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基于GIS的马家沟滑坡稳定性计算与分区

工程地质学报 2014年第6期22卷 1187-1193页

作者：朱世煜王宝军施斌孙义杰南京大学地球科学与工程学院南京210023

在对长江三峡库区马家沟滑坡表面、边界及钻孔信息提取分析的基础上,采用GIS空间插值及栅格计算,结合力学公式,对马家沟I号滑坡进行三维稳定性的计算和安全系数的分区。首先根据已知的两个钻孔滑移面信息进行空间插值,得到滑移面的初步... 详细信息

在对长江三峡库区马家沟滑坡表面、边界及钻孔信息提取分析的基础上,采用GIS空间插值及栅格计算,结合力学公式,对马家沟I号滑坡进行三维稳定性的计算和安全系数的分区。首先根据已知的两个钻孔滑移面信息进行空间插值,得到滑移面的初步形态;再利用得到的滑移面与其余4个钻孔的地层信息比较,推测出其余4个钻孔的滑移面信息;最后根据所有的钻孔信息插值得到整个滑移面的形态。在对比分析了确定滑移面空间形态的各种空间插值方法后,提出了基于少量滑移面准确信息条件下,采用径向基函数插值获得滑移面较为符合实际情况。不考虑栅格柱体之间的相互作用力,并假定滑坡体内地下水位与库水位一致,利用无限边坡安全系数计算公式,在Arc GIS栅格计算器中计算得到了马家沟I号滑坡的安全系数分区图。通过计算结果可以看出马家沟I号滑坡的不稳定区主要集中在滑体前缘,而较稳定区在前缘、中间以及后缘中间部位都有所分布;并且随着库水位上升,边坡安全系数有一定程度的下降,特别是滑坡前缘可以被库水浸没的部分。进而可以划分出马家沟滑坡的重点防护治理部位,为马家沟滑坡的防治方案提供有价值的参考。

关键词：马家沟滑坡 GIS 空间插值栅格计算稳定性分区

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三峡库区马家沟滑坡抗滑桩变形机制研究

三峡库区马家沟滑坡抗滑桩变形机制研究

作者：黄翔合肥工业大学

学位级别：硕士

三峡库区马家沟滑坡抗滑桩施工完成以后,在水库蓄水运行过程中,桩身与桩后滑体间产生开裂现象（发育一条贯穿型裂缝）。以往关于马家沟滑坡抗滑桩体系变形机制的研究,认为桩后滑体的作用力是导致该滑坡抗滑桩产生变形的主要原因,但该观... 详细信息

三峡库区马家沟滑坡抗滑桩施工完成以后,在水库蓄水运行过程中,桩身与桩后滑体间产生开裂现象（发育一条贯穿型裂缝）。以往关于马家沟滑坡抗滑桩体系变形机制的研究,认为桩后滑体的作用力是导致该滑坡抗滑桩产生变形的主要原因,但该观点并不能合理地解释抗滑桩与桩后滑体间的开裂变形现象。为了弄清马家沟滑坡抗滑桩与桩后滑体间产生开裂变形的内在机制,本文选取马家沟滑坡抗滑桩嵌固段红砂岩为研究对象,模拟水库蓄水初期至抗滑桩与桩后滑体间产生开裂变形期间的真实蓄水运行过程,进行红砂岩在此过程中不同时刻的（单）三轴压缩试验以及劈裂试验;建立马家沟滑坡典型剖面的数值网格模型,基于饱和-非饱和渗流理论,采用GEO-STUDIO软件对该滑坡在水库蓄水初期至滑坡抗滑桩体系产生开裂变形期间的地下水渗流场进行计算分析;基于流固耦合理论,采用FLAC3D软件对该滑坡在水库蓄水初期至滑坡抗滑桩体系产生开裂变形期间的变形过程进行数值模拟计算;最后基于上述研究结果,探讨马家沟滑坡抗滑桩与桩后滑体间产生开裂变形的内在机制。研究所获得的结果如下:（1）自主研发了能较真实地模拟湿干变化环境作用下的岩石抗拉强度测试装置（SGPL-2016）,为马家沟滑坡抗滑桩嵌固段位置的红砂岩在水库蓄水初期至滑坡抗滑桩体系产生开裂变形期间的库水浸泡作用下的抗拉强度测试提供了设备基础。（2）水库蓄水初期至滑坡抗滑桩与桩后滑体产生开裂变形期间,马家沟滑坡嵌固段红砂岩在库水浸泡作用下的物理力学参数劣化明显,与天然状态试样（未浸泡）相比,浸泡75天后的红砂岩试样的峰值抗压强度（0 MPa、2 MPa、4MPa）分别降低67.96%、60.89%、59.34%,抗拉强度降低58.95%,黏聚力和内摩擦角分别降低61.06%、13.71%。（3）水库蓄水初期至滑坡抗滑桩与桩后滑体产生开裂变形期间,马家沟滑坡前缘涉水段（滑坡前缘坡脚位置）的浸润线受库水位下降的影响较大,变化较明显;库水位下降初期,浸润线与水平方向夹角较小,呈水平状态;随着库水位不断降低,浸润线与水平方向夹角不断增大,滑坡体内的地下水向外渗流产生较大的渗流力。（4）水库蓄水初期至滑坡抗滑桩与桩后滑体产生开裂变形期间,一方面,抗滑桩嵌固段红砂岩受库水浸泡作用的影响,宏观力学强度劣化明显,使得抗滑桩嵌固效果减弱;另一方面,由于滑体渗透系数较小,使得库水位下降过程中坡体内地下水位下降速度明显缓于坡外库水位的下降速度,滑坡体内外形成了较大的水位差并产生了指向坡外的较大的渗透力,在坡内渗透力的作用下,桩前滑体的变形快速增大,抗滑桩的桩前支撑作用大大减弱,使得抗滑桩的变形也快速增大,且大于桩后滑体的变形,导致两者变形不协调,从而在抗滑桩与桩后滑体间产生开裂现象。（5）马家沟滑坡抗滑桩嵌固段红砂岩在水库蓄水运行过程中受库水浸泡作用影响强度劣化（弱化）是引起抗滑桩与桩后滑体间产生开裂的主要原因,而库水下降作用引起的坡内渗透力在此过程中起一定的促进作用。因此,在水库岸坡加固支护设计时应考虑库水浸泡作用对嵌固段岩体（岩石）强度的影响,采用受库水浸泡作用影响劣化（弱化）后的强度参数及变形参数进行抗滑桩的设计,而不应仅考虑其在饱和状态下的强度参数和变形参数。

关键词：马家沟滑坡水库蓄水强度劣化变形机制

基于DFOS的三峡马家沟滑坡长期监测与趋势分析

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基于DFOS的三峡马家沟滑坡长期监测与趋势分析

作者：汪其超南京大学

学位级别：硕士

滑坡是一种发生频率很高的地质灾害,给人民的生命财产带来重大损失和威胁。滑坡的监测对于滑坡形成机理研究和预测预警具有重要意义,而滑坡监测技术的不断创新,是提高滑坡防灾减灾水平的重要途径。本文以三峡马家沟滑坡为监测评价对象,... 详细信息

滑坡是一种发生频率很高的地质灾害,给人民的生命财产带来重大损失和威胁。滑坡的监测对于滑坡形成机理研究和预测预警具有重要意义,而滑坡监测技术的不断创新,是提高滑坡防灾减灾水平的重要途径。本文以三峡马家沟滑坡为监测评价对象,采用分布式光纤感测技术(简称DFOS),构建了三峡马家沟滑坡多场DFOS监测系统;开展了 FBG倾角传感器性能测试试验;结合DFOS长期监测结果,建立了马家沟滑坡灰色系统理论模型,并对该滑坡的发展趋势进行了预测。论文主要取得了以下成果:(1)设计了边坡多场信息DFOS监测总体方案以及变形场、水分场、温度场等具体监测方案。(2)开展了 FBG倾角传感器的性能测试试验,验证了该技术应用于滑坡监测的可行性,同时对传感器的进一步改进提出了建议。(3)将灰色系统理论引入边坡稳定性分析中,并论证了该方法在边坡稳定性分析中的可行性;建立了滑坡变形发展中的灰色系统理论模型,介绍了建模步骤。(4)依托三峡马家沟滑坡监测项目,设计并建立了三峡马家沟滑坡多场DFOS监测系统,介绍了滑坡的感测光缆布设新工艺以及监测过程中需注意的事项。(5)分析了三峡马家沟滑坡五年的DFOS监测数据,对每一个场的监测结果进行了分析,在水分场与变形场之间建立了多场数据关联规则。研究结果表明:库水位是滑坡稳定性的最大影响因素,具体表现为库水位升高时,位移速率降低,滑坡稳定性升高;库水位降低时,位移速率升高,滑坡稳定性降低。(6)据于DFOS监测数据,建立了马家沟滑坡灰色系统理论计算模型,并对马家沟滑坡的发展趋势进行了预测。研究结果表明:马家沟滑坡当前仍属于蠕变型滑坡。

关键词：马家沟滑坡 DFOS 多场监测灰色预测模型稳定性评价 FBG倾角传感器

基于GIS的马家沟滑坡三维稳定性计算与评价

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基于GIS的马家沟滑坡三维稳定性计算与评价

作者：朱世煜南京大学

学位级别：硕士

本文以三峡库区马家沟滑坡为例,采用基于栅格剖分结合力学分析的方法对边坡稳定性进行评价。通过对地表面、边界及钻孔信息的提取和分析,采用GIS空间插值得到各地层底面及滑移面。以插值滑移面作为已知滑面,在ArcGIS栅格计算器中结合力... 详细信息

本文以三峡库区马家沟滑坡为例,采用基于栅格剖分结合力学分析的方法对边坡稳定性进行评价。通过对地表面、边界及钻孔信息的提取和分析,采用GIS空间插值得到各地层底面及滑移面。以插值滑移面作为已知滑面,在ArcGIS栅格计算器中结合力学公式,对马家沟滑坡的自重稳定性进行分析,得到滑坡体稳定性分区图。在此基础上,以马家沟滑坡整体为研究对象,采用嵌入式VB编程建立了马家沟滑坡的三维稳定性计算模型,得到了不同工况下的三维稳定性系数。最后,论文采用GE05的二维剖面模型对马家沟滑坡进行稳定性评价,并将评价结果与本文所述方法进行比较,进而验证基于GIS三维边坡稳定性分析方法的可行性和准确性,并对GIS三维计算模型的优势与不足进行总结。取得了以下研究成果：(1)由于多项式插值得到的曲面并不会严格通过已知数据点,反距离加权插值的结果又会出现局部突起和陡坎,而径向基函数插值的结果则可以比较平滑地反应滑移面的空间分布特征。因此在部分钻孔滑带位置明确的情况下可通过先后两次采用径向基函数插值的方法进行滑移面推测,得到滑移面的空间形态。(2)通过GIS自重稳定性分区可知,马家沟滑坡大部分已处于不稳定和欠稳定的状态,不稳定区主要分布在滑体前缘、中部和后缘,欠稳定区在滑体上则呈连续分布,稳定区主要集中在边界附近;在水位上升时,滑移面以上、地下水位面以下一定深度范围内的滑块(栅格柱体单元)的稳定性会明显减小,超过这个深度则变化不明显;仅考虑短期的降雨入渗对各滑块稳定性的影响并不明显。(3)可通过钻孔连线方向、滑移面倾向的最频值及根据地表面与滑移面倾向的关系等三种方法确定滑坡的主滑动方向,后在ArcGIS VBA中编程得到GIS三维计算模型,分别对自重、自重+不同地下水位、自重+不同地下水位+降雨入渗等工况进行计算,结果表明在各工况条件下马家沟滑坡处于欠稳定状态(GIS三维Janbu法)或不稳定状态(GIS三维传递系数隐式解法),并且在水位上升时,马家沟滑坡的整体稳定性有所下降,而短期的降雨入渗对马家沟滑坡整体稳定性的影响不明显。(4)通过GE05计算模型的结果与GIS三维计算模型的结果的比较可知,钻孔剖面(二维计算剖面)并不一定是实际中最危险的剖面,并且二维剖面计算模型受外界条件变化的影响比GIS三维计算模型的大,说明GIS三维计算模型的计算结果考虑了滑坡的总体情况,比二维剖面计算更接近实际情况,并且计算区域更具有连续性,结果展示也更为丰富。

关键词：马家沟滑坡 GIS 空间插值自重稳定性分区三维稳定性

基于遗传算法-支持向量机的滑坡渗透系数反演

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水文地质工程地质 2021年第4期48卷 160-168页

作者：胡鹏文章胡新丽张玉明中国地质大学(武汉)环境学院湖北武汉430074 中国地质大学(武汉)工程学院湖北武汉430074 潍坊科技学院建筑与艺术学院山东潍坊262700

求解库岸边坡岩土体的渗透系数是研究滑坡渗流场及多场演化的基础,一般通过原位试验和室内试验求得,但试验成本较高且试验位置具有一定的随机性。本文以三峡库区马家沟滑坡为例,提出一种利用地下水位动态观测资料反演滑坡岩土层渗透系... 详细信息

求解库岸边坡岩土体的渗透系数是研究滑坡渗流场及多场演化的基础,一般通过原位试验和室内试验求得,但试验成本较高且试验位置具有一定的随机性。本文以三峡库区马家沟滑坡为例,提出一种利用地下水位动态观测资料反演滑坡岩土层渗透系数的方法。具体步骤为:(1)依据滑坡的勘察资料和水位观测数据,构建滑坡数值模型;(2)利用SPSS生成不同渗透系数正交试验组合,并将渗透系数代入数值模型中计算监测井的水位,得到不同渗透系数及其对应的模拟水位数据;(3)应用遗传算法优化的支持向量机构建坡体模拟水位与渗透系数的非线性映射关系,再通过代入实际动态监测水位值求得滑坡岩土层的渗透系数;(4)将求得的渗透系数代入数值模型,用计算的模拟水位与实际观测水位进行对比验证。研究结果表明:遗传算法优化的支持向量机具有良好的学习预测效果,能准确预测渗透系数与水位的关系。该反演方法具有高效、准确的优点,反演结果的精度满足实际应用需要。

关键词：马家沟滑坡支持向量机遗传算法数值模拟渗透系数反演

基于BOTDR的滑坡抗滑桩工作状态评价及分析

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工程地质学报 2019年第6期27卷 1464-1472页

作者：张磊施斌张丹韩贺鸣魏广庆南京大学地球科学与工程学院南京210023 南京大学(苏州)高新技术研究院苏州215123

针对传统感测技术存在的问题,本文采用BOTDR分布式光纤感测技术对马家沟滑坡抗滑桩变形进行长期监测分析。在BOTDR监测数据的基础上,对抗滑桩内力进行反演分析,然后与抗滑桩理论设计值进行对比,从抗滑桩内力分布状态及外在环境影响因素... 详细信息

针对传统感测技术存在的问题,本文采用BOTDR分布式光纤感测技术对马家沟滑坡抗滑桩变形进行长期监测分析。在BOTDR监测数据的基础上,对抗滑桩内力进行反演分析,然后与抗滑桩理论设计值进行对比,从抗滑桩内力分布状态及外在环境影响因素两方面对抗滑桩稳定性进行了分析和评价,结果表明:马家沟滑坡在距地表19m和27 m深度处存在两条滑动面;2015年3月之前,马家沟滑坡整体变形较小,处于相对稳定状态,之后抗滑桩逐渐发挥抗滑作用;目前,抗滑桩剪力已接近设计值,抗滑桩处于不稳定状态,需要加强监测;抗滑桩的变形主要受库水位控制,降雨影响较小。库水位降低时,抗滑桩变形增大,库水位升高时,抗滑桩变形趋于稳定。BOTDR监测技术为长期化、精细化评价抗滑桩稳定性状态提供了十分先进的监测手段。

关键词：分布式监测布里渊光时域反射测量计(BOTDR) 马家沟滑坡抗滑桩稳定性分析