基于均匀化理论与上限分析的膨胀土滑坡稳定性分析

在膨胀土和滑坡共同作用下,隧道洞口段施工更容易引发地表开裂甚至滑坡等工程灾害,在隧道内采用微型桩群防治滑坡比抗滑桩具有优势。本文基于均匀化理论与上限分析对某高速公路隧道洞口段膨胀土滑坡的稳定性进行计算,并评价微型桩群和削方卸载不同组合方式的处置效果,计算时将微型桩群及桩周土通过均匀化理论等效为符合摩尔库仑强度准则的等效加固体来,以此提高计算效率,最后通过对现场削方+微型桩群加固处置后的滑坡变形监测来验证计算的合理性,得出如下结论:相较于土的强度参数,等效加固体内摩擦角保持不变,黏聚力从26kPa提高到85.36kPa。处置前后的滑坡稳定性评价结果表明,不做处理时,滑坡滑动面从滑坡上方岩土交界面延续到隧道洞口前;仅采用微型桩群加固时,滑坡安全系数在1.17左右,滑动面从岩土交界面延续到隧道洞口后;同时采用微型桩群加固和削方卸载时,滑坡安全系数提高到1.26~1.28,滑动面上缘由土石交界面前移。现场变形监测表明地表变形与深层土体变形均不超过3mm,该措施能保障滑坡的稳定性,同时也验证了计算方法的合理性,可为同类工程提供参考。

基于斜坡单元灾害强度的滑坡灾害易损性评价——以湖南省湘乡市为例

以斜坡为单元,基于潜在灾害强度的区域性易损性评价是地质灾害防治亟待解决的重要问题之一。以湖南省湘乡市为研究区,在采用加权信息量方法进行易发性区划的基础上,逐个提取斜坡单元最高易发值点的高程、坡高、坡度、坡向、月平均降雨量为特征参数,分别代入BP神经网络、PSO-BP神经网络、随机森林及支持向量机模型。通过训练与精度测试对比,构建基于PSO优化BP神经网络算法的滑坡体积预测模型,建立以灾害体积为灾害强度指标,以建筑密度、人口密度、财产密度等为脆弱性指标的易损性综合评价模型。针对研究区开展基于潜在灾害强度的区域性易损性评价,完成高易损区(面积占比1.5%)、中易损区(面积占比28.5%)和低易损区(面积占比70%)的区划,实现了区域性易损性评价过程中致灾体灾害强度与承灾体脆弱性的有机结合,增强了评价的客观性和科学性。

基于斜坡单元和语义分割的皖南地区滑坡灾害易发性评估

滑坡灾害严重影响着人们的生命和财产安全,对自然环境造成重大破坏。以斜坡单元为单位进行滑坡易发性评估能够更加接近真实的滑坡地形,为滑坡灾害的防治提供更加科学的理论支持。本文以安徽省皖南地区为研究区,基于黄山、宣城、池州市滑坡点数据以及皖南地区基础地理数据,利用主成分分析和多重共线性分析方法筛选滑坡评价因子,提出将斜坡单元几何形状信息和语义分割方法相结合的创新方法,构建滑坡灾害易发性评估模型,对皖南地区的滑坡灾害易发性进行评估,揭示其空间分布规律。结果表明:结合斜坡单元和语义分割方法构建的滑坡易发性评估模型具有较高的预测精度,能够充分考虑斜坡单元的几何形状信息对滑坡易发性的影响,较为准确地评估皖南地区的滑坡易发性。评估结果符合滑坡形成机理,其中62.19%的滑坡单元分布在滑坡易发性等级中—高的斜坡单元上,模型预测AUC值为0.878,与缺少几何形状信息的CNN模型进行对比,预测精度明显提高。

藏东昌都红层滑坡的地质成因模式

藏东昌都红层紧邻北澜沧江结合带(LCS),是近年来新厘定的红层岩系。为进一步丰富和完善红层及滑坡灾害研究,文章基于翔实的现场调查,从构造地质学角度约束滑坡发育的边界条件,总结归纳了藏东昌都红层滑坡的地质成因模式,并对不同类型滑坡典型案例进行了剖析。结果表明:受区域造山作用影响,藏东昌都红层掀斜,发育大量透入性构造面,导致岩体物理力学性能弱化。藏东昌都红层滑坡的地质成因模式主要包括原生层理型、层理断层型、层理节理型、褶皱节理型和断层节理型等5类。构造面是红层滑坡发育的主控因素,建议在明确研究区构造演化过程及构造框架的基础上,精细刻画滑坡区构造面发育特征。研究成果可为揭示滑坡发育的内在机制及监测预警、工程防治等提供理论支撑。

滑坡在役防治工程缺陷分类和健康评价方法

为快速评估常见在役滑坡防治工程的运行状态并采取科学有效的维护手段,笔者在三峡库区、汶川震区和川东地区实地调查了160余处抗滑挡墙、抗滑桩和格构锚固工程,获取了上述三类滑坡防治工程表征损伤的第一手资料,总结分析了其变形破坏模式及特征,定义了滑坡防治工程缺陷的概念,定性地提出了缺陷程度分级标准。在统计分析滑坡防治工程损伤特征基础上,选取了墙身滑移距离、墙身沉陷位移、墙身倾斜程度、墙身裂缝密度、桩体倾斜程度、桩体剪切程度、桩体裂缝密度、格梁最大裂缝宽度、单根格构梁裂缝率和受损格构变形区比例等10个控制指标作为其缺陷分类指标,结合多元线性回归法,对单体工程结构进行综合量化评分评定,进而建立了半定量的滑坡防治工程健康评价方法。

基于CF-CNN-LSTM模型的滑坡易发性评价

针对滑坡灾害样本选择以及深度学习模型中的长期依赖、梯度消失、退化等问题,提出了一种结合确定性系数法(certainty factor,CF)、卷积神经网络(convolution neural network,CNN)模型和长短期记忆神经网络(long short-term memory,LSTM)模型的CF-CNN-LSTM深度学习模型。以广西壮族自治区梧州市辖区为研究区,选取高程、坡度和坡向等13种滑坡评价因子,采用CF-CNN-LSTM模型对研究区进行滑坡易发性评价,并与CNN模型、LSTM模型、循环神经网络模型和逻辑回归模型进行对比,利用受试者工作特征曲线(receiver operating characteristic,ROC)、整体准确率等6种方法对模型预测精度进行评估。结果表明:CF-CNN-LSTM模型的ROC曲线的曲线下面积(area under curve,AUC)值为0.953,高于其它单一模型,同时其它5项评估指标均优于单一模型,证明CF-CNN-LSTM模型具有更高的精度,可用于梧州市辖区的滑坡易发性评价工作,能够对该区域的滑坡风险管理提供科学的建议。

基于机器学习模型的高植被覆盖区浅层滑坡预测

为探究高植被覆盖区浅层滑坡的影响因素并构建最优的滑坡预测模型,该研究以华蓥市山区林地为研究对象,考虑了蓄积量、林分密度、平均树龄、林分类型和红绿植被指数(green-red vegetation index,GRVI)等植被因子,并结合地形地质因素,经过Boruta重要性分析以及共线性诊断,利用Logistic回归模型、广义相加模型、随机森林模型、支持向量机模型和人工神经网络模型等5种机器学习模型构建华蓥市山区林地浅层滑坡预测模型,并结合历史滑坡点检验,提出华蓥市山区林地浅层滑坡的最佳预测模型及高易发性区域的植被特征。结果表明:1)工程地质岩组、距河流距离、距断层距离、林分类型、平均树龄和蓄积量是影响浅层滑坡的主要因子;2)不同因子组合对模型精度有极大的影响,考虑蓄积量、林分密度、平均树龄等植被因子有利于提高模型的预测精度;3)在5种模型中,预测精度最高的模型为随机森林模型,精度可达到95.05%;4)研究区高易发性及以上区域的面积为25.31 km^(2),占研究区总面积的14.79%,低密度(1000~1500株/hm^(2))、高蓄积量(>80 m3/hm^(2))和高树龄(>30 a)是浅层滑坡发生的主要植被特征。该研究结果可为中国高植被覆盖区极端暴雨型滑坡的预警与防控提供科学决策和技术支撑。

考虑人体与水流相互作用的溃坝洪水生命损失评估模型

溃坝洪水会给下游人民群众造成巨大的生命损失,开展溃坝洪水造成的生命损失风险定量评估对应急抢险救灾具有重要的现实意义。本文在已有生命损失贝叶斯网络HURAM1.0模型基础上,引入了人体稳定性物理模型,考虑人体与水流相互作用关系,对处于洪水中的人先进行稳定性判定,并进行溺水判定,运用蒙特卡洛模拟方法,综合了水深和水流速对生命损失的影响,建立HURAM2.0模型;并将该模型应用于唐家山堰塞坝溃坝洪水生命损失分析。结果表明:HURAM2.0模型建立了水流流速对生命损失影响的定量关系,更精确地刻画了人体在水流中的稳定性和求生能力,相比HURAM1.0模型对较强洪水强度条件下的生命损失预测结果更准确。同时,在本文建立的模型中,除水深度、洪水严重程度变化不大,其余变量的敏感性均有所上升,其中居民区住宅层数、在建筑物中庇护情况和溃坝时长等变量对模型计算结果的最大影响程度分别增加142%、95%和93%,加强了模型在低、中、高3类洪水强度下的解释性,与HURAM1.0相比在贝叶斯反演分析中更占优势。在唐家山堰塞坝溃坝风险分析中,HURAM2.0能区分出不同水流速条件下的生命损失,更符合实际情况,即开挖泄流槽前风险大、死亡率高,在现场勘测和开挖泄流槽后风险及死亡人数大大降低,建议结合预警疏散以降低生命损失风险。

白龙江流域大型高位滑坡成灾动力过程模拟研究

白龙江流域山高坡陡,分布大量高位滑坡,是我国高位地质灾害风险极高的地区。舟曲县立节镇北山古滑坡位于白龙江左岸,滑坡剪出口与江面高差约700 m,历史上曾发生过多次变形破坏。通过资料搜集、遥感调查与解译、现场调查等手段,查明了立节北山滑坡的地质环境与变形破坏特征,基于光滑质点流体动力学与等效流体模型,开展滑坡后破坏运动过程模拟,对远程致灾危险进行预测分析。模拟分析表明,立节北山滑坡若发生失稳剧滑,将形成高位高速远程滑坡-碎屑流灾害,滑动距离达1 600 m,最大运动速度45.7 m/s,沿途铲刮方量77.7万m~3,滑体扩容系数1.32。滑体约200 s后完全停止运动并堆积,堆积区面积2.2×10~5 m~2,覆盖坡脚立节镇一半的范围,最大堆积厚度17.8 m,最大冲击速度30 m/s。研究结果为立节北山滑坡开展风险评价与分区提供定量化数据,为白龙江流域大型高位滑坡精细调查与风险评估提供参考依据。

甘肃舟曲江顶崖古滑坡复活变形特征与稳定性分析

为研究江顶崖古滑坡复活变形特征与稳定性,通过历史资料调研、现场踏勘与监测、卫星遥感和室内土工试验等方法,分析了主滑坡体、滑坡后壁及侧壁的变形特征与稳定性。结果表明:滑体前缘高陡边坡因降雨及河流冲刷导致坡脚失稳;中后部土体受地下水、连续强降雨影响,抗剪强度降低,下滑力增大,逐步向前推移;最终由于前缘土体的滑动,导致抗滑力减小,随之引发整体滑动,为缓慢滑动的牵引式滑坡。滑体后壁、两侧侧壁高陡,变形迹象明显,在强降雨或地震工况下易失稳滑动。江顶崖滑坡具有长期蠕滑变形、多次复活滑动等特点,是甘肃省近年来规模、范围最大的滑坡之一,在地震或暴雨作用下,滑坡有再次复活的可能,建议加强对滑坡区的变形监测,同时,对区域内不稳定斜坡进行加固治理,防止出现重大灾害。

基于环境因子优化TSES法选择负样本及其在滑坡易发性评价中的应用

滑坡易发性评价是滑坡灾害防治的重要手段之一,而不合理的滑坡负样本会影响滑坡易发性评价,从而影响到滑坡灾害的防治,因此提供一种合理的负样本选取方法变得尤为关键。以西藏米林市的古滑坡为例,选择高程、坡度、坡向、坡位、距道路距离、距断层距离、距水系距离、地形起伏度、地层岩性、土地利用类型10类环境因子,使用Relief算法计算环境因子的贡献值并依据贡献值优化选择环境因子;基于环境因子优化的目标空间外向化采样法(target space exteriorization sampling,简称TSES)选择负样本,作为性能优异的随机森林模型的输入变量;之后结合优化的环境因子和正或负样本预测米林市的滑坡易发性,并用混淆矩阵和ROC曲线评价构建模型的性能。为检验环境因子优化的TSES法的有效性和先进性,采用耦合信息量法和TSES法选择滑坡负样本并构建随机森林模型,与环境因子优化的TSES法构建的随机森林模型进行对比研究。结果表明,环境因子优化的TSES法构建的随机森林模型的评价效果较好,其ACC为93.7%、AUC为0.987,均高于耦合信息量、TSES法构成的模型。环境因子优化的TSES法能够提高模型的精度,解决多因子作为约束条件取样中因子选取的问题,为滑坡易发性评价采集负样本提供了新的思路。

基于多源数据与机器学习的降雨型滑坡灾害危险性动态预警

降雨型滑坡灾害是三峡库区发育的主要地质灾害之一,区域滑坡灾害危险性预警对滑坡风险减缓有重要意义。针对区域滑坡灾害危险性预警的时效性等问题,本文以重庆市云阳县为研究区,提出了基于多源数据与机器学习的滑坡灾害危险性动态预警方法(图1)。1滑坡易发性空间预测滑坡易发性预测可准确地预测出潜在滑坡空间分布规律(黄发明等,2020;林高聪等,2023)。

响水煤矿山体地质灾害实时在线监测技术

为掌握响水煤矿山体地质灾害的实时状态及变化情况,对滑坡体全要素数据进行实时监测,提出了一套基于MEMS三轴加速度传感器和MEMS陀螺仪的山体地质灾害监测技术,介绍了关键技术原理,分析了监测误差的关键参数并建立误差修正模型,制定了标定试验步骤,在工程案例中对结果进行了验证。工程应用试验结果表明,经过温度误差改正,该系统测量精度可达0.2 mm,分辨率和灵敏性优于0.1 mm,长期稳定性可达0.2 mm,可准确判断山体地质灾害的隐伏滑面为地面下13.0 m处,计算该隐伏滑坡体的方量和下滑力,满足山体地质灾害全要素长期实时监测和预测预警的需要。

循环荷载下双裂隙砂岩弹性模量及裂纹动态演化

为研究不同岩桥倾角砂岩在循环荷载作用下的弹性模量变化和裂纹动态演化规律,对裂隙倾角固定为45°,岩桥倾角分别为15°,45°,75°,90°,105°的砂岩试件开展了单轴循环加、卸载试验和PFC^(2D)模拟.结果表明,不同裂隙砂岩的弹性模量随循环荷载作用得到了明显的强化;在循环荷载作用下,应力-应变曲线与离散元模拟得到的试件瞬时微裂纹演化曲线存在对应关系;岩桥倾角对砂岩的破坏模式有影响,PFC^(2D)模拟的裂纹动态演化可以合理地反映岩石中裂纹的萌生位置、扩展方向.基于微裂纹数目所定义的损伤与破坏模式很好地对应,岩桥倾角为45°时原始损伤是最大的.

基于二维有限元模拟的九寨沟某滑坡降雨稳定性研究

以九寨沟某滑坡为研究对象,采用有限元分析法对滑坡位移场和稳定性进行了模拟研究。结果表明:(1)降雨对滑坡稳定性有显著影响,坡体最大位移发生在滑坡下部,由坡表到坡体深部,位移量逐渐减小;(2)在降雨发生时,雨水入渗会迅速降低滑坡的稳定性系数,随着降雨时间的延长呈缓慢下降的趋势;(3)在降雨强度100 mm/d工况下,滑坡稳定性系数由1.400降至1.050,滑坡处于欠稳定状态。

滑坡位移预测模型补充评价方法

针对目前滑坡位移预测模型评价方法中总体性指标区分能力不足,以及对滑坡高风险期预测效果评价不准确等问题,设计滑坡位移预测模型快速位移期综合误差(CERDP)和峰值预测误差(PPE)两个补充评价指标以及对应的补充评价技术流程。基于滑坡监测数据的实例研究表明,所提补充评价指标和应用流程合理可行,可以有效地应对均方根误差(RMSE)等指标差异不显著带来的评价不准确问题,遴选出总体性能可靠,在风险时段和最高风险时点表现更好的模型,为滑坡风险管理工作提供有效的技术支持。

考虑参数空间差异的复合式滑坡推力计算分析

由于复合式滑坡不同滑区同一岩土计算参数数值存在差异性,导致滑坡推力大小判别难度加大。根据复合式滑坡破坏模式,概化构建滑坡地质模型,在此基础上建立滑坡物理力学模型,并对各区参数进行理论分析。根据滑坡失稳特征以及前人对复合式滑坡演化阶段划分的研究,将滑坡演化过程划分为前后裂隙开裂、前后滑带局部软化、前后滑带扩展、中部滑带软化、边坡整体失稳5个阶段,基于传递系数法和静力平衡条件构建不同演化阶段下的滑坡推力计算式。以汉巴南铁路某复合式滑坡为例,揭示了滑坡推力随水平距离增加的变化规律,并将计算结果与不考虑不同滑区同一岩土计算参数数值差异得出的计算结果进行对比分析。研究结果表明:1)在计算复合式滑坡推力时,考虑不同滑区同一岩土计算参数数值差异性的影响,其计算结果更加准确,规避因单一取值而导致计算推力不合理等问题。2)根据复合式滑坡不同演化阶段下的推力变化规律,在滑坡初期应以推移区和牵引区加固为主,当中部锁固区开始滑动,应以中部锁固区加固为主,同时也要加强推移区和牵引区的加固。3)在识别复合式滑坡演化阶段的基础上,根据此阶段构建的滑坡推力计算式得出推力空间变化规律,从而可提出较为合理的防治措施。

基于信息量模型的册亨县滑坡易发性评价

册亨县地貌以中低山为主,独特的地质环境孕育了大量的地质灾害,严重威胁人民生命财产安全。在全面分析孕灾条件的基础上,选取高程、坡度、相对高差、工程地质岩组、斜坡结构、微地貌类型6个相互独立的指标,运用信息量模型评价册亨县滑坡易发性,评价结果与实际情况基本一致,研究结果可为相似地区滑坡易发性评价提供借鉴。

考虑应变软化的鸡场镇降雨型滑坡数值分析

降雨入渗改变斜坡渗流场的同时也降低了土体强度,极易诱发滑坡。滑坡过程中,滑带土体常呈现应变软化现象。以应变软化模型为基础的双参数强度折减法的研究,目前处于起步阶段,以往研究及分析滑坡稳定性时均忽略了渗流场的影响。六盘水地区红棕色土保水性强,有明显的应变软化特征,该地曾发生多次大中型滑坡。根据红棕色土特点研究致灾机理,有利于滑坡的防治。针对六盘水鸡场镇周家坡滑坡建立三维地质模型,基于非饱和土流固耦合理论建立了坡体流场与应力场相互作用的数学模型,利用有限元和考虑土体应变软化的双参数强度折减法,对滑坡进行雨水渗流和稳定性模拟。结果表明:在降雨后雨水多在表层土中沿坡面切向和横向流入下缘和冲沟,并非全部垂直入渗。相对上缘其他区域,冲沟底部饱和度上升明显,强度下降最大。随降雨时间的延长,坡体内形成沿冲沟的塑性贯通区,使得滑坡稳定性大幅下降。降雨过程中对比经典折减法和考虑应变软化的双折减法所得稳定系数由偏小转为偏大,但差距均在4%以内。由此可见,红棕色土应变软化对滑坡稳定性负面影响不显著,且随降雨而减弱,建议对此类滑坡的防治重点在降低冲沟土体渗透性。研究结果可为同类滑坡的防治提供一定的理论依据。

基于多测点位移与多评价指标的滑坡状态评价方法

为全面利用滑坡地表布置的所有位移测点的数据信息、消除不同位移趋势分析评价方法对滑坡稳定性状态的误判,提出了一种融合多测点位移信息和多指标评价结果的滑坡稳定性状态模糊综合评价方法。实例验证结果表明,该方法避免了采用单一测点位移变化趋势对滑坡稳定性状态评价的不足,而考虑多种评价方法得到的评价结果也避免了单一评价方法对滑坡实际稳定状态评价的局限性,评价结果更加合理。