突发型黄土滑坡监测预警研究——以甘肃黑方台黄土滑坡为例

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我国黄土地区占了国土面积约10%,而滑坡灾害也成为了黄土地区主要地质灾害,严重影响了黄土高原地区的经济发展。目前国内外学者对黄土滑坡灾害进行了大量的研究并取得了丰富的成果,而针对灌溉引起的突发型黄土滑坡基本特征和成因机理进行相应的研究并建立有效的监测预警模型对这类滑坡的防减灾具有重要意义。  本文以甘肃省永靖县盐锅峡镇黑方台为研究基地,通过分析黑方台灌溉诱发的突发型黄土滑坡基本特征和演化过程,提出了针对这类滑坡的监测技术方法,并通过物理模拟实验、三轴实验研究了黑方台突发型黄土滑坡的成因机理,最终基于滑坡变形特征和成因机理建立了这类滑坡的预警模型,提出了针对黑方台突发型黄土滑坡的时间预报方法和滑距预测模型。本文取得了如下主要成果:  (1)通过对黑方台黄土滑坡的基本特征进行调查,针对突发型黄土滑坡的特点,以典型黄土滑坡为例,分析了黑方台突发型黄土滑坡的演化过程和形成条件,解释了在地下水作用下黑方台突发型黄土滑坡表现出的突发性和渐进后退特征。  (2)针对黑方台突发型黄土滑坡的突发性和渐进后退特征,提出了对应的监测技术方法,通过自主研发的自适应自动位移计进行变形监测,解决了滑坡长期监测过程中监测频率与供电存储无法兼顾的问题,最终成功获取了黑方台突发型黄土滑坡的全过程变形曲线。并利用水位计、温湿度气压计等传感器对台塬自然环境进行监测,获取黑方台的基本环境信息。  (3)通过物理模拟研究了黑方台突发型黄土滑坡的变形破坏过程,通过布设的传感器获取了滑坡发生前的微震动和次声信息,并分析了孔隙水压力和坡体位移的响应关系,发现地下水产生的孔隙水压力达到一定程度后轻微的孔压波动即可导致滑坡失稳。通过三轴固结不排水剪(ICU)实验发现黑方台黄土表现出明显的应变软化和液化特征,而常偏应力排水剪(CSD)实验发现孔隙水压力增大到一定程度时会使土体轴向应变突然增大而失稳破坏,解释了滑坡变形破坏的成因机理。  (4)结合黑方台突发型黄土滑坡的变形监测,提出了通过变形速率阈值和速率增量相结合的方法对这类滑坡进行全过程实时预警,建立了黑方台突发型黄土滑坡的变形速率阈值综合预警模型。基于黑方台突发型黄土滑坡的成因机理,解释了临界地下水位是诱发滑坡产生变形的因素,临界竖向变形量是使滑坡由匀速变形阶段进入加速变形阶段的因素。根据地下水位产生的孔隙水压力对滑坡稳定性的影响和竖向变形量与滑坡变形破坏的关系,分别建立了针对黑方台突发型黄土滑坡的临界地下水位和临界竖向变形量预警模型。  (5)通过分析黑方台突发型黄土滑坡的变形时间曲线特征,提出采用速度倒数法模型对变形曲线进行定量分析,通过拟合滑坡变形速率变化特征建立短期时间预报方法。通过对滑坡匀速变形阶段临界竖向变形量的确定,提出基于变形速率和临界竖向变形量的中期时间预报方法。通过对黑方台突发型黄土滑坡发生前地下水位的变化及宏观渗水特征的研究,提出结合地下水位变化和滑坡前缘渗水特征的长期定性时间预报方法。  (6)通过分析黑方台突发型黄土滑坡的运动和堆积特征,基于摄影测量和统计分析影响滑坡滑距的主要因素,并通过各因素间的关系将突发型滑坡的滑距计算参数简化为仅考虑滑坡后退距离和坡体前缘的平均坡度两个参数,提出了针对黑方台突发型黄土滑坡更为简便有效的滑距预测模型。
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