山区复合型地质灾害防灾减灾的要求,提出了从高位失稳、远程成灾和风险防控全链条的高位远程地质灾害研究思路,探讨了高位崩滑启动源区的易灾地质结构特征和早期识别技术、高速碎屑流远程链动机理和边界层效应以及风险评估和防灾减灾问题。通过对青藏高原高山、极高山区的高位远程地质灾害研究,揭示了高位滑坡碎屑流势流体链动传递机理,以及紊流体和犁切体的边界层效应,提出可以通过改造高势能碎屑流体的边界层底坡、增大湍流边界层内湍动能的生成与组合障桩前死区范围的消能降险方法。最后,针对铁路、公路、水电工程、边疆城镇和国防建设的发展,讨论了复合型高位远程滑坡灾害的防灾减灾将面临的新挑战,提出了易灾地质结构孕灾机理、高位远程链灾动力过程和风险防控理论与技术等3方面亟待加强的研究方向。

岩崩坡面撞击碎裂特征离散元模拟

岩崩坡面撞击破碎是运动轨迹难以预测的重要原因,其中坡体几何特征是影响破碎块体运动变化特征的关键因素。为了研究岩崩撞击破碎过程及坡体几何特征对岩崩块体运动特征的影响,利用离散单元法(PFC^(2D))模拟技术,通过统计典型岩崩灾害点岩体结构与坡体几何特征,建立了岩崩自由落体-撞击破碎-运动堆积模型,剖析了在不同坠落高度、撞击角度条件下岩崩坡面撞击碎裂过程,获得了块体运动速度、裂纹数量和冲击力变化曲线,同时采用双参数Weibull分布对碎裂块体破碎程度进行了描述。实验结果表明:破裂过程分为接触-解体、挤压-碎裂及独立运动3个阶段;岩体碎裂由撞击点开始,沿结构面先出现解体,再产生新断裂面的岩石破碎;块体速度、裂纹数量和冲击力的骤变均发生在接触-解体与挤压-碎裂阶段,块体速度骤降,呈现出“阶梯效应”,冲击力骤升,表现为“双峰现象”,同时随着坠落高度增加或撞击角度减小,“阶梯效应”与“双峰现象”更为明显;同一撞击角度条件下,坠落高度的增加使得撞击动能增加,进而增大了破碎程度,导致粒径分布范围与特征粒径尺寸的减小;同一坠落高度下,撞击角度的增加,意味着接触面积的减小,进而降低了破碎程度,导致粒径分布范围与特征粒径尺寸的增大。研究成果对揭示岩崩坡面撞击碎裂机理及预测块体运动轨迹提供了技术支撑。

地质灾害易发性评价方法综述

我国地形地质条件复杂,地质灾害多发,人类各类工程地质活动加剧了地质灾害的发生与发展.地质灾害预防与管理工作是保障人民生命与财产安全的前提与基础.地质灾害易发性评价是地质灾害危险性评价和风险评价的前提,也是地质灾害区划和防治工作的基础.本文基于国内外地质灾害易发性的相关研究,对地质灾害易发性概念、评价指标体系、权重计算方法和易发性评价模型进行分析总结,并指出了地质灾害易发性评价中亟待解决的主要问题.

基于SBAS-InSAR和光学遥感的天津市北部山区潜在滑坡识别研究

以天津市北部山区为研究对象,开展潜在滑坡识别研究,利用差分干涉测量短基线集时序分析技术(SBAS-InSAR)处理2018-01—2022-08的56景Sentinel-1A数据,并结合2018—2022年的Landsat8光学遥感影像,分析形变与光学遥感影像特征以及NDVI,筛选出潜在滑坡区域。研究结果表明:基于SBAS-InSAR技术识别的天津北部山区的形变较大区域有20处,使用光学遥感影像结合各发育环境要素进行处理确定的区域有19处,其中5处经两种技术确认为滑坡隐患,通过对该5处沉降信息进行识别分析,该5处区域最大年形变速率可达-12 mm/a,需要进行重点监测预警,使用两种技术结合对滑坡隐患区域进行识别可以有效地提高识别准确度,为天津北部山区灾害监测提供新的方式。

西南山区高陡岩质边坡破坏模式及路径分析——以博瓦水电站左岸边坡为例

西南地区由于其丰富的水能资源储备,已成为我国水电站建设最为集中的区域。为了解决高山峡谷区修建水电站时开挖引起的高陡岩质边坡问题,以博瓦水电站左岸边坡3号危岩体为研究对象,结合无人机三维建模手段,采用赤平投影法和极限平衡法分别从定性和定量角度论述了该危岩体的变形破坏模式及路径,并借助数值模拟手段完成结果分析和验证。结果表明:3号危岩体的破坏主要受两侧优势结构面控制,属多级、多次的楔形体破坏模式,其在天然工况下较为稳定,但在暴雨、地震等极端工况下可能发生破坏;数值分析结果则表现出“先滑移后倾倒”的破坏形式,为理论分析提供支撑。研究成果对类似的高陡水电岩质边坡破坏及防治问题提供了一定的科学参考和工程经验。

基于概率模型的四川省降水诱发地质灾害风险预警方法研究

开展降水诱发地质灾害风险预警是降低地质灾害风险的重要手段之一。基于2008-2019年四川省地质灾害历史灾情数据,在地理分区基础上,以地形、岩土、植被、气候因子为区划评价因子,采用信息量模型,将四川省划分为7个地质灾害分区。以正态化处理后的地质灾害有效降水量为建模因子,采用高斯拟合方法,建立各分区降水诱发地质灾害概率模型,并进行地质灾害预警检验。结果表明:(1)四川省可划分为盆地及盆周山区低易发区、中等易发区、高易发区,西南山地次易发区、易发区,川西高原次易发区、易发区等7个地质灾害分区。(2)ROC(Receiver Operating Characteristic)曲线分析表明,盆地及盆周山区的地质灾害分区精度略低于西南山地区和川西高原区的分区精度。(3)各分区正态化处理后的有效降水量与地质灾害频率具有很好的高斯分布关系。(4)建立的降水诱发地质灾害概率模型的地质灾害预警成功率为72%,当日降水量≥10 mm时,地质灾害预警成功率为83%。

崩塌滑坡-堰塞湖-溃决洪水-泥石流灾害链演化特征分析及防治对策研究

某沟谷两岸坡面陡峻,沟谷狭窄,纵坡降较大,在地震、降雨等不利因素影响下,其左岸堆积体上方的崩滑堵沟隐患点可能出现失稳,并发展为崩塌滑坡-堰塞湖-溃决洪水-泥石流灾害链。针对此灾害链不同阶段的演化特征,采用相应的数值模拟模型和数值计算方法进行模拟分析和计算,评价其对沟口桥梁工程的影响,并采取相应的防治对策。经分析计算,崩塌滑坡隐患点距沟底高程落差约1 km,岩体体积约8×10^(6)m^(3),平均厚度约26 m,崩塌滑坡堵河可形成最大水深为14.4 m、面积约为7.19×10^(4)m^(2)、方量约为2.74×10^(5)m^(3)的堰塞湖;堰塞湖溃决形成洪水过程中,桥梁处最大水深为4.43 m(不含原始水位),最大流速为7.54 m/s,峰值流量为807 m^(3)/s;在溃决洪水强烈揭底冲刷和侵蚀的条件下,溃决洪水引发的泥石流在桥梁处的最大水深为7.1 m、最大流速为8 m/s、峰值流量为1685.5 m^(3)/s、最大冲刷深度为16.58 m。为减少该灾害链对桥梁工程的影响,采取河道疏通、岸坡防护和监测预警等防治措施。

砂砾土渗流侵蚀中细粒迁移-沉积-滤通的物理水力临界条件

细粒迁移机制是理解砂砾土渗流侵蚀过程的基础与关键,对研究砂砾土斜坡雨水侵蚀过程的细观致灾机制具有重要意义。目前其运移模式及运移状态发生转变的临界条件并不清晰,不同物理水力条件下的细粒运动类型有所不同。为掌握砂砾土侵蚀过程中细粒的整体运动类型及其发生改变的临界条件,采用可视圆柱入渗试验和离散元数值模拟,分析了细粒迁移的影响因素和内部机理。结果表明:(1)细粒迁移受级配和水力梯度影响显著,而受初始孔隙率影响不显著,且级配的影响大于水力梯度;(2)水力作用下细粒整体运动状态可分为沉积和滤通2种模式,内部结构不稳定的砂砾土细粒运动处于滤通状态,内部结构稳定和稳定性过渡型砂砾土随水力梯度升高细粒的运动状态从整体沉积转变为整体滤通;i=3.4-(3)细粒运动状态在粒径比和水力梯度共同作用下存在明显界限,最终得到细粒沉积-滤通转变的临界条件为0.12e(D15/d85)/1.5。研究可为砂砾土斜坡渗蚀失稳防护提供理论指导。

基于无人机3D点云的高陡斜坡岩体结构特征

岩体结构控制着岩质斜坡的变形破坏模式,但传统的结构面信息调查方法存在危险性高、难度大的缺陷。为安全、高效地获取斜坡岩体结构信息,利用无人机摄影技术开展高陡岩质斜坡的测量,构建斜坡岩体的3D点云模型,识别结构面的产状、间距、迹长等岩体结构信息。对湖北秭归卡门子湾滑坡区调查验证,斜坡共发育6组优势结构面,平均间距为0.46~1.01 m,平均迹长为0.82~12.57 m;无人机3D点云获取的岩体结构信息精度满足要求,方法高效、可行;获得的岩体结构信息为斜坡岩体结构模型建立和稳定性评价等工作提供了可靠的数据基础。

基于试验模拟的滑坡泥石流灾害链风险监测预警

[目的]开展以元阳梯田滑坡泥石流地质灾害链为基础的风险监测预警研究,为改善降雨诱发型滑坡泥石流灾害链的预警精度,提高防灾减灾工作针对性提供科学依据。[方法]采用降雨模型模拟试验来探讨元阳梯田滑坡—泥石流灾害链破坏过程,通过对降雨量、体积含水率和坡体变形破坏过程进行实时监测,分析不同降雨条件下灾害链风险预警阈值。试验设置长时间中雨(50 mm/h)、长时间暴雨(120 mm/h)、循环间歇暴雨和干旱突发型暴雨4种降雨工况。[结果]在降雨持续作用下,灾害链发展过程为:地表冲刷、蠕滑、快速滑动、泥石流运移及运移结束。坡体破坏最先从左侧坡脚开始,右侧坡脚稍后。不同降雨工况下坡体破坏形式不同:暴雨工况下坡体中部会产生一条横向裂缝,而形成上下两个滑块;中雨工况下坡体则陆续形成多个滑块;干旱突发暴雨工况下泥石流形成时间最短,运移距离最远,流通和堆积范围相比其他降雨工况更广。[结论]滑坡泥石流灾害链预警监测指标主要为累积降雨量、降雨持续时间、含水率变化和坡体变形发展现场监测。这些监测参数受降雨条件、土体性质、坡角和外部动力条件等诸多因素影响,因此在实际应用中需要综合考虑这些因素。

基于赤平投影和萨尔玛法的西藏某露天矿山边坡稳定性评价

本文以西藏某铜矿区露天矿山岩质边坡为例,基于矿山边坡现场调查及其工程地质特征,开展了矿山边坡工程地质分区研究,并采用赤平投影法和萨尔玛法相结合,定性分析和定量计算边坡稳定性。研究结果表明:边坡稳定性评价结果与当前边坡现状相一致,矿区边坡总体上稳定性较差,局部区域边坡稳定性差。通过定性和定量两种稳定性评价方法相互印证,对下一阶段边坡灾害防治设计、施工等提供了重要依据,对类似边坡工程有很好的参考和借鉴作用。

基于GIS的河南省洛宁县滑坡灾害易发性评价

洛宁县地处河南省西部山地丘陵区,地质构造复杂,加之近年来极端强降雨频发,滑坡灾害增多,造成了重大人员伤亡和经济损失,因此做好洛宁县滑坡灾害易发性分区可为科学防灾减灾提供数据支撑。基于ArcGIS空间分析获取研究区域高程、坡度、坡向、岩组、降水量、土地利用类型和归一化植被指数共7个指标因子,采用信息量模型对研究区进行栅格叠加后,利用自然断点法将研究区信息量值划分为极低、低、中、高易发区,结果表明:滑坡主要分布在高程500~<750 m、坡度0°~<20°的区域,且绝大部分滑坡所处的地貌为起伏山地;高易发区面积为627.95 km^(2),占全县总面积的27.23%;评价模型精度经ROC曲线检验,AUC值为0.8034,说明基于GIS建立的信息量模型对洛宁县滑坡易发性评价效果良好。