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我国黄土高原不仅是中华民族的发源地,也是世界上惟一的最年轻、且正在堆积的高原,它记录着240万年以来全球自然环境和气候变化以及地表灾害演化的丰富信息,每年全国有近三分之一的地质灾害发生在这一地区。本文概述了黄土地质灾害的危害现状,分析了目前黄土地质灾害研究方面存在的关键科学问题,并提出了当前应重点开展的研究思路和课题:研究黄土地质结构和黄土介质力学行为对灾害孕育的协同控制规律,概化黄土重大灾害的基本成灾模式;破解复杂动力作用下黄土重大灾害发生、突变、演化机制和灾害链演变规律;建立黄土重大灾害超前判识、预警预报与风险控制的理论及技术方法体系,形成黄土地区重大灾害减灾示范。 我国黄土高原不仅是中华民族的发源地,也是世界上惟一的最年轻、且正在堆积的高原,它记录着240万年以来全球自然环境和气候变化以及地表灾害演化的丰富信息,每年全国有近三分之一的地质灾害发生在这一地区。本文概述了黄土地质灾害的危害现状,分析了目前黄土地质灾害研究方面存在的关键科学问题,并提出了当前应重点开展的研究思路和课题:研究黄土地质结构和黄土介质力学行为对灾害孕育的协同控制规律,概化黄土重大灾害的基本成灾模式;破解复杂动力作用下黄土重大灾害发生、突变、演化机制和灾害链演变规律;建立黄土重大灾害超前判识、预警预报与风险控制的理论及技术方法体系,形成黄土地区重大灾害减灾示范。
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2018年10月11日和11月3日,在西藏自治区江达县波罗乡白格村与四川省白玉县绒盖乡则巴村交界处金沙江西藏岸(右岸)先后两次发生大规模高位滑坡,堵塞金沙江,形成堰塞湖。尤其是第二次滑坡-堰塞堵江,因坝体过高(堰塞湖水位可到50 m),堰塞湖库容较大(超过5×108 m3),不得不通过修建导流槽主动降低堰塞湖水位。经过人工干预,第二次堰塞体于11月13日被完全冲开,险情得以解除,但下泄的洪水在下游四川、云南境内仍造成严重的洪涝灾害。本文通过对两次滑坡的现场地质调查,结合历史遥感影像解译、InSAR监测、无人机航拍、地面变形监测等技术手段,查明了白格滑坡区斜坡的变形历史、两次滑坡及其堰塞堵江的基本特征及其动态演化特征,简述了第二次滑坡-堰塞体的应急处置以及为保证现场施工安全所开展的"实战性"监测预警工作。在同一部位先后两次发生大规模滑坡堵江事件并对其采取了及时有效的应急处置,其案例非常典型,对类似地质灾害事件具有很好的参考借鉴意义。 2018年10月11日和11月3日,在西藏自治区江达县波罗乡白格村与四川省白玉县绒盖乡则巴村交界处金沙江西藏岸(右岸)先后两次发生大规模高位滑坡,堵塞金沙江,形成堰塞湖。尤其是第二次滑坡-堰塞堵江,因坝体过高(堰塞湖水位可到50 m),堰塞湖库容较大(超过5×108 m3),不得不通过修建导流槽主动降低堰塞湖水位。经过人工干预,第二次堰塞体于11月13日被完全冲开,险情得以解除,但下泄的洪水在下游四川、云南境内仍造成严重的洪涝灾害。本文通过对两次滑坡的现场地质调查,结合历史遥感影像解译、InSAR监测、无人机航拍、地面变形监测等技术手段,查明了白格滑坡区斜坡的变形历史、两次滑坡及其堰塞堵江的基本特征及其动态演化特征,简述了第二次滑坡-堰塞体的应急处置以及为保证现场施工安全所开展的"实战性"监测预警工作。在同一部位先后两次发生大规模滑坡堵江事件并对其采取了及时有效的应急处置,其案例非常典型,对类似地质灾害事件具有很好的参考借鉴意义。
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2017年8月8日四川省九寨沟发生7.0级地震,是继2008年汶川大地震和2013年芦山地震之后,四川省发生的又一次7.0级以上的强震。为了给现场救援和震后地质灾害防治提供科学依据,本文作者第一时间赶赴现场,并基于震前和震后高精度遥感影像,完成了震区地质灾害解译和复核工作,共解译地质灾害1883处,主要以中小型浅层滑坡和崩塌为主。基于解译结果,对同震灾害的空间分布规律和控制因素(距断层距离、地面峰值加速度PGA、高程、坡度和坡向等)进行了分析,研究表明地质灾害主要沿北西-南东向呈带状分布,且沿公路、沟谷较为发育,在野外推测发震断层2km范围内高度集中,呈现明显的断层效应,但与塔藏断层之间的空间相关性相对较弱。在上述分析的基础上,采用逻辑回归模型,利用地震、地形和地质3大因素(8个因子)对地质灾害易发性进行了快速评价和分区,经统计校验证明该模型的准确率达0.851,模型精度较高。 2017年8月8日四川省九寨沟发生7.0级地震,是继2008年汶川大地震和2013年芦山地震之后,四川省发生的又一次7.0级以上的强震。为了给现场救援和震后地质灾害防治提供科学依据,本文作者第一时间赶赴现场,并基于震前和震后高精度遥感影像,完成了震区地质灾害解译和复核工作,共解译地质灾害1883处,主要以中小型浅层滑坡和崩塌为主。基于解译结果,对同震灾害的空间分布规律和控制因素(距断层距离、地面峰值加速度PGA、高程、坡度和坡向等)进行了分析,研究表明地质灾害主要沿北西-南东向呈带状分布,且沿公路、沟谷较为发育,在野外推测发震断层2km范围内高度集中,呈现明显的断层效应,但与塔藏断层之间的空间相关性相对较弱。在上述分析的基础上,采用逻辑回归模型,利用地震、地形和地质3大因素(8个因子)对地质灾害易发性进行了快速评价和分区,经统计校验证明该模型的准确率达0.851,模型精度较高。
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2015年4月29日早上7点55分,甘肃省永靖县盐锅峡镇党川村发生了小规模黄土滑坡,约5104m3失稳的黄土从黄河Ⅳ级台塬黑方台冲向黄河Ⅱ级台塬。滑坡后仅3h,再次产生较大规模的黄土滑坡,约35104m3黄土泥流冲向下游,形成长约780m,宽100m的堆积体,最大的堆积厚度17m,在党川段是少有的灾难性的滑坡。本文在滑前位移监测和裂缝分布变形研究的基础上,结合详细地质调查、低空摄影测量、现场工程地质测绘、含水率实验等手段,对党川2#滑坡的基本特征进行了分析,并形成滑坡发生及成灾原因初步认识。结果表明:(1)从时间上来看,党川2#滑坡共发生2次滑动,根据滑动模式和堆积特征上分析,第Ⅰ次相对独立,第Ⅱ次分为3轮滑动,共4轮滑动;(2)第Ⅰ次滑动区域面积8396m2,变形区域仅在台塬边较小范围内,滑前长期蠕动变形是第Ⅰ次滑动发生诱发因素;(3)第Ⅱ次滑动区域面积为27422m2,地表裂缝较少,滑前裂缝无明显位移变形,底部黄土的液化对台塬黄土滑坡的运动起了非常重要的作用,该次滑动滑距长、破坏强,具有突发性;(4)党川段开始发生大规模静态液化型黄土滑坡,并以落水洞形成滑坡边界,这对其他区段早期识别和监测预警研究具有重要意义。 2015年4月29日早上7点55分,甘肃省永靖县盐锅峡镇党川村发生了小规模黄土滑坡,约5104m3失稳的黄土从黄河Ⅳ级台塬黑方台冲向黄河Ⅱ级台塬。滑坡后仅3h,再次产生较大规模的黄土滑坡,约35104m3黄土泥流冲向下游,形成长约780m,宽100m的堆积体,最大的堆积厚度17m,在党川段是少有的灾难性的滑坡。本文在滑前位移监测和裂缝分布变形研究的基础上,结合详细地质调查、低空摄影测量、现场工程地质测绘、含水率实验等手段,对党川2#滑坡的基本特征进行了分析,并形成滑坡发生及成灾原因初步认识。结果表明:(1)从时间上来看,党川2#滑坡共发生2次滑动,根据滑动模式和堆积特征上分析,第Ⅰ次相对独立,第Ⅱ次分为3轮滑动,共4轮滑动;(2)第Ⅰ次滑动区域面积8396m2,变形区域仅在台塬边较小范围内,滑前长期蠕动变形是第Ⅰ次滑动发生诱发因素;(3)第Ⅱ次滑动区域面积为27422m2,地表裂缝较少,滑前裂缝无明显位移变形,底部黄土的液化对台塬黄土滑坡的运动起了非常重要的作用,该次滑动滑距长、破坏强,具有突发性;(4)党川段开始发生大规模静态液化型黄土滑坡,并以落水洞形成滑坡边界,这对其他区段早期识别和监测预警研究具有重要意义。
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2017年8月28日10时30分许,贵州省纳雍县张家湾镇普洒村后山约49.1×104 m3的山体发生高位崩塌,高速运动的碎屑物质沿途铲刮坡面原有松散崩滑堆积物,最终形成体积约为82.3×104 m3的堆积体,摧毁坡脚的普洒村大树脚组和桥边组居民区,造成26人遇难,9人失踪。通过对灾害发生现场进行详细的地质调查,本文综合运用无人机航拍、地面合成孔径雷达监测等技术手段,对普洒村崩塌体特征进行了详细描述,初步阐述了崩塌发生的动力学过程和成因机理,并对周边受崩塌体失稳影响而产生的欠稳定区岩体特征的危险性进行了分析评价。初步研究结果认为,崩塌源区岩体在下部巷道采煤的影响下产生拉张裂缝,之后在长期重力作用下,山体开始变形、破碎,最终整体失稳破坏。崩塌体从小规模掉块开始到整体失稳破坏、远程运动,直至最终停积,整个过程用时约7分21秒,其中主崩塌体失稳用时约26 s,远程运动距离约788 m,是一处典型的高位崩塌-碎屑流。深入研究普洒村崩塌的形成过程和成灾机理,对我国西南山区存在的与普洒村崩塌体类似条件的灾害隐患点的减灾防灾工作,具有重要的指导意义。 2017年8月28日10时30分许,贵州省纳雍县张家湾镇普洒村后山约49.1×104 m3的山体发生高位崩塌,高速运动的碎屑物质沿途铲刮坡面原有松散崩滑堆积物,最终形成体积约为82.3×104 m3的堆积体,摧毁坡脚的普洒村大树脚组和桥边组居民区,造成26人遇难,9人失踪。通过对灾害发生现场进行详细的地质调查,本文综合运用无人机航拍、地面合成孔径雷达监测等技术手段,对普洒村崩塌体特征进行了详细描述,初步阐述了崩塌发生的动力学过程和成因机理,并对周边受崩塌体失稳影响而产生的欠稳定区岩体特征的危险性进行了分析评价。初步研究结果认为,崩塌源区岩体在下部巷道采煤的影响下产生拉张裂缝,之后在长期重力作用下,山体开始变形、破碎,最终整体失稳破坏。崩塌体从小规模掉块开始到整体失稳破坏、远程运动,直至最终停积,整个过程用时约7分21秒,其中主崩塌体失稳用时约26 s,远程运动距离约788 m,是一处典型的高位崩塌-碎屑流。深入研究普洒村崩塌的形成过程和成灾机理,对我国西南山区存在的与普洒村崩塌体类似条件的灾害隐患点的减灾防灾工作,具有重要的指导意义。
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大光包滑坡是512汶川MS8.0级特大地震触发的规模最大的滑坡。滑坡位于汶川地震发震断裂上盘,距发震断裂直线距离3.0~4.5km,覆盖面积7.12km2,体积11.59108m3,是我国有史料记载以来规模最大的滑坡,也是目前世界上已知为数不多的几个10109m3以上的超大规模滑坡之一。本文作者自2011以来,在过去工作基础上,对该滑坡开展了1:2000滑坡工程地质测绘,结合物探、坑槽探及浅孔钻探等工作,编制了滑坡工程地质系列图件,从而进一步查明了大光包滑坡的平面和空间形态、滑体结构、滑面位置和堆积特征等,获得了较为完整的滑坡要素定量数据。研究成果还原了大光包滑坡发生时的真实场景;揭示了滑坡堆积地貌特征、植被分布、岩性分布以及堆积体结构特征等,认为大光包滑坡是受强震和特定地形条件、岩体结构条件(层间剪切断层和两组陡裂结构面)控制的楔形体失稳。在此基础上,根据滑坡的要素组成和运动堆积特征,对滑坡进行了分区,分为滑坡断壁区、主滑堆积区和次滑堆积区3个大区,进一步划分为10个小区,分析阐明了各区特征。最后,对大光包滑坡的发生过程和形成机理进行了概要分析,将其概括为5个主要阶段:即强震拉裂阶段、锁固段剪断及楔形体失稳阶段、高速滑动和急刹车运动堆积阶段、拆离滑动阶段、断壁崩滑阶段。研究还发现:强震作用下滑带的进一步碎裂化,以及可能出现的水击作用可能是滑坡骤然启动的主要原因。 大光包滑坡是512汶川MS8.0级特大地震触发的规模最大的滑坡。滑坡位于汶川地震发震断裂上盘,距发震断裂直线距离3.0~4.5km,覆盖面积7.12km2,体积11.59108m3,是我国有史料记载以来规模最大的滑坡,也是目前世界上已知为数不多的几个10109m3以上的超大规模滑坡之一。本文作者自2011以来,在过去工作基础上,对该滑坡开展了1:2000滑坡工程地质测绘,结合物探、坑槽探及浅孔钻探等工作,编制了滑坡工程地质系列图件,从而进一步查明了大光包滑坡的平面和空间形态、滑体结构、滑面位置和堆积特征等,获得了较为完整的滑坡要素定量数据。研究成果还原了大光包滑坡发生时的真实场景;揭示了滑坡堆积地貌特征、植被分布、岩性分布以及堆积体结构特征等,认为大光包滑坡是受强震和特定地形条件、岩体结构条件(层间剪切断层和两组陡裂结构面)控制的楔形体失稳。在此基础上,根据滑坡的要素组成和运动堆积特征,对滑坡进行了分区,分为滑坡断壁区、主滑堆积区和次滑堆积区3个大区,进一步划分为10个小区,分析阐明了各区特征。最后,对大光包滑坡的发生过程和形成机理进行了概要分析,将其概括为5个主要阶段:即强震拉裂阶段、锁固段剪断及楔形体失稳阶段、高速滑动和急刹车运动堆积阶段、拆离滑动阶段、断壁崩滑阶段。研究还发现:强震作用下滑带的进一步碎裂化,以及可能出现的水击作用可能是滑坡骤然启动的主要原因。
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地裂缝的监测是防治地裂缝危害的一项重要工作。本文采用基于BOTDR的分布式光纤感测技术对已有地裂缝和潜在地裂缝进行了分布式监测,详细介绍了BOTDR分布式光纤感测技术原理和地裂缝分布式监测方法,并以无锡杨墅里地裂缝作为监测点进行了现场试验研究。研究结果表明:基于BOTDR的分布式光纤感测技术可十分有效地对地裂缝的变形进行监测; 采用定点布设的方法,可提高感测光纤的监测精度和量程,测量精度可以达到0.1mm; 2m长的定点间距,量程可达30mm; 通过网格化铺设感测光缆,可对一定区域内的多条地裂缝进行监测; 在同一方向上,不同点距的结合,可提高地裂缝监测的定位精度。 地裂缝的监测是防治地裂缝危害的一项重要工作。本文采用基于BOTDR的分布式光纤感测技术对已有地裂缝和潜在地裂缝进行了分布式监测,详细介绍了BOTDR分布式光纤感测技术原理和地裂缝分布式监测方法,并以无锡杨墅里地裂缝作为监测点进行了现场试验研究。研究结果表明:基于BOTDR的分布式光纤感测技术可十分有效地对地裂缝的变形进行监测; 采用定点布设的方法,可提高感测光纤的监测精度和量程,测量精度可以达到0.1mm; 2m长的定点间距,量程可达30mm; 通过网格化铺设感测光缆,可对一定区域内的多条地裂缝进行监测; 在同一方向上,不同点距的结合,可提高地裂缝监测的定位精度。
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汶川地震在区内诱发了大量滑坡、崩塌等地质灾害,且孕育了大量松动岩体,这些松动岩体在降雨等因素诱发下将会产生大量次生地质灾害,危险性极大。故此对汶川县进行地质灾害易发性评价具有十分重要的现实意义。本文选取高程、坡度、坡向、起伏度、沟谷密度、工程岩组、断层、水系、道路9个影响因子,基于GIS的栅格数据模型,采用信息量模型、Logistic回归模型以及两种模型耦合分析进行地质灾害易发性评价。研究结果表明,采用耦合模型较信息量或Logistic单一模型评价结果更加合理、精度更高;易发性高与较高区域多集中于水系延展区域与断层集中区域。所计算得出的易发性分区结果与研究区实际情况相近,能在地质灾害风险评价中起到重要参考作用。 汶川地震在区内诱发了大量滑坡、崩塌等地质灾害,且孕育了大量松动岩体,这些松动岩体在降雨等因素诱发下将会产生大量次生地质灾害,危险性极大。故此对汶川县进行地质灾害易发性评价具有十分重要的现实意义。本文选取高程、坡度、坡向、起伏度、沟谷密度、工程岩组、断层、水系、道路9个影响因子,基于GIS的栅格数据模型,采用信息量模型、Logistic回归模型以及两种模型耦合分析进行地质灾害易发性评价。研究结果表明,采用耦合模型较信息量或Logistic单一模型评价结果更加合理、精度更高;易发性高与较高区域多集中于水系延展区域与断层集中区域。所计算得出的易发性分区结果与研究区实际情况相近,能在地质灾害风险评价中起到重要参考作用。
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以GIS为技术平台,采用证据权法对研究区进行了滑坡地质灾害危险性分析。综合分析历史滑坡数据及其环境因素和触发因素,数据源主要有地形图、DEM、地质图,选取地层岩性、构造、高程、坡度、坡向、地形起伏度、道路、水系作为危险性评价因子。首先应用ArcGIS软件对数据源进行处理,提取各个评价因子图层,并对每个图层进行分级、缓冲区分析等处理,建立若干证据层。然后将历史灾害点与评价因子进行空间关联分析,计算每个评价因子等级的权重,最后计算出评价单元的危险性指数,并将危险性分为极高危险区、高危险区、中等危险区、低危险区。采用成功率曲线法对证据权法评价精度进行验证,结果表明本次评价的精度为71%。利用历史滑坡数据对评价结果进行验证,结果显示评价结果与实际情况较为吻合,说明证据权可以客观定量地评价各影响因子对滑坡的影响程度,该方法应用于区域地质灾害危险性评价比较有效。 以GIS为技术平台,采用证据权法对研究区进行了滑坡地质灾害危险性分析。综合分析历史滑坡数据及其环境因素和触发因素,数据源主要有地形图、DEM、地质图,选取地层岩性、构造、高程、坡度、坡向、地形起伏度、道路、水系作为危险性评价因子。首先应用ArcGIS软件对数据源进行处理,提取各个评价因子图层,并对每个图层进行分级、缓冲区分析等处理,建立若干证据层。然后将历史灾害点与评价因子进行空间关联分析,计算每个评价因子等级的权重,最后计算出评价单元的危险性指数,并将危险性分为极高危险区、高危险区、中等危险区、低危险区。采用成功率曲线法对证据权法评价精度进行验证,结果表明本次评价的精度为71%。利用历史滑坡数据对评价结果进行验证,结果显示评价结果与实际情况较为吻合,说明证据权可以客观定量地评价各影响因子对滑坡的影响程度,该方法应用于区域地质灾害危险性评价比较有效。
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为对强震区地质灾害进行精细调查,基于无人机低空摄影测量系统能够获取高精度、高分辨率和高时效的遥感影像且具有灵活性强和不受复杂地形影响等特点。本文将无人机低空摄影测量系统应用到强震区地质灾害精细调查,探讨了强震区地质灾害无人机遥感精细调查流程及成果应用。以老虎嘴滑坡所在区域的应用为例,阐述了无人机遥感像片的获取和DEM、DOM及三维真实空间场景的制作方法,重点介绍了利用三维真实场景对地质灾害进行定性及定量分析及精确描述。实践结果表明:(1)同常规的遥感调查方法相比,该方法不仅能够获取更高分辨率和更高精度的地质灾害精细调查基础数据,而且还提高了其时效性及可靠性;(2)构建的地质灾害体三维真实空间场景突破了传统的二维地质灾害解译技术,提高了地质灾害解译的精度及准确度。本文较完整地阐述了无人机低空摄影测量系统在强震区地质灾害精细调查的流程及方法,可以较好地应用于强震区地质灾害精细调查。 为对强震区地质灾害进行精细调查,基于无人机低空摄影测量系统能够获取高精度、高分辨率和高时效的遥感影像且具有灵活性强和不受复杂地形影响等特点。本文将无人机低空摄影测量系统应用到强震区地质灾害精细调查,探讨了强震区地质灾害无人机遥感精细调查流程及成果应用。以老虎嘴滑坡所在区域的应用为例,阐述了无人机遥感像片的获取和DEM、DOM及三维真实空间场景的制作方法,重点介绍了利用三维真实场景对地质灾害进行定性及定量分析及精确描述。实践结果表明:(1)同常规的遥感调查方法相比,该方法不仅能够获取更高分辨率和更高精度的地质灾害精细调查基础数据,而且还提高了其时效性及可靠性;(2)构建的地质灾害体三维真实空间场景突破了传统的二维地质灾害解译技术,提高了地质灾害解译的精度及准确度。本文较完整地阐述了无人机低空摄影测量系统在强震区地质灾害精细调查的流程及方法,可以较好地应用于强震区地质灾害精细调查。
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在每年的库水位下降期间,三峡库区的许多滑坡都出现了较大变形。为了深入研究库水下降作用下滑坡的动态变形机理,评价和预测此类滑坡的稳定性及发展趋势,本文以白水河滑坡为例,在现场地质调查和详细地质勘查的基础上,充分利用十多年监测数据,分析其变形特征、失稳机理、影响因素及稳定性,预测了其变形发展趋势。研究结果表明在水库水位下降的过程中,由于滑坡岩土体渗透性能较差,地下水来不及及时排出,滞后于水库水位的下降,滑坡受到了坡体内地下水向外的渗透动水压力作用,从而使得滑坡稳定性降低。另外库水位下降速度越快,滑坡的位移速率也越大,表现出阶跃型动态变形特征。 在每年的库水位下降期间,三峡库区的许多滑坡都出现了较大变形。为了深入研究库水下降作用下滑坡的动态变形机理,评价和预测此类滑坡的稳定性及发展趋势,本文以白水河滑坡为例,在现场地质调查和详细地质勘查的基础上,充分利用十多年监测数据,分析其变形特征、失稳机理、影响因素及稳定性,预测了其变形发展趋势。研究结果表明在水库水位下降的过程中,由于滑坡岩土体渗透性能较差,地下水来不及及时排出,滞后于水库水位的下降,滑坡受到了坡体内地下水向外的渗透动水压力作用,从而使得滑坡稳定性降低。另外库水位下降速度越快,滑坡的位移速率也越大,表现出阶跃型动态变形特征。
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近年来由于自然环境变化和人类工程实践活动的影响,水土流失、滑坡等地质灾害发生的概率逐年提高,这些灾害的发生为当地人们的生产、生活带来了一定程度的危害。利用植物固土护坡方法可有效防治上述地质灾害的发生。植物固土护坡效应主要表现在水文效应和力学效应两方面。水文效应包括植物茎叶的降雨截留作用,植物茎叶削弱雨滴溅蚀作用,植物茎叶及其腐殖质抑制地表径流作用; 力学效应包括须状根系的加筋作用、主直根系的锚固作用和水平根系的牵拉作用等。本文着重探讨了植物护坡表现在水文效应和力学效应两方面的研究现状及其发展趋势。其中,在水文效应方面,对植物茎叶降雨截留及削弱溅蚀等进行了着重探讨; 对于力学效应着重探讨了根系增强土体抗剪强度理论模型、根-土相互作用、植物固土护坡力学效应数值模拟等。在上述基础上,指出了植物固土护坡效应发展趋势,即体现在水文效应方面,需开展大气-土体-植物水分迁移对边坡稳定性影响研究; 根-土复合体强度理论模型方面,进一步探讨Wu-Waldron-Model模型和Fiber-Bundle-Model模型所适用的工况条件; 数值模拟方面,需进一步探讨在建立计算模型时应系统考虑植物根型特征、根系强度等诸因素以及这些因素对计算结果的影响; 在工程实践方面,进一步开展植物护坡方法在边坡工程中的应用,探索植物护坡在不同地质、气候和区域环境条件下的应用与维护,使植物固土护坡效应体现出水文效应、力学效应、景观效应的有机结合。 近年来由于自然环境变化和人类工程实践活动的影响,水土流失、滑坡等地质灾害发生的概率逐年提高,这些灾害的发生为当地人们的生产、生活带来了一定程度的危害。利用植物固土护坡方法可有效防治上述地质灾害的发生。植物固土护坡效应主要表现在水文效应和力学效应两方面。水文效应包括植物茎叶的降雨截留作用,植物茎叶削弱雨滴溅蚀作用,植物茎叶及其腐殖质抑制地表径流作用; 力学效应包括须状根系的加筋作用、主直根系的锚固作用和水平根系的牵拉作用等。本文着重探讨了植物护坡表现在水文效应和力学效应两方面的研究现状及其发展趋势。其中,在水文效应方面,对植物茎叶降雨截留及削弱溅蚀等进行了着重探讨; 对于力学效应着重探讨了根系增强土体抗剪强度理论模型、根-土相互作用、植物固土护坡力学效应数值模拟等。在上述基础上,指出了植物固土护坡效应发展趋势,即体现在水文效应方面,需开展大气-土体-植物水分迁移对边坡稳定性影响研究; 根-土复合体强度理论模型方面,进一步探讨Wu-Waldron-Model模型和Fiber-Bundle-Model模型所适用的工况条件; 数值模拟方面,需进一步探讨在建立计算模型时应系统考虑植物根型特征、根系强度等诸因素以及这些因素对计算结果的影响; 在工程实践方面,进一步开展植物护坡方法在边坡工程中的应用,探索植物护坡在不同地质、气候和区域环境条件下的应用与维护,使植物固土护坡效应体现出水文效应、力学效应、景观效应的有机结合。
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滑坡地质灾害一直是社会高度关注的问题之一,近年来我国多地发生了由地震、降雨、水库运行和工程建设等触发的高边坡过大变形事故,有时甚至导致大型滑坡、泥石流,严重危害到人们的生命和财产安全。边坡变形的监测技术和方法在最近一个时期得到了飞速的发展,在保证边坡稳定性、验证支挡措施效果、提高滑坡预警预报水平等方面发挥了重要的作用。本文在简要介绍传统边坡变形监测技术及其不足的基础上,阐述了近十余年间国内外边坡变形监测技术的最新发展和应用现状,重点分析和对比了分布式光纤传感等新型监测技术的特点。最后,对边坡变形监测技术未来的发展方向提出了一些研究思路。 滑坡地质灾害一直是社会高度关注的问题之一,近年来我国多地发生了由地震、降雨、水库运行和工程建设等触发的高边坡过大变形事故,有时甚至导致大型滑坡、泥石流,严重危害到人们的生命和财产安全。边坡变形的监测技术和方法在最近一个时期得到了飞速的发展,在保证边坡稳定性、验证支挡措施效果、提高滑坡预警预报水平等方面发挥了重要的作用。本文在简要介绍传统边坡变形监测技术及其不足的基础上,阐述了近十余年间国内外边坡变形监测技术的最新发展和应用现状,重点分析和对比了分布式光纤传感等新型监测技术的特点。最后,对边坡变形监测技术未来的发展方向提出了一些研究思路。
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近10年来,在山区,尤其是西部山区的工程建设和灾害防治实践中,我们发现越来越多的以“倾倒”为特征的岩质边坡变形破坏和稳定性问题,其出现的频度和造成的危害大有比肩“滑动”破坏这一边坡失稳的传统主题,成为困扰地质工程师和岩石力学工作者的又一难题。这类问题之所以难,是因为建立在以“滑动”为基础的传统边坡稳定性分析方法不再适用这类边坡。本文在大量工程实例的基础上,分析了边坡倾倒变形和破坏的基本特征,从“倾倒”变形破坏的地质过程和变形稳定性分析的基本理念出发,建立了描述倾倒边坡不同变形程度的工程地质模型,这个模型将倾倒边坡分为倾倒-坠覆、倾倒-错动、倾倒-张裂、倾倒-松弛4个区,分别对应不同的变形程度和稳定性状况,提出了各个区的具体特征和定性指标与量化指标相结合的描述指标体系,从而将倾倒的地质显现、力学机理和变形稳定性有机统一,实现了对倾倒边坡稳定性的工程地质评价。与传统的“滑动”问题不同的是,本文没有强调对这类问题采用强度稳定性的评价思路,而建议采用变形稳定性评价的理念,这似乎更适合倾倒变形这类问题的分析和评价。 近10年来,在山区,尤其是西部山区的工程建设和灾害防治实践中,我们发现越来越多的以“倾倒”为特征的岩质边坡变形破坏和稳定性问题,其出现的频度和造成的危害大有比肩“滑动”破坏这一边坡失稳的传统主题,成为困扰地质工程师和岩石力学工作者的又一难题。这类问题之所以难,是因为建立在以“滑动”为基础的传统边坡稳定性分析方法不再适用这类边坡。本文在大量工程实例的基础上,分析了边坡倾倒变形和破坏的基本特征,从“倾倒”变形破坏的地质过程和变形稳定性分析的基本理念出发,建立了描述倾倒边坡不同变形程度的工程地质模型,这个模型将倾倒边坡分为倾倒-坠覆、倾倒-错动、倾倒-张裂、倾倒-松弛4个区,分别对应不同的变形程度和稳定性状况,提出了各个区的具体特征和定性指标与量化指标相结合的描述指标体系,从而将倾倒的地质显现、力学机理和变形稳定性有机统一,实现了对倾倒边坡稳定性的工程地质评价。与传统的“滑动”问题不同的是,本文没有强调对这类问题采用强度稳定性的评价思路,而建议采用变形稳定性评价的理念,这似乎更适合倾倒变形这类问题的分析和评价。
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白龙江流域是我国滑坡泥石流灾害四大高发区之一,进行该区域滑坡敏感性评价,能够为决策者在灾害管理和设施建设规划方面提供帮助,对区域防灾减灾具有重要指导意义。本研究采用边坡单元为基本研究单元,在野外调查及前人研究基础上,选择控制该区域滑坡发育的19个要素作为影响因子; 经过主成分分析和独立性检验得到该区域对滑坡形成贡献最大的6个因子:高程、坡度、坡向、岩性、断裂距离和人口密度; 分别使用二元逻辑回归模型(LR)和支持向量机模型(SVM)对该区域进行滑坡敏感性评价; 最后,采用ROC曲线对模型精度进行验证。研究结果表明,两模型各能将38.76%、14.48%、9.40%、11.28%、26.07%和13.49%、21.61%、8.17%、26.70%、30.04%的边坡单元分别预测为极高危险区、高危险区、中度危险区、低危险区和极低危险区; 精度验证结果表明两种模型均能有效地进行该区域滑坡敏感性评价,并且支持向量机模型具有更好的分类能力、预测精度和稳定性。 白龙江流域是我国滑坡泥石流灾害四大高发区之一,进行该区域滑坡敏感性评价,能够为决策者在灾害管理和设施建设规划方面提供帮助,对区域防灾减灾具有重要指导意义。本研究采用边坡单元为基本研究单元,在野外调查及前人研究基础上,选择控制该区域滑坡发育的19个要素作为影响因子; 经过主成分分析和独立性检验得到该区域对滑坡形成贡献最大的6个因子:高程、坡度、坡向、岩性、断裂距离和人口密度; 分别使用二元逻辑回归模型(LR)和支持向量机模型(SVM)对该区域进行滑坡敏感性评价; 最后,采用ROC曲线对模型精度进行验证。研究结果表明,两模型各能将38.76%、14.48%、9.40%、11.28%、26.07%和13.49%、21.61%、8.17%、26.70%、30.04%的边坡单元分别预测为极高危险区、高危险区、中度危险区、低危险区和极低危险区; 精度验证结果表明两种模型均能有效地进行该区域滑坡敏感性评价,并且支持向量机模型具有更好的分类能力、预测精度和稳定性。
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三峡库区涉水型滑坡众多,库水位周期性涨落引起库岸滑坡岩土体物理性质的改变,还使得滑体内渗流场发生变化,进而影响滑坡体稳定性。为研究库水位升降作用对涉水边坡稳定性的影响,基于三峡库区重大涉水滑坡分类,对动水压力型滑坡进行分析。以三峡库区秭归县树坪滑坡为例,利用Geo-Studio软件的SEEP模块及SLOPE分别对滑坡渗流场与稳定性进行计算,分析不同滑体渗透系数及不同库水位升降速率对动水压力型滑坡的影响规律。结果表明:对于动水压力型滑坡,库水位上升过程中,地下水位线有下凹趋势,稳定性系数有所增大; 库水位下降过程中,地下水位线有上凸现象,且稳定性系数明显减小; 库水位升降速率越大,滑体渗透系数越小,库水位变动对滑坡渗流及稳定性影响越明显。 三峡库区涉水型滑坡众多,库水位周期性涨落引起库岸滑坡岩土体物理性质的改变,还使得滑体内渗流场发生变化,进而影响滑坡体稳定性。为研究库水位升降作用对涉水边坡稳定性的影响,基于三峡库区重大涉水滑坡分类,对动水压力型滑坡进行分析。以三峡库区秭归县树坪滑坡为例,利用Geo-Studio软件的SEEP模块及SLOPE分别对滑坡渗流场与稳定性进行计算,分析不同滑体渗透系数及不同库水位升降速率对动水压力型滑坡的影响规律。结果表明:对于动水压力型滑坡,库水位上升过程中,地下水位线有下凹趋势,稳定性系数有所增大; 库水位下降过程中,地下水位线有上凸现象,且稳定性系数明显减小; 库水位升降速率越大,滑体渗透系数越小,库水位变动对滑坡渗流及稳定性影响越明显。
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抗干湿循环能力是检验固化土耐久性能的重要指标,研究固化黄土的干湿循环特性具有较重要的意义。本文利用高分子材料SH固化剂对黄土进行固化改良,就固化黄土抗压和抗剪强度受干湿循环变化的影响开展室内模拟试验研究。试验结果表明:SH固化黄土试样经过干湿循环后,强度整体下降,但是仍远高于素黄土强度。随干湿循环次数的增大,抗压强度呈指数衰减,SH掺量增大,循环后的强度损失减小,质量损失率非常小,完整性良好。抗剪强度随干湿循环次数的增大而减小,干湿循环对SH固化黄土的黏聚力影响明显。不同掺量的SH固化黄土试件经3次干湿循环黏聚力下降,第4次循环后略有增大再下降,经多次循环下降平缓。经3~4次干湿循环的固化黄土试件的内摩擦角均有不同程度的降低,随后基本趋于稳定。由于增湿与脱湿过程中水分质量的变化,试样的质量和体积呈波状起伏变化。对掺量为10%的固化黄土应力应变关系分析得出其应变具有硬化特征。大于10%的SH固化黄土干湿循环之后仍然保持较高和较稳定的强度,能抵抗15次干湿循环,进一步说明了SH固化黄土的水稳性良好。SH固化剂在运用于黄土抗干湿循环方面具有明显的作用,因而具有较广阔的应用前景。 抗干湿循环能力是检验固化土耐久性能的重要指标,研究固化黄土的干湿循环特性具有较重要的意义。本文利用高分子材料SH固化剂对黄土进行固化改良,就固化黄土抗压和抗剪强度受干湿循环变化的影响开展室内模拟试验研究。试验结果表明:SH固化黄土试样经过干湿循环后,强度整体下降,但是仍远高于素黄土强度。随干湿循环次数的增大,抗压强度呈指数衰减,SH掺量增大,循环后的强度损失减小,质量损失率非常小,完整性良好。抗剪强度随干湿循环次数的增大而减小,干湿循环对SH固化黄土的黏聚力影响明显。不同掺量的SH固化黄土试件经3次干湿循环黏聚力下降,第4次循环后略有增大再下降,经多次循环下降平缓。经3~4次干湿循环的固化黄土试件的内摩擦角均有不同程度的降低,随后基本趋于稳定。由于增湿与脱湿过程中水分质量的变化,试样的质量和体积呈波状起伏变化。对掺量为10%的固化黄土应力应变关系分析得出其应变具有硬化特征。大于10%的SH固化黄土干湿循环之后仍然保持较高和较稳定的强度,能抵抗15次干湿循环,进一步说明了SH固化黄土的水稳性良好。SH固化剂在运用于黄土抗干湿循环方面具有明显的作用,因而具有较广阔的应用前景。
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超声波在岩土介质中传播时携带了许多与岩土物理力学性质有关的信息,这些信息可综合反映到声学参数如超声波速、衰减系数、波形、频率、频谱及振幅等的变化上,根据这些参数可反演得到岩土体的物理力学指标及细观结构特征,从而解决一系列的岩土工程问题。首先对超声波无损检测可以解决的岩土工程问题进行了概述。其次系统地阐述了土体和岩石(体)超声试验的研究进展:土体强度参数声学特性的试验研究、土体微结构参数的超声探测、岩石强度参数的超声测试研究、超声波速在岩石破裂方面的应用研究、超声波声波衰减在岩石材料中的应用、超声波速度和衰减各向异性的研究及超声波流体流动试验的研究。最后,笔者将超声波测试拓宽到土石混合体研究领域,探讨了不同含石量试样的波速和衰减规律,以及损伤声学参数对试样在单轴压缩作用下裂纹扩展的细观损伤特性的研究,更进一步说明了土石混合材料即不有别于土也不同于岩的特殊性。在以上研究基础上,基于超声波岩土试验国内外研究动态的总结,对其未来的发展趋势进行了展望。 超声波在岩土介质中传播时携带了许多与岩土物理力学性质有关的信息,这些信息可综合反映到声学参数如超声波速、衰减系数、波形、频率、频谱及振幅等的变化上,根据这些参数可反演得到岩土体的物理力学指标及细观结构特征,从而解决一系列的岩土工程问题。首先对超声波无损检测可以解决的岩土工程问题进行了概述。其次系统地阐述了土体和岩石(体)超声试验的研究进展:土体强度参数声学特性的试验研究、土体微结构参数的超声探测、岩石强度参数的超声测试研究、超声波速在岩石破裂方面的应用研究、超声波声波衰减在岩石材料中的应用、超声波速度和衰减各向异性的研究及超声波流体流动试验的研究。最后,笔者将超声波测试拓宽到土石混合体研究领域,探讨了不同含石量试样的波速和衰减规律,以及损伤声学参数对试样在单轴压缩作用下裂纹扩展的细观损伤特性的研究,更进一步说明了土石混合材料即不有别于土也不同于岩的特殊性。在以上研究基础上,基于超声波岩土试验国内外研究动态的总结,对其未来的发展趋势进行了展望。
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为了更好地给覆盖型岩溶地面塌陷的处置和防治提供理论依据,根据可溶岩上覆盖层物质成分、地质结构及其物理力学性能的差异,首次将覆盖型岩溶地面塌陷机制区分为沙漏型、土洞型和泥流型3种类型。砂性土层分布区,由外界因素的触发导致沙颗粒向岩溶通道和溶洞漏失而产生的地面塌陷现象称为沙漏型塌陷。重力和岩溶提供的有效空间是产生沙漏型塌陷的必要条件,地下水作用加速了沙漏型地面塌陷发生,缩短了塌陷发生的过程。发生在黏性土和密实砂性土层中、由于土洞洞顶拱效应失效而产生的地面塌陷现象称为土洞型塌陷; 天然土洞通过地表水侵蚀与地下水潜蚀作用、砂土漏失和软土流失等3种方式形成; 土洞的形成和发展时期内洞顶上方土体是稳定的,在外部因素触发而导致洞顶拱效应失效时才发生地面塌陷; 土洞型塌陷具有隐蔽性和突发性的特点。由软弱土体流失而产生的地面塌陷现象称为泥流型塌陷。泥流型地面塌陷是软弱土体向溶蚀通道和溶洞中流失的结果。岩溶地面塌陷的触发因素包括地下水作用(垂直和水平渗流、土/岩界面处地下水位频繁波动)、外加荷载(动荷载和静荷载)和土洞顶板抗力降低(顶板强度降低、厚度减薄和结构破坏)等方面。这些外因触发了岩溶地面塌陷的发生。 为了更好地给覆盖型岩溶地面塌陷的处置和防治提供理论依据,根据可溶岩上覆盖层物质成分、地质结构及其物理力学性能的差异,首次将覆盖型岩溶地面塌陷机制区分为沙漏型、土洞型和泥流型3种类型。砂性土层分布区,由外界因素的触发导致沙颗粒向岩溶通道和溶洞漏失而产生的地面塌陷现象称为沙漏型塌陷。重力和岩溶提供的有效空间是产生沙漏型塌陷的必要条件,地下水作用加速了沙漏型地面塌陷发生,缩短了塌陷发生的过程。发生在黏性土和密实砂性土层中、由于土洞洞顶拱效应失效而产生的地面塌陷现象称为土洞型塌陷; 天然土洞通过地表水侵蚀与地下水潜蚀作用、砂土漏失和软土流失等3种方式形成; 土洞的形成和发展时期内洞顶上方土体是稳定的,在外部因素触发而导致洞顶拱效应失效时才发生地面塌陷; 土洞型塌陷具有隐蔽性和突发性的特点。由软弱土体流失而产生的地面塌陷现象称为泥流型塌陷。泥流型地面塌陷是软弱土体向溶蚀通道和溶洞中流失的结果。岩溶地面塌陷的触发因素包括地下水作用(垂直和水平渗流、土/岩界面处地下水位频繁波动)、外加荷载(动荷载和静荷载)和土洞顶板抗力降低(顶板强度降低、厚度减薄和结构破坏)等方面。这些外因触发了岩溶地面塌陷的发生。
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根据近年来国内外学者围绕膨胀土工程地质特性取得的研究成果,着重从胀缩性、裂隙性、超固结性、强度、渗透性、微观结构及工程处治技术等几个方面总结了该课题的研究现状及进展,得到如下认识:(1)胀缩性主要取决于强亲水性黏土矿物含量、水/力边界条件及初始状态,在干湿循环条件下具有不可逆性,关于胀缩机理学界存在不同的观点;(2)裂隙性是膨胀土区别于一般土体的显著特征之一,裂隙的存在会极大破坏土体的整体性,弱化力学性质,是许多工程地质问题的直接或间接原因,裂隙形成过程与膨胀土矿物成分、微观结构和干燥过程中的内应力发育状态有关;(3)超固结性使膨胀土具有较大结构强度和水平应力,易在开挖过程中引起较强的卸荷效应,是促进边坡失稳的重要因素;(4)膨胀土的强度随干湿循环次数增加而逐渐降低,并最终趋于稳定,其中裂隙发育和土结构调整在此过程中起关键作用;(5)渗透性在很大程度上受裂隙的控制,但目前关于两者之间的定量关系还缺少系统研究;(6)微观结构反应了膨胀土的形成条件和应力历史,是决定其宏观物理力学性质的主要因素,开展微观结构研究是掌握膨胀土宏观性质本质规律的重要途径。在工程处治技术上,本文重点介绍了近些年发展起来的膨胀土路堤物理处治技术和路堑边坡柔性支护技术。最后,针对该课题的研究现状,笔者提出了今后的研究重点和方向,主要包括胀缩性和力学性质的各向异性、裂隙形成的力学机理、裂隙形态特征与工程地质特性之间的定量关系、宏-微观力学模型耦合问题及多场耦合作用下膨胀土工程性质响应特征等。 根据近年来国内外学者围绕膨胀土工程地质特性取得的研究成果,着重从胀缩性、裂隙性、超固结性、强度、渗透性、微观结构及工程处治技术等几个方面总结了该课题的研究现状及进展,得到如下认识:(1)胀缩性主要取决于强亲水性黏土矿物含量、水/力边界条件及初始状态,在干湿循环条件下具有不可逆性,关于胀缩机理学界存在不同的观点;(2)裂隙性是膨胀土区别于一般土体的显著特征之一,裂隙的存在会极大破坏土体的整体性,弱化力学性质,是许多工程地质问题的直接或间接原因,裂隙形成过程与膨胀土矿物成分、微观结构和干燥过程中的内应力发育状态有关;(3)超固结性使膨胀土具有较大结构强度和水平应力,易在开挖过程中引起较强的卸荷效应,是促进边坡失稳的重要因素;(4)膨胀土的强度随干湿循环次数增加而逐渐降低,并最终趋于稳定,其中裂隙发育和土结构调整在此过程中起关键作用;(5)渗透性在很大程度上受裂隙的控制,但目前关于两者之间的定量关系还缺少系统研究;(6)微观结构反应了膨胀土的形成条件和应力历史,是决定其宏观物理力学性质的主要因素,开展微观结构研究是掌握膨胀土宏观性质本质规律的重要途径。在工程处治技术上,本文重点介绍了近些年发展起来的膨胀土路堤物理处治技术和路堑边坡柔性支护技术。最后,针对该课题的研究现状,笔者提出了今后的研究重点和方向,主要包括胀缩性和力学性质的各向异性、裂隙形成的力学机理、裂隙形态特征与工程地质特性之间的定量关系、宏-微观力学模型耦合问题及多场耦合作用下膨胀土工程性质响应特征等。
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