三峡库区灾害地质立体图数据库的设计与实现

传统的地理信息系统数据模型难以表达现实世界中的地质空间模型,也不能表达继承、聚合等在GIS中广泛使用的关系。为解决上述问题,依托Geodatabase数据模型的特点和优势,在分析灾害地质数据的基础上,利用UML和Case工具,设计并实现了基于Geodatabase的灾害地质立体图数据库。实践表明,这种建库方法可以很好地将面向对象的思想应用到空间库的设计过程中,使数据库的设计更加快速、直观,且有利于数据库的后期维护和修改。

三峡库区地质灾害防治信息系统及预警指挥系统数据管理模式探讨

三峡库区地质灾害的原始数据是一种多来源、大数量、多类型、多格式、多尺度、多参照系、多精度、标准化程度差、数字化程度不同、密级不同的多源异构大数据,采用单一数据库对数据进行管理的模式无法满足不同层次数据管理、不同层次数据应用的实际需求。依据三峡库区地质灾害数据的本身特征和多层次数据应用的需求,本文采用了一种双层四块、底层物理隔离的数据管理模式。这种模式支撑了三峡库区地质灾害防治信息系统及预警指挥系统几年来的顺利运转,不但很好地管理了三峡库区多年来的各类涉密与非密的原始数据和成果数据,也可以为不同层次的管理部门和科研等部门提供多层次的数据支持与服务,是一种针对部分涉密的复杂大数据的良好的管理模式。

三峡库区黄土坡滑坡浸润线动态变化规律研究

以三峡库区黄土坡滑坡为研究对象,结合滑坡体地下水位监测数据,分析库水涨落对滑坡地下水位的影响。建立了黄土坡滑坡渗流模拟的有限元计算模型,并确定了模型合理的水头边界条件。利用Geo-Studio软件的SEEP/W模块,对库水位涨落情况下滑坡暂态渗流场的变化进行模拟,并且分析浸润线的动态变化过程,确定了库水位涨落对滑坡前缘浸润线影响区在滑坡前缘300 m范围内,并对库水位上升和下降两种工况下滑体前缘浸润线位置进行了预测。最后,分析了库水位涨落下库岸滑坡浸润线变化对滑坡稳定性影响,为研究库水位涨落下库岸滑坡浸润线和滑坡稳定性提供了依据。

三峡库区黄土坡滑坡降雨入渗模型研究

传统的入渗模型未考虑坡角和降雨强度对滑坡入渗过程的影响,为了更好地描述黄土坡滑坡降雨入渗过程,在GreenAmpt入渗模型的基础上推导了考虑坡体倾角和小降雨强度影响的降雨入渗模型。为了获取改进的入渗模型参数,在黄土坡滑坡1#崩滑体上进行了双环渗透试验与降雨、土的含水率和基质吸力现场监测。结果表明,黄土坡滑坡1#崩滑体饱和渗透系数为4.81×10-5 m/s;降雨时体积含水率增加,降雨停止后体积含水率降低,深部表现出一定的滞后特性;基质吸力变化趋势与体积含水率相反,降雨使其减小,降雨停止后逐渐增大。通过双环渗透试验与现场监测,获取了黄土坡滑坡降雨入渗模型参数值。将入渗模型计算值与现场监测数据进行对比,该模型计算值与现场监测数据吻合,说明该降雨入渗模型可用于黄土坡滑坡降雨入渗分析。

三峡库区黄土坡滑坡非饱和水力参数研究

非饱和水力参数在计算滑坡降雨入渗过程与稳定性时是至关重要的材料参数。在三峡库区黄土坡滑坡上进行双环渗透试验,获取黄土坡滑坡表土层的饱和渗透系数。对黄土坡滑坡表土层的含水率和基质吸力进行实时监测,采集了黄土坡滑坡表土层中含水率和基质吸力随时间的变化数据,采用van Genuchten土-水特征曲线模型拟合了4个实时监测剖面的土-水特征曲线及其拟合参数。将饱和渗透系数与土-水特征曲线拟合参数代入van Genuchten渗透系数函数模型,求出了黄土坡滑坡表土层在非饱和条件下的渗透系数函数,为黄土坡滑坡在降雨作用下的稳定性计算提供了可靠的水力参数。

三峡库区某滑坡防治工程设计研究

以三峡库区某滑坡工程地质勘察资料为依据,分析了该滑坡体的岩土组成和物理力学性质以及造成滑坡的原因,针对该滑坡特点进行了防治设计,提出了以抗滑桩和基岩山梁布设排水洞为主、开裂房屋灌浆加固和修筑排水沟为辅的综合治理方案,使该滑坡得到及时有效的治理。

三峡库区巴东组岩-土接触面抗剪强度特性研究

以三峡库区巴东组岩-土接触面为研究对象,设计了三种碎石含量(20%、50%和80%)、三种不同基岩(T12b、T22b、T32b)在室内进行了大型直剪试验,研究了碎石土-基岩接触面抗剪强度特性。试验结果表明:碎石土-基岩接触面τ-σ关系曲线分为应变硬化型和应变软化型;碎石土-基岩接触面剪切过程中碎石土中含有的孤石会随着剪切面的起伏发生摩擦、翻滚、平移等物理形态变化,剪切后在剪切面上留下深坑;碎石土-基岩接触面抗剪强度指标c、值与碎石土中碎石含量有关,其内聚力c随碎石含量的增加呈现先递增后递减的趋势,内摩擦角随碎石含量的增加总体呈现递增的趋势;碎石土-基岩接触面抗剪强度指标c、值与选材的地质代表性也有关系,T22b层的紫红色砂岩相对于T12b层和T32b层的灰岩来说具有内聚力c高,内摩擦角低的特点。

三峡库区特大型多级岩质滑坡变形特征研究

特大型滑坡变形是一复杂的动态过程,分析其变形监测数据是了解滑坡稳定情况和变形机制的有效手段。以三峡库区典型的特大型多级岩质滑坡——藕塘滑坡为例,基于滑坡地形特征和GNSS专业监测数据,结合降雨量、库水位和地下水位变化情况分析滑坡不同区域的变形特征和影响因素作用下的变形机制。研究结果表明:①降雨是藕塘滑坡阶跃变形的主要诱因,阶跃期间滑坡对降雨更加敏感,少量的降雨即有可能诱发滑坡再次加速;②库水位变化的影响范围仅限于一级滑体前缘,水位升降会改变滑坡的局部稳定性但不会直接导致滑坡出现阶跃变形;③滑坡区内的地下水位变化是滑坡阶跃变形的直接原因,降低滑坡区的地下水位变化幅度是治理藕塘滑坡的关键。

三峡库区黄土坡临江滑坡体水岩(土)相互作用机理

水岩(土)相互作用与滑坡地质灾害的形成密切相关。选取仍处于变形阶段的三峡库区黄土坡临江滑坡体为研究对象,以从滑坡不同部位采集的8类滑坡不良地质体(包括滑带土、软弱层、软岩等)为研究样本,追踪测试各样本的矿物类型及含量、化学组分及颗粒级配等指标。经分析,各类不良地质体之间具有明显的同源性特征,在水岩(土)相互作用下,主要滑坡不良地质体的成因及转化过程得以清晰呈现。随后,另取主滑带附近垂直方向上的岩土体样本为例,结合试验数据,深入分析并直观展现了水岩(土)相互作用对岩土体微观结构和力学性能弱化的影响。本研究深入探讨了黄土坡临江滑坡体中的水岩(土)相互作用机理,研究成果对于了解相似滑坡灾害的形成过程和有针对性制定滑坡防治方案具有重要参考价值。

基于SRTM-DEM数据的三峡库区蓄水负荷模型及其地表重力与形变响应模拟

以三峡库区蓄水负荷变化为切入点,研究了库区因蓄水导致的地表重力与形变响应。通过高分辨率SRTM-DEM数据与三峡库区主干道及各支流边界的地形对应关系,构建得到不同蓄水水位下的蓄水负荷模型,并且给出了不同水位与库区整体库容量体积及受淹面积之间的数学拟合关系。在此基础上,结合弹性负荷响应理论及macson拟合方法,计算得到整个库区在蓄水第2阶段与第3阶段地表重力场及形变场的空间分布,以及库区蓄水库容量变化的60阶次球谐系数结果,并与GRACE监测结果进行了对比分析。GRACE去除CLM4.5模型后的陆地水储量可认为与三峡库区蓄水变化直接相关,两者之间的差异可能包含了在巨大水体负荷压力下出现的地下水渗透效应。本文理论模拟结果以期为实际观测资料的对比分析和相关校正提供支撑。有助于挖掘库区滑坡活动及水库地震等与库水负荷变化之间的关系。

三峡库区消落带巴东组软岩抗剪强度劣化机理

三峡水库蓄水后,库区岸坡的消落带岩土体在库水周期性升降的作用下处于一种"干燥-浸湿"的循环状态。这种干湿循环作用将造成岩土体强度的劣化,并且随着劣化效应的增加,引起岸坡失稳,进而引发严重的地质灾害。以三峡库区巴东县巴东组第二段和第四段软岩为研究对象,在详细的野外调研基础之上,通过不同干湿循环次数下的软岩抗剪强度试验,模拟库水升降对软岩的水岩相互作用过程,探讨了巴东组软岩受库水"干燥-浸湿"循环作用下抗剪强度的劣化规律,利用X射线衍射方法对软岩的矿物成分进行分析,探讨消落带软岩的风化崩解机理。研究发现,巴东组第二段和第四段软岩分别在经历第1次和第3到5次干湿循环时,抗剪强度发生严重劣化;第二段软岩抗剪强度的劣化是由于蒙脱石遇水膨胀造成,第四段软岩抗剪强度的劣化是由于岩石中楔裂压力的发展造成。研究结果可以为岸坡稳定性评价提供理论依据。

地文期-构造节律-气候旋回耦合与三峡地质灾害关系的探讨

构造-地貌-气候耦合是现代地球系统科学研究的热点之一。大量地质事实表明,构造、地貌、气候与地质灾害的发生密切相关,而三者的阶段性耦合,即地文期-构造节律-气候旋回耦合,在很大程度上决定了地质灾害在时间分布上的群发和空间上的群集。从地文期-构造节律-气候旋回的关系及耦合作用的分析入手,通过地文期、构造节律、气候旋回与地质灾害的关系论述,建立了地文期、构造节律、气候旋回与地质灾害的耦合关系模式。依据现有资料,对三峡地区滑坡的群(高)发与地文期、构造、气候的耦合关系进行了初步分析,并就如何加强这方面的研究进行了讨论。

固结灌浆钻孔桩墙在滑坡抢险工程中的应用——以三峡库区巴东县将军岭滑坡治理工程为例

抗滑桩是滑坡治理的主要工程措施,从抗滑桩开始施工到产生抗滑效果往往需要数月时间。对处于蠕变阶段的滑坡尤其是应急抢险工程,在施工期间因抗滑桩开挖导致滑坡失稳破坏的风险极大。针对这一问题,通过采用双排钻孔灌注桩、桩顶钢桁架及桩间高压固结灌浆形成固结灌浆钻孔桩墙,能最大限度地减小土石方开挖、降低施工期间由于开挖引起失稳破坏的风险;另外在桩间采用固结灌浆技术减小桩土强度差,提高其整体刚度,使空间受力更加合理,避免了钻孔桩可能因局部弯矩、剪力过大产生压杆失稳破坏和剪断破坏。与传统抗滑桩相比,该技术为应急抢险工程赢得了宝贵的时间并且经济上更加合理。目前,该技术在三峡库区巴东县将军岭滑坡局部应急抢险工程中成功运用并取得了良好的治理效果。

三峡库区消落带巴东组软岩裂纹扩展规律

在库水位升降作用下,三峡库区消落带软岩力学性质逐渐劣化,直接影响了库岸的稳定性。裂纹扩展是岩石劣化的直接原因之一,因此选取三峡库区巴东组第四段泥质粉砂岩为研究对象,采用自制的裂纹测定装置,研究泥质粉砂岩在"浸泡—风干"循环条件下的裂纹扩展规律。研究结果表明:1随着泥质粉砂岩"浸泡—风干"循环次数的增加,试件裂隙率明显增大,初期阶段裂纹的扩展速率较快,后期逐渐减缓;2泥质粉砂岩的裂隙率与"浸泡—风干"循环次数可以用指数函数较好的拟合,拟合相关性系数为0.996,拟合度高,可以为后续发展趋势进行预测。

利用gPhone重力仪监测三峡库区蓄水的重力响应

根据三峡秭归gPhone101~#重力台站2012-06~2014-08重力观测资料,经处理改正得到的重力残差主要反映了库区蓄水变化的重力响应。不同的蓄水阶段,重力残差与库区水位变化响应特征不同,高差30m的水位波动能够引起70μGal的重力响应。利用gPhone重力仪能够有效监测三峡库区蓄水的重力响应,但局部及周边地区降水等水文效应也是连续重力观测结果的主要贡献之一,在监测库区蓄水对重力响应的影响时不可忽视。

微型桩固结灌浆地基处理技术在三峡库区回填土库岸护坡工程中的应用

三峡库区库岸失稳现象频发,由于库水位在145~175 m之间频繁变化,且回填砂土渗透性大的特点,护坡工程基础快速施工技术成为迫切需要的关键技术。以秭归县茅坪镇滨湖路库岸边坡为例,进行了稳定性分析和灾害治理,工程中运用微型桩固结灌浆地基处理技术作为防治措施,有效地解决了施工技术问题。

含泥量与含水率对三峡库区花岗岩风化砂细集料抗剪强度的影响

为了研究含泥量和含水率的变化对三峡库区花岗岩细集料强度特性的影响,通过控制含泥量和含水率的变化,采用四联式电动直剪仪在四个不同垂直应力下进行16组直剪试验。结果表明:花岗岩风化砂细集料抗剪强度随含水率和含泥量的增加表现为不同程度地减小;细集料的内摩擦角随含泥量的增大而减小,当含水率为15%时,含水率对内摩擦角不再具有明显的影响;而黏聚力随含泥量的增大而增加,随含水量的增大而减小。花岗岩风化砂细集料的内摩擦角在20.9°~24.9°变化,黏聚力在6.4 kPa^21.3 kPa变化。研究结果可为三峡库区地基或路基工程作参考。

地质空间认知与多维动态建模结构研究

地质空间建模本质上是通过有限的地质空间数据,重构地质空间对象和格局,以恢复或模拟特定地质空间相关特征供人感知的过程和工具。从空间认识的角度分析讨论了地质空间的本质特征,提出了三维地质建模的5个技术层次结构、对应的模型层次划分和三维地质建模生命周期。实际应用表明,该体系结构能够有效支持地上地下一体化三维地质建模。这将有助于多维地质空间建模理论体系的建立与完善。

那曲-羊八井季节性冻土区高速公路路基温度场变化规律研究

季节性冻土在温度的正负变化下会给公路路基的稳定性带来安全隐患。西藏那曲地区季节性冻土分布广泛,那曲-羊八井段高速公路贯穿季节性冻土区,为明确该路段的温度场分布变化特征,通过对那曲-羊八井段典型路基断面展开温度、含水率现场监测,依据2020年的地温资料进行回归分析,并结合室内试验对监测断面地温振幅、滞后时间和土体热扩散系数等进行分析。结果表明:监测断面地温整体在外界气温的波动下大致呈正弦曲线状变化,地温振幅随深度的增加而减小,并且伴随着滞后时间的顺延,路基在0~4.7 m深度处的每米滞后时间约为24 d/m,路基在0~5.4 m深度处的每米滞后时间约为30.8 d/m;监测断面不同位置土体热扩散系数的不同导致地温对气温的响应程度不同,路基土体的热扩散系数为0.0414~0.0628 m^(2)/d,对气温的响应最明显,地基土体的热扩散系数为0.0223~0.0379 m^(2)/d,对气温的响应较弱;路基的修建增加了对热量的吸收,在路基中形成一个高温区,通过两侧边坡和坡脚向外散热;路基内部土体含水率较低,且不存在明显的水分迁移;对称式的路基结构不存在明显的阴阳坡效应。据此可以判定该路基监测断面整体不存在因冻胀产生不均匀变形引发路基失稳的安全隐患。

基于影响因子反馈校准的北川县滑坡地质灾害易发性评价

层次分析法是地质灾害易发性评价中常用的一种方法,但该方法在专家打分构建判断矩阵的过程中主要依赖于专家的主观经验,具有局限性。通过追踪各个影响因子评价曲线AUC值的叠加增长过程,提出一种对影响因子分级权重进行反馈校准的滑坡灾害易发性评价方法,从而实现对层次分析法的改进。将该方法应用于北川新县城周边地区的滑坡地质灾害易发性评价,选择坡度、坡向、岩性、距水系距离、距断裂距离和归一化植被指数作为6个影响因子,建立影响因子及其分级的判断矩阵,并依据各个影响因子评价曲线AUC值对该判断矩阵进行反馈校准。结果表明:校准后所划分的研究区滑坡地质灾害易发性分区结果比校准前有明显的精度提升,说明基于影响因子反馈校准的层次分析法可以提高传统层次分析法的预测精度,且具有方法简单、易于实现的优点。