基于模糊神经网络的高速公路边坡危险性评价与防护策略

应用模糊神经网络方法,采用模糊逻辑系统(FLS)表示评价系统,通过BP神经网络学习算法,对FLS隶属函数参数进行调整,对高速公路边坡危险性进行评价。根据四川省地质灾害危险性评估实施细则和四川省滑坡灾害危险性分布特点,应用T-S模糊神经系统的关联分析方法,对高速公路边坡进行危险性分析。选取评价因素9个,与野外调查相结合,将各评价因素进行定量归一化,划分成3个安全等级。与野外调查相结合,对各评价因素的关联度进行计算,得出9个评价因素对滑坡灾害危险性综合影响滑坡灾害危险性的程度依次:地层岩性、岩土体结构、人类工程活动、水文地质、地质构造、降雨、地形地貌、地震、植被覆盖。计算各单项影响因素的关联度,得到滑坡危险性评价和各单项影响因素的关系,并提出边坡防护措施。     

基于模糊故障树和专家调查法的滑坡因素重要度分析

针对山区公路降雨-路堑滑坡致灾因素重要度评价问题，在基于降雨引发的路堑滑坡地形地质特征的统计、分类基础上，分析降雨-路堑滑坡规律与成因机制，建立降雨-滑坡专家调查表及故障树，通过考虑信心指数修正的专家调查法得到降雨-路堑滑坡故障树底事件的模糊概率区间，确定降雨-路堑滑坡灾害链中的致灾因素重要度排序。结果指出：土石混合坡体的人工开挖坡率较陡，无法在连续降雨、高强降雨保持自稳是山区公路路堑滑坡多发的主要原因；平面连续切割坡体中下部构成临空面为路堑滑坡提供了空间条件，在实际工程中应针对性地调整路线平纵面及坡率。     

川西高原山区公路典型灾害原因分析及防灾措施

为了研究高原山区公路沿线典型地质灾害的致灾原因，以2016年—2020年四川省甘孜、阿坝、凉山等高原山区公路典型灾害为研究对象，对比分析了不同灾害与公路断道的关系，得出了该地区典型灾害发生频率由高至低为洪水水毁、崩塌、泥石流、滑坡，断道风险由高至低为泥石流、崩塌、滑坡、洪水水毁的结论，并揭示了高原山区地形地貌高原山区地形地貌、地质、地震及次生地质灾害提供的物源条件与降雨耦合是诱发公路典型灾害的主因，且断道多发生在雨季5月—9月，灾害频繁爆发时段较雨季延迟。基于此分析，从灾害防治、防治管理及监测预警等方面提出了高原山区公路防灾措施。     

基于时间序列分析的公路降雨型滑坡位移预测

基于公路降雨型滑坡位移远程实时监测数据,从分析降雨型滑坡阶跃型变形规律出发,将滑坡总位移分解为受不利地质条件影响的趋势项位移以及受降雨影响的周期项位移,采用时间序列分析方法将两者叠加构建降雨型滑坡位移预测模型。对滑坡趋势项位移采用灰色等维新息模型进行预测,对周期项位移采用自回归模型进行预测,将两者预测值组合得到滑坡总位移预测值。以湖南娄新高速公路某滑坡实时监测预警为例,采用该模型对比分析了滑坡实测与预测时间位移曲线,表明该模型预测效果较好,能体现降雨型滑坡位移变化趋势,具有较好的应用前景。     

考虑基质吸力的降雨型滑坡物理力学机制分析

我国是地质灾害多发国家,据统计90%以上为滑坡灾害。降雨是诱发滑坡的重要因素,但以往研究降雨型滑坡是基于饱和土的物理力学性质,未考虑过非饱和土体中的基质吸力,但自然界中边坡多为非饱和土边坡,因此研究考虑基质吸力的降雨型滑坡的作用机理具有重要的现实意义。现通过非饱和土抗剪强度理论,分析总结得到以下结论:(1)宏观分析考虑基质吸力的降雨滑坡力学作用机制;(2)微观分析单位体积含水率对岩土体基质吸力的影响;(3)降雨对滑坡的物理作用机制。其内容可供同行参考。     

BP神经网络算法预测路基边坡滑坡变形的应用研究

为了准确掌握降雨量与路基边坡滑坡变形之间的关系,在对金温货线铁路K135+900～K136+400滑坡区域降雨量及路基边坡滑坡变形进行长达3年监测的基础上,采用BP神经网络算法,以前期累计降雨量和累计变形进行样本训练,建立网络关系,并以实测数据加以验证,模型能够对降雨条件下的变形演化发展做出较为准确的预测。研究成果已作为重要的基础性数据被当地政府管理部门、铁路运营管理单位和滑坡治理设计单位所采用,用于分析预测滑坡变形趋势,指导滑坡应急管理和永久治理,以确保滑坡影响区内铁路运营安全和人民生命财产安全。     

黄土浅层滑坡渗流-力学耦合模型研究

降雨是黄土浅层滑坡最主要的诱发因素。为综合降雨入渗和斜坡地形因素对斜坡稳定性的影响,将传统的黄土分层假定入渗模型进行改进,使之更加适用于坡面倾斜的情况,并与工程中广泛采用的极限平衡方法集成,提出黄土浅层滑坡渗流-力学耦合模型,实现了稳定降雨条件下,黄土斜坡稳定性实时评价预警。与以往模型相比,该模型考虑了坡面倾斜对入渗的影响,具有更广的适用性和准确性。通过实例验证并与有限元模拟结果对比,证明模型达到较高的精度。     

深切河谷区平推式滑坡失稳演化及稳定性评价

以雷打石深切河谷地貌平推式滑坡为例，通过现场调查、钻孔、地表位移监测等方法，查明变形特征和规模等工程地质条件，对滑坡的稳定性进行评价。结果表明：河谷下切使坡体前缘临空，卸荷变形明显；陡倾裂隙的差异充填利于其中部形成竖向空隙层，对平推式滑坡的滑面位置和充水高度具有较大影响。深切河谷区平推式滑坡的失稳演化可分为构造作用下岩体损伤、坡体卸荷开裂、裂隙差异充填、坡体滑动诱发和平推式失稳5个阶段，坡体卸荷开裂和裂隙差异充填是深切河谷地貌对平推式滑坡的典型贡献。现有计算模型适用于深切河谷区平推式滑坡的稳定性评价。     

降雨诱发残积土坡失稳的模型试验

为了研究降雨条件对残积土坡坡体内部变形特征及边坡失稳机理的影响,结合自制监测系统、人工降雨试验及数字照相量测技术,开展不同位置、不同坡度、不同密实度边坡的地质力学模型试验,分析雨水入渗对坡体变形、吸力的影响。指出失稳预警因子应从降雨诱发滑坡失稳机理出发,着重考虑边坡关键位置的力学物理量变化。基于坡体变形和吸力时变规律,提出边坡变形发展的3个阶段;基于不同条件下边坡的失稳破坏过程,揭示降雨诱发残积土坡的失稳模式。试验结果表明：边坡上部土体吸力和变形变化幅度较大,速度较快,而下部土体变化幅度较小,速度较慢;陡坡和高密实度边坡抵抗降雨入渗引起的变形能力强于缓坡和低密实度边坡,由于小孔隙结构发生破坏所需的能量远大于大孔隙结构,导致低密实度、缓坡坡体中部产生的变形大于坡体上部;边坡变形发展阶段为初始蠕变阶段、加速发展阶段、滑动破坏阶段;无支护的边坡,失稳预警因子可选择边坡关键位置处的基质吸力;有支护的边坡,应根据支护结构受力（变形）和边坡关键位置处吸力变化特征来选择预警因子;土坡的失稳模式为坡表冲刷→冲沟、切沟侵蚀→坡脚局部坍塌→破坏范围纵横发展→整体失稳,滑动面深度为1～3 m,该类滑坡应注重坡脚防护,尽可能降低边坡渐进累积破坏的可能性。研究结果可为构建东南沿海地区降雨诱发滑坡预测模型提供重要依据。     

基于多角度监控技术构建路堑高边坡自动化监测系统

高速公路远程监控系统的智慧化是智慧高速公路发展方向之一,其中高速公路路堑高边坡变形的实时远程监控也是智慧高速发展的一部分。利用多角度监控技术,将监控信息实时传达至监控中心,构建对高速公路潜在危险的路堑高边坡区域降雨、地下水位、坡表变形、坡体内部水平位移进行全方位实时自动化监测系统,实时分析路堑高边坡变形趋势及其稳定性。进而实现了高速公路的潜在危险路堑边坡管理养护的信息化、实时化、智能化,实时保证高速公路的安全、通畅运营,同时该远程监测系统还可及时预报预警边坡地质灾害的发生。     

云南省通建高速公路沿线滑坡降雨阈值估计

山区高速公路沿线每年雨季常发生滑坡，严重威胁高速公路的安全运营。目前，降雨阈值估计已成为降雨诱发滑坡气象预警最常使用的方法。然而，有些研究区数据不全(如历史滑坡以及对应的降雨事件),经验统计方法往往受到限制；同时，经验统计方法通常提供的是一个区域阈值，对于高速公路这种线形工程适用性不强。针对以上问题，以云南省通建(通海县-建水县)高速公路为研究对象，利用数值模型(TRIGRS)和最小二乘支持向量机(LSSVM)开发了基于物理模型的降雨阈值计算方法；最终，获得了研究区降雨阈值的空间分布。结果表明，与简单的经验阈值相比，通过数值模型给出的降雨阈值空间分布，不仅能反映研究区不同位置地形条件、土壤厚度等关键指标的差异对降雨阈值的影响，也能给出在不同降雨强度下最容易发生滑坡的区域，可为区域滑坡气象预警提供依据。     

基于WebGIS的滑坡灾害预警在线监测系统研究

如何进行滑坡等自然灾害的预警是当前各级政府部门非常重视的一个问题和工作。通过对滑坡灾害的预防,不仅可以有效的减少财产损失,而且可以在监测预警过程中做到一旦发生滑坡灾害,可以快速查明情况,进行综合治理,实现对滑坡灾害的根治,避免后患。本系统将Web GIS与无线传感器相结合对山坡相关数据进行实时监测以达到对滑坡灾害的预警:首先,该系统采用51单片机及相关传感器来获取地质环境信息。其次,采用Zig Bee通信模块通过无线传输技术将所测数据实时传输到PC服务端并自动录入数据库。最后,该系统利用Web GIS技术实现,主要功能包括对测量数据的实时监控以及灾害预警,查询天气信息,实时监测降雨信息以及利用最短路径分析以及最近设施点分析制定解决方案。     

某施工诱发牵引式滑坡的稳定性分析及防治

牵引式滑坡是高速公路建设中常遇到的边坡灾害类型之一。K7滑坡为一发生于贵州省江口至瓮安高速公路境内的中型滑坡,是由于工程建设而引发的牵引式滑坡。基于工程地质分析法,对该滑坡的工程地质条件、滑坡稳定性影响因数及破坏机制进行了分析,通过计算该滑坡的稳定性系数及定量地评价开挖及降雨对滑坡稳定性的影响,得出该滑坡在开挖及降雨作用下处于不稳定状态,且开挖和降雨都会对安全系数及稳定性状态产生较大的影响。并对该滑坡采取了抗滑桩、排水、封闭坡体裂缝相结合的加固措施。通过监测表明,K7滑坡原因分析正确,综合治理方案合理。     

监测预报技术在滑坡信息化施工中的应用

通过在贵州省镇宁至胜境关高速公路晴隆滑坡施工过程中进行地下位移监测,采用双曲线指数平滑、BP神经网络、多项式回归进行了跟踪预测,并采用Verhulst反函数模型进行时间预报,分析了滑坡的滑动速度、变形阶段,结合降雨和施工情况进行综合分析,动态调整了施工组织计划,及时采取有效措施,确保工程安全。     

赤水河段公路堆积体力学特性及致灾机理研究

针对汛期蓉遵高速土城至赤水段路基地质灾害多发的问题,以K347滑坡为典型实例,通过工程勘察、现场试验、室内试验及数值模拟等手段,查明研究区工程地质条件及滑坡基本特征,掌握堆积体在降雨及干湿循环作用下力学变化特征,总结在降雨及河水位升降影响下的坡体稳定性变化规律。结果表明：含水率的升高及干湿循环次数的增加会导致土体强度发生不同程度的衰减;降雨及河水位升降会引起坡体内部渗流场发生变化,从而影响坡体稳定性;在区域环境长期影响下土体强度持续衰减是滑坡发生的内因,2020年7月初的暴雨导致坡体内部渗流作用达到极值则是滑坡发生的诱因。此类堆积体滑坡在土城至赤水段具有显著代表性,通过该研究可为此类滑坡的防治提供科学支撑。     

降雨致滑的土坡体积演化规律研究

前人对滑坡演化划分为蠕动压密、滑动、剧滑和稳定压密四阶段.对于新开挖的土质边坡,若在降雨作用下发展为滑坡,在滑坡演化的蠕动压密阶段存在明显的体积减小,滑坡演化的滑动阶段体积变化不明显.因此,若土坡在降雨作用下持续变形,可将边坡体积变化作为边坡由蠕动压密阶段转化为滑动阶段的判据,据此对边坡危险性进行预警.采用室内地质力学模型模拟了土坡在降雨作用下的失稳过程,坡面位移持续增大,坡体体积先持续减小后渐趋稳定,坡体出现整体失稳,验证了坡体体积减小的终点就是滑坡滑动阶段的起点.     

台风区村民居住地地质灾害危险性评估

台风多发区,持续强降雨因素成为影响滑坡、崩塌、泥石流等突发性地质灾害的一个很重要的诱发因子,其诱发机理与一般地灾有所不同。文中以佛山三水西南镇地质灾害危险性评估项目为依托,在充分调查研究当地地质条件的基础上,深入分析了降雨诱发突发性地质灾害的机理,构建了适合研究区以地质灾害危险性综合评估体系,应用模糊综合评判法进行地质灾害危险性综合评估,为灾害治理提出了科学合理的建议。     

暴雨及久雨条件对某滑坡变形破坏机制的影响研究

暴雨和久雨经常会诱发滑坡灾害,降雨是滑坡灾害发生的重要因素。该文以三峡某滑坡为研究对象,利用Geo-Slope的Seep模块进行渗流分析,Sigma模块调用渗流工况进行变形分析。根据获取的历史气象资料,设计了不同历时、不同雨强的暴雨和久雨渗流计算工况,在了解降雨对渗流场演化规律的基础上,设计了耦合变形分析工况。经过对获取的渗流场、变形场和不同部位监测点流速及位移演化曲线对比分析发现:1)久雨对滑坡的稳定性影响更加不利;2)饱和区和地下水位在不同位置不是同时达到峰值,有滞后性;3)坡体厚度小的滑坡,稳定性对降雨敏感性相对较大,降雨引起的位移较大,反之亦然;4)经历降雨后,塑性区主要集中在滑带和前、后缘。     

XGBoost机器学习模型与GIS技术结合的公路崩塌灾害易发性研究

地质灾害预测预警在自然灾害防治中的地位日益凸显,而地质灾害易发性评估是地质灾害预测预警的基础。文章以北京西南地区的公路崩塌灾害为研究对象,利用GIS技术从多来源、多时相的数据源中提取了包括高程、地层岩性和降水在内的多种崩塌致灾因素;尝试将新型的XGBoost机器学习模型应用于地质灾害易发性研究,将452个公路崩塌灾害样本分为70%的训练集与30%的验证集进行训练,利用召回率、ROC曲线以及模型的不确定性等指标对模型结果进行评价,并与常用的SVM模型进行对比。结果表明,XGBoost模型的训练集和验证集的召回率分别为1.00和0.87,ROC曲线下面积分别为1.00和0.91,均优于SVM模型,并且其预测价值大的样本(崩塌发生概率为0.75～1和0～0.25)占比达到93%,远高于SVM模型。将训练得到的评估模型应用于北京西南地区,叠加区域路网数据,绘制北京西南地区的公路崩塌易发性图。用"8·11"房山崩塌灾害样本验证了易发性图的可靠性,并通过易发性图识别出需要重点防范的崩塌高易发性公路路段。     

黄土填方边坡降雨入渗特征及变形破坏模式的模型试验

平山造城、填沟造地等形成大范围近直立的高填方体，这些新型工程为黄土高原带来重要发展机遇的同时，在降雨条件下也将带来前所未有的重大灾变隐患，针对这一状况，开展黄土填方边坡降雨过程中坡体基质吸力、体积含水率、孔隙水压力、湿润锋以及变形等动态响应规律的分析，并对坡体裂缝发育与演化及变形破坏模式进行模型试验研究。结果表明：湿润锋下移致使坡体内部的基质吸力减小而体积含水率和孔隙水压力增加，并且其达到峰值以后稳定，虽然基质吸力降低到最低时，坡体未发生滑塌，但随着雨水的继续入渗，坡体会发生局部和大规模的破坏，表明降雨诱发的黄土滑坡具有一定的滞后性；坡体裂缝体系演化机制为临空面附近产生张拉裂缝且向后扩展-坡体侧翼产生剪张裂缝-后缘产生贯通性的张拉裂缝，形成的拉裂缝不仅提供了优势入渗通道，而且也是每次滑塌的后缘边界；短时连续降雨诱发的填方边坡变形具有浅部间歇性和突发性破坏的特点，导致填方坡体产生多级块体滑动破坏；长时连续降雨诱发的填方边坡变形则具有深部渐变连续性破坏的特点，导致填方坡体产生冲蚀及流滑破坏。