应用动力学原理预报滑坡位移的一种新方法

在回顾滑坡预报研究历史的基础上,对滑坡位移过程的非线性动力学特征进行了初步分析,并基于不平衡推力传递法引入了滑坡位移过程的动力学分析方法,给出了滑坡条块的位移、速度和加速度计算式。该方法给了了滑坡破坏加速度判据并能够精确反算滑动面力学参数。     

基于系统聚类-加权马尔科夫耦合模型滑坡预警方法研究与应用

滑坡的非线性运动规律及演化过程中表现出的随机性态一直是滑坡灾害预测研究的难点之一。针对现有滑坡预警理论与方法仍存在的可信度较低、错误率高及预警不及时等问题,基于马尔科夫链理论和系统聚类基本思想,视滑坡过程中的位移速度演变为马尔科夫过程,运用聚类分析将GPS速度观测信号转换为状态信号,从随机过程角度对滑坡位移加速度a0这一滑坡判据进行了新的描述。认为当监测获得的前日、当日位移速度以及预测获得的次日位移速度状态均为"异常",且动态样本的位移速度均值和标准差持续增大时,预示着滑坡即将发生;在兼顾应规避滑坡预警滞后性的同时,还考虑了预警模型的降噪能力及可信度等3方面需求,提出了以预警区域敏感度、预警正确率与预测共识率为评估函数来检验滑坡预警模型的正确性和有效性,进而提出了系统聚类-加权马尔科夫链耦合滑坡预警方法;结合平庄西露天煤矿顶帮"4·17"滑坡工程实例,以GPS表面位移监测数据为训练集和测试集,对该滑坡预警方法的合理性进行了验证。研究表明:采用该滑坡预警方法,不仅可及时、准确的确定滑坡预警时刻,还可体现滑坡启动、发生、发展在区域上的动态演变过程;对于平庄西露天煤矿的"4·17"滑坡,最佳样本容量为20,此时的平均7 d预警敏感度为84%,对全部监测点的期望预警正确率为93%,平均预测共识率为76%,能够满足工程需要。     

溪洛渡水电站干海子滑坡非线性动力学模拟

滑坡的位移过程是一种非线性的动力学过程,在研究了滑坡推力传递法的基础上,采用显式有限差分模型,利用牛顿第二定律差分格式导出的动力学公式,提出一种滑坡非线性动力学模拟的方法,并对溪渡水电站干海子滑坡进行了几种荷载情况下的动力学模拟,对滑坡进行正确的稳定性评价及准确的预测预报提供了有益的参考,图8,参7。     

地下采矿引起山体滑坡发展过程数值模拟研究

为了研究地下采矿引起山体滑坡发展过程,以某金属矿山地下开采引起的山体滑坡为研究背景,模拟了井下矿体的开采过程,重现了山体变形滑坡,并由数值模拟结果预测了今后山体滑坡发展过程。结果表明: 竖直方向和水平方向位移表明山体目前处于滑坡阶段,与矿山现场实际情况相符,验证了数值模拟结果的可靠性; 随着矿体开采水平向深部发展,竖直方向位移逐渐增大,在整个地表竖直方向位移发展过程中存在3个突变点; 地表产生滑坡至地表塌陷过程有4个发展阶段,分别为岩层变形初期、地表出现滑坡、地表出现陷落孔洞和地表塌陷; 采用充填体材料对开采后的采空区进行充填后,能有效控制上覆岩层变形,预防了岩层变形,进一步控制了地表滑坡的形成与发展。研究成果可为矿山安全生产提供参考。     

矿山边坡安全稳定性研究

介绍了矿山滑坡灾害的空间预测预报方法和时间预测预报方法。对安堡太露天矿边坡稳定性的影响因素、岩体位移监测资料进行了分析,为该矿边坡稳定性预测建立一套判据。     

基于EMD分解和改进GWO-BP神经网络的滑坡位移预测

考虑到滑坡位移受多因素的影响,结合信号分解与智能算法,提出了一种时序分解-模型构建-模型训练的EMD-BP-TIGWO滑坡位移预测方法。首先,利用EMD方法将滑坡监测数据分解为多个IMF分量及一个残余量,将分解后的分量划分为周期项及趋势项位移;其次,构建BP-TIGWO模型,引入Tent映射及自适应权重,提高灰狼算法的收敛速度及全局搜索能力,并利用TIGWO算法优化BP神经网络的权值及阈值;利用Pearson相关系数对周期项滑坡位移与降雨量间的时滞期数进行分析,利用优化后的BP模型分别对周期及趋势项滑坡位移进行预测;最后,将各分量预测值进行叠加得到滑坡累计位移预测值,并对模型预测准确率进行评价。实验结果表明,EMD-BP-TIGWO模型在考虑降雨输入特征下,连续32 d预测的RMSE、MAE及R²分别为0.64、0.51及0.97,模型预测精度明显高于未考虑时滞的EMD-GWO-BP、EMD-GWO-BP、BP-TIGWO、BP模型的预测精度,可为预测滑坡的位移提供参考。     

非线性科学在滑坡预测预报中的应用

介绍了非线性动力学、突变理论、分形理论、协同学理论、耗散理论等非线性科学在滑坡预测预报中的应用现状，并简要给出了每种理论方法有待完善的地方，指出了非线性科学在滑坡预测预报研究中的发展方向。     

抚顺西露天矿西帮人车卷滑坡稳定分析和边坡破坏变形预测

通过抚顺西露天矿西帮人车卷边坡变形和滑坡分析，揭示了露天开采边坡失稳演变的过程；研究了边坡稳定系数衰减与位移速率变化两者间的关系；用灰色系统理论进行了边坡的滑坡预测。     

汶川地震牛眠沟高速远程滑坡动力学过程研究

高速远程滑坡动力学近百余年来一直是滑坡学领域的研究热点和难点问题之一,但是由于高速远程滑坡自身的复杂性,到目前为止,大家公认的研究成果较少。该文以2008年5.12汶川地震触发的映秀牛眠沟高速远程滑坡为研究对象,在现场调查和遥感解译的基础上,根据其运动特征,将其运动过程分为启动及碎屑化、凌空飞行和碎屑流三个阶段,并对这三个阶段的动力学机理分别进行了研究。结果显示,牛眠沟滑坡失稳是地震竖向力和水平力共同作用的结果,而凌空飞行阶段的气垫效应和碎屑流阶段的碎屑物质流化是牛眠沟滑坡能够高速远程的主要原因。其研究成果对今后类似的研究具有一定的参考价值,并对高速远程滑坡的致灾范围预测具有指导意义。     

露天矿边坡突变预报与分析

通过对滑坡演变内外影响因素及演变过程动力学特征分析，应用尖点突变模型对某露天矿人车卷道滑坡演变过程进行了分析和灾害预报。通过对尖点突变模型与灰分理论模型预测结果对比，尖点突变模型预测精度较高，有更好的适用性。     

基于Verhulst模型改进的"斋藤法"变形趋势预报研究

根据现场监测数据和“斋藤法”蠕变理论，提出了岩体边坡临近滑坡但未滑落部位边坡变形改进的“斋藤法”曲线和变形发展四阶段，推导了改进的“斋藤法”变形、速率、加速度曲线方程及滑坡预报时间模型，建立了基于位移信息的Verhulst灰色模型以确定滑坡预报时间模型中的参数。最后，以水厂铁矿北区采场上盘复杂岩体边坡滑坡监测数据为研究背景，验证了改进的“斋藤法”可靠性及精度。     

滑坡体滑动姿态自动监测系统的研究

通过研究滑坡体在突发性灾害爆发前后姿态的变化过程和规律,以及自动监测和无线传输技术,开发为地质灾害预测预报所需用的滑坡体滑动姿态、加速度自动监测仪,采用有数据采集和存储器功能的"黑匣子",对滑坡体成灾全过程进行跟踪监测。实现对滑坡体滑动三维位移的方位、速度和加速度变化情况的全程实时监测,解决以往不能对滑坡体三维姿态和滑动加速的全程实时监测的问题,推动地质灾害监测技术进步。     

一种分布式滑坡体深部位移实时监测方法

针对传统的滑坡体深部位移监测中存在人工测量成本高、监测频率低、实时性不高等问题,设计了一种多点分布式深部位移实时监测方法。该方法利用低功耗微处理器、加速度传感器实现测量单元的模块化,并任意组合为测量传感器组,施工时将该传感器组垂直放入滑坡体钻孔中,实时测量滑坡体深部各单元倾斜角参数,进而利用相邻2个单元之间的倾角值计算出滑坡体内部形变值,以及确定出滑动面位置。整个测量方法具有实时性高、无人值守、可任意扩展裁剪等特点,同时能有效降低人工测量成本,实际现场应用进一步证明了该方法的有效性。     

Evaluation method for expressway rock slope stability based on numerical simulation

Taking the deep cutting excavation of Beijing-Qinhuangdao expressway as an example, the paper utilizes DYNA-2D dynamic FEM procedure to simulate the rock blasting process. The computation model was based on dynamical response of nonlinear elasto-plasticity material. According to analyses of the distribution and transmission of stress field, displacement field, velocity field, and acceleration in the course of blasting,and discusses of the blasting vibration influence to the rocky cut slope from many sides.the calculated results met well with that of in situ measured results. It is easy to determine vibration state of any point in the slope such as stress, displacement, velocity and acceleration, which confirm that numerical simulation method is feasible. The meaning of this research is not only to design the blasting construction to forecast and prevent the expressway rocky slope from disaster in mountains area, but also to offer a new experience of numerical method in geotechnical field.     

露天矿滑坡位移监测的ASIFT算法

针对现有的大型露天矿边坡大变形监测方法存在的不足,提出了一种基于ASIFT图像特征匹配算法的滑坡位移监测方法。首先基于露天矿滑坡真实地形空间分布形态,设计了滑坡物理模型,并利用高分辨率数码相机获取模型滑动过程中的序列影像;然后利用ASIFT特征匹配算法对滑坡各阶段光学影像进行特征点提取与匹配,并利用RANSAC随机抽样一致算法剔除误匹配点;最后利用滑坡体运动特征矢量集模型计算出特征点空间矢量位移,从而实现了滑坡位移场标定与滑坡范围确定。研究表明：所提算法对于滑坡蠕变阶段的位移监测效果一般,但可有效监测滑坡中后期发生明显变形时的位移,该算法的特征点匹配数量及匹配正确率均明显优于SIFT算法,且位移矢量标定精度也得到明显提高,反映出该算法适合于大型滑坡后期发生大变形时的位移量监测。     

下伏复杂空区山体斜坡滑塌形成机理与数值模拟研究

以某金属矿山山体斜坡滑塌为研究背景,分析了矿山滑坡地质灾害产生过程及形成机理,并采用数值模拟方法模拟了山体斜坡潜在滑弧面与斜坡发生的位移。结果表明,山体斜坡滑塌主要由三个阶段构成:山体地表塌陷裂缝形成阶段、山体地表塌陷裂缝扩展阶段和山体斜坡滑塌阶段,并分析了每个阶段形成与发展机理; 岩层结构面产状对山体斜坡稳定性有重要影响,它加速了塌陷坑的扩展; 斜坡原始状态安全系数为1.23,大于许用安全系数,原始状态斜坡处于稳定状态,在井下矿体开采影响下,山体斜坡沿着潜在滑弧面形成上牵引式-下推移式复合形式的山体滑坡。数值模拟得到的潜在滑弧面与机理分析的滑弧面基本一致,验证了机理分析的准确性。滑坡体水平方向长度为243 m,垂直方向深度为128 m,斜坡坡脚处最大位移为4.0 m,整体斜坡滑塌基本沿着分析得到的潜在滑弧面发生滑坡。研究结果可为矿山地质灾害治理设计提供参考。     

基于能量耗散理论的黏性土坡破坏发育机理研究

针对自重作用下黏性土坡开挖过程中滑坡失稳的渐进破坏过程,采用PFC2D 颗粒流数值模拟,再现了黏性土坡从发生到发展、演化再到最终失稳破坏的整个过程。结合能量耗散结构指出自重服役下的滑坡破坏过程本质是由于能量释放驱动下的能量耗散所引起的一种状态失稳现象,能量释放和能量耗散的共同作用是引起滑坡渐进破坏的内在原因。把滑坡的整个过程划分成3 个阶段,即蠕变损伤、强度丧失,裂隙发展、滑坡加速,滑体减速、滑面渐宽;并从颗粒细观尺度给出了基于能量释放的边坡强度失稳准则,进一步解释了滑坡整体破坏的本质原因。     

平庄西露天煤矿断层滑坡监测预警研究

平庄西露天煤矿工作帮反倾逆层边坡岩层断层构造作用明显,滑坡灾害危险程度高。为了实时掌握滑坡体变化状态,基于下滑力大于抗滑力这一滑坡发生的充分必要条件,采用具有滑坡灾害加固-监测-预警一体化功能的滑动力远程监测预警系统装备,实现了滑动力感知、传输、分析和监测预警的全过程。在该滑坡区域布设滑动力监测站点和位移监测站点,近3个月的监测结果表明：滑动力远程监测预警系统运行效果良好,实现了对“07-0118滑坡”各阶段的监测预警,且滑动力监测效果优于位移监测,验证了该系统的先进性和实用性。该系统的成功应用为其他类似边坡的监测预警提供了技术方法和实践依据。