不同降雨类型对中层堆积层滑坡变形的影响——以万州区学堂塝滑坡为例

堆积层滑坡在我国广泛分布,降雨为导致滑坡发生的主要诱因,其常见特征为雨季时滑坡变形显著增加。以重庆万州区学堂塝滑坡(降雨型中层堆积层滑坡)为例,采用现场调查、多源变形监测以及数值模拟等方法研究了学堂塝滑坡变形与降雨类型之间的关联性,分析了短时间暴雨和长时间中雨条件下滑坡变形的响应差异。结果表明:降雨是学堂塝滑坡发生的主要触发因素,滑坡在雨季呈现出阶跃型变形的特征;学堂塝滑坡在短时间暴雨作用下,由于滑坡体物质渗透性差异和滑坡体厚度的影响,滑坡饱和区范围小,滑坡变形小,而在长时间中雨作用下,滑坡中后部孔隙水压力大幅增加,滑坡变形强烈,滑坡产生明显阶跃型变形。

基于无人机倾斜摄影测量三维建模的区域黄土滑坡识别及特征分析

【研究目的】黄土滑坡是黄土地区人居与城镇建设安全的重大隐患。滑坡识别是滑坡灾害及其他研究工作的基础,因此基于无人机倾斜摄影测量三维建模从不同维度、不同视角直观快速地识别黄土滑坡并进行特征参数提取,能够为黄土滑坡风险识别及风险管理精细化研究提供技术支撑。【研究方法】以宁夏回族自治区固原市彭阳县红河镇西南部的黑牛沟村为研究区,采用无人机倾斜摄影测量数据获取、三维建模、现场验证结合地统计学分析,开展了区域黄土滑坡识别及其特征参数提取和分析。【研究结果】基于三维实景模型确定并分析研究区沟谷沿线地貌凹陷区是否存在陡壁及其周界形态,结合色调、纹理和微地貌等标志实现了黄土滑坡识别,共圈定了23个滑坡,结合现场验证移除2个非滑坡点,最终确定了21个滑坡;滑坡密集分布在主沟和支沟沟口,多呈对滑的形式出现在沟谷两侧且具有群发性;大型及特大型滑坡占比达到57.14%,滑坡的滑动方向主要以西南(阳坡)、东南(半阳坡)为主,相对高差集中在80~120 m,滑坡体坡形多呈凹形坡,滑坡体坡度主要集中在20°~30°;滑坡体土地利用类型主要为植被,其次为裸地,也有一部分为农田,道路和河流占比极少。【结论】基于无人机倾斜摄影测量构建的三维实景模型可从多维度、多视角精确快速地识别区域黄土滑坡,并分析其相关特征参数,能够弥补当前二维平面遥感影像存在的不足;还能够为滑坡易发性、危险性、易损性及风险评估等相关研究提供数据支撑。

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。

狭窄库区滑坡涌浪特征分析及工程影响模型试验研究

为研究狭窄库区不同位置、体积滑坡涌浪对浪高及工程安全的影响,特以羊曲水电站库区H1滑坡体和1#变形体为例,建立1∶200的水工物理模型,研究失稳物质在体积100万、200万及500万m^(3)时产生的库区涌浪特征,进一步分析不同工况涌浪对特大桥及坝体稳定性的影响。结果表明:库区滑坡涌浪波类型为线性波,滑坡发生地和建筑物前的首浪高度均和失稳物质体积成正比;滑坡位置对工程的危害不一定和距离成反比,还和滑坡所处的水域条件相关;H1滑坡体或者1#变形体失稳产生的涌浪对特大桥无影响,但H1滑坡体体积大于200万m^(3)或1#变形体体积大于500万m^(3)时,会在溢洪道处漫坝。研究结果可为羊曲水电站库区滑坡涌浪灾害预防及应急调控措施制定提供参考。

基于不同评价单元的三峡库区滑坡易发性对比——以重庆市云阳县为例

为探究不同评价单元对区域滑坡易发性评估的影响,基于网格单元与斜坡单元对三峡库区典型县域重庆市云阳县开展了滑坡易发性研究。首先选取高程、坡度、曲率等22个评价因子,根据研究区988个历史滑坡数据,通过30 m×30 m的栅格数据提取斜坡单元,并基于网格单元及斜坡单元分别建立22个滑坡影响因子地理空间数据库;然后利用随机森林与贝叶斯优化算法来构建滑坡易发性模型,对研究区滑坡进行易发性评估;最后结合ROC(受试者工作特征)曲线与混淆矩阵结果检验评价单元的易发性模型预测精度。结果表明:易发性评估的结果可划分为低、较低、中、较高、高5个等级;基于网格单元的滑坡易发性模型中,高程、与道路距离、坡度这3个因子对滑坡发生的贡献率大,基于斜坡单元的模型中,I_(NDV)(归一化植被指数)、剖面曲率、平面曲率这3个因子对滑坡发生的贡献率大,并且2个模型的滑坡密度均随着滑坡易发性等级的升高而变大;与网格单元相比,斜坡单元能更好地解释地形间的联系,以斜坡单元(AUC=0.744)为最小评价单元的滑坡易发性模型比网格单元(AUC=0.714)精度更高。

基于机载LiDAR技术植被茂密区小型滑坡识别与评价

山体滑坡会导致生命和财产损失,获取完整的滑坡空间分布图及对易发区域的准确判定有利于指导生产、生活和生态空间优化。在滑坡调查过程中,茂密的植被覆盖使滑坡调查难度加大,机载激光雷达(light detection and ranging,LiDAR)技术的穿透能力使真实地形特征得以呈现,从而实现植被茂密区滑坡识别。该文通过仿地飞行获取研究区LiDAR点云数据,基于点云数据得到数字高程模型(digital elevation model,DEM),在山体阴影分析、彩色增强显示及三维场景模拟基础上,识别出区域内已有滑坡的位置与规模,经野外核实,滑坡解译精度为86.4%。针对滑坡易发区评价问题,以现有滑坡为样本,首次采用遥感分类思维开展滑坡易发区划定,采用小区域内与滑坡发育有关的高程、坡度和地表起伏度组合成影像,以支持向量机为分类方法,判定出滑坡易发区域,经滑坡检验样本分析,滑坡识别精度为81.91%。研究表明:基于高精度的LiDAR数据及其视觉增强后的图像能识别小型滑坡,采用支持向量机分类法可以准确确定滑坡易发区,为下一步三生空间规划与优化提供依据。

双层滑带滑坡土环剪试验与稳定性分析

以云南省文山至麻栗坡高速公路K39段复合型双层滑带滑坡为例,采用室内环剪试验探明该滑坡深层、浅层滑带各自的残余强度,分析不同含水率、法向应力和剪切速率对滑带土残余强度的影响;采用FLAC3D软件进行数值模拟,基于滑坡应力-应变历史对滑坡稳定性进行评价。结果表明:滑带土在低含水率情况下力学强度较高,饱和状态抗剪强度参数表现出明显的衰减趋势;在地下水位保持高位时,深层滑带更易发生渐进式蠕动滑移。模拟结果显示:滑坡的深层滑带应力集中现象较为显著,浅层滑坡危险性较小,滑坡在暴雨工况下整体稳定性明显降低,存在一定风险,可通过设置排水洞等降水措施进行治理。

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)。

基于GIS与Scoops 3D的水动力型滑坡区域稳定性分析

库岸边坡在库水位变动、降雨等水动力因素的作用下易发生水动力型滑坡,进而威胁库区居民生命及财产安全。以某流域HD和DHQ库段为主要研究区段,在对已有滑坡点进行地质调查和遥感解译的基础上,将ArcGIS的空间分析与三维斜坡稳定性分析模型(Scoops 3D)相结合,对研究区段的潜在滑面进行系统的三维搜索及识别,并基于GIS数据与室内试验等确定计算参数,对天然和暴雨两种工况下的区域滑坡稳定性进行评价比较。结果表明:(1)研究区历史滑坡点分布与基础地质环境、岩土体强度指标参数有很强的相关性;(2)天然工况下,非稳定区主要分布在DHQ坝区、迤场、DH坝址、拉巴铁、宝塔河以及甸尾附近;(3)暴雨工况下,非稳定区面积较天然工况有显著的增大,DHQ坝址、营盘镇、甸尾、HD坝址附近有较为密集的分布;(4)暴雨工况下模型计算的非稳定区与历史滑坡点的分布特征基本一致。由此可见,三维斜坡稳定性分析模型可以较为准确模拟不同工况下滑坡稳定性,且易发程度区分明显,稳定性评价结果在一定程度上反映了研究区段的稳定性时空分布。

岳池县石鼓乡高屋基村滑坡特征分析及稳定性评价

滑坡位于四川省岳池县石鼓乡高屋基村,滑坡区所处的斜坡的土体以第四系全新统残坡积物(Q4dl+el)粉质粘土为主且含有碎石块,为2001年为规划修建高速公路的居民迁至于此,2004年1月因修建高速公路而进行爆破作业,使居民房屋墙壁、屋顶和院坝震裂,此后裂缝没再发展。结合滑坡的勘察和试验,对滑坡的特征进行分析和稳定性计算后,可确认其目前保持稳定。但为做好局部滑塌的风险防范,应将已建有的排水沟进行浆砌,且后期应持续进行监测。

基于平面和深部位移联合监测的滑坡精准勘察

基于某高速公路高边坡滑坡工程,在地质调查、钻探、原位测试等基础上,引入基于平面和深部位移联合监测模式进行精准勘察。通过平面位移监测确定滑坡周界和滑动方向;通过深部测斜确定滑面位置;通过6孔钻探补充查明空间结构特征。根据深部监测指导钻孔取样获取滑带土指标,检算天然和饱和工况下的稳定性系数分别为1.01、0.98;分析监测数据,滑坡滑动规律为连续降雨期间滑动速率增大,停止施工后滑动速率下降,变形速率从后部向前部逐渐减小,属推移式滑坡;提出清方+重力式罩面的综合整治方案。

某山体滑坡地质灾害治理方案的分析

本文以某水电厂的水泵房临近通往某风景区的主要公路干道转弯处地质滑坡为背景,利用极限平衡剩余推力法进行抗剪强度参数反演计算,运用圆弧法对滑坡稳定性进行分析与计算,通过对支护设计方案的确定及验算分析,采取“削坡减载+锚杆格构+圆桩抗滑桩+锚索+坡面复绿+截排水沟”综合治理方案,达到预期的治理成果。

桃花峰滑坡稳定性分析及治理效果研究

以桃花峰滑坡为研究对象,结合滑坡基本情况分析了该滑坡的稳定性影响因素;采用剩余推力法计算了该滑坡三个代表性剖面的稳定性系数,并基于稳定性计算结果提出了削坡+格构梁锚杆+修建排水沟的滑坡治理方案;建立滑坡三维网格模型和地下水位模型,采用有限差分法计算了该滑坡在天然工况(不考虑地下水位)和暴雨工况(考虑地下水位)下的位移量分布,验证了所提出的治理方案的有效性,并通过对比分析表明地下水位对滑坡的稳定性具有较大影响,会导致滑坡体深部的土体位移。本研究对类似滑坡稳定性分析和治理方案设计和验证具有一定参考价值。

降雨诱发的浅表堆积层滑坡成因机理与稳定性预测模型

强降雨引起的滑坡多以浅表堆积层滑移为主,易群发、危害性大,其地下水和土体内部含水率对降雨的水文响应机制复杂,难以精准开展稳定性预测。为研究降雨引起的滑坡水文响应对稳定性的影响,以四川省青川县后山里滑坡为例,开展现场降雨入渗监测、相关性分析和力学分析。通过连续3年的降雨量、土体水分和地下水位等监测,分析降雨入渗-土体体积含水率-地下水位的响应规律,得到降雨量与地下水位的相关关系,并基于无限斜坡稳定性计算公式构建基于降雨量和地下水位埋深的浅层滑坡稳定性预测模型。结果表明:(1)年内地下水呈周期性波动,分为缓慢下降期、快速下降期和快速上升期三个阶段,且降雨量与地下水埋深呈线性负相关,与水位升幅相关性不显著;(2)根据稳定性预测模型确定了该滑坡失稳的临界降雨阈值为81.8mm/d,地下水埋深阈值为0.73m。研究结果可为降雨诱发浅表堆积层滑坡的预警预报提供参考。

滑坡易发性预测建模的不确定性:不同“非滑坡样本”选择方式的影响

滑坡易发性预测建模中如何选择非滑坡是影响建模结果的重要不确定因素。为研究不同非滑坡选择方式的影响规律,拟用5种方式,即全区随机、坡度低于5°区域、滑坡缓冲300 m外区域、信息量(IV)法、半监督法来选择出与滑坡等比例的非滑坡样本;进一步将各选择方式与随机森林(RF)耦合构建随机RF、低坡度RF、缓冲区RF、IV–RF及半监督RF等模型。以江西南康区为例,获取高程、岩性、公路密度等19种环境因子和233个滑坡编录,将滑坡编录划分为2598个滑坡栅格单元构建上述耦合模型的输入–输出数据集。再采用预测精度和易发性指数分布等指标分析其建模不确定性。进一步针对耦合模型预测的滑坡易发性指数分布不合理等问题,在半监督RF建模时采用滑坡与非滑坡比例为1∶2的样本集开展建模并与1∶1等比例样本集工况作对比。结果表明:1)低坡度RF、缓冲区RF、IV–RF和半监督RF等模型的预测精度均大幅优于随机RF模型,可见准确选择非滑坡样本对易发性建模至关重要;2)半监督RF模型选择非滑坡样本的建模性能最优,且半监督RF在滑坡∶非滑坡=1∶2比其在1∶1时预测的易发性指数分布规律更准确可信。后续研究中有必要更深入探索滑坡与非滑坡样本的比例问题。

基于I-D阈值的滑坡气象预警双指标模型

确定降雨阈值对于管控降雨型滑坡灾害风险具有重要意义。以浙江衢州市98处降雨型滑坡为例进行降雨阈值研究。在统计分析1970—2019年梅汛期间诱发滑坡降雨特征的基础上,首先对比分析I-D、E-D和E-I曲线建立的降雨阈值模型,然后基于I-D阈值建立以当日降雨量R0和5 d有效降雨量R5为预警指标的滑坡气象预警双指标模型,最后采用历史降雨和滑坡数据检验模型的合理性和可靠性。结果表明:(1)I-D模型对于降雨型滑坡的预测能力优于E-D和E-I模型;(2)按双指标模型反演衢州市历史50 a滑坡气象预警情况,红色、橙色和黄色预警的年均预警次数为1.5,3.2,9.3次,具有较高的合理性;20处验证滑坡点被双指标模型准确预警,其中15处为红色和橙色预警,此外模型成功预警了2014年全部8处降雨型滑坡;(3)用于检验模型预测能力的7处滞后性滑坡全部成功预警,其中3处橙色预警、3处黄色预警和1处蓝色预警。本研究提出的预警模型有助于衢州市滑坡气象预警发布,为政府部门开展风险评价和管理提供新思路与方法。

黄河上游巨型滑坡区植被分布及其根系力学强度特征

为研究黄河上游巨型滑坡区植被分布类型及其根系力学强度特征,以位于黄河上游席芨滩巨型滑坡区为研究区,通过野外植被样方调查、制取根系和土体试样以及室内开展单根拉伸试验等方法,探讨了区内3种优势草本植物醉马草、异针茅、冷地早熟禾的单根抗拉力学特征,以及植物生长区土体营养元素特征对植物分布的影响。结果表明:席芨滩滑坡区以草本植物为主,灌木零星分布,物种数呈“驼峰状分布”;通过采用冗余分析得到,草本植物生长区土壤含水量(P<0.01,F=12.7)、pH值(P<0.05,F=8.0)和全氮(P<0.05,F=4.5)对植物群落生长和分布特征影响较为显著。进一步研究表明,同种植物生长位置不同,则其单根抗拉力学强度亦不同,而相同位置处的不同种植物,相应地其单根力学强度亦表现出不同的特征。这种特征表现在分布于滑坡中部的冷地早熟禾的平均单根抗拉力和平均抗拉强度均显著高于生长在滑坡前缘和后壁位置的;分布在滑坡中部位置处的3种优势草本植物,其平均单根抗拉力和平均单根抗拉强度由大至小依次为异针茅(9.10 N,80.29 MPa)、冷地早熟禾(7.51 N,49.78 MPa)、醉马草(6.69 N,34.82 MPa)。本研究结果可为科学防治席芨滩滑坡分布区边坡水土流失、浅层滑坡等坡面水土灾害提供理论依据和实际指导。

北京北宫镇大灰厂路牵引式岩质滑坡勘查及防治对策

大灰厂滑坡位于北京西山地区。现场采用调查、槽探、钻探、岩土测试等方法勘察确定了大灰厂路滑坡的特征,滑坡范围包括1个主滑坡和1个伴生滑坡,主滑坡平面形态呈倒“V”型,伴生滑坡平面形态呈“圈椅”状。滑坡总面积2322 m^(2),总方量约4644 m^(3),规模为小型。滑动面为沿着滑体下伏页岩层面形成的平面。总体来看,大灰厂路滑坡是沿坡体基岩面顺层滑动的小型牵引式浅层岩质滑坡。对该滑坡3种工况的稳定性分析表明:在天然工况和地震工况下,滑坡处于稳定状态;而在持续降雨工况下的滑坡则会发生失稳破坏。治理工程采用了“清理滑塌堆积体+截排水沟+锚杆格构梁+重力式挡墙”的综合治理方案。

碎石土滑坡的发育机制分析及防治对策研究

[目的]以甘肃礼县夹关沟滑坡为例,计算其在降水和地震作用下的稳定性系数,对其发育机制进行分析,并针对不同情况下碎石土滑坡的发育提供防治对策。[方法]选取强度折减法,利用的本构模型为莫尔-库伦模型,同时利用Midas有限元软件对夹关沟滑坡进行数值模拟。[结果]碎石土边坡天然条件下的稳定性系数为1.271 9,处于基本稳定;降雨条件下稳定性系数为1.125,处于不稳定状态;地震条件下稳定性系数为1.006 8,处于不稳定状态。[结论]在降水作用时,滑坡内部岩体受到入渗水的侵蚀,在坡面松散堆积物和下伏基岩层顶部的位置逐渐形成饱水带,成为滑坡失稳滑动的潜在滑移面;在地震作用时,滑坡体松散堆积物的抗滑力逐渐减小,直到小于其自重时,滑坡发生失稳滑动,再加上河道侵蚀冲刷的影响,滑坡前缘处不断受到河水的侵蚀冲刷,形成不合理的切坡,导致滑坡内部的应力发生重分布,在外力作用下,滑坡容易发生失稳滑动。