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Geohazard Recognition and Inventory Mapping Using Airborne LiDAR Data in Complex Mountainous Areas

Journal of Earth Science 2021年第5期32卷 1079-1091页

作者： Chen Guo Qiang Xu Xiujun Dong Weile Li kuanyao zhao Huiyan Lu Yuanzhen Ju State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection Chengdu University of TechnologyChengdu 610059China

Geohazard recognition and inventory mapping are absolutely the keys to the establishment of reliable susceptibility and hazard maps. However, it has been challenging to implement geohazards recognition and inventory mapping in mountainous areas with complex topography and vegetation cover. Progress in the light detection and ranging(Li DAR) technology provides a new possibility for geohazard recognition in such areas. Specifically, this study aims to evaluate the performances of the Li DAR technology in recognizing geohazard in the mountainous areas of Southwest China through visually analyzing airborne Li DAR DEM derivatives. Quasi-3 D relief image maps are generated based on the sky-view factor(SVF), which makes it feasible to interpret precisely the features of geohazard. A total of 146 geohazards are remotely mapped in the entire 135 km^(2) study area in Danba County, Southwest China, and classified as landslide, rock fall, debris flow based on morphologic characteristics interpreted from SVF visualization maps. Field validation indicate the success rate of Li DAR-derived DEM in recognition and mapping geohazard with higher precision and accuracy. These mapped geohazards lie along both sides of the river, and their spatial distributions are related highly to human engineering activities, such as road excavation and slope cutting. The minimum geohazard that can be recognized in the 0.5 m resolution DEM is about 900 m^(2). Meanwhile, the SVF visualization method is demonstrated to be a great alternative to the classical hillshaded DEM method when it comes to the determination of geomorphological properties of geohazard. Results of this study highlight the importance of Li DAR data for creating complete and accurate geohazard inventories, which can then be used for the production of reliable susceptibility and hazard maps and thus contribute to a better understanding of the movement processes and reducing related losses.

关键词： geohazard geohazard inventory airborne Li DAR sky view factor remote sensing interpretation complex mountainous areas

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突发型黄土滑坡的临界水位研究——以甘肃黑方台黄土滑坡为例

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水利学报 2019年第3期50卷 315-322页

作者：许强亓星修德皓赵宽耀成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室四川成都610059 四川轻化工大学土木工程学院四川自贡643000

甘肃省黑方台黄土滑坡的现场调查表明,地下水位的上升会导致突发型黄土滑坡发生;典型滑坡水位和变形的同步监测,证实地下水位上升到一定限度后会引起滑坡的变形破坏。为进一步揭示水位对土体破坏的影响,采用三轴常偏应力排水剪试验研究... 详细信息

甘肃省黑方台黄土滑坡的现场调查表明,地下水位的上升会导致突发型黄土滑坡发生;典型滑坡水位和变形的同步监测,证实地下水位上升到一定限度后会引起滑坡的变形破坏。为进一步揭示水位对土体破坏的影响,采用三轴常偏应力排水剪试验研究了孔隙水压力逐级增加过程中土体的破坏过程。结果表明,孔隙水压力达到轴向应力26%时会引起土体变形的突然增长并破坏,对应了黑方台地下水位占黄土厚度比例为0.4时会引起坡体失稳,并通过现场调查滑坡水位和黄土厚度验证了试验结果。结合试验和调查,以水位比例建立了这类滑坡的判识方法。

关键词：黑方台突发型黄土滑坡地下水位三轴试验水位判识

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陇东合水县塬梁峁地貌分类及演化

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地理研究 2020年第8期39卷 1920-1933页

作者：袁爽许强赵宽耀王绚王崔林成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室成都610059

黄土地貌是按独特的演化模式形成当今复杂多样且有序分异的地貌形态组合。基于数学形态法将合水县地区黄土地貌分类并计算得出塬梁峁地貌单元的分类指标,再通过黄土地貌单元的形态特征及分类指标,对黄土塬梁峁地貌演化模式作出定量化和... 详细信息

黄土地貌是按独特的演化模式形成当今复杂多样且有序分异的地貌形态组合。基于数学形态法将合水县地区黄土地貌分类并计算得出塬梁峁地貌单元的分类指标,再通过黄土地貌单元的形态特征及分类指标,对黄土塬梁峁地貌演化模式作出定量化和可视化表达,并预测塬即将消失的区域。研究发现:①似圆度是界定黄土地貌单元演化进程的重要指标,黄土地貌单元在演化过程中,其形状规律程度逐渐增加;可用周长面积比和平均坡度界定塬梁的分界,可用边界临接指数界定梁峁的分界。②塬向梁演化实质就是残塬向树杈梁演化。残塬是人类赖以生存的地貌单元,是固沟保塬工程的重点实施对象。

关键词：陇东地区数学形态法黄土地貌单元分类指标黄土地貌演化

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黄土台塬滑坡变形的时序InSAR监测分析

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武汉大学学报（信息科学版） 2019年第7期44卷 1027-1034页

作者：史绪国张路许强赵宽耀董杰蒋厚军廖明生中国地质大学信息工程学院湖北武汉430074 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室湖北武汉430079 成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室四川成都610059 武汉大学遥感信息工程学院湖北武汉430079 南京邮电大学地理与生物信息学院江苏南京210023

黄土台塬由于经常性的农业灌溉容易造成边缘区域滑坡发育。因此,需要利用有效手段对这些潜在的滑坡隐患进行早期识别与监测。利用时间序列合成孔径雷达干涉测量(interferometric synthetic aperture radar, InSAR)技术对2016-01至2018-0... 详细信息

黄土台塬由于经常性的农业灌溉容易造成边缘区域滑坡发育。因此,需要利用有效手段对这些潜在的滑坡隐患进行早期识别与监测。利用时间序列合成孔径雷达干涉测量(interferometric synthetic aperture radar, InSAR)技术对2016-01至2018-08期间获取的升降轨Sentinel-1数据集进行分析,获取了甘肃永靖黑方台典型台塬地区的滑坡隐患分布情况。将InSAR结果与GPS观测资料进行对比,验证了时序InSAR处理方法的有效性。对该地区滑坡的历史变形分析表明,持续的农业灌溉引起的地下水位抬升是台塬边缘坡体失稳的主要诱因。同时,InSAR时序分析发现,研究区域内的跨黄河大桥受季节更替和温度波动的影响,存在周期性变形现象。实验结果证明了时序InSAR方法在地表变形监测中的有效性,可在黄土滑坡识别与监测防治中发挥重要作用。

关键词：时序InSAR分析黄土滑坡形变灌溉地下水位温度波动

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基于神经网络的离散元细观参数标定方法研究——以甘肃黑方台黄土滑坡为例

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岩石力学与工程学报 2020年第S1期39卷 2837-2847页

作者：周小棚许强赵宽耀陈婉琳巨袁臻周琪成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室四川成都610059 广西交通科学研究院有限公司广西南宁530007

离散元细观力学参数与宏观力学参数之间存在着很高的非线性特征,目前人工试算的参数标定方法存在着很大的随机性和盲目性,标定过程效率低,标定结果可重复性差。因此为了找到一种新的准确、高效的参数标定方法,以黑方台2015~2017年发生的... 详细信息

离散元细观力学参数与宏观力学参数之间存在着很高的非线性特征,目前人工试算的参数标定方法存在着很大的随机性和盲目性,标定过程效率低,标定结果可重复性差。因此为了找到一种新的准确、高效的参数标定方法,以黑方台2015~2017年发生的7起典型黄土滑坡为研究对象,采用离散元数值试验及神经网络等方法,首先根据前人力学试验及相关研究确定出6个本征参数的取值,利用室内休止角试验以及GEMM材料数据库,确定出剩余的6个待标定参数的取值范围;然后通过对剩余6个待标定参数的敏感性进行分析,确定出JKR模型能量密度的取值为100J/m^2,并设计出其中6起滑坡以剩余5个待标定参数为变量的系列数值模拟试验,得到各组参数及其对应的模拟形态(滑源区横向宽、滑源区纵向宽、滑坡的壁高、滑坡整体落差、滑距、堆积区横向宽);然后以此作为样本进行神经网络训练,确定出模拟形态与参数之间的映射关系;进而利用此映射关系反演标定出这6起滑坡的最优模拟参数,并以这6组最优模拟参数作为该地区黄土滑坡数值模拟参数的取值范围;最后通过对第7个滑坡的正演结果,验证了该参数取值范围的可靠性和准确性,避免相同地质条件下人工标定参数所带来的复杂性和随机性。

关键词：边坡工程离散元细观参神经网络参数反演

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甘肃黑方台灌溉与地下水位响应规律分析

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水利水电技术 2018年第9期49卷 205-209页

作者：亓星许强赵宽耀彭大雷四川理工学院土木工程学院四川自贡643000 成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室四川成都610059

黑方台位于我国甘肃省,由于常年灌溉使得地下水非常丰富,在台塬边诱发了大量的黄土滑坡。为了解黑方台地下水位与台塬灌溉的响应规律,在黑方台台塬中部和台塬边钻孔埋设水位计,监测地下水的变化情况,将地下水位与对应的灌溉数据进行相... 详细信息

黑方台位于我国甘肃省,由于常年灌溉使得地下水非常丰富,在台塬边诱发了大量的黄土滑坡。为了解黑方台地下水位与台塬灌溉的响应规律,在黑方台台塬中部和台塬边钻孔埋设水位计,监测地下水的变化情况,将地下水位与对应的灌溉数据进行相关性分析。通过近3年的监测,并结合台塬其他地区水位数据进行验证发现,地下水与灌溉具有很好的相关性,地下水相对于灌溉具有133 d的滞后期,台塬渗透速率为1. 3×10^(-4)cm/s,这与黄土中值粒径、黄土厚度和灌溉量差异有关。

关键词：黄土滑坡农业灌溉地下水位响应规律黑方台甘肃省

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延安新区地面沉降时空演化特征时序InSAR监测与分析

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武汉大学学报（信息科学版） 2021年第7期46卷 957-969页

作者：许强蒲川豪赵宽耀何攀张含悦刘佳良成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室四川成都610059

延安新区以其规模巨大的平山造城工程而备受关注,其快速的工程建设及复杂的地质条件导致了广泛的地面沉降。利用小基线集合成孔径雷达干涉测量(small baseline subset interferometric synthetic aperture radar,SBAS-InSAR)技术对2016... 详细信息

延安新区以其规模巨大的平山造城工程而备受关注,其快速的工程建设及复杂的地质条件导致了广泛的地面沉降。利用小基线集合成孔径雷达干涉测量(small baseline subset interferometric synthetic aperture radar,SBAS-InSAR)技术对2016-05—2019-10期间获取的升轨Sentinel-1A数据进行处理,分析了延安新区工后地面沉降时空演化特征,探讨了其沉降机理及演化趋势。结果表明,新区的地面沉降区随造地工程由城区向林区发展,其面积随时间总体呈衰减趋势;地面沉降的时间演化经历快速、减缓、平稳3个过程,填方体厚度越大,其累计沉降量越大,沉降稳定所需时间越长。地面沉降主要为填方体自身的固结压缩变形,可分为瞬时沉降、固结沉降、次固结沉降3个阶段,依据不同阶段的特征并结合时序形变,可以对新区的地面沉降过程及其发展趋势进行分析。研究结果可为新区进一步开展沉降监测预警、城市规划建设及灾害防控提供科学的参考依据。

关键词：延安新区平山造城 SBAS-InSAR 地面沉降时空演化

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反复入渗对重塑黄土渗透特性的影响

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地质科技通报 2020年第2期39卷 130-138页

作者：任晓虎许强赵宽耀巨袁臻杜鹏川成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室成都610059

甘肃黑方台黄土经历长期的灌溉入渗破坏了其原生结构,改变了不同深度黄土的颗粒级配,影响了土体的力学性质。为研究反复灌溉入渗对坡体的影响,通过室内土柱渗透试验研究了反复入渗对甘肃黑方台黄土渗透特性的影响,并研究了渗透作用下黄... 详细信息

甘肃黑方台黄土经历长期的灌溉入渗破坏了其原生结构,改变了不同深度黄土的颗粒级配,影响了土体的力学性质。为研究反复灌溉入渗对坡体的影响,通过室内土柱渗透试验研究了反复入渗对甘肃黑方台黄土渗透特性的影响,并研究了渗透作用下黄土中细颗粒运移的规律与模式。研究表明:①水力梯度对渗透速率影响较小而干密度对渗透速率影响较大;随着入渗次数的增加,重塑黄土的渗透性能变弱;②黄土在渗流力的作用下,存在细颗粒沿渗流方向运移的现象,且细颗粒在土柱中上部聚集最多;③影响细颗粒运移的因素有:水力梯度、干密度和渗透次数;其中细颗粒的运移量与水力梯度、渗透次数呈正相关,与干密度呈负相关,且水力梯度是影响细颗粒运移的主要因素;④在渗透过程中,细颗粒运移堆积,最终填充土体内孔隙,导致黄土的渗透性下降。

关键词：黄土反复入渗渗透特性细颗粒运移

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浸水作用下黑方台黄土渗透特性变化微观研究

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人民长江 2020年第6期51卷 166-171页

作者：邹锡云许强赵宽耀李姝成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室四川成都610059

黑方台地区因地下水位上升常产生渐进后退式滑坡,滑坡后缘黄土处于浸水饱和状态并有水位壅高现象。为研究浸水作用下黄土渗透性变化,对台塬重塑黄土进行变水头渗透试验,并利用激光粒度分析、电镜扫描、水化学试验及PCAS等方法探讨黄土... 详细信息

黑方台地区因地下水位上升常产生渐进后退式滑坡,滑坡后缘黄土处于浸水饱和状态并有水位壅高现象。为研究浸水作用下黄土渗透性变化,对台塬重塑黄土进行变水头渗透试验,并利用激光粒度分析、电镜扫描、水化学试验及PCAS等方法探讨黄土浸水后渗透性改变的微观机理。浸水作用下黄土渗透性会明显降低,这是因为黄土浸水后粗颗粒向细颗粒转化,细颗粒填充粗颗粒间间隙,黄土中孔隙减少;易溶盐发生溶解导致溶液中Na^+、SO4^2-离子浓度增加。研究结果表明:浸水饱和后黄土微观结构被破坏、易溶盐溶解,黄土颗粒部分失去黏结力,在水流作用下发生渗流压密使渗透性降低,渗透性降低的微观变化可概括为黄土颗粒孔隙作用和易溶盐溶解作用。

关键词：渗透性微观变化浸水黄土土体微观结构黑方台

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利用小基线集InSAR技术的延安新区地面抬升监测与分析

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武汉大学学报（信息科学版） 2021年第7期46卷 983-993页

作者：蒲川豪许强赵宽耀蒋亚楠刘佳良寇平浪成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室四川成都610059

延安新区的平山造城是黄土高原地区规模最大的造地工程之一,大规模的山体开挖导致了广泛的地面抬升现象。同时,挖方区作为新区城市化建设的主要场地,地面抬升严重影响了新区城市的持续发展。利用小基线集合成孔径雷达干涉测量(small bas... 详细信息

延安新区的平山造城是黄土高原地区规模最大的造地工程之一,大规模的山体开挖导致了广泛的地面抬升现象。同时,挖方区作为新区城市化建设的主要场地,地面抬升严重影响了新区城市的持续发展。利用小基线集合成孔径雷达干涉测量(small baseline subset interferometric synthetic aperture radar,SBAS-InSAR)技术对覆盖新区2016-05—2019-10期间的升轨Sentinel-1A数据进行处理,获取了新区工后长期地面形变信息,揭示了地面抬升空间分布规律及其形变演化特征,并对地面抬升成因进行了详细分析。结果表明,新区工后地面抬升显著,主要分布在对人类工程活动影响最大的挖方区,最大抬升速率达24.8 mm/a;地面抬升变形在工后初期发展较快,随时间发展有趋缓并稳定的趋势。山体快速开挖引起的卸荷回弹变形是地面抬升的主要内在因素,而地面抬升的分布及大小是由挖方工程范围、挖方厚度、建筑荷载等外在因素综合作用的结果。

关键词：延安新区平山造城 SBAS-InSAR 地面抬升形变监测

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