钓鱼台隧道洞口崩塌成因分析与处治措施研究

对池祁高速钓鱼台隧道洞口大型崩塌的成因进行了深入分析,提出了相应的崩塌处治措施,并通过现场监测分析对崩塌处治效果进行了验证。研究结果表明,钓鱼台隧道洞口崩塌是地形、地质、降雨、施工措施不当等多种因素共同作用的结果,其中地形和地质条件是形成崩塌的内因,降雨和施工措施不当等因素是诱发崩塌的外因。基于以上影响因素并结合隧道洞口实际情况,提出了“临时支护+永久性防护”的综合处治方案,即采用洞内背拱加固、掌子面反压回填、崩塌体卸载、洞口双层小导管支护、接长明洞以及洞顶仰坡锚杆框架防护的方案。现场巡视与监测数据表明,隧道洞口崩塌处治措施得当,工程效果显著,实现了预期目的。

危岩崩塌防治技术体系及工程选型分析

危岩崩塌防治技术是保障危岩工程安全稳定的关键。通过对危岩崩塌防治技术的优缺点、适用条件、工程设置原则以及选型程序的分析,认为危岩崩塌防治技术可分为主动防治技术、被动防治技术和辅助防治技术,各项防治技术设计时应充分考虑其适用条件,按照工程设置原则采纳使用,适时选择多种技术组合方式的治理措施进行危岩崩塌工程防治;危岩崩塌防治技术选型应遵循查清危岩体基本情况→评价危岩体状态→选择危岩防治技术→分析防治技术选型结果的基本程序,确定危岩崩塌防治技术选型程序各环节的关键参数,以确定合适的崩塌防治技术。研究成果可为危岩崩塌防治工程设计提供理论依据和关键技术支撑。

安徽琅琊山风景区某崩塌的特征分析及治理措施

【目的】分析安徽琅琊山风景区某崩塌隐患点的特征并提出治理措施。【方法】采用现场调研、地形测绘、三维激光扫描仪、稳定性评价等手段,获得该崩塌点的特征和稳定性。【结果】该崩塌点具备倾倒式崩塌的特征,4个主要危岩体都是处于不稳定或欠稳定状态。【结论】采用设置锚杆、支撑墙、水泥浆充填等方法对危岩体进行加固,并采用人工清除松动石块、发挥截水沟的作用等方法进行治理,能够消除崩塌隐患,确保景点安全和景观价值。

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。

双向地震作用下崩塌堆积体边坡动力模糊可靠性分析

考虑崩塌堆积体边坡岩土体参数随机性和模糊性,以及地震力双向性,建立一种边坡地震动力模糊可靠度计算方法,针对竖向地震力对崩塌堆积体边坡稳定可靠性的影响进行进一步研究。首先,选用动力有限元时程分析法计算出双向地震工况下崩塌堆积体边坡的响应特征,并运用模糊理论对强度参数进行模糊性处理;然后,根据Mohr-Coulumb强度准则构建边坡安全系数与可靠度的时程计算模型;最后,采用边坡地震可靠性评价新方法,通过MATLAB编写相应程序,实现计算和分析结果的快速输出。案例结果表明:新方法计算结果更加合理,对工程而言也更加安全;竖向地震作用均对崩塌堆积体边坡整体可靠性存在影响,但影响程度需根据工程实际情况进行分析。在算例工况下,竖向地震对崩塌堆积体边坡的可靠性影响很小,仅使得可靠度降低3.55%,因此,可仅考虑水平地震的影响。

基于CRockfall数值模拟落石崩塌运动特征

【目的】山区公路工程边坡落石崩塌灾害具有突发性和强致灾性特点,是工程建设及运营过程中较为常见的地质安全隐患,有必要对落石崩塌运动特征进行研究。【方法】以西南地区某处公路边坡落石为例,在介绍落石运动分析计算算法的基础上,采用CRockfall落石软件模拟了典型落石运动轨迹,获取了主要运动特征。【结果】从统计最大值曲线峰值来看:落石运动动能能量、弹跳高度和速度分别约为2000 kJ、75 m和53 m/s;统计95%保证率和均值曲线规律基本一致,从曲线峰值来看:落石运动动能能量、弹跳高度和速度分别约为500 kJ、25 m和25 m/s。【结论】在典型位置利用软件数据采集器功能获取落石运动特征参数,为后期拦挡结构设计提供依据。

基于改进两步法采样策略和卷积神经网络的崩塌易发性评价

机器学习在崩塌滑坡泥石流地质灾害易发性分析评价领域已得到广泛的研究性应用,非灾害样本的选取是易发性建模过程中的关键问题,传统随机抽样和手工标注方法可能存在随机性和主观性。将土质崩塌易发性评价视为正例无标记(positive and unlabeled,简称PU)学习,提出了一种结合信息量(information value,简称IV)和间谍技术(Spy)的两步卷积神经网络(convolutional neural networks,简称CNN)框架(ISpy-CNN)。以广州市黄埔区崩塌编录和15类基础环境因子,通过信息量模型筛选出部分低信息量样本;采用间谍技术训练CNN模型,从低信息量样本中识别出具有高置信度的可靠负例划分为非崩塌样本;分别基于该学习框架、传统间谍技术和随机抽样,使用支持向量机(support vector machine,简称SVM)和随机森林(random forest,简称RF)对比验证。结果表明,ISpy-CNN框架在验证集上的准确率、F1值、敏感度和特异度较随机采样分别提升了6.82%,6.82%,6.82%,8.23%,较传统Spy技术分别提升了2.86%,2.89%,2.86%,2.31%;PU学习中第2步采用CNN模型的预测精度高于RF和SVM模型;与传统Spy技术相比,增加相同数量训练样本,ISpy-CNN框架筛选的样本集表现出较高的稳定性、预测精度和增长率。本研究提出的ISpy-CNN框架能更好地辅助选取高质量非灾害样本,且崩塌易发性分区结果更符合实际的崩塌空间分布。

岩溶典型区崩塌落石被动防护网失效概率模拟

贵州省位于我国西南地区,多山地丘陵,是典型的喀斯特地形地貌区,崩塌、滑坡等地质灾害频发。思南县小屯岩崩塌带上现存危岩体方量大,裂隙、凹岩腔、溶蚀孔洞等发育。为研究岩溶典型区崩塌落石被动防护网失效概率,通过高精度实景建模技术,构建崩塌带三维模型,进行崩塌落石运动过程模拟,根据现场调查、无人机航拍和数值模拟结果,选择合适的位置布设落石被动防护网。基于落石粒径大小识别,选取不同粒径大小的落石,进行落石被动防护网拦截效果模拟,计算落石被动防护网失效概率。结果表明:13种粒径落石突破概率各不相同,(0.25,2.25)m粒径落石拦截效果良好,但落石被动防护网拦截率不能达到百分之百;落石粒径大于2.25 m,被动防护网出现失效现象,故将2.25 m粒径的落石为小屯岩崩塌带下被动防护网的设计上限。根据计算,所有粒径落石经被动防护网拦截后的失效概率低于5%,属可接受范畴。研究成果为小屯岩崩塌带的落石防护措施提供了有力的参考依据,对保护岩溶地区山区人民的生命安全和财产安全具有重要意义。

考虑破坏模式的危岩崩塌易发性评价--以兴山县古洞口水库首段为例

本文以古洞口—平水段为研究对象,通过分析研究区特有的地质特征与边坡发育情况,将崩塌按受力状态与起始运动方式划分为:滑移式、倾倒式、错断式3类,利用ArcGIS软件的空间分析功能,具体分析了区内危岩破坏模式与各控制因素的相关关系,并结合3类崩塌的发育特征确定相应评价因子,最后采用模糊层次分析法(FAHP)建立指标体系,通过指标体系得出古洞口—平水段崩塌灾害易发性评价结果.结果显示:3类崩塌灾害易发性与此类灾害点的分布密度较吻合,易发性评价结果符合实际.结果表明:距公路越近,崩塌发生的可能性越大,滑移式崩塌主要分布在顺向坡地区,倾倒式崩塌主要分布在逆向坡地区,错断式崩塌主要分布在横向坡地区,评价模型的正确率AUC值均接近于1,说明易发性评价的精度较好,评价结果对研究区崩塌灾害风险管控具有一定的指导意义.

基于信息量法-层次分析法的北京市延庆区崩塌灾害危险性评价

北京以往的崩塌灾害研究多集中在密云、怀柔等地区,延庆地区的崩塌灾害较多但是研究较少,因此对延庆地区的崩塌灾害危险性进行了评价。综合考虑研究区的情况,从气象水文、地形地貌、地质条件、地质构造、植被及人类工程活动6个方面选取崩塌灾害危险性评价指标因子,年平均降雨量、至水系距离、坡向、坡度、地形起伏度、高程、地质岩性、至断裂距离、归一化植被指数(NDVI)、至道路距离、土地利用11个评价指标,对延庆地区建立基于ArcGIS平台利用信息量法—层次分析法模型,完成延庆地区崩塌灾害危险性评价。将延庆地区崩塌灾害危险性评价结果分为4类:极高危险、高危险、中危险和低危险。极高危险区占研究区面积的23.25%,主要分布在千家店镇、香营乡、珍珠泉乡等地区;高危险区占研究区总面积的27.57%,主要分布在延庆北东地区。危险性分区结果与崩塌灾害点实际分布相吻合,研究区的北东部地区是崩塌灾害分布密集区,主要影响因素是年均降雨量。

基于数值模拟的大岩山崩塌-堰塞坝-溃决洪水灾害链演化过程分析

河道岸坡在地震和降雨作用下易发生崩滑,从而堵塞河道形成堰塞坝进而引发溃决洪水形成灾害链。为了清晰认识灾害链的演化过程及运动特征,以大岩山崩塌-堰塞坝-溃决洪水灾害链为研究对象,对其进行了全过程数值模拟。通过无人机航测获取了大岩山崩塌周围至下游10 km^(2)的地形数据,利用EDEM离散元数值模拟软件建立大岩山崩塌模型,反演崩塌堆积形成堰塞坝的过程;采用DB-IWHR模拟计算堰塞坝溃坝过程的流量过程线;以流量过程线作为洪水演进的上游边界条件,结合Flo-2D模拟溃决洪水的演进过程。模拟结果表明:大岩山崩塌堆积过程持续33 s,颗粒的最大崩落速度达到46.5 m/s,模拟结果的堆积范围与实际堆积范围吻合度较高;堰塞坝溃坝约1 h后流量达到最大值725 m^(3)/s;溃坝后洪水最大淹没深度为14.37 m,在溃口至下游1.5 km处的淹没深度几乎都在3 m以上,其下游淹没深度逐渐降低。河道岸坡崩滑形成灾害链的演化分析可为防灾减灾和应急救险提供理论依据。

基于倾倒破坏模式的典型危岩崩塌破坏过程及机理分析

兴山县古夫镇古洞村是县内危岩崩塌事件高发区域,区内斜坡坡面发育多处危岩体,严重威胁当地居民的生命财产安全。以古洞村凹屋岩危岩崩塌为例,通过对野外现场的调查和资料的整理,详细分析了研究区内危岩体的孕灾环境和分布情况,并选取典型危岩体,开展倾倒破坏模式下的危岩崩塌运动过程和机理研究,为区内同类型灾害的防治提供理论支撑。结果表明,受研究区特殊地质背景和斜坡结构的影响,区内危岩以倾倒式变形破坏为主;基于危岩体初始运动状态和受力特征,倾倒式破坏一般分为4个演变阶段;危岩崩塌破坏的因素众多,各因素并非独立存在,而是在相互作用下导致危岩最终发生失稳破坏。

基于地面三维激光扫描的南港危岩崩塌稳定性评价

崩塌是北京地区最为频发的突发地质灾害类型,因多分布于高陡斜坡,具有较高突发性和危害性,其勘查工作是长期困扰工程技术人员的难题。利用三维激光扫描技术对北京市门头沟区南港崩塌进行调查,结合点云数据和高清影像数据,构建崩塌三维空间模型,获取崩塌结构面和危岩体特征参数,评估危岩体稳定性和危害性。基于空间模型,自动识别及提取69组结构面信息,将其归纳为4组。利用4组节理面对坡体和危岩体的稳定性进行计算,结果表明,研究区易沿J1结构面发生倾倒式崩塌,易沿J2和J3结构面切割形成的楔形体发生滑移式崩塌。3处典型危岩体,在正常工况下1处为欠稳定,2处为基本稳定,在暴雨和地震条件下,1处为不稳定,2处为欠稳定。落石运动轨迹模拟分析显示98,6%的落石会撞击或经过居民房屋,直接威胁居民人身安全。

颗粒材料柱体崩塌物质点法数值模拟

为了研究颗粒材料崩塌的运动规律和堆积特性,采用物质点法对颗粒材料柱体崩塌试验进行数值模拟,并将模拟结果与试验结果进行对比验证。对颗粒材料柱体崩塌过程中颗粒的流动特性(滑动距离、堆积高度、速度、能量和动能通量的演化)进行了分析。进一步探究了颗粒材料柱体高宽比对颗粒流动能通量的影响,从而反应颗粒材料柱体崩塌过程中颗粒流的破坏能力。颗粒材料柱体高宽比越大,颗粒材料柱体外侧边缘颗粒速度越大,其溃散的程度更加强烈,并且滑动距离和动能均在增大。对于动能通量的分布,水平方向越靠近初始颗粒材料柱体,动能通量越大。

东北黑土区冻融循环对切沟沟壁崩塌的影响

[目的]通过测量冻融循环期间沟壁崩塌体积来评价冻融循环对切沟侵蚀的贡献。[方法]2016-2018年间,选取36条切沟共计463个崩塌点开展了野外调查。基于调查结果,切沟沟壁崩塌主要表现为2种类型:块状崩塌和松散堆积。在每个崩塌点测量2种堆积体的形态参数:崩塌土壤的体积、切沟横断面的宽度和深度,以及相应沟壁土壤的剪切力和硬度。[结果](1)3年研究期间冻融作用导致的沟壁崩塌强度平均为16.12 m^(3)/(km·a)。2种崩塌类型在切沟内随机发生,单点冻融崩塌量主要集中在0~3 m ^(3),但块状崩塌导致的土方量更大。(2)切沟横断面宽度和深度是沟壁崩塌的主要影响因素,崩塌量随宽深比增大而增加,当宽深比>2.71后,崩塌量迅速增加。(3)切沟崩塌量与沟壁土壤的剪切力和硬度等紧密相关。[结论]沟壁冻融崩塌与切沟宽度和深度紧密相关,冻融崩塌量占切沟侵蚀泥沙产量的3.28%~23.68%,其影响与沟头溯源侵蚀相当。研究结果为定量评价冻融循环对切沟侵蚀贡献提供数据支撑。

岩溶地区危岩和岩质崩塌易发性评价研究——以广西贺州市平桂区为例

本文利用专家—层次分析法对岩溶地区危岩和岩质崩塌地质灾害易发性进行评价,以贺州市平桂区地质灾害详细调查成果资料作为依据,选取了地质灾害发育密度、地貌类型、坡度、植被指数、地层岩性、岩土体类型、覆盖层厚度、岩溶发育程度、地质构造、多年平均降雨量、居民地密度、路网密度、矿山开采强度13个影响岩溶地区危岩和岩质崩塌地质灾害易发性的地质环境因素,创建了岩溶地区危岩和岩质崩塌地质灾害易发性评价指标体系,再通过GIS的空间分析功能对岩溶地区危岩和岩质崩塌地质灾害易发性进行评价研究,评价结果对岩溶地区地质灾害的防治具有指导意义。

微震技术在崩塌落石监测预警应用的研究进展

崩塌与落石作为岩质边坡破坏与诱发的典型地质灾害,往往具有突发性、隐蔽性和缺乏明显直接的前兆信息,很难做到准确和及时的应急响应,存在巨大的安全隐患。微震技术依靠远程无接触、低成本、广覆盖和24 h高频率无间断监测能力正逐渐被用于崩塌落石的监测预警中。通过监测和分析崩塌落石发生过程的动态振动信号,及时反馈振动信号的发生位置、时间、能量、以及崩塌落石的体积、质量等物理参数,微震技术最终可以做到对崩塌落石发生前的预测预报、发生时的监测预警和发生后的定位抢险。崩塌落石微震监测预警方法应用的难点主要体现在4个方面:(1)崩塌落石信号的识别和分类,通过对微震监测信号的降噪和特征提取,识别崩塌落石信号,并确定灾害发生和结束时刻;(2)崩塌落石的空间定位,确定崩塌落石发生的空间位置;(3)崩塌落石物理参数的反演,通过监测信号反演计算崩塌落石的速度、体积等物理参数;(4)崩塌落石的预警方法,提出崩塌落石预警模型,预测崩塌落石发生时间及地点。本文将从以上4个方面,结合本文作者最新研究成果,讨论微震技术在崩塌落石监测预警应用的最近研究进展,以及目前存在的缺陷。本文可为微震技术在地灾监测预警应用研究提供参考。

含构造节理的崩塌体动力破碎特征

近年来西南地区崩塌灾害频发,严重影响区域生态环境和人类活动。为明确崩塌体运动过程中的破碎特征,基于对贵州毕节纳雍县鬃岭崩塌的野外地质勘察,使用离散元颗粒流方法模拟了鬃岭崩塌在破坏及堆积阶段的动力破碎过程,并对崩塌体中破碎体的最大弗雷特直径(feret’s diameter)分布特征进行统计分析。结果表明:(1)重力作用下鬃岭崩塌内部构造节理迅速贯通,将崩塌体分割为大量破碎块体,最终沿顺倾节理面滑下。(2)在崩塌前期破坏及后续堆积过程中均存在明显的破碎现象,具体表现为初始破坏时的大范围解体与后续堆积过程中的摩擦拉裂破碎。(3)采用双参数Weibull分布模型及分形几何理论拟合了不同时刻破碎体粒径分布曲线,结果显示崩塌体在堆积阶段(t=21.7~72.4 s)的破碎程度弱于前期破坏阶段(t=0~21.7 s)的破碎程度,破碎体的分形维数及细粒径破碎体的占比在整个运动过程中不断增大,再次论证了崩塌体破坏及堆积全过程中的破碎解体现象。研究结果为揭示鬃岭崩塌的动力破碎机理提供了理论依据,为西南山区崩塌灾害的防治提供了科学指导。

若羌南部山区崩塌灾害易发性评价——基于相关性分析的信息量模型

若羌县南部山区地质灾害研究程度较低,区域防灾减灾工作面临重大挑战。通过对若羌县南部山区特别是阿尔金山地区崩塌灾害的形成机理、成灾模式、影响因素等进行分析。对选取的10个因子中贡献程度较低的坡面曲率和地貌类型两项因子进行删除,保留剩余的坡度、坡向、地形起伏度、工程地质岩组类型、NDVI划分为基本因素,将道路距离、水系距离、断层距离等8个因子作为评价指标,选取栅格单元为基础评价单元进行信息量计算,构建信息量模型对研究区崩塌灾害易发性进行评价与区划。结果表明:(1)区域内划分为高、中、低、非易发区,其中高易发区总面积391.48 km^(2),占若羌县总面积的0.20%,占阿尔金山区面积的35%,共发育崩塌95处;中易发区总面积16 375.14 km^(2),占若羌县总面积的8.26%,占阿尔金山区面积的15%,共发育崩塌11处;低易发区总面积31 455.63km^(2),占若羌县总面积的15.88%,占阿尔金山区的25%,共发育崩塌灾害5处;非易发区总面积149 906.50 km^(2),占若羌县总面积的75.66%,占阿尔金山区的25%;(2)ROC曲线以下面积为0.931,说明易发性预测结果良好;(3)人类工程活动(以矿山道路建设、开发等)对崩塌灾害易发性影响最明显,距离道路小于200 m区域为地质灾害易发区,距离河流小于100 m区域易发生地质灾害,坡度在40°~50°区域地质灾害发生较明显,地形起伏度较大区域为地质灾害高发区,工程地质岩组类型为坚硬-较坚硬块状、较坚硬软弱、软弱互层状以砂岩、砾岩、泥岩为主的碎屑岩岩组及坚硬-较坚硬片状以片岩为主变质岩岩组,对地质灾害发生具一定影响。坡向、断层及NDVI在本次工作区对地质灾害影响相对较小。评价结果可为区内危险性、风险评价及区划等方面提供理论依据,为当地防灾减灾管理、地质灾害风险管控、国土空间规划和用途管制、新农村和重点工程规划建设服务等提供基础依据。

基座损伤型危岩崩塌的动力学机理研究

三峡库区巫山县靴子岩W2危岩属于基座损伤型危岩.受自重、风化卸荷及岩溶等因素影响,危岩基座压裂损伤明显,形成了不断劣化的凹岩腔,一旦失稳崩塌形成涌浪,将影响通航船只和临近码头安全.为研究这类基座损伤型危岩的起动机理,本文依据精细化勘察成果建立了该危岩的力学模型,采用离散元UDEC模拟了W2危岩崩塌的破坏过程,并利用基于概率分析的RocPro3D模拟了崩塌的运动过程及轨迹.研究结果表明:基座损伤型崩塌主要经历两阶段的复合式破坏.初期破坏模式为“沉降-鼓胀”,后续为“滑移-倾倒”;基座中部的鼓胀变形导致基座不均匀沉降,造成危岩后倾到,缓外倾的底滑面形态造成危岩向前倾到;W2危岩潜在崩塌轨迹覆盖整个下部河道,入河瞬间的最大能量达193100 kJ,最高速度达70.56 m/s.本研究可为基座损伤型崩塌力学机理的分析提供新方法,对三峡库区崩塌防灾减灾具有一定的指导意义.