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Detection of water infiltration and deformation of unsaturated soils by elastic wave velocity 总被引：1，自引：1，他引：0
Intense rainfall is the most important landslide trigger. In many mountainous environments of the world, heavy rainfall has caused many landslides and slope failures in a matter of seconds without warning. Therefore, an early warning system can be an effective measure to reduce the damage caused by landslides and slope failures by facilitating the timely evacuation of people from landslide-prone areas. In this study, we propose an idea to correlate soil moisture changes and deformations in slope surface by means of elastic wave propagation in soil. Constant shear stress drained triaxial tests where water was infiltrated from the bottom of specimen until failure, and slope model tests under artificial rainfall were performed to investigate the response of elastic wave velocities during pre-failure phases of rainwater infiltration and deformation. Analysis of the results has established that the elastic wave velocity continuously decreases in response of moisture content and deformation, and there was a distinct surge in the decrease rate of wave velocity when failure was initiated. Possible mechanisms were interpreted based on the test results. It is proposed that a warning be issued at switch of wave velocity decrease rate. This approach can thus serve as the basis of an early warning system for landslides and slope failure considering both moisture content and deformation. 相似文献
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降雨是诱发滑坡最主要的因素。为减少滑坡灾害造成的人员伤亡和经济损失,滑坡早期预警系统成为了最佳选择之一。根据弹性波传播的基本原理和基于降雨型滑坡变形破坏的特点,提出利用弹性波波速来反映边坡表面土体含水率和位移的变化。开发研制了一套三轴渗流-弹性波测试三轴仪和相关系统。该装置能让水从底部渗入土体,模拟降雨入渗土体的过程,同时能测试弹性波波速。试验过程中同步测试含水率、变形和弹性波波速的变化。还进行了降雨滑坡模型试验。利用三轴弯曲元注水试验和降雨滑坡模型试验,深入分析和研究降雨引起的土体滑坡过程与弹性波波速演化规律,揭示波速与含水率和变形的耦合关系。研究结果表明,弹性波波速随着含水率的增大而缓慢减小,随着变形的增大而急剧减小,临近失稳时,波速骤然减小。根据试验结果对含水率和变形导致弹性波波速减小可能的机制进行了解释,提出弹性波在波速骤然减小时发出滑坡预警。研究结果为滑坡防灾减灾和预测预报提供新的方法和可靠的依据。 相似文献
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降雨量和位移是当前降雨型滑坡监测预警最常用的指标。然而,降雨量和位移监测结果只能反映降雨作用下滑坡的变形情况,不能揭示滑坡内在物理力学性状对降雨的响应。因此,除降雨量和位移监测之外,建立包括体积含水率、基质吸力等反映滑坡动态演化过程的关键指标监测体系必将成为今后更真实地把握滑坡内在演化趋势、更准确地建立滑坡综合预警判据的最有效手段。笔者对赣南地区典型降雨型滑坡进行了多指标监测及综合预警示范研究。结果表明:(1)在降雨条件下滑坡土体内部体积含水率、基质吸力和温度等多指标均产生有规律的动态响应;(2)随着降雨的持续,滑体体积含水率与基质吸力的变化均具有显著的滞后现象;(3)体积含水率和基质吸力变化速率与滑体位移具有显著的正相关性;(4)滑体温度分布变化规律受大气温度和体积含水率的共同影响。以实测数据的滑坡稳定性分析为基准,在考虑实际降雨入渗深度与滑坡稳定性的关联度上,建立了包括日降雨量、体积含水率增加速率、基质吸力减小速率以及位移速度多元指标预警方法体系,提出了基于关键指标综合预警体系及确定方法,旨在为降雨滑坡准确预警提供新模式。 相似文献
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随着现代信息技术快速发展,人们获取滑坡现场各类监测信息的能力越来越强,积累的现场监测数据也愈来愈多,如何充分、精细化地利用监测数据已成为滑坡监测预警工作中重点关注的问题。为此,本文以土质滑坡为研究对象,采用强度折减有限元方法开展地表倾斜变形时空演化特征理论研究,发现地表倾斜变形在滑动面扩展至贯通期间出现"速率排序跃迁"现象,在滑动面贯通后出现"速率突变"现象。采用地表倾斜变形与内部滑动面之间的这种定量化关联特性,可以为土质滑坡中短期预测预报方法研究提供新的视角和方向。利用理论研究成果,本文进一步开展地表倾斜变形监测关键技术研究,讨论基于MEMS加速度计的倾角传感器的测量原理与测量精度,分析环境温差波动对倾角测量误差的影响,最后介绍基于竖直倾角测量方式研制的普适型滑坡地表倾斜变形监测设备——坡体浅层倾斜变形测量仪。 相似文献
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《地学前缘(英文版)》2024,15(1):101690
The accurate prediction of displacement is crucial for landslide deformation monitoring and early warning. This study focuses on a landslide in Wenzhou Belt Highway and proposes a novel multivariate landslide displacement prediction method that relies on graph deep learning and Global Navigation Satellite System (GNSS) positioning. First model the graph structure of the monitoring system based on the engineering positions of the GNSS monitoring points and build the adjacent matrix of graph nodes. Then construct the historical and predicted time series feature matrixes using the processed temporal data including GNSS displacement, rainfall, groundwater table and soil moisture content and the graph structure. Last introduce the state-of-the-art graph deep learning GTS (Graph for Time Series) model to improve the accuracy and reliability of landslide displacement prediction which utilizes the temporal-spatial dependency of the monitoring system. This approach outperforms previous studies that only learned temporal features from a single monitoring point and maximally weighs the prediction performance and the priori graph of the monitoring system. The proposed method performs better than SVM, XGBoost, LSTM and DCRNN models in terms of RMSE (1.35 mm), MAE (1.14 mm) and MAPE (0.25) evaluation metrics, which is provided to be effective in future landslide failure early warning. 相似文献
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滑坡的变形破坏行为与内在机理 总被引：2，自引：0，他引：2
自20世纪60年代日本学者斋藤借助于蠕变试验成果进行滑坡预测预报以来,人们就一直不停地对斜坡变形破坏行为和滑坡预报方法进行研究和探索,先后提出了数十种滑坡预测预报模型和方法。随着滑坡变形监测实例的不断增多,其变形监测资料越来越丰富,各式各样的变形-时间曲线相继产生。斜坡变形-时间曲线的类型、特征以及形成这些变形-时间曲线的力学条件等诸多问题都是滑坡预警预报必须查明的最基本科学问题。本文通过对各类滑坡变形破坏行为和变形-时间曲线的分析总结,结合岩土体流变试验成果,根据斜坡变形-时间曲线特征,将滑坡分为稳定型、渐变型、突发型3类,并给出了产生这3类变形行为的力学条件。同时,从细观力学的角度分析认为,斜坡产生宏观变形破坏行为的主要原因是岩土体细观尺度颗粒的"流动"和"微破裂",但在不同岩性组成的斜坡和同一斜坡的不同变形阶段,"流动"和"微破裂"将分别发挥不同的作用。 相似文献
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由于滑坡岩土体结构的复杂性和破坏机制的多样性,滑坡预警一直以来都是全球性难题,极具挑战性。本文论述了贵州省兴义滑坡特征及其成功预警,并分析了滑坡成功预警的关键因素。在对滑坡现场进行地质调查的基础上,综合应用卫星遥感、无人机航拍、LiDAR、地表位移监测等技术手段,初步分析结果认为,兴义滑坡属于典型的含软弱夹层的顺层岩质滑坡,滑源区坡体为2014年首次滑动后形成的不稳定斜坡,在不利的坡体结构加之与软弱夹层组合的地质条件下,受到长期重力及地下水作用,最终演变成滑坡地质灾害。兴义滑坡至2014年第一次滑动后,后缘山体对前缘公路和居民就产生了威胁,2019年2月17日凌晨5时53分,贵州省兴义市马岭镇龙井村兴-马大道旁约96×104 m3的山体再次发生顺层滑动。在滑坡发生前,研究人员就在滑坡体上安装了全球导航卫星系统(GNSS)和自适应性裂缝计两种位移监测传感器,对滑坡变形进行持续监控。现场监测数据实时传输到研究人员自主研发的“地质灾害监测预警系统”中,系统通过多种阈值综合预警模型自动计算监测数据并发布预警结果,在滑坡进入临滑阶段后,系统提前53 min发出了红色预警,完全避免了人员和经济损失。该滑坡的成功预警体现了自主研发的地质灾害监测预警系统、预警模型、监测仪器三者的适用性,可为今后类似滑坡的监测预警研究及应用提供借鉴。 相似文献
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在甘肃省滑坡灾害较为严重的兰州市和岷县,选择了三处滑坡,建设了基于普适型仪器的专群结合监测预警系统。按照《地质灾害专群结合监测预警技术指南（试行）》的要求,选用裂缝计、GNSS、土体含水量仪、雨量计、声光报警器等,对地质灾害体变形破坏、相关因素、宏观前兆等指标开展专业化立体综合监测。监测设备采用蓄电池加太阳能的方案来供电,保证24小时不间断工作;通讯系统采用现场LoRa组网配合2/3/4 G移动通信的方案,能够保证数据传输的效率,同时降低通信成本;监测数据同时发送到国家和省级地质灾害监测数据平台,能够高效支撑地灾预警工作;监测平台能够对实时采集的监测数据自动进行分析,支持用多种预警模型进行判别;监测数据发生变化触发预设条件时,能够自动发送预警信息。通过近四个月的系统试运行,捕捉到了滑坡mm级的蠕变变形,数据可靠,能够满足监测预警的需求。通过三处滑坡监测预警工程的实施,一方面对滑坡变形和环境因素实现了实时监控,同时也为类似问题提供了一个可供参考的解决方案。 相似文献
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浅层滑坡在我国广泛分布,但在区域范围内分布规律性较差,且具有突发性、隐蔽性和破坏性强等特点。湘西武陵山区地质条件复杂、降雨丰沛、人类工程活动强烈,突发性地质灾害频发,尤以降雨诱发的浅层滑坡为主。文章以湘西地区慈利县陈溪峪滑坡为例,开展了降雨量、基质吸力、地下水位和地表变形等的监测;结合滑坡的现场调查及监测成果,分析滑坡的形成条件和变形机理;在此基础上,考虑基质吸力对边坡稳定性的贡献,将强度折减有限元法推广到非饱和土边坡,计算得到了不同降雨工况下滑坡稳定性。结果表明:当强降雨降落到滑坡体上时,坡内基质吸力值均迅速减小,直至一定值后（9.5 kPa左右）不再变化;坡内地下水位受季节性降雨影响显著,短时强降雨引起地下水变化幅度不如长时间降雨对地下水位造成的影响大;陈溪峪滑坡的地质力学成因为蠕滑推移式土质滑坡,运动形式为沿基覆界面的浅层滑坡;短时强降雨是诱发滑坡变形的最关键因素。陈溪峪滑坡在持续降雨条件下的降雨量预警值约为280 mm,在短时强降雨条件下的降雨强度预警值约为240 mm/d。 相似文献
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灌溉诱发的黄土滑坡大多数具有明显的突发性特征;斜坡破坏过程变形量小,历时短,具有较大的危险性。由于此类黄土滑坡加速变形阶段经历时间较短,GNSS系统和裂缝计等传统监测手段难以获取加速变形阶段系统完整的监测数据,更难以提前预警。针对这一难题,自主研发了自适应智能变频裂缝仪,它能够根据滑坡变形快慢自动调整采样频率。基于获取的黑方台多个突发型黄土滑坡的全过程变形-时间曲线,对这些变形曲线特征和规律进行分析研究,建立了针对性的黄土滑坡综合预警模型。将变形速率阈值和改进切线角作为滑坡预警的重要指标,建立了4级预警判据,通过自主研发的"地质灾害实时监测预警系统"实现滑坡的实时自动预警,并将预警信息与当地的群防群测信息平台对接,为防灾应急避让提供直接依据。2017年以来已先后6次对黑方台黄土滑坡实施成功预警,避免了重大人员伤亡,取得显著的防灾减灾效果。 相似文献
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位于四川省丹巴县梭坡乡的哑喀则滑坡是一大型松散土质边坡。鉴于该滑坡的严重变形和可能失稳造成严重灾害后果,所以选择进行高精度GPS监测。并且阐述了应用GPS监测滑坡时对监测点位选择、数据处理等方法。2007年至今的GPS监测结果显示主滑坡体上监测点平均位移速率达每年0.6～0.9m,表明该滑坡变形严重。结合地表裂缝和植被等地表特征,发现降雨量和坡脚大渡河的冲刷、浸泡对滑坡今后的发育趋势有着决定作用,建议加强监测做好预警预报工作。本文还特别指出在监测期内监测到的地震(2008年5月12日)和人类工程活动对滑坡造成的影响。 相似文献
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为了探究不同含水率砂岩单轴压缩下力学特性及损伤变化情况,首先对5种不同含水率砂岩进行静态单轴压缩实验,获得其物理力学参数;而后利用超声波检测仪测量该5种不同含水率砂岩的波速,将该批次砂岩加载到80%峰值强度后卸载到0,测量此时砂岩声波波速,利用声波法定义损伤,研究含水率对砂岩损伤的影响。结果表明:单轴压缩下,砂岩的峰值强度及弹性模量随含水率升高逐渐降低,而峰值应变变化呈相反趋势;总功及弹性能随含水率增加而下降,耗散能随含水率增加而增大。实验前声波波速随含水率升高逐渐减小,实验后声波波速随含水率升高而下降,且下降趋势较实验前更迅速;砂岩的残余塑性变形和内部损伤均随含水率升高逐渐增大。研究结果可为现场岩石损伤测试提供依据。 相似文献
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Suggestion of a method for landslide early warning using the change in the volumetric water content gradient due to rainfall infiltration 总被引：3，自引：2，他引：1
An early warning system can be an effective measure to reduce the damage caused by landslides by facilitating the timely evacuation of residents from a landslide-prone area. Early detection of landslide triggering across a broad range of natural terrain types can be accomplished by monitoring rainfall and the physical property changes of soils in real time or near-real time. This study involved the installation of a real-time monitoring system to observe physical property changes in soils in a valley during rainfall events. This monitoring included the measurement of volumetric water content, which was compared with the results of laboratory flume tests to identify landslide indicators in the soils. The response of volumetric water content to rainfall events is more immediate than that of pore-water pressure, and volumetric water content retains its maximum value for some time before slope failure. Therefore, an alternative method for landslide monitoring can be based on the observation of volumetric water content and its changes over time at shallow soil depths. Although no landslide occurred, the field monitoring results showed a directly proportional relationship between the effective cumulative rainfall and the gradient of volumetric water content per unit time (t/t max). This preliminary study thus related slope failure to the volumetric water content gradient as a function of rainfall. Laboratory results showed that a high amount of rainfall and a high gradient of volumetric water content could induce slope failure. Based on these results, it is possible to suggest a threshold value of the volumetric water content gradient demarcating the conditions for slope stability and slope failure. This threshold can thus serve as the basis of an early warning system for landslides considering both rainfall and soil properties. 相似文献
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西南山区某机场高填方边坡在雨季结束后不久产生了变形。通过现场调查,坡体后部土面区出现了三条拉张裂缝,左右侧界也有明显变形迹象,坡脚五级马道水沟挤压变形严重,坡脚挡墙产生一小段垮塌变形。通过地表宏观变形判断坡体处于挤压变形阶段。对此段填方体滑坡及时实施了应急变形监测与工程地质勘察。通过地表变形监测曲线分析,由于错过了初始变形阶段的监测,该滑坡变形一开始就处于等速变形阶段。该滑坡在抗滑桩开挖过程中,变形明显加剧。坡体变形进入加速阶段后,变形速率及变形加速度较等速变形阶段成倍增加。在变形进入临界状态前,及时实施了坡体后部刷方减载,坡脚堆载反压的应急治理措施。应急治理措施实施后,坡体变形速率迅速减小,为永久治理工程的实施争取了时间。 相似文献
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滑坡失稳的预测预报研究是地质工程领域中的一项重要课题,准确地确定预测预报理论模型的参数是实际应用中的难点。在实际滑坡监测中通常可以观察到位移曲线呈现阶梯形,这些阶梯形位移变化点就是滑坡的变形突变点。为研究滑坡变形突变点的变形特征,进行了不同荷载作用下的天然试样以及不同荷载、不同含水率作用下的浸水试样的流变试验,得到了累计位移-时间曲线以及变形速度-时间曲线。依据秦四清的锁固段理论以及速度倒数法滑坡预警模型对试验结果进行分析。研究结果表明：荷载和含水率的变化对模型参数没有影响,模型参数是关于材料属性的函数;变形过程中突变点的变形特征与破坏时的变形特征相似,并且速度倒数法预警模型在突变点和破坏点确定的模型参数基本一致。因此,滑坡监测曲线中早期位移突变点确定的模型参数可以用于确定滑坡破坏时的预警模型。 相似文献
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降雨是诱发边坡变形失稳的主要因素,而针对降雨型边坡的预警预报也一直是工程领域的核心问题。本文将蒙特卡罗方法引入降雨型滑坡的预警预报,首先基于正态分布的岩土体物理力学参数,建立了边坡的有限元数值计算模型,并分析了9种不同型式降雨下边坡稳定性系数的变化情况。结果显示递增型降雨对边坡的稳定性尤为不利,均匀型降雨次之,递减型降雨影响最小。其次,将降雨过程划分为前期降雨+当期降雨,并确定了前期降雨对于当期降雨的有效时间为6 d。最后,论文结合可靠度理论,选取失效概率Pf=10%作为预警指标,通过把前期降雨引入降雨强度-降雨历时关系曲线并作为第三坐标轴,最终将该曲线扩展成为前期降雨(A)-当期降雨(I)-降雨历时(D)曲面(A-I-D阈值曲面),研究结果对于降雨型边坡的预警预报具有一定的指导意义。 相似文献
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滑坡灾害发生前夕,滑体内的局部岩土体发生爆裂、摩擦和断裂等破坏会产生次声波向外传播,基于次声信号的超前定位成为滑坡监测预警的关键技术。将波动方程通过傅里叶变换到亥姆霍兹方程,利用汉克尔变换得到波动方程的核函数,建立了基于简正波的地质声场模型,仿真分析了土层与空气、土层与岩层之间反射折射关系;提出滑坡次声信号的简正波模型匹配场超前定位算法,将垂直接收阵的测量次声信号与传播模型的拷贝次声信号进行相关匹配计算,搜索计算得到模糊函数最大值处的坐标定位为声源点,并采用12元垂直接收阵仿真分析3种匹配场算法性能,发现可变系数似然匹配场算法具有旁瓣小、定位准确的优点,可应用于滑坡定位技术;将垂直接收阵置于空气层中、土层中不同位置发现,土层中的垂直阵能够精确定位,而空气中误差较大;并将该算法应用于滑坡超前定位,定位了滑体的局部破坏位置和预测滑移线。该算法为滑坡超前定位技术提供了新的思路。 相似文献
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我国滑坡灾害发生频繁,但滑坡的变形预测预报一直是难题,因此每年都因滑坡的变形破坏导致重大的人员伤亡和财产损失。以三峡库区八字门滑坡为研究对象,基于十多年的监测数据分析,研究分析了该滑坡的变形特征:八字门滑坡变形的主要影响因素为降雨和库水位下降,并且累积位移曲线具有"阶跃型"的变形特征。当外界因素去除或者减小的情况下,累积位移-时间曲线将变得平稳。根据此特性,选取每年变形曲线"阶跃段"（6~8月份）的监测数据,以累积位移为目标函数,基于一元线性回归模型,对八字门滑坡2004年到2017年同期的滑坡监测数据进行分析。结果表明:一元线性回归模型能够很好地模拟八字门滑坡"阶跃段"的变形过程,此变形阶段累积位移与时间呈线性关系,直线斜率基本相同。根据此线性关系,对滑坡的累积位移进行了预测,结果表明与实际监测数据相比较,预测误差在±5 mm以内,相对误差在1%以下,精度可以满足滑坡监测预警要求,可以为八字门滑坡的防治工作提供参考。 相似文献
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滑坡位移预测模型是滑坡预警系统建立的核心,而模型可靠性与精确性关键在于主控因子的选取与基础理论模型的构建。学者们通过大量滑坡实例研究,已取得了诸多成果,但是由于滑坡位移变化具有强烈的个性特征及趋势发展的不确定性问题,在多因子联合作用下的位移预测模型尚有不足之处。本文以西南地区普遍存在的平推式滑坡——垮梁子滑坡为研究对象,结合前人已有的研究成果,综合考虑坡体内外各项影响因子,利用灰色关联度与相关性分析对坡体变形主控因子进行优化筛选。以此为基础,提出一种基于GM（1,1）灰色模型与改进型自适应遗传算法（IAGA）进行优化的小波神经网络（WNN）联合预测模型构建方案。通过对垮梁子滑坡历时5年的监测数据挖掘分析,得知滑坡变形受累计降雨、渗压、地下水位及土体含水率影响显著,预测结果与实际监测比较吻合。相较于传统BP神经网络模型、小波神经网络模型和未优化遗传算法-小波神经网络联合模型,该联合模型具有更好的稳定性与精度优势,在滑坡预警预报研究中具有良好的应用前景。 相似文献
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降雨诱发的浅层黄土滑坡是黄土高原重要的地质灾害类型之一.斜坡水分空间分布和变化趋势是导致斜坡失稳的重要因素,但基于此的剖面监测数据较少.依托延安黄土地质灾害野外观测基地,选择典型黄土斜坡,在坡面布设两条5 m深的水分探测纵剖面,观测在降雨过程中斜坡水分的空间特征.监测结果显示：1）降雨引起的土壤含水率变化深度有限,与降雨量成正相关关系;2）土壤含水率随时间变化表现出周期性特征,随深度增加,周期逐渐变长;3）斜坡水分在空间分布上存在明显的各向异性——垂向上表现为含水率的不均匀性与阶段性,而在斜坡的不同部位,受降雨影响坡顶-坡腰-坡脚含水率大致呈递减趋势,其中坡顶、坡脚的水分波动程度最大,坡脚的入渗深度最大. 相似文献