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董志塬区固沟保塬工程水土侵蚀病害现状及科学挑战

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水文地质工程地质 2024年

作者：张卜平朱兴华程茜肖永玖王梦奎冯笑瑞长安大学地质工程与测绘学院西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室

由于极端降雨和高强度人类工程活动的影响，黄土塬区沟头前进速度加剧，严重威胁黄土塬区经济社会发展。近年来实施的大规模固沟保塬工程虽然有效抑制了黄土塬区溯源侵蚀的发展，但是仍然存在严重的水土侵蚀病害问题。基于这一现状，本... 详细信息

由于极端降雨和高强度人类工程活动的影响，黄土塬区沟头前进速度加剧，严重威胁黄土塬区经济社会发展。近年来实施的大规模固沟保塬工程虽然有效抑制了黄土塬区溯源侵蚀的发展，但是仍然存在严重的水土侵蚀病害问题。基于这一现状，本文以陇东黄土高原董志塬地区典型固沟保塬工程为研究对象，通过野外实地考察、查阅文献和综合分析等研究方法，对董志塬地区典型固沟保塬工程水土侵蚀病害进行调查分析。结果表明：固沟保塬工程水文调控功能可分为塬面拦蓄区、沟头填方截排区、沟坡削方截排消能区和沟道拦蓄区；固沟保塬工程目前遭受表水侵蚀病害、黄土工程地质界面潜蚀病害、截排水渠淤积堵塞病害及黄土沟谷灾害链等四大类病害；固沟保塬工程水文调控机制不明和水土互馈侵蚀灾变机理不清是当前面临的关键科学挑战；未来固沟保塬工程水土侵蚀病害的防治应重视生物土壤结皮、新型土壤改良材料的研发应用以及固沟保塬工程全过程质量监督。本文可为未来固沟保塬工程水土侵蚀灾变机理研究和工程规划设计提供借鉴。

关键词：固沟保塬黄土工程地质界面表水侵蚀内部侵蚀灾害链

InSAR技术用于甘孜-玉树与鲜水河断裂带三维运动研究

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大地测量与地球动力学 2024年

作者：陈立权赵超英高源长安大学地质工程与测绘学院西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室

以我国四川西部的甘孜-玉树与鲜水河断裂带为研究对象，基于欧洲COMET机构提供的LiCSAR产品，包括合成孔径雷达干涉测量技术(interferometric synthetic aperture Radar, InSAR)解缠图和相干图等，采用LiCSBAS方法得到断裂带升降轨视线... 详细信息

以我国四川西部的甘孜-玉树与鲜水河断裂带为研究对象，基于欧洲COMET机构提供的LiCSAR产品，包括合成孔径雷达干涉测量技术(interferometric synthetic aperture Radar, InSAR)解缠图和相干图等，采用LiCSBAS方法得到断裂带升降轨视线向形变速率结果。联合GNSS形变监测结果进行基准改正，并分解得到断裂带三维形变场。结果表明，甘孜-玉树、鲜水河断裂带具有左旋走滑特征，最大水平形变速率超过20 mm/a;InSAR结果与GNSS所得水平形变速率均方根误差为1.4 mm/a，水平方向均方根误差为4.8°。基于水平形变场计算所得剪应变率集中分布在沿鲜水河断裂带附近，最大值超过150×10-9/a。该研究可为区域孕震机制、地震风险性评估和构造滑坡分布规律研究提供重要参考。

关键词：甘孜-玉树断裂鲜水河断裂 InSAR 三维形变最大剪应变率构造运动

泾阳—渭南活动断裂带场地形变与地层应力特征数值分析

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水文地质工程地质 2024年

作者：陈绰裕黄强兵解庆禹李伦长安大学地质工程与测绘学院西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室

西安地铁十号线穿越的泾阳-渭南断裂为全新世活动断裂，其未来黏滑发震与同震位错对地铁线路构成潜在安全威胁。为了揭示该断裂带黏滑发震和同震位错作用引起的场地形变与地层应力特征，本文以西安地铁十号线穿越的泾阳—渭南断裂带为... 详细信息

西安地铁十号线穿越的泾阳-渭南断裂为全新世活动断裂，其未来黏滑发震与同震位错对地铁线路构成潜在安全威胁。为了揭示该断裂带黏滑发震和同震位错作用引起的场地形变与地层应力特征，本文以西安地铁十号线穿越的泾阳—渭南断裂带为工程背景，建立了断裂带场地同震位错与黏滑发震地质力学模型，考虑不同位错量及发震强度，开展了断裂带场地形变及应力场特征的数值模拟分析。结果表明：同震位错下场地在断裂带附近上、下盘分别出现应力降低区和增强区，场地呈反“S”形差异沉降破坏，差异位移在断裂带处达到峰值且塑性区集中，上盘变形范围与塑性区分别为下盘的1.67倍和2.5倍；黏滑发震作用下场地在断裂带附近位移量及差异形变均达到峰值，大震时场地位移影响范围约为中震的6.5倍，且具有典型的上盘放大效应，远离断裂带时位移呈线性递减；大震时地表峰值加速度（PGA）放大系数受影响范围为中震时1.14倍，场地呈“V”形剪切破坏，上盘塑性区范围约为中震时1.4倍，而下盘则为1倍。研究结果可为西安地铁十号线以及后续其他线路穿越泾阳-渭南断裂带场地的抗震设防提供科学依据与参考借鉴。

关键词：泾阳—渭南活动断裂同震位错作用黏滑发震场地形变地层应力数值模拟

基于UNet++卷积神经网络的重力异常三维密度反演

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地球物理学报 2024年第2期67卷 752-767页

作者：李柏森鲁宝亮安国强巨鹏朱武苏子旺长安大学地质工程与测绘学院西安710054 海洋油气勘探国家工程研究中心北京100028 长安大学西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室西安710054 自然资源部生态地质与灾害防控重点实验室西安710054

三维密度反演是地球物理领域的研究热点,而在大数据及人工智能发展的时代背景下如何快速高效地实现重力数据反演显得更为重要.传统反演方法通常需要存储大型系数矩阵,内存占用大,耗费时间长,同时为约束反演结果而加入的正则化约束项参... 详细信息

三维密度反演是地球物理领域的研究热点,而在大数据及人工智能发展的时代背景下如何快速高效地实现重力数据反演显得更为重要.传统反演方法通常需要存储大型系数矩阵,内存占用大,耗费时间长,同时为约束反演结果而加入的正则化约束项参数难以确定;深度学习可以不依赖先验信息,也不需要计算及存储系数矩阵,使得计算效率大大提高.基于此,本文提出了一种基于UNet++网络的重力异常反演方法.首先将UNet++网络中部分参数进行更改:选择在输入数据绝对值较大时梯度更稳定的LeakyReLU作为激活函数;加入了Batch Normalization层,增强了网络的收敛速度及稳定性.然后为了提高网络的全局最优化能力,引入了基于余弦退火的学习率更新策略,使用梯度的一阶以及二阶矩估计的Adam最优化算法,利用数据集与标签集进行网络训练,实现了重力异常的三维密度反演.通过实验验证了UNet++、LeakyReLU更快速稳定的收敛能力,而余弦退火学习率更新策略具有更强的全局寻优能力.含噪模型实验及实际数据反演结果进一步证明该方法的正确性和有效性,及其良好的泛化能力与抗噪能力.

关键词：密度反演重力异常 UNet++ 余弦退火深度学习

强夯动荷载作用方向对黄土边坡稳定性的影响分析

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振动与冲击 2024年第1期43卷 283-289页

作者：吴丙权倪万魁拓文鑫任思远陈军廷长安大学地质工程与测绘学院西安710064 长安大学西部矿业资源与地质工程教育部重点实验室西安710064

为进一步研究强夯对周边黄土边坡稳定性的影响,采用极限平衡圆弧条分法对强夯作用下的边坡安全系数进行推导计算。结合工程实例,使用TC-4850爆破测振仪对现场监测点进行加速度测试。考虑高程差和测点距离的共同影响,采用MATLAB编程对现... 详细信息

为进一步研究强夯对周边黄土边坡稳定性的影响,采用极限平衡圆弧条分法对强夯作用下的边坡安全系数进行推导计算。结合工程实例,使用TC-4850爆破测振仪对现场监测点进行加速度测试。考虑高程差和测点距离的共同影响,采用MATLAB编程对现场数据进行多元回归分析,求出强夯作用下边坡质点振动加速度解析式。在求得最小安全系数的基础上,研究不同强夯动荷载方向对黄土边坡稳定性的影响。研究结果表明:在相同荷载作用下,强夯动荷载方向与水平轴正方向夹角为0°、45°、60°、270°、315°、330°、360°时,安全系数均小于等于1.00,且随着拟静力系数不断增大,安全系数越来越小。强夯动荷载方向与水平轴正方向夹角为90°、135°、150°、180°、225°、240°时,安全系数均大于1.05。随着拟静力系数不断增大,安全系数也随之增大。该方法简单易行,便于计算,可用于黄土边坡实际工程。

关键词：极限平衡强夯动荷载方向安全系数拟静力系数

星载GNSS-R反演土壤湿度研究进展与思考

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武汉大学学报（信息科学版） 2024年第1期49卷 15-26页

作者：张双成郭沁雨马中民刘奇胡胜伟周昕赵贺斌长安大学地质工程与测绘学院陕西西安710054 西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室陕西西安710054 地理信息工程国家重点实验室陕西西安710054

土壤湿度作为陆地水循环中最为活跃的部分,在陆面水分的形成、转化和消耗过程中扮演重要角色,同时它也是影响水文过程、植被状态及气候条件的关键参数。传统的直接测量法耗时耗力,无法实现大范围监测需求,而光学遥感法易受云层、植被遮... 详细信息

土壤湿度作为陆地水循环中最为活跃的部分,在陆面水分的形成、转化和消耗过程中扮演重要角色,同时它也是影响水文过程、植被状态及气候条件的关键参数。传统的直接测量法耗时耗力,无法实现大范围监测需求,而光学遥感法易受云层、植被遮蔽,微波遥感法则无法兼顾时空分辨率。首先,介绍利用全球导航卫星系统反射测量(global navigation satellite system-reflectometry,GNSS-R)技术反演土壤湿度的基本理论,并分析反演过程中出现的误差源以及现有的误差校正方法及其局限性。然后,从3个方面分析了近年来星载GNSS-R反演土壤湿度的研究进展:(1)星载GNSS-R星座发展现状;(2)星载GNSS-R反演土壤湿度的算法综述,包括经验模型、半经验模型和机器学习方法;(3)融合星载GNSS-R与其他数据反演土壤湿度的进展及方向。最后,讨论了目前利用星载GNSS-R技术反演土壤湿度所面临的技术难点,并对未来研究重点进行展望。

关键词：星载GNSS-R 土壤湿度机器学习旋风全球导航卫星系统

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UAVSAR在地表形变监测中的应用综述

测绘科学 2024年第1期49卷 50-66页

作者：吴玉婕赵超英长安大学地质工程与测绘学院西安710054 西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室西安710054

针对无人飞行器合成孔径雷达(UAVSAR)差分干涉测量可用于形变监测的发展潜力,介绍了美国UAVSAR的系统设计、工作原理、数据产品等,概述了国内外UAVSAR系统的发展与应用现状、存在问题和发展趋势,重点讨论了UAVSAR在火山、断裂、冰川、... 详细信息

针对无人飞行器合成孔径雷达(UAVSAR)差分干涉测量可用于形变监测的发展潜力,介绍了美国UAVSAR的系统设计、工作原理、数据产品等,概述了国内外UAVSAR系统的发展与应用现状、存在问题和发展趋势,重点讨论了UAVSAR在火山、断裂、冰川、冻土、滑坡、地面沉降等典型地表形变监测的应用。其高空间分辨率和较强的穿透性是对星载SAR数据极好的补充,彰显了UAVSAR系统极大的应用前景,为国内机载雷达系统的研究及其在地质灾害监测方面提供参考。

关键词：无人飞行器合成孔径雷达 AirMOSS GLISTIN-A 地质灾害形变监测

起伏地形下基于非结构网格模型降维的重力三维密度反演

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地球物理学报 2024年第1期67卷 379-393页

作者：高新宇鲁宝亮安国强巨鹏长安大学地质工程与测绘学院西安710054 海洋油气勘探国家工程研究中心北京100028 长安大学西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室西安710054

复杂起伏地形以及剖分方式对重力反演解释具有重要影响.目前重力密度反演研究主要基于直立长方体模型,这显著降低了对起伏地形和复杂地质体的拟合程度,对重力反演解释易产生较大影响.四面体非结构网格能够更加精细地模拟起伏地形及复杂... 详细信息

复杂起伏地形以及剖分方式对重力反演解释具有重要影响.目前重力密度反演研究主要基于直立长方体模型,这显著降低了对起伏地形和复杂地质体的拟合程度,对重力反演解释易产生较大影响.四面体非结构网格能够更加精细地模拟起伏地形及复杂地质体,为此本文研究了起伏地形条件下基于四面体非结构网格剖分的重力三维密度反演.首先基于Delaunay方法将地下区域剖分为四面体非结构网格,引入垂向导数和相关系数两种方法进行模型降维技术从而减小解的空间,通过添加最小长度约束,深度加权约束,物性范围约束构建目标函数,并采用预条件共轭梯度法求解.为了提高反演效率在计算过程引入OpenMP并行算法.并研究了各项约束以及两种模型降维方法在四面体非结构网格正则化反演中的效果.通过不同深度直立长方体模型以及起伏地形下组合模型试验,基于四面体非结构网格的重力密度反演可以清晰地反映异常体位置.将本文提出的方法应用于美国密苏里州东南部的氧化铁矿床,反演结果与已知岩体具有较好的一致性,进一步证明该方法的正确性和有效性.

关键词：非结构网格起伏地形密度反演模型降维正则化

基于光学与SAR数据的贵州发耳镇尖山营滑坡监测研究

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大地测量与地球动力学 2024年第1期44卷 82-88页

作者：胡涛杨成生侯祖行杨佳艺张雪长安大学地质工程与测绘学院西安市710054 西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室西安市710054

以贵州省发耳镇尖山营滑坡为研究对象,利用Google Earth历史影像、Sentinel-1 SAR影像及Sentinel-2光学影像,采用目视解译、SBAS-InSAR和光学偏移量技术对该滑坡的二维形变及时间序列变化特征进行监测研究,揭示其形变演化的过程及特征... 详细信息

以贵州省发耳镇尖山营滑坡为研究对象,利用Google Earth历史影像、Sentinel-1 SAR影像及Sentinel-2光学影像,采用目视解译、SBAS-InSAR和光学偏移量技术对该滑坡的二维形变及时间序列变化特征进行监测研究,揭示其形变演化的过程及特征。多期Google Earth历史影像的对比表明,滑坡体面积呈逐年增长趋势,且2018年以后增长加快;SBAS-InSAR监测结果表明,尖山营滑坡年均形变速率达-150 mm/a,形变主要发生在滑坡体的前缘,且滑前累积达-108 mm;基于Sentinel-2影像的光学偏移量跟踪技术揭示该滑坡2016~2021年二维形变时间序列特征,补充SBAS-InSAR技术无法获取的滑坡主体的形变信息,结果表明,该滑坡最大累积形变量东西向达32 m、南北向达-52 m;对滑坡的二维时间序列进行特征点以及剖线分析发现,该滑坡形变与煤矿的重复开采和降水等因素有关。

关键词：滑坡 SBAS-InSAR 可视性分析光学偏移量二维形变