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基于U-Net语义分割网络的区域滑坡易发性评价方法和跨地区泛化能力研究

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土木工程学报 2024年

作者：谭林张璐璐魏鑫刘东升杜春兰李海上海交通大学海洋工程国家重点实验室高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海交通大学土木工程系重庆市地质矿产勘查开发局重庆市地质矿产勘查开发局208水文地质工程地质队(重庆市地质灾害防治工程勘查设计院)

基于栅格评价单元的区域滑坡易发性评价方法，存在栅格单元空间相关性考虑欠佳、模型跨地区泛化能力弱等问题，提出了基于U-Net语义分割网络的易发性评价方法。以奉节县竹园镇和青莲镇为研究区，选取高程、岩性和归一化植被指数等10项... 详细信息

基于栅格评价单元的区域滑坡易发性评价方法，存在栅格单元空间相关性考虑欠佳、模型跨地区泛化能力弱等问题，提出了基于U-Net语义分割网络的易发性评价方法。以奉节县竹园镇和青莲镇为研究区，选取高程、岩性和归一化植被指数等10项评价因子，结合历史滑坡清单，构建U-Net评价模型对滑坡易发性进行空间预测，并利用模型平均法对若干预测矩阵进行加权平均，结合ROC曲线和AUC量化评价精度和不确定性。针对跨地区地层岩性不同导致模型泛化能力弱的问题，提出了地层岩性赋分法，将模型应用于青莲镇，研究评价模型的跨地区泛化能力。结果表明：(1)U-Net模型性能可靠，可充分挖掘栅格单元的空间相关性，网络架构更优，能够完成更精准的易发性评价。竹园镇的易发性区划图与历史滑坡清单拟合好，评价结果优于青莲镇；(2)模型平均法可有效缩减预测不确定性，只需将少量评价结果平均化即可输出稳定且可靠的评价结果，不必寻求单次评价结果最优；随着参与模型平均的评价结果数量增加，其AUC呈现收敛趋势；(3)地层岩性赋分法统一了模型训练区和验证区的数据分布，结合模型平均法确保了模型的泛化能力。

关键词：滑坡易发性评价 U-Net 泛化能力模型平均法地层岩性赋分法

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基于样本优化策略的滑坡易发性评价

武汉大学学报（信息科学版） 2024年第8期49卷 1492-1502页

作者：吴宏阳周超梁鑫王悦袁鹏程吴立星中国地质大学(武汉)地理与信息工程学院湖北武汉430074 三峡库区地质灾害野外监测与预警示范中心重庆404199 中国地质大学(武汉)工程学院湖北武汉430074

准确的易发性评价结果能够对滑坡带来的危险进行精准防控。样本优化是滑坡易发性评价的重要方法,可有效解决不平衡样本产生的决策边界偏移问题,提升滑坡易发性评价精度。以中国重庆市万州区东南区域为例,选取地层、土地利用、高程等10... 详细信息

准确的易发性评价结果能够对滑坡带来的危险进行精准防控。样本优化是滑坡易发性评价的重要方法,可有效解决不平衡样本产生的决策边界偏移问题,提升滑坡易发性评价精度。以中国重庆市万州区东南区域为例,选取地层、土地利用、高程等10个影响因子构建滑坡易发性评价指标体系,应用频率比方法定量分析滑坡与指标之间的关系,在此基础上分别利用深度神经网络模型(deep neural networks, DNN)、过采样-深度神经网络模型(synthetic minority oversampling technique-DNN, SMOTE-DNN)、混合采样-深度神经网络耦合模型(one-class support vector machine-SMOTE-DNN, OS-DNN)、混合采样-深度神经网络-K均值聚类耦合模型(OS-DNN-K-means)进行滑坡易发性评价。结果表明,距道路距离、土地利用、地层是研究区滑坡发育的主要控制因子。精度评价结果发现OS-DNN-K-means(95.61%)和OS-DNN(91.16%)相较于模型SMOTE-DNN(87.97%)和DNN(81.40%)更能有效提高滑坡预测精度。通过混合采样和半监督分类进行样本优化能够有效解决研究区样本不平衡问题,为滑坡灾害空间预测提供新技术支撑。

关键词：滑坡易发性建模深度神经网络混合采样 K均值聚类样本优化策略

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原位剪切试验在工程滑坡勘察中的应用

钻探工程 2024年第1期51卷 139-146页

作者：张祥恒王振曹凡王延宁陈柏林烟台鲁东勘察测绘有限公司山东烟台264004 山东省地矿局钻探工程技术研究中心山东烟台264004 中兵勘察设计研究院有限公司北京100053 山东省第三地质矿产勘查院山东烟台264004 自然资源部地质灾害自动化监测技术创新中心(重庆地质矿产研究院) 重庆401120

岩土体的抗剪强度指标,尤其是作为薄弱层的岩体结构面的抗剪强度,在滑坡稳定分析中起着至关重要的作用。现场原位剪切试验,试样受扰动小,试验状态与岩土体所处真实状态较为吻合,得到的参数也更加真实,是滑坡勘察原位测试的重要手段之一... 详细信息

岩土体的抗剪强度指标,尤其是作为薄弱层的岩体结构面的抗剪强度,在滑坡稳定分析中起着至关重要的作用。现场原位剪切试验,试样受扰动小,试验状态与岩土体所处真实状态较为吻合,得到的参数也更加真实,是滑坡勘察原位测试的重要手段之一。适用于测定边坡的岩土结构面、岩土接触面、滑动面以及含碎石黏土的混合土层和其他粗颗粒土层的抗剪强度。重庆华宇·观澜华府项目工程滑坡勘察,在现场做原位剪切试验的同时,采集原状样品进行室内直剪试验,获取2种不同试验下的抗剪强度参数,分别取用2种参数对不同工况下的滑坡体进行稳定性分析计算,并与滑坡体的实际变形特征进行比较,从而验证了原位剪切试验确定岩土体抗剪强度参数的合理性,可为类似工程提供参考和借鉴。

关键词：滑坡勘察抗剪强度原位剪切试验变形特征稳定性分析

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干湿循环下溶隙灰岩单轴压缩损伤破裂特征

长江科学院院报 2024年第2期41卷 105-114,122页

作者：王桂林任甲山曹天赐杨证钦王润秋罗广东重庆大学土木工程学院重庆400045 库区环境地质灾害防治国家地方联合工程研究中心(重庆) 重庆400045 重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室重庆400045

为研究干湿循环对溶隙灰岩损伤破坏特征的影响,制备裂隙状、椭圆状、蘑菇状和类哑铃状溶隙灰岩试样,开展单轴压缩试验并辅以数字图像相关方法(DIC)和声发射技术进行监测,分析0、3、6、10次干湿循环下溶隙灰岩的损伤特性和变形破裂特征... 详细信息

为研究干湿循环对溶隙灰岩损伤破坏特征的影响,制备裂隙状、椭圆状、蘑菇状和类哑铃状溶隙灰岩试样,开展单轴压缩试验并辅以数字图像相关方法(DIC)和声发射技术进行监测,分析0、3、6、10次干湿循环下溶隙灰岩的损伤特性和变形破裂特征。结果表明:①基于峰值强度定义干湿循环和溶隙形状损伤度,干湿循环损伤度与循环次数和水-岩接触面积成正比,溶隙形状损伤度在干湿循环过程中为33.31%~64.86%;耦合损伤度合理表达了二者的耦合关系。②干湿循环作用下溶隙灰岩由拉伸破坏转变为以拉伸破坏为主的拉剪混合破坏,表面应变局部化带过渡到“延性”扩展;而溶隙形状对试样破坏有优势导向作用。③干湿循环导致岩样声发射累积振铃计数减小,裂纹起裂应力σci及裂纹损伤应力σcd也逐步降低。研究成果可以为三峡库区溶隙灰岩的破坏机理分析提供科学依据。

关键词：溶隙灰岩破裂演化力学损伤干湿循环单轴压缩数字图像相关方法破坏机理

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沿缓倾软弱外倾结构面滑动的主动岩石压力计算

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岩土力学 2023年第11期44卷 3272-3279,3287页

作者：陈柏林杨文君谢强彭海游叶晓明檀康周鹏重庆大学土木工程学院重庆400044 重庆地质矿产研究院自然资源部地质灾害自动化监测技术创新中心重庆401120 重庆地质矿产研究院重庆市地质灾害自动化监测工程技术研究中心重庆401120 重庆敏思岩土工程有限公司重庆401121

在现行规范中,沿缓倾外倾软弱结构面滑动的边坡主动岩石压力E_(ak)公式未考虑后缘裂隙水压力,导致Eak计算存在偏差。针对这一问题,考虑后缘裂隙水压力,根据力系的平衡关系和几何条件,进行受力分析和简化,推导主动岩石压力计算公式,判断... 详细信息

在现行规范中,沿缓倾外倾软弱结构面滑动的边坡主动岩石压力E_(ak)公式未考虑后缘裂隙水压力,导致Eak计算存在偏差。针对这一问题,考虑后缘裂隙水压力,根据力系的平衡关系和几何条件,进行受力分析和简化,推导主动岩石压力计算公式,判断是否存在极值点以及其位置。研究结果表明,与不考虑后缘裂隙水压力相比,E_(ak)的误差达到21.89%~100%;E_(ak)在有实际工程意义区间内存在极大值。针对缓倾岩层倾角θ和结构面内摩擦角φ大小进行讨论,当θ>φ时,坡顶潜在滑裂面宽度b_(0)一般为边坡高度H的0.2~1.2倍;当θ≤φ时,E_(ak)的极大值出现在坡面位置。本次研究分类完善了计算公式,并对极值点位置和H等因素之间的关系进行了分析,对沿缓倾软弱外倾结构面滑动边坡的防治具有理论和工程实践意义。

关键词：缓倾软弱外倾结构面主动岩石压力裂隙水压力

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新疆伊犁谷地重塑黄土抗拉强度试验研究

华中科技大学学报（自然科学版） 2021年第5期49卷 92-97页

作者：黄维陶亚坤刘清秉项伟中国地质大学(武汉)工程学院湖北武汉430074 中国地质大学(武汉)教育部长江三峡库区地质灾害研究中心湖北武汉430074 重庆地质矿产研究院重庆地质灾害自动化监测工程技术研究中心重庆400042 重庆地质矿产研究院自然资源部地质灾害自动化监测技术创新中心重庆400042

为研究伊犁黄土抗拉强度变化特征及拉张裂缝形成过程,采用自行研制的土体拉伸强度测定仪,并借助粒子图像测速(PIV)系统、核磁共振(NMR)技术及扫描电镜(SEM),对不同干密度、不同含水率的伊犁重塑黄土进行室内试验.结果表明:重塑黄土抗拉... 详细信息

为研究伊犁黄土抗拉强度变化特征及拉张裂缝形成过程,采用自行研制的土体拉伸强度测定仪,并借助粒子图像测速(PIV)系统、核磁共振(NMR)技术及扫描电镜(SEM),对不同干密度、不同含水率的伊犁重塑黄土进行室内试验.结果表明:重塑黄土抗拉强度与含水率和干密度密切相关,随着含水率的下降,黄土抗拉强度呈上升趋势,且存在一个界限含水率wc=18%(塑限含水率附近).NMR和SEM试验分别从水分赋存形态及微观结构角度揭示了含水率变化对伊犁黄土抗拉强度的影响机制.当含水率高于wc时,含水率降低对应毛细自由水的大量脱失,此阶段基质吸力的提高和少量黏粒的凝聚促使抗拉强度缓慢增加;当含水率小于等于wc时,结合水的迅速降低导致黄土中大量黏粒凝聚,重新胶结了黄土颗粒,部分填充了孔隙,且水膜物化作用力增强,从而促使抗拉强度的迅速提升.

关键词：伊犁黄土抗拉强度粒子图像测速(PIV) 核磁共振(NMR) 微结构

库水位下降诱发的特大型顺层岩质滑坡变形特征与诱发机制

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岩石力学与工程学报 2021年第2期40卷 302-314页

作者：谭淋耘黄润秋裴向军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 重庆市地质灾害防治中心重庆400015 国家地质灾害自动化监测技术创新平台培育基地重庆市地质灾害自动化监测工程技术研究中心重庆401120

通过三峡库区旧县坪滑坡2016年6月~2018年8月的GNSS监测数据,采取多因素综合过程分析和定量分析手段,分析了滑坡变形在库水位7个不同变化过程下的响应特征和诱发机制。研究表明:(1)库水位下降是旧县坪滑坡位移变形的主要诱发因素,一般... 详细信息

通过三峡库区旧县坪滑坡2016年6月~2018年8月的GNSS监测数据,采取多因素综合过程分析和定量分析手段,分析了滑坡变形在库水位7个不同变化过程下的响应特征和诱发机制。研究表明:(1)库水位下降是旧县坪滑坡位移变形的主要诱发因素,一般情况下,库水位下降速率越大,滑坡稳定性越差:库水位快速下降期间(>0.4 m/d)无强降雨时,滑坡仍可产生较强位移变形;库水位缓慢下降期间(0.5 m/d)则难以诱发滑坡产生变形。(3)对诱发滑坡变形来讲,降雨强度可以和库水位下降速率起相互补偿作用。即:通常情况下,库水位下降速率越大,诱发滑坡产生变形的降雨量可以更小。(4)库水位升–降转换期,渗透压力方向在一段时间内会逆库水位的下降变化而指向坡内,强降雨和库水位下降速率在一段时间内(数日至十余日)均不能诱发滑坡产生明显位移变形。(5)库水位高频低幅波动期间,总的渗透压力方向一般指向坡内,此阶段无论库水位下降速率多大,滑坡通常不会产生较强变形。该研究成果可对水库涉水型滑坡成因机制分析、监测预警判据研究、动态风险管理及应急抢险处置等提供重要借鉴。

关键词：边坡工程三峡库区旧县坪滑坡库水位变形特征诱发机制

浅谈新媒体时代重庆国家地质公园的科普创新研究

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地理科学研究 2020年第4期9卷 238-243页

作者：谭德军刘满乾王勇任世聪重庆地质矿产研究院重庆庆市地质灾害自动化监测工程中心重庆重庆市地质灾害自动化监测工程中心重庆

随着互联网与信息技术的不断发展,新媒体时代的来临。2016年召开了全国科技创新大会暨中国科协第九次全国代表大会。习近平总书记在大会上指出“科技创新、科学普及是实现创新发展的两翼,要把科学普及放在与科技创新同等重要的位置”。... 详细信息

随着互联网与信息技术的不断发展,新媒体时代的来临。2016年召开了全国科技创新大会暨中国科协第九次全国代表大会。习近平总书记在大会上指出“科技创新、科学普及是实现创新发展的两翼,要把科学普及放在与科技创新同等重要的位置”。加强科学普及,成为新形势下全面推进创新发展的重大任务。国家地质公园是具有国家级特殊地质科学意义,较高的美学观赏价值的地质遗迹为主体,并融合其他自然景观与人文景观而构成的一种独特的自然区域。探索地学科普方式创新,结合新媒体技术可以更好的保护地质遗迹和普及地学文化知识。

关键词：新媒体技术地质公园科普创新

有限元强度折减法在隧道施工稳定分析与控制中的应用

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现代隧道技术 2020年第3期57卷 49-55,64页

作者：唐晓松郑颖人王永甫重庆地质矿产研究院重庆市地质灾害自动化监测工程技术研究中心重庆400042 重庆公共运输职业学院铁道与建筑工程系重庆402247 陆军勤务学院重庆401311

有限元强度折减法广泛应用于边坡等工程的稳定分析中,而在隧道工程稳定分析中的应用相对较少。文章将有限元强度折减法用于隧道施工稳定分析与控制中,提出基于围岩安全系数进行施工阶段围岩稳定性全过程的动态评价,并通过隧道洞周围岩... 详细信息

有限元强度折减法广泛应用于边坡等工程的稳定分析中,而在隧道工程稳定分析中的应用相对较少。文章将有限元强度折减法用于隧道施工稳定分析与控制中,提出基于围岩安全系数进行施工阶段围岩稳定性全过程的动态评价,并通过隧道洞周围岩变形规律的研究,建立施工阶段隧道监控量测的动态控制指标。通过算例分析可以看出,基于围岩安全系数可以定量、直观地掌握整个施工阶段围岩稳定性的动态演化规律;在满足初期支护施作后围岩稳定性要求的前提下,可以针对各个施工阶段建立相应的变形控制指标,从而克服以围岩容许位移作为隧道稳定性判断依据的局限性。通过有限元强度折减法在隧道施工稳定分析与控制中的应用,将为解决隧道施工安全问题提供新的途径。

关键词：隧道工程施工阶段稳定分析变形控制有限元强度折减法