基于变形监测的运动型滑坡临灾预警系统研究

运动型滑坡处于蠕动变形与剧烈变形阶段之间,变形时间长、机理复杂,临灾预警难度大。介绍了典型运动型滑坡的累积位移关系曲线特征,提出了以日降雨量、日位移速率建立临灾预警线,进而设计递进式滑坡临灾预警系统的方法。结合王家坡滑坡地形地貌、剖面特征、变形信息等,建立合理的监测网络。根据获取的王家坡累积位移-时间-降雨量关系曲线,分析王家坡滑坡的变形规律。结果表明：①王家坡滑坡监测累积位移曲线随降雨呈“阶跃”特征;②当日降雨量超过25 mm时,日位移速率就会显著增加到20 mm/d以上;③以降雨量、日位移速率达到阈值时为Ⅲ级黄色线中心线,可以设计王家坡滑坡5级递进式滑坡临灾预警系统。     

基于B型深孔测斜曲线的滑坡滑动面位置确定方法

在实际的深孔位移监测中,测斜曲线的突变特征是滑动面辨识的关键依据,对于“B”型测斜曲线通常是将曲线的鼓包凸起点作为滑动面的位置,但这种方法容易受到测点布置间隔和横纵坐标观测尺度的影响,存在滑面位置定义不清晰、数值不确定的问题。为了能够有效地克服这些缺点,提升测斜曲线滑动面辨识的准确度,基于“B”型测斜曲线变化特征,研究将滑坡抽象为由“滑动体”、“滑动区间”以及“不动体”三者组成的概化模型,并对滑坡运动过程中不同深度处土体的位移速率和加速度变化特点进行了深入分析。结果表明：土体位移速率沿深度方向会形成多道曲线簇,且不同曲线簇分别对应各滑面所在的滑动区间及非滑动区间。此外,将位移速率转化为加速度,则土体加速度曲线具有更加显著的分簇特征,能够为准确区分滑动体和不动体的区间范围提供重要依据。进一步地,提取监测期内加速度曲线分簇特征显著的当日土体加速度并绘制散点图,能够快速准确地确定坡体不同区间的深度范围。基于当日各滑面所在滑动区间内的加速度数据,运用三次样条插值法计算该区间内的位移加速度最大值,由于滑面处的土体加速度最大,则该值对应的土体深度可作为滑面位置的计算深度。研究方法能够更加精准地确定...     

基于XGBoost模型的降雨诱发阶跃型滑坡位移预测

滑坡位移预测一直是滑坡研究的热点之一。近年来,随着计算机科学的发展,越来越多的人工智能技术模型被用于滑坡位移的预测。相较于常用的如LSTM神经网络等机器学习模型,集成算法中的XGBoost模型在滑坡位移预测领域尚不多见。由于其在滑坡位移预测中具有预测精度更高、运行速度更快等优点,目前在学术界已成为研究的热点领域。文中以泉州市安溪县尧山村滑坡地灾点监测数据为例,运用Python搭建XGBoost模型,并通过最大信息系数的比较来选定与位移高度相关的特征,输入至模型中对滑坡位移进行预测。结果表明,XGBoost模型因其在目标函数中引入正则项来控制模型过拟合、模型数据集划分采用前向验证方式等优点,相较于大多数机器学习模型,能更加准确地预测降雨诱发阶跃型滑坡位移。该模型对此类滑坡的位移预测及早期监测预警具有重要参考意义。     

拉裂-坠落式岩质崩塌失稳过程声信号特征模拟试验研究

岩体崩塌是西南岩溶山区广泛分布的地质灾害,崩塌失稳过程极为迅速,常规监测手段难以有效监测预警。根据岩体崩塌孕育发展力学过程,开展分级蠕变和自然渐变2种工况下的拉裂型崩塌相似模拟试验,采用声发射系统和无线微震传感器研究崩塌模型失稳过程声信号特征。研究结果表明：位移和应变场均仅在主破裂发展瞬间产生突变,难以提供指示失稳破坏的前兆信息;高频声发射信号的多种时域和频域参数在2种工况下的岩体崩塌相似试验中均表现明显的阶段性特征,可为岩体崩塌失稳提供有效的失稳前兆指示;采用滑动窗口法分析了试验全过程的微震波形信号,根据主频特征可清晰区分3类信号,低频信号在加速损伤阶段出现突降;根据2种工况下相似模拟试验声发射和微震信号的特征,崩塌发展过程可分为渐变阶段、主控面加速损伤阶段和失稳破坏阶段,模拟自然渐变荷载下主控裂纹贯穿失稳更为突然。研究成果为发展岩溶山区岩体崩塌监测预警方法和技术提供了支撑。     

基于桥梁自然纹理的全场位移监测方法∗

结构健康监测系统在桥梁上的测点十分有限,测试数据不完备导致结构安全状态评价困难。提出一种自然纹理条件下的结构全场位移监测方法。通过尺度不变特征变换算法提取结构表面自然纹理特征点,将提取的自然纹理特征点作为结构变形前后的点源数据,通过特征点匹配建立起变形前后特征点的位置关系。进一步,建立结构变形前后自然纹理特征点相对位置变化数学模型,提出结构全场位移矢量计算理论。最后,通过试验梁对方法进行验证,获得了试验梁的全场位移监测结果。验证结果显示,结构边缘挠度最大误差 4.94%,平均误差为 2.08%, 全场位移矢量最大长度误差 0.68 mm,最大角度误差 0.76°,计算得到的全场位移矢量与结构实际变形一致。     

基于突变级数法的滑坡稳定性评价

基于突变级数法,建立了滑坡稳定性评价和预测模型。在相关研究的基础上,建立了滑坡稳定性评价指标的递阶层次结构,以滑带强度、滑面特征、滑坡外形特征及其近期活动等4个内部影响因素,以及暴雨作用、河流作用、滑坡后缘加载、人工活动和地震作用等5个外部影响因素,作为滑坡稳定性识别的判别因子;以22组典型滑坡工程案例作为训练样本,建立了滑坡稳定性评价模型和突变级数判据;然后利用6组典型滑坡工程实际案例作为测试样本,检验了模型的可行性和可靠性。研究表明,突变级数法对滑坡稳定性的识别结果与实际情况吻合,并与系统加权聚类分析法、判别分析法等的识别结果一致。     

基于一维黏塑性运动模型的大型慢速滑坡变形预测研究

慢速滑坡变形缓慢,持续时间长,在世界范围内分布广泛,具有隐蔽性强和突发性高等特点,给人类的生存与发展带来了巨大的威胁与危害,并且有数量众多的大型慢速滑坡经过长期缓慢变形后演化成高速滑坡,造成了不可估量的损失。依托金龙山大型慢速滑坡丰富的监测资料,考虑黏性力对于慢速滑坡变形的作用,基于无限边坡模型和宾汉姆模型建立一维黏塑性运动模型,从雨季和旱季2个典型研究时段对滑坡的变形进行了定量预测。研究结果表明：(1)模型计算得到的变形模拟数据与其监测数据一致性均较好,其中雨季和旱季累计位移的相关性系数高达0.994 1和0.997 9,变化趋势高度一致;(2)预测时段金龙山滑坡雨季和旱季累计位移的相对误差均在1%左右,其中雨季累计位移最终预测值相对误差为1.48%,旱季累计位移最终预测值相对误差为0.86%,模型预测精度较高;(3)模型的模拟结果较好地反映了慢速滑坡变形的季节波动性,其中旱季的模拟结果要优于雨季。一维黏塑性运动模型强调慢速滑坡变形过程中的力学作用过程,实现了大型慢速滑坡变形的定量预测,相关研究成果可以为大型慢速滑坡变形的预测及评价和工程防灾减灾提供科学参考和依据。     

碎屑流－堵河震动频谱特征识别的试验研究

主动监测碎屑流运动过程中产生的地震动信号可用于灾害运动演进过程评估、监测预警。通过开展室内模型试验,模拟了不同坡度下,山前平地型碎屑流和堵河型碎屑流运动过程,并采用经验模式分解（EMD）和短时傅里叶变换（STFT）相结合的时频分析法分析了其震动特征。结果表明:①根据震动信号将碎屑流运动过程分为分离启动阶段、加速阶段、冲击接触阶段、堆积阶段,并分析了各阶段的时域、时频域和瞬时能量特征;②碎屑流相对运动产生的地震信号的能量强度、频率和振幅与碎屑流相对于滑槽的运动状态相关性强;③斜坡坡度增大时,对波形曲线特征、能量分布特征影响显著,同时加速阶段和冲击接触阶段的最大振幅逐渐增加,呈现较好的线性关系;④山前平地型碎屑流和堵河型碎屑流在堆积阶段的地震波波形、时频图和瞬时能量变化都具有明显差别,并且前者在堆积阶段的最大振幅在相同斜坡坡度下都大于后者,以上指标可作为碎屑流-堵河的超前识别依据。     

滑坡灾害短期临滑预报监测新途径研究

由于滑坡灾害的复杂性,迄今为止,尚未形成经得起大量实践验证的预报理论与方法,这仍然是地质灾害学中正在探索研究而未完全解决的难题。通过对滑坡灾害研究历史、预测预报、监测技术的分析,认为在滑坡进入加速变形至剧变形破坏阶段,地表及深部监测网点及其设施遭受破坏,无法继续采集监测数据的情况下,地面三维激光扫描仪可不受干扰独立进行滑坡的“面“式测量,为预测预报滑坡的发生时间提供第一手连续可靠的数据资料,可进一步提高滑坡灾害预测预报的精度。     

模拟降雨作用桩锚-加筋土组合结构加固边坡研究

桩锚—加筋土组合支挡结构在治理大型复杂滑坡中发挥越来越重要的角色。以某高填方山区机场滑坡为原型,进行降雨作用对桩锚—加筋土组合支挡结构加固边坡稳定性的模型试验研究。结果表明:①桩顶位移随注水时间产生三个阶段的变化:初期平缓发展阶段、突变增加阶段、再次平缓发展阶段。后排悬臂式桩桩顶位移变化量明显大于前排埋入式桩,因此,多排锚索抗滑桩加固边坡设计时,在后排桩悬臂情况下,宜考虑后排桩比前排桩截面尺寸大、锚索间距小来减小其桩顶位移,增强坡体稳定性;②填方边坡位移随注水时间变化,坡顶一级边坡位移量最大,随边坡级数增加,位移量减小,因此多级边坡加固可适当增加边坡锚索框架;③填方坡体沉降量随注水时间表现出后缘大、前缘小的趋势;④加筋土的变形与边坡坡体的变形一致,表明加筋土能够增强填方边坡的整体性;⑤各监测曲线最终均趋于平缓,表明桩、锚和加筋土组合支挡结构体系性能发挥良好。     

失稳路堑边坡监测系统设计及其应用

通过对边坡的监测，不仅可以掌握滑坡体的变形特征和滑移规律，同时在滑坡治理期间还可以实现信息反馈，这对滑坡治理优化设计、信息化施工和保证工程质量具有重要的意义。结合向家坡路堑边坡的具体地形地貌以及滑坡等情况，进行了综合研究，设计出了以地表监测为主、辅以深部位移监测及地下水监测的多层次综合监测系统，使监测结果能为滑坡预报预警和防灾决策提供依据；经现场1年多的测试，效果很好。     

公路滑坡灾害链式反应阶段性识别方法研究

为了对公路滑坡的发育阶段做出准确判别,研究了公路滑坡灾害发育的链式反应机理,将滑坡的发育阶段划分为3个阶段。采用广泛调研和专家咨询的技术手段,从发育阶段的表现特征中选定了滑坡识别的相关因素集和评分,在此基础上采用模糊数学的方法对公路滑坡灾害的发育阶段进行了识别,并在陕南公路滑坡调查中初步应用。     

三峡库区水库型滑坡监测变量对库水位变化的敏感程度分区——以三峡库区石榴树包滑坡为例

在三峡水库蓄水和运行条件下,三峡库区水库型滑坡(以泄滩滑坡为例)不同部位的地下水位和位移表现出对库水位变化的敏感程度不同的特征。根据监测变量(位移与地下水位)对库水变化敏感程度的不同与监测信息量获取大小的关系,采用模糊模式识别方法对三峡库区泄滩滑坡地下水位及位移场变化对水库水位变化的敏感程度进行分区。借助泄滩滑坡监测变量敏感程度分区规律,给出三峡库区水库型滑坡地下水位与位移监测点布设的建议。     

基于遥感数据的闽东南山区公路滑坡快速识别技术研究

传统的滑坡识别主要通过遥感目视解译和人机交互识别,存在耗时费力、主观性强和提取精度低等问题。文中以福建省某公路为实验区,提出了一种基于高分辨率遥感数据的闽东南山区公路滑坡快速识别方法。包括采用亚米级高分辨率遥感影像,通过对色调、地形、光谱、植被指数和纹理等滑坡特征进行分析与研究,确立了适用于东南山区公路的多维多尺度滑坡分类识别规则;借助机器学习算法分类工具与多维多尺度特征筛选集相结合构建了公路滑坡识别模型,并基于高分辨率遥感影像在色调尺度上对滑坡进行初步识别;最后经由坡度、归一化植被指数和纹理特征筛选集对初步识别的滑坡区域进一步的分割提取,从而对山区公路滑坡空间分布实行精准识别。经实验验证,文中方法所得滑坡识别的平均精度达到85.73%,且滑体提取形态特征完整,可清晰地展现出滑体的“舌”、“簸箕”状形态,亦可清晰辨别滑体的滑壁与堆积体。研究成果可为我国植被发育区的山区交通线路的滑坡识别与风险评估提供科学参考。     

库水位和降雨作用下三舟溪Ⅱ号滑坡稳定性研究

以三峡库区地质灾害重点防治区域万州区的典型近水平岩层堆积层库岸滑坡——三舟溪Ⅱ号滑坡作为研究对象,对滑坡工程地质条件、滑坡基本特征及形成机制进行了深入分析;通过库水位及滑坡变形位移的实时监测,研究了滑坡对库水位涨落和降雨的动态响应特征,并提出了库水位和降雨作用下滑坡的防治措施。     

特大断面板岩隧道施工期围岩变形时空效应分析

目前,关于特大断面板岩隧道施工期围岩时空变形规律缺乏系统性的总结。以沪昆客运专线长昆湖南段姚家隧道为例,结合变形监测资料,分析在不同开挖方法下特大断面板岩隧道施工期围岩时空变形规律,划分围岩变形-时间特征曲线及围岩变形-距掌子面距离关系曲线的类型;分析围岩位移释放率与时间和距掌子面距离的关系,研究围岩级别和空间位置对特大断面板岩隧道施工期围岩变形时空效应的影响规律。结果表明:围岩变形-时间特征曲线的类型可分为"弯弓"型和"台阶"型。"弯弓"型划分三个变形阶段,适用于Ⅲ、Ⅳ级围岩;"台阶"型划分四个变形阶段,适用于Ⅴ级围岩。围岩变形与距掌子面距离的关系曲线的类型可分为"单厂"型和"双厂"型。"单厂"型曲线出现在Ⅲ、Ⅳ级围岩地段,当监测断面距掌子面超过5倍洞径时,围岩变形趋于稳定,空间效应趋于消失;"双厂"型曲线出现在Ⅴ级围岩地段,当监测断面距掌子面超过3倍洞径时,围岩变形基本趋于稳定。最后,提出了不同围岩级别下隧道围岩径向位移释放率随时间和距掌子面距离的变化规律,研究结论对于特大断面板岩隧道围岩长期稳定性的研究具有借鉴价值。     

基于分形理论的滑坡空间分布特征研究

以"汶川地震"极端事件为时间分段点,基于ArcGIS网格法定量分析汶川地震重灾区滑坡空间分布的分形分维特征,得出汶川地震重灾区滑坡在震前和震后均具有分形特征。研究表明,汶川地震重灾区滑坡点的空间分布具有统计意义上的自相似结构,无特征尺度。基于分形理论的汶川地震重灾区滑坡空间分布特征分析为进一步研究滑坡的敏感性、危险性及滑坡风险预警奠定了重要的理论基础和前提。     

韩城电厂滑坡深部监测及变形分析

韩城电厂滑坡于1990年和1995年先后经过了两次治理。为了检验综合治理效果,观测山体变形滑移、厂区变形活动规律,于1996年底建立了滑坡深部变形监测体系,采用激光准直系统、三向测缝计、钻孔测斜仪等多种方法对韩城电场滑坡进行了长期的深部变形监测,获得了滑坡多年的深部位移数据。监测成果表明:滑坡存在指向SW的蠕滑变形,但各监测点位移变化处于较低水平,山体和厂区无明显的异常变形现象。滑坡综合治理效果明显,保证了电厂的安全运营。     

GPS在山区滑坡变形监测中的应用

山区滑坡的稳定性一直是倍受关注的一个重要安全问题。本文讨论了滑坡位移传统监测方法的缺陷和新型的基于GPS的自动监测技术所具有的独特优势,介绍了适用于山区公路滑坡位移监测的高精度的GPS技术。实践表明,采用GPS技术进行山区滑坡的稳定性监测,具有可操作性更强、精度更高、不受气候条件约束以及高度自动化等优点,能够为预测边坡可能出现失稳破坏的部位和变形破坏时间提供更可靠的监测资料,因而GPS监测技术值得在山区滑坡的变形监测领域中推广使用。     

库水升降作用下的类土质岸坡变形与破坏试验分析

三峡库区类土质岸坡广布,受库水位升降、浸泡等影响,其变形与破坏演化过程极为复杂,其防治十分困难。基于3D激光扫描技术,通过对库区水库运行期间类土质岸坡模型试验模拟其变形与破坏,进行分析获得了类土质岸坡变形破坏演化特征:蓄水浸泡软化诱发类土质岸坡变形破坏具有突发性特征,岸坡破坏发生在坡脚低水位有限的30%浸泡区域,且呈现渐进性破坏模式,孔隙水压力曲线变现为相对稳定、波动以及稳定增长3个阶段,此波动是库岸裂纹发育的直观表征;受库水浸泡作用影响使类土质岸坡坡中出现沉降变形位移显著,位移监测显示在高水位线附近监测的位移出现突变,在岸坡后缘形成卸荷裂隙区域显著;试验库水位降落时致坡内形成的渗透流驱动力显著,诱发坡体内坡中位置产生大量平行裂缝,朝坡脚局部发生偏转,孔隙水压力曲线变化分为缓慢降低、快速下降和负孔隙水压力三个阶段,负孔隙水压力阶段是岸坡裂纹快速贯通阶段;再次蓄水浸泡使裂缝横向扩展贯,加剧诱发类土质岸坡坡脚大面积破坏垮塌,有可能形成整体性滑移。为进一步研究类土质岸坡变形破坏模式与防治具有一定借鉴意义。