甘肃黑方台黄土滑坡地表水入渗机制初步研究

黑方台黄土底部的地下水对滑坡的发生起了重要作用,地下水的来源主要为台塬大面积灌溉,灌溉水通过孔隙、裂隙进入黄土内部并在底部向台塬四周渗出。通过探地雷达确认了台塬中部与台塬边同样发育大量裂隙延伸至黄土深部。根据灌水和开挖探槽可见裂隙为地表水的主要优势入渗通道,地表水可沿裂隙快速入渗至黄土深部。在台塬四周的陡壁和典型滑坡后壁取样测含水率发现黄土底部只有裂隙渗水点附近含水率较高,其余区域含水率增大不明显,黄土底部含水率大小分布受节理裂隙控制。     

黄土台缘滑坡地表水入渗问题分析

黄土塬区提灌工程保证了农业生产,却造成了地下水位大幅抬升,使得近年来黄土台缘滑坡不断发生。黄土滑坡一个普遍特征就是后缘发育地裂缝以及落水洞,使地表水（灌溉水以及降雨）直接灌入坡体,诱发了大量黄土滑坡。因此,地表水入渗对于黄土滑坡机理研究以及滑坡防治具有重要意义。文章基于对陕西泾阳南塬黄土滑坡的现场调查,对黄土台缘滑坡地表水入渗工程地质问题进行了初步分析,包括：①地表水入渗与落水洞形成机制;②地表水入渗途径及其与黄土滑坡发育过程的关系;③降雨因素对于黄土滑坡的影响程度。     

泾阳南塬黄土滑坡类型与发育特征

1976年泾阳南塬大面积提水灌溉以来,沿泾河右岸发育27处,50余起黄土层内滑坡,造成严重的经济损失和人员伤亡,使得台塬面积不断缩小,水土流失加剧.通过对南塬黄土滑坡多次野外考察和滑坡测量,研究了泾阳南塬黄土滑坡类型与发育特征.依据滑坡发生力学机制对南塬黄土滑坡进行了分类,包括黄土流滑、黄土滑动和黄土崩塌.南塬黄土滑坡具有高陡的后壁,后缘裂缝普遍发育,具有演化性与群体性分布特征.其中裂缝发育及高陡的滑坡后壁是造成滑坡演化的重要因素.裂缝的发育还是滑坡群体性分布的内在动力机制.      

台缘裂缝发育特征、成因机制及其对黄土滑坡的意义

黄土滑坡是我国西北地区非常严重的地质灾害现象,后缘裂缝是黄土滑坡典型特征之一。陕西省泾阳南塬自1976年大面积农业灌溉以来,发生了27处50余起黄土滑坡。研究区塬边裂缝发育,滑坡密集分布的太平至蒋刘段目前共分布着28条裂缝,总延展长度为1424m。塬边地形形态控制着裂缝的发育、成因机制,因此,根据裂缝所处塬边地形形态,将南塬裂缝发育模式分为：“U”模式、“W”模式和“Z”模式。裂缝形成后对塬边滑坡的发展产生重要影响,使得坡体土体应力状态接近破坏边界面,只需较小的孔压增量和荷载即可诱发滑坡,同时,改变了地表水的入渗途径,极大地增加了地面灌溉和降雨诱发滑坡的概率。同时,裂缝的形成对于黄土滑坡的演化和群体性分布具有重要的意义。     

降雨诱发直线型黄土填方边坡失稳模型试验

近年来,随着“治沟造地”和“固沟保塬”等工程在黄土高原的陆续开展,出现了许多直线型黄土填方边坡。降雨是诱发边坡失稳的重要因素,但对降雨诱发直线型黄土填方边坡变形演化特征和破坏模式的研究较少。以直线型黄土填方边坡为研究对象,通过传感器监测、三维激光扫描和人工降雨,开展室内降雨模型试验,记录了降雨入渗下边坡内部水文响应特征和边坡失稳破坏过程,并对湿润锋、土颗粒运移、坡体内部变形响应、裂缝演化特征及破坏模式进行了分析。试验结果表明:随着降雨入渗,湿润锋达到后,体积含水率增加,并在峰值后保持稳定,而基质吸力则减小,到达最低点后保持稳定。冲沟对填方边坡的影响较大,它的发育改变了坡体内含水率特征,同时也是控制边坡整体滑动的边界;边坡变形响应区域主要是以填方边坡前缘堆积区和后缘滑塌区为主;裂缝演化方向由边坡前缘向后缘发展,它的发育为雨水入渗提供优势通道,同时也加剧边坡的变形破坏;降雨形成的水动力驱使坡体中细颗粒从填方边坡后缘向前缘流失,减弱了土体颗粒之间的胶结能力,使其抗剪强度降低,进而使边坡失稳破坏。因此,在降雨入渗下,直线型黄土填方边坡的变形破坏模式为:坡顶冲沟破坏、坡脚软化→局部牵引坍塌、整体失稳→块体分割、流滑破坏。研究结果可为直线型黄土填方边坡的工程建设和滑坡灾害防治提供理论参考。     

泾阳南塬典型黄土滑坡成因、堆积及运动特征分析

持续的引水灌溉导致陕西泾阳南塬黄土滑坡频繁发生,2015年5月26日庙店村附近发生一起黄土滑坡,冲毁农田数亩。本文以"5·26"滑坡作为典型的案例,通过详细的野外调查、测量、勘探等工作,分析了其诱发因素、运动过程、堆积特征。结果表明:（1）滑坡滑动距离278 m,后壁宽222 m,滑后后壁高差40 m,主滑方向45°;（2）滑坡呈现滑动多级次特点,前后滑动4次,滑体堆积面积约为6.2×104 m2,堆积体总体积约50×104 m3,堆积体平均堆积厚度约10 m;（3）滑坡的主要激发因子为持续灌溉,但是地表显式裂缝和土体深部裂隙在地表径流优势入渗中发挥了重要作用,导致地下水位持续抬升。而且滑坡区的节理控制了滑坡的后壁宽度和滑动方向。最后基于泾阳南塬滑坡发生的频率和降雨有着一定关联性,探讨了降雨对本次滑坡事件的影响和滑坡再次发生的可能性。     

新疆伊宁县克孜勒赛滑坡成灾机理和动力学特征

在对克孜勒赛滑坡野外地质调查的基础上,查明了该滑坡的诱发因素主要为冰雪融水和短时强降雨入渗。利用滑坡运动全过程演化方法,概化其孕灾模式:冻胀作用致使黄土节理裂隙扩大→山脊两面临空,后缘拉应力集中,加剧了节理裂隙受拉扩张程度→气温回升,融水入渗,滑体增重→短时强降雨触发滑坡失稳。在此基础上,通过滑坡动力学模型DNAW模拟,选取FVF模型对该滑坡的运动全过程进行模拟分析,得到滑坡的前后缘运动速度、滑体形态变化等运动特征要素。这些为西北地区类似的黄土滑坡的成灾机理及运动特征分析提供参考,进一步为防灾减灾工作提供理论支撑。     

基于物理模拟实验的黑方台黄土滑坡破坏机理研究

在黑方台地区,由于长年的灌溉引发了大量的黄土滑坡,以焦家4#滑坡为例,对该滑坡进行了近景摄影测量分析以及详细的野外调查工作,对黄土滑坡破坏机理进行研究。结果表明:黄土滑坡破坏前期后缘开始发育大量裂缝,破坏后后缘呈圈椅状,滑动面处于液态化的状态,滑体软弱松散,是该区危害最大的一类滑坡。建立物理模型模拟该滑坡的破坏过程,结果表明:该滑坡演化过程中,边坡中后部率先出现裂缝,逐渐向坡面发展,裂缝方向顺着斜坡坡面方向,最后贯穿滑坡体。边坡破坏时,孔隙水压力激增,导致黄土液化,强度降低,前缘塑性流出,边坡破坏;表面位移量达到最大,表明该滑坡具有明显的突发性特征。     

开挖型黄土滑坡发育特征统计分析

近年来,黄土高原地区由于工程开挖活动的不断加剧,引起工程性的灾难性黄土滑坡不断增加,而对开挖引起黄土滑坡的发育规律与特征认识不清。为此,在野外调研的基础上,对典型工程开挖所引起的黄土滑坡,分别从滑坡的分布特征、后壁特征、坡高对滑坡产生的影响以及滑坡后缘裂缝特征进行数学统计分析,结果表明:(1)在分布上分别具有:地貌的选择性、地层的选择性、条带状分布特征;(2)在开挖方式上表现为快速开挖和蠕动开挖;(3)滑坡后壁陡坎高度受上层马兰黄土厚度控制,其后缘裂缝的发育呈"雁羽式"和"双耳"状特征,对后缘演化机制进行了探讨。     

陕西泾阳“3·8”蒋刘黄土滑坡成因及运动特征分析

2016年3月8日上午泾阳南塬蒋刘村附近发生一起黄土滑坡-泥流。调查发现:滑坡区地下水位已经到达了坡脚,多处出现冒水点,地表垂直溶蚀裂缝发育,同时后缘深部多处可见贯通的裂隙,为水流入渗提供了优势通道。测试了滑源区土体体积含水量,发现滑坡区古土壤的隔水效应很强,导致古土壤层形成滞水层,黄土层开始积水,形成高含水量带,从而形成易滑层,导致“3·8”蒋刘黄土滑坡失稳。利用LS_RAPID软件对滑坡的运动过程进行了分析,结果显示:整体运动过程分为4个阶段:0~4.0 s为滑坡的启动阶段,坡体迅速坍塌,最大速度达到了10.3 m·s-1;4.0~4.9 s为坡体与地面的接触碰撞阶段,滑体开始减速,在4.9 s的时候减到了7.3 m·s-1;4.9~6.7 s为二次加速阶段,滑坡体在平坦的阶地上形成了泥流,加速前行,最大速度达到了18.4 m·s-1;6.7~29.5 s为减速停止阶段,滑坡动能逐渐散尽,运动停止。滑坡最终滑动距离达到275 m,滑动时间29.5 s,滑动距离与堆积范围和野外调查基本一致。     

西安地区含水系统释水压密效应及微结构变化

西安地区诱发地面沉降地裂缝灾害最主要的因素是过量开采地下水。承压水地下水头下降引起的含水层骨架有效应力增加,粘性土释水压密一方面造成了地面沉降地裂缝灾害;另一方面引起含水层孔隙率、储水系数、渗透系数等水文地质参数的变化。笔者选取西安地裂缝最活跃的F4号地裂缝两侧钻孔岩心进行了压密CT扫描,获取了300m以浅地层粘性土在不同压力(水头下降幅度)条件下的空隙大小的微结构变化,并建立了渗透系数与微结构变化耦合关系。结果显示:在地下水开采引起的土层应力增加过程中,大孔隙度、长孔隙度会随着压力增加而明显降低,地裂缝上盘和下盘含水层大孔隙分别降低了39.05%和9.22%,不利于水分在孔隙间运移,中小孔隙度基本保持不变或略有上升;渗透系数随压力的增加呈现出减小趋势,最大下降幅度为71.08%,且随深度增加含水层渗透系数减小幅度逐渐降低。研究结果对于科学评价和预测西安地区地面沉降地裂缝地质灾害具有指导意义。     

西安市地下水与地面沉降地裂缝耦合关系及风险防控技术

西安市地面沉降地裂缝发育,世界罕见,一直是该领域研究的热点地区。近年来又出现新的发展趋势,严重制约城市发展和威胁地铁等重大工程安全运营。笔者依据254个地下水动态监测资料,总结了西安地下水资源开发历史与地下水头动态变化规律,耦合分析了地面沉降地裂缝与地下水位下降之间的关系,提出了基于地下水头管理的地面沉降地裂缝风险防控技术。结果显示:西安市地面沉降地裂缝是多种因素综合作用的结果,其发生和发展过程及其严重程度均与地下水头下降密不可分,并受黏性土层厚度的影响;空间上地下水头降落漏斗中心与地面沉降中心基本吻合,时间上地面沉降发育时间滞后地下水头降落2-3年,沉降速率是地下水头每下降1m的累计最大地面沉降量50mm;地下水头回升会引起短时和少量地面回弹量,并能够缓解或遏制地面沉降。挖掘历史地下水头与地面沉降地裂缝监测数据,建立了基于地下水头的地面沉降地裂缝预警阈值和风险防控技术。     

关中盆地城市群地质遗迹特征及可持续开发利用

地质遗迹已成为经济区和城市群规划发展、宜居城市建设、生态文明、乡村振兴、脱贫攻坚以及地质文化村建设中不可或缺的因素。通过关中盆地城市群地质遗迹专项调查,共发现地质遗迹点429处,其中具有价值的地质遗迹146处;整体上类型多样、内涵独特,以地层剖面、古生物化石、地质地貌、水体景观等为主;空间分布范围广泛,空间结构类型呈现凝聚型不均匀分布,新构造活动与地貌、水系、第四纪沉积、温泉、地震和地质灾害的空间分布及其变化具有良好的一致性。根据资源赋存属性、地质遗迹完整性及交通便捷性等原则,将地质遗迹区域划分为3个地质遗迹景观带、10个地质遗迹景观亚带、22个地质遗迹景观区。针对经济区和城市群、宜居城市、生态文明、乡村振兴建设与地质遗迹开发利用及保护中存在的问题,应建设一批国省地质公园、研学基地、旅游度假区、旅游风景道、特色小镇以及地质文化村,形成多层次、多样化的开发利用和保护路径。     

山区城镇地质灾害调查与风险评价方法及实践

山区城镇化、新农村建设、乡村振兴和脱贫攻坚大都面临着地质灾害的威胁,开展大比例尺地质灾害调查和风险评价,从源头控制地质灾害风险具有重要的战略意义。笔者在试点调查与评价的基础上,提出了一套山区城镇地质灾害调查与风险评价的思路和技术方法。山区城镇地质灾害调查与风险评价按照目的和比例尺精度的不同可分为3个层次:①区域远程地质灾害调查与风险评价,评价山区城镇遭受远程地质灾害的可能性,比例尺为1∶50 000。②城区地质灾害调查与风险评价,调查山区城镇周边区域每个斜坡和沟谷,评价其变形失稳的可能性及危害程度,比例尺为1∶10 000。③场地地质灾害调查与风险评价,评价重大工程建设、旅游景点等重要场地周边斜坡和沟谷变形破坏的可能性及危害程度,比例尺为1∶5 000~1∶2 000。对每个层次地质灾害调查与风险评价的内容、方法和过程进行了阐述,并以陕南秦巴山区和陕北黄土高原区典型山区城镇为研究区,建立了山区城镇地质灾害调查与风险评价应用示范。     

毛乌素沙地风沙滩区降水入渗响应研究

为研究毛乌素沙地地下水浅埋区降水入渗补给滞后响应时间,确定补给滞后的影响因素,为该地水文生态保护与地下水资源评价提供科学依据,以陕北毛乌素沙地风沙滩区为研究区,基于原位试验数据和相关分析法,分析土壤含水率和地下水位对降水入渗的响应机制,运用土壤水均衡分析探讨降水入渗响应与各影响因素的关系式。结果表明,小雨型降水土壤含水率响应深度为0~10cm,中雨型为10~90cm,大雨型与暴雨型均>90cm。最大响应深度z与降水量P显著线性相关。在地下水位一定的前提下,随着前期累计降水增大,当前降水入渗响应深度也增大,前期累计降水对当前降水入渗的影响时段在144 h以内。雨后土壤水分与地下水补给均存在滞后。入渗响应滞后时间与土壤深度呈正比,与降水强度和土壤初始导水率的差成反比。     

中国地质环境脆弱性评价

中国地质环境具有先天脆弱性,空间分布存在巨大差异,对于区域生产力布局、工程建设、国土空间开发等社会经济诸多方面具有很大的影响。本研究基于ArcGIS平台,采用层次分析法构建包含地质构造、地表形态、组成物质三大类9个一级指标的地质环境脆弱性评价指标体系;将地壳稳定性、断裂带分布、海拔高度等9个脆弱性指标图层进行线性变换归一化处理,得到各指标标准值图层;运用因子相关分析法,分析9个脆弱性指标间相关性;应用主成分分析法,将相关性显著重复的要素删去,重新组合成一组新的互相无关的综合脆弱性要素;以主成分要素对应的方差贡献率作为权重,应用综合指数模型,完成地质环境脆弱性综合评价;在区位理论及空间统计的支持下进行进行分区,将全国划分为微度、轻微度、轻度、中度、重度和极度等6类脆弱区;综合分析中国地质环境脆弱性分布的空间特征及区域差异。研究结果表明,总体脆弱是中国地质环境的突出特征,中度至极度脆弱区面积约占中国全国土地面积的1/3,这是中国国土空间开发所面临的自然基础条件;中国区域地质环境脆弱程度呈现西北高东南低、西南高东北低且镶嵌式分布的总体空间格局,大致以贺兰山-六盘山-邛崃山-乌蒙山一线为界,此线以西地区地质环境脆弱程度高,此线以东地区地质环境脆弱程度低。     

资源环境承载力评价理论方法与实践

资源环境承载力评价是国土空间规划和三区三线划定的基础,评价理论与方法越来越受到各界的关注,但尚未形成完备的理论框架。本研究引入短板理论、风险理论和边际理论,构建资源环境承载力评价的理论框架与技术方法,并以陕北黄土高原绥德县为研究区开展实证研究。基于短板理论,识别区域重大资源环境问题,遴选1~3个制约性因素;基于边际理论,以资源开发利用利润最大化或无利润作为资源承载力评价标准,开展资源承载力评价;基于风险理论,以人类活动带来的环境问题或灾害引发的生命和财产风险的容许标准作为环境承载力评价标准,开展环境承载力评价;基于单因素承载力评价结果,开展综合承载力评价,评价结果为安全承载、容许超载或不可接受超载;将综合承载力评价结果与区域国土空间开发现状或规划结果做叠加分析,划定区域发展三区三线。通过对绥德县资源环境承载力评价,结果表明,该理论框架与技术方法简便易推广,评价结果可信,可以为国土空间优化、科学划定"三条红线"提供支撑。     

基于综合物探的城市地下空间探测与建模

地下空间开发利用是解决城市诟病的有效途径,城市强干扰环境下地下空间精准探测已成为多学科交叉研究的热点,也是当前研究的难点。以大西安西咸新区为研究区,采用钻孔揭露、实验测试、多参数地球物理测井、地面地球物理勘探组合方法开展了地下空间精准探测与建模研究。通过综合地球物理勘探,获取了每层土体的多参数地球物理特征。结合钻孔揭露与实验测试资料,建立了基于钻孔资料的地面物探与测井校准与耦合,为地下空间地质结构模型赋予了物理属性。提出高密度电法、微动台阵观测和浅层地震勘探与多参数地球物理测井方法相结合,可作为城市强干扰环境下地下空间物探工作的最优方法组合。     

基于人工智能(AI)的地质灾害防控体系建设

近年来,人工智能(AI)技术得到快速发展,并日益融入到经济社会各个领域,成为当代创新发展的新标志,智能防灾减灾将成为未来发展的趋势和研究的热点。在回顾AI发展现状与趋势的基础上,系统梳理出以往地质灾害风险防控的数据依据和传统技术方法,分析了可能采用的潜在AI方法,初步搭建了基于AI的地质灾害风险防控体系建设方案。研究表明,AI技术为地质灾害风险防控提供了新的技术途径,但目前尚无可照搬或可移植的成熟技术或解决方案。智能防灾减灾体系包括早期识别、风险评估、风险防控等3个主要环节,其中最重要的环节是早期识别,传统方法与AI技术融合的关键参数为斜坡失稳概率或泥石流发生概率;根据所依据的数据资料将早期识别方法归纳为图像识别、形变识别、位移识别、内因识别、诱因识别和综合识别等6种方法;提出了从数据层、方法层和应用层3个层次构建基于大数据智能混合优化的地质灾害风险防控平台。认为数据驱动的智能模型与理论驱动的物理模型融合是地质灾害风险防控发展的趋势。     

关中盆地城市群地下文物遗迹精准探测——以茂陵为例

关中盆地是华夏文明重要发祥地,拥有厚重的历史文化底蕴,留下灿烂的地下历史文化遗迹,但因其隐藏于地下,观赏性不强,制约着具有世界影响力的历史文化旅游品牌的打造。以举世闻名的茂陵为探测区,采用无人机航测、地面调查、高密度电法、地质雷达、高精度磁测及微重力等地面无损探测技术,对帝陵进行了精准探测,发现茂陵地宫位于封土堆之下距水平面约30~40m深,呈东西长约100m,南北宽约60m的矩形体;地宫基本完整,未坍塌;探测出南墓道、东墓道和北墓道的位置和深度与考古钻探探测出的结果基本一致。在此基础上利用3D Max软件平台等,可虚拟再现汉武帝茂陵辉煌规模及地宫形态。向游客展现汉武帝茂陵地宫的结构、景观以及时代与地域背景,将大幅度提升旅游产品品质。