微生物诱导碳酸钙沉积固化三峡库区黏性紫色土试验研究

三峡库区自然灾害频发,微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)技术是一种具有能耗低、无污染且可持续等优点的土体加固技术。黏性紫色土是三峡库区主要土壤类型,土壤孔隙较小,而MICP对其加固效果尚不明确。设置不同巴氏芽孢杆菌菌液浓度(OD_(600)为0、0.5、1.0、1.5)和胶结液浓度(0、0.5、1.0、1.5、2.0 mol/L)组合,对土壤试样进行MICP固化处理。开展不固结不排水三轴剪切试验,研究各试样的应力-应变关系、弹性模量和抗剪强度指标(黏聚力、内摩擦角),并利用扫描电镜测试分析其微观结构。结果表明:固定菌液浓度或胶结液浓度时,抗剪强度、弹性模量及黏聚力均随胶结液浓度或菌液浓度的增加呈先增后减的变化趋势,最适菌液与胶结液浓度组合为菌液OD_(600)=1.0和胶结液1.5 mol/L。平均内摩擦角随胶结液浓度的增加呈先增后减趋势,而胶结液浓度不变时,在菌液浓度OD_(600)=0.5或1.0时达到最高。固化后试样抗剪强度、弹性模量、黏聚力及内摩擦角最大分别提高62.59%、50.18%、119.50%和10.33%(226.00 kPa、6.44 MPa、48.30 kPa和26.70°)。通过扫描电镜观察发现MICP加固紫色土形成了大量球状碳酸钙晶体和片状碳酸钙晶体,分布于土壤颗粒表面和间隙中起胶结作用并增加土颗粒表面粗糙度,从而提升了土的黏聚力和内摩擦角。MICP可以有效提高紫色土的强度,在菌液浓度为OD_(600)=1.0和胶结液浓度1.5 mol/L组合时加固效果最优。

三峡库区三门洞滑坡复活机理及韧性变形研究

三峡库区蓄水诱发大量库岸古滑坡复活变形,引入“韧性变形”概念可很好地解释古滑坡在相似影响因素下的差异性变形响应情况。以三峡库区三门洞滑坡为例,通过现场地质调查及17 a的监测数据,分析古滑坡复活过程中的变形特征及“韧性变形”机制。结果表明:①三峡库区三门洞滑坡为平缓堆积层古滑坡,自三峡水库蓄水后复活变形,前、中、后部变形主要为塌岸、拉张裂缝或坍滑和拉张剪切裂缝;②在库水位下降期间,滑坡的变形对库水位的快速下降响应敏感,库水在低水位运行和上升期间,滑坡变形主要诱发因素是降雨,尤其是连续性强降雨,可引发滑坡持续性变形;③滑坡发生“韧性变形”时,滑体内部经历一次密实过程,使得土体的密度增大,内聚力增强,提高了土体的抗剪能力,在一段时间内拥有抵抗下次变形的力量。研究成果可为三峡库区滑坡监测预警工作提供参考。

三峡库区塌岸灾害易发性评价方法——以奉节—云阳段为例

塌岸灾害广泛分布于中国三峡库区。塌岸易发性评价对库区灾害防治具有重要意义。当前塌岸易发性评价的研究程度低,评价模型的适用性差,评价指标的选取依据不充分,并没有考虑波浪对库岸稳定性的影响。本研究以塌岸灾害广泛发育的三峡库区奉节段至云阳段为研究对象,考虑波浪和库岸形态对研究区塌岸发育的影响,提出江岸宽度、库岸形态、风速这三个指标,并基于研究区塌岸灾害发育和分布特征共选取8个影响因子,构建三峡库区塌岸灾害易发性评价指标体系;采用三种机器学习模型,实现三峡库区塌岸灾害易发性分区及检验、模型精度预测、评价结果的分区和实地验证。结果表明:(1)江岸宽度、岸坡形态和风速等影响因子权重靠前,对奉节段塌岸发育的贡献较大;(2)ANN模型、RF模型与SVM模型的较高-高易发区灾害点数量分别占总灾害点的53.1%、48.9%和39.3%。ANN模型与RF模型塌岸强度从低至高依次增大,分区结果较为合理,而SVM模型分区结果不太理想。(3)ANN模型、RF模型和SVM模型的AUC值分别为0.798、0.793、0.766,三种机器学习模型的预测精度较为可靠;(4)RF模型高易发性区域最符合实际地质条件,其易发性区划结果更为合理。本研究成果可以深化对水库塌岸灾害易发性评价方法的认识,并为三峡库区地质灾害防治工作提供理论指导和技术参考。

基于Google Earth的三峡库区地质灾害专业监测预警信息集成应用

监测预警是三峡库区地质灾害防治的主要措施,对其产生的海量信息进行有效管理是对库区进行有效防灾减灾和管理决策的基础。Google Earth作为一款免费提供全球三维遥感影像数据的虚拟地球软件平台,在对地质灾害专业监测预警信息集成管理和展示方面具有成本低、实施快、展示逼真等优点。在分析三峡库区地质灾害专业监测数据组成及其安全性、用户可视化的空间认知过程和习惯等的基础上,提出了三峡库区地质灾害专业监测预警信息集成方案,并利用Google Earth提供的功能予以实现,取得了较好的效果,也表明Google Earth在地质灾害信息集成、管理和展示等方面具有广阔的应用前景。

三峡库区巴东县黄土坡滑坡移民搬迁新址地质灾害评价

根据国务院三峡建设委员会的安排,三峡库区巴东县黄土坡滑坡社区居民将搬迁到长江北岸官渡口镇后山的铜鼓包～学堂坪一带,规划面积2.5km2.本文以地质分析的方法,对新址规划区可能存在及遭受的地质灾害进行评价,同时对新址规划区进行建筑适宜性评价.分析表明,新址区为粉砂岩和泥岩(T2b2)组成的基岩顺向坡,坡度15～25°,局部小于10°,场地整体稳定性较好;局部存在3个中等规模的滑坡、一个小型滑坡,滑坡现状稳定、预测不稳定但较易于工程治理;场地东部存在一处小型坡面泥石流,影响工程建设但较易于工程治理;外围地质灾害对新址区影响较小;新址区建筑适宜性总体良好,Ⅰ类、Ⅱ类场区分布面积约占整个规划区面积的50%,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类场区约占整个规划区面积的80%.

三峡库区降雨型滑坡入渗特征及变形机制——基于一维和二维模型试验研究

强降雨诱发古滑坡的浅层变形是三峡库区最为严重的地质灾害,因此,探索暴雨作用下滑坡土体的入渗规律及其浅层变形机制具有重要的研究意义。以三峡库区的降雨型滑坡为研究对象,统计了降雨型滑坡土体的渗透特性分布特征,考虑强降雨作用,分别开展一维土柱入渗试验和二维滑坡模型试验,研究了不同降雨强度条件下滑坡土体的入渗特征以及对应的滑坡浅层变形机制。降雨入渗试验结果表明:降雨入渗土体的速度取决于降雨强度与土体渗透系数的相对大小,当降雨强度小于或等于土体渗透系数时,入渗能力随降雨强度增大而增大。当降雨强度大于土体渗透系数时,入渗能力反而随之减小。模型试验结果表明:强降雨入渗时,会造成地表土体暂态饱和,表层土体以下非饱和区内的气体被暂态封闭并受到表层孔隙水压力作用而压缩,导致孔隙气压力随降雨入渗迅速增大。对于三峡库区的降雨型滑坡,短时的暴雨会产生瞬态饱和区。封闭气体,这也是影响强降雨入渗能力的主要原因;同时封闭气体传递水压使得浅层土体的孔隙水压力骤增,这也是许多滑坡发生浅层变形和破坏的主要原因。

不同植被盖度对三峡库区边坡减蚀的室内模拟降雨研究

为探究气候和植被覆盖度变化对三峡库区消落带库岸边坡的影响,通过开展人工模拟降雨试验,分析不同雨强和植被覆盖度(0,30%,50%,70%,90%)下坡面侵蚀规律及变化特征。结果表明:(1)在不同雨强下,植被边坡侵蚀累计产沙量均随植被覆盖度的增加呈现下降趋势,整体下降演变的趋势可分为迅猛—平缓—稳定3个阶段,三峡库区消落带库岸边坡的临界盖度为50%~70%,维持植被覆盖度在此区间可以有效抑制坡面的泥沙损失。(2)同一植被覆盖度条件下地表径流相对系数与雨强呈正相关。同一雨强条件下地表径流相对系数与植被覆盖度呈负相关,说明坡面植被可以有效地阻滞地表径流,对水土流失具有一定的抑制作用。(3)选用Horton降雨入渗模型分析不同植被覆盖度对降雨入渗速率影响,发现不同植被覆盖下边坡降雨入渗大体分为降雨初期迅速减小,中期减小幅度变缓,后期逐渐趋于稳定3个阶段。植被覆盖度越大,稳定入渗率越高。研究成果可为三峡库区库岸边坡水土流失治理与推动长江生态环境保护修复提供理论参考。

GPS技术在三峡库区地质灾害预警中的应用

三峡库区地质灾害监测预警工程是库区防灾减灾的重要手段。GPS监测作为高新技术在地质灾害专业监测中发挥了重要作用。文章介绍了三峡库区三级GPS监测网的构建,为全库区地质灾害监测预警提供了统一的坐标基准,为库区GPS基准网提供了准确的起算数据,为分析各滑坡体基准点的位移变形和稳定性提供了参考。实践表明,GPS监测技术能较好地满足三峡库区地质灾害监测预警的要求,能及时、准确地反映地质灾害体的地表变形情况及特征,为地质灾害防治提供科学的判断依据。

三峡库区兰陵溪滑坡形成机理及稳定分析

兰陵溪锚地是三峡坝上供载运易燃易爆危险货物船舶停泊的锚地之一,地处兰陵溪滑坡影响范围内,为评估滑坡对锚地的安全风险,对其进行致灾机理研究十分必要.本文利用滑坡变形监测数据、降雨量及库水位变化数据,运用Geo-Studio软件及MatDEM离散元软件,模拟分析了降雨及库水位下降不同工况对滑坡的影响,探讨了滑坡致灾机理及其稳定性.结果表明:该滑坡的破坏始发于坡脚,属于推移式滑坡,但随坡脚进一步破坏,带动滑坡坡体中、上部位产生变形,逐渐向牵引式滑坡转变.在不同降雨工况下,滑坡后缘都是受影响较大区域;而坡脚的变形破坏主要由库水位下降引起;中后段错动形成的多级平台及后缘张拉裂缝则与降雨和库水位密切相关.研究结论可为该滑坡的预报、预测提供参考,具有实际工程意义.

库水涨落条件下三峡库区反倾岩质边坡稳定性分析

三峡库区库水涨落对消落带岩体的长期水岩作用导致消落带岩体的力学性质劣化和渗透性增强,进而威胁库区反倾岩质边坡的稳定.基于三峡库区反倾岩质边坡的概化模型,使用GDEM软件的裂孔隙渗流分析系统分析反倾岩质边坡在库水周期性涨落过程中的渗流场变化,并采用悬臂梁极限平衡法评价周期性涨落过程中的反倾岩质边坡的稳定性.研究发现库水周期性涨落过程中反倾岩质边坡内的地下水位线升降存在较强的滞后效应,反倾岩质边坡稳定系数呈“库水水位由145 m上涨至175 m过程中,稳定系数增加→库水稳定在175 m之后,稳定系数下降→库水水位由175 m下降至145 m过程中,稳定系数下降→库水水位稳定在145 m之后,稳定系数增加”的变化趋势,边坡渗透性、库水涨落速率、岩层厚度差异和岩层倾角均是反倾岩质边坡稳定性的重要影响因素.

三峡库区千将坪滑坡地质力学模型试验研究

通过以微震和百分表位移为主要试验量测手段的地质力学模型试验,对三峡库区千将坪滑坡进行滑坡机制和利用微地震监测预报预警岩质滑坡的可行性研究。试验结果表明,蓄水前的强降雨对滑坡稳定性影响微弱或基本无影响,水库蓄水引起的浮托力作用仅使滑坡产生蠕滑变形,滑带被水浸泡弱化强度降低是滑坡真正的致滑原因。试验记录的微震事件较清晰地反映滑坡变形破裂破坏过程,并揭示滑带破裂贯通总体上具有自滑坡前缘逐步向滑坡中部发展的规律,从试验角度论证利用微地震监测预报预警岩质滑坡的可行性。

三峡库区千将坪滑坡地质力学模型研究

三峡水库初次蓄水不久,千将坪即发生了特大型滑坡。通过对千将坪滑坡滑动区与影响区的勘察试验及对比研究,查明了千将坪滑坡的物质组成、结构及滑坡边界条件,分析了滑坡影响因素及其机制,建立了千将坪滑坡的地质力学模型。分析表明,千将坪滑坡为三峡水库水位上升与降雨联合诱发的水库新生型深层岩质滑坡,水库蓄水起主要和关键作用。

前缘塌岸对三峡库区淹锅沙坝滑坡变形影响分析

三峡水库长期运行后,库水作用使土质岸坡变形破坏加剧,甚至导致滑坡复活。受库水位变动影响和波浪作用,秭归淹锅沙坝滑坡前缘不断发生塌岸,且滑坡变形对前缘塌岸响应较为明显。因此以该滑坡为例,基于地表宏观变形、全球定位系统(global positioning system,GPS)位移数据,深部位移监测等数据,分析淹锅沙坝滑坡的变形机制。为进一步探索前缘塌岸对滑坡变形的影响机理。采用GeoStudio软件,基于生死单元技术实现不同坡面形态的淹锅沙坝滑坡的数值模拟,分析原始形态、当前坡形、塌岸发展后等不同坡面形态滑坡渗流场,应力场,位移场的变化规律。结果表明:淹锅沙坝滑坡左侧整体变形较大;受库水作用影响,滑坡前缘发生塌岸,塌岸侧中前部的GPS监测点位移量随之增大,因而塌岸对滑坡整体稳定性有一定影响。数值模拟结果表明:淹锅沙坝滑坡是动水压力型滑坡;不同坡形渗流场结果变化较小;滑坡前缘的水平向应力分布会随坡形变化而变化,进而影响滑坡的位移变形和整体稳定性;当前坡形发生塌岸后,前缘的水平方向应力值增大,位移量随之增大,滑坡整体稳定性下降;数值模拟结果与实际变形情况一致。GeoStudio软件可以较好地模拟坡形变化前后的滑坡位移场,应力场和渗流场及其整体稳定性变化趋势。研究成果对水库塌岸对滑坡稳定性影响的研究具有一定参考意义。

基于GIS和加权信息量的三峡库区云阳县滑坡灾害易发性评价

以滑坡地质灾害高发区的三峡库区云阳县县城区域作为研究区,选取坡度、坡向、斜坡结构、工程地质岩组、水系作用以及土地利用类型6项影响因素作为评价指标,结合境内143个地质灾害点作为样本数据,基于ArcGIS地理信息系统软件的栅格数据计算分析功能,应用层次分析法加权的信息量理论对研究区进行滑坡灾害易发性分区评价.研究结果显示:滑坡灾害高易发区主要集中在人类工程活动频繁的县城开发区和库水位变动带库岸斜坡,分布地层主要为中统上沙溪庙组(J_2s)和下统的遂宁组(J_3s).通过对研究区的分区评价,确定了滑坡灾害高易发区,为该区滑坡地质灾害预防和规划治理工作提供指导.

小尺度山区地质灾害隐患的无人机精细化识别方法与实践

本文针对小空间尺度范围内以滑坡、崩塌为主的山区地质灾害,提出了一套基于小型无人机摄影测量的精细化隐患识别方法。首先,针对工作区开展至少两期无人机摄影测量作业,经处理后得到实景三维模型、数字正射影像(DOM)、数字表面模型(DSM)等精细化成果;其次,以两期DOM与DSM变化检测为主实现灾害体识别;然后,基于灾害体共性特征建立典型识别标志,并依此采用三维实景目视解译为主方法实现孕灾体识别;最后,通过地面核查确认或排除隐患。将该套方法应用到三峡库首秭归泄滩河左岸顺向斜坡区域,共识别出10处不同类型隐患,证明了方法的可行性。

三峡库区水库复活型滑坡分类

在综合分析了三峡库区水库滑坡的内外影响因素后,针对三峡库区2 000余处涉水滑坡、特别是针对其中大于100万m3的特大型滑坡,在统计分析的基础上,提出了基于物质组成和地质结构的三峡库区水库复活型滑坡分类方案,将滑坡分为黏黄土滑坡、碎屑堆积层滑坡以及岩质滑坡,并分析了各类滑坡的库水响应特征。针对库区蓄水以来变形(破坏)的151个特大型滑坡进行综合分析,提出了基于滑坡复活机理的三峡库区水库复活型滑坡分类方案,分为库水浮托型滑坡、动水压力型滑坡以及库水浸泡软化型滑坡。

基于Swin Transformer目标全景分割的三峡库首土质滑坡识别

【目的】滑坡识别是解决山区地质灾害隐患在哪里的关键。尤其人工智能是深度学习方法开始被广泛应用于目标识别领域,但对于多植被山区复杂环境下的滑坡隐患识别,存在着模型单一、精度较差等问题。【方法】故文章提出一种基于Swin Transformer(Shift Windows Transformer)作为骨干网络结合目标全景分割的智能识别方法,对三峡库首区域土质滑坡开展识别。将三峡库首的485处土质滑坡制作成样本集,并分为训练集和测试集。将训练集加载进Swin Transformer模型中进行训练,模型采用自注意力机制对训练集提取特征,构建特征图,测试集验证特征图的识别精度,保留识别精度最高的特征图。最终以此实现滑坡目标与背景区域的有效区分进而完成隐患识别,同时与DeepLab V3模型进行对比。【结果】结果显示:Swin Transformer模型在识别精度和识别速度上都要高于DeepLab V3模型,在三峡库首的试验中准确率可以达到83.55%,单张图片预测时间为0.18 s。【结论】结果表明:该方法能够在多植被山区复杂环境下快速识别土质滑坡,可为多植被山区的滑坡灾害调查提供参考。

三峡库区千将坪滑坡高速滑动机制研究

2003年7月13日,三峡水库初期蓄水至135m高程30d之际,在三峡库区秭归县发生了三峡库区的第一个水库滑坡,滑坡方量达1500万m3,最大滑速达16m/s,最高涌浪达24.5m。滑坡造成10人死亡,14人失踪,摧毁129间民房以及4个工厂,致1200人无家可归。千将坪滑坡发生后,为了预测三峡库区及世界其它水库工程可能发生的同类高速滑坡,持续数年研究千将坪滑坡的高速滑动机制,通过理论分析及数值模拟,探索了千将坪滑坡的高速滑动机制,认为千将坪滑坡具有孕育高速滑坡的典型结构特征,滑坡滑带的峰残强降差是滑坡高速启动的根本原因,高陡边坡蕴藏的高势能及滑带液化是滑坡加速高速滑动的主要原因。

三峡库区树坪滑坡应急治理工程效果分析

针对后缘较陡的大型滑坡的应急治理问题,选取三峡库区树坪滑坡应急治理工程为对象,以防灾减灾为目标,采用实时动态监测数据结合数值模拟的方法,分析此次治理的效果,并对该应急治理工程采取的组合治理方式进行模拟分析及评价。结果表明:通过对滑坡进行削坡压脚来减小滑坡自重,降低滑坡整体的下滑力,增加滑坡整体抗滑能力;滑坡表面设置的排水沟渠,能够减弱地表水入渗,间接增强抗剪强度,抑制滑坡的变形;该滑坡在应急治理后,应力场发生改变,变形速率显著降低,退水期间滑坡位移的突变特征消失,变形趋势逐渐减缓,滑坡稳定性有一定的提升。研究成果验证了应急治理措施对于体积较大、后缘较陡的滑坡治理的有效性,可为滑坡的治理提供有效的经验与方法。

三峡库区新生型滑坡滑带土抗剪强度确定概率方法

岩土体具有很强的空间变异性但又具有明显的区域性,三峡库区滑带土区域性特征也是其滑坡具有明显区域特点的重要原因之一。按岩土体特性把三峡库区分为坝址—庙河、庙河—奉节(秭归盆地除外)、奉节—重庆以及秭归盆地3个区域,并建立3个区域的滑带土抗剪强度参数分布概率作为先验分布,利用Bayes估计推断该区域新生型滑坡滑带土抗剪强度参数。对于有少量试验数据的新生型滑坡,可利用Bayes估计对其滑带土抗剪强度参数进行优化;对于缺乏试验数据的新生型滑坡,可利用周边滑带土性质相似的滑坡抗剪强度参数作为先验分布,利用Bayes估计确定其抗剪强度。最后以库区典型的新生型滑坡——千将坪滑坡为例证明这种方法是可行的。该方法对于开展新生型滑坡治理设计具有重要的实践意义。