三峡库区范家坪滑坡地表形变InSAR监测与综合分析

位于湖北省秭归县的范家坪滑坡是长江三峡库区干流上的大型岩质滑坡之一。阐述了高分辨率合成孔径雷达干涉测量技术(InSAR)监测滑坡地表形变的工作方法与技术体系,采用22景3m空间分辨率的TerraSAR-X数据,辅以人工反射体布设和GPS测量,对范家坪滑坡变形进行监测,发现滑坡处在缓慢匀速变形状态,其谭家河滑坡体的形变比木鱼包滑坡体更为强烈,形变最大处的雷达视线向形变速率达到300mm/a。通过综合分析滑坡区2012年大气降雨和长江水位资料,发现年度内范家坪滑坡变形受水位变化和大气降雨影响微弱。     

基于时序InSAR的黄土滑坡隐患早期识别——以白鹿塬西南区为例

中国黄土滑坡灾害频发且分布广泛,传统的地质灾害调查对于地处高位、形变特征不明显和隐蔽型的滑坡隐患难以有效识别,是滑坡灾害监测预警成功率低的主要原因之一。如何有效超前判识别地质灾害隐患是地质灾害防治工作的前提和基础,时序InSAR技术在此领域具有良好的应用潜力,但如何更好地将InSAR技术融入到滑坡灾害相关研究中仍处于探索阶段。笔者以西安市白鹿塬西南区为研究区,在高精度三维倾斜摄影、ALOS-2雷达影像集等数据基础上,以时序InSAR技术反演得到104处地表形变明显区域;结合黄土滑坡易发指数、航拍影像和野外核查,快速识别黄土滑坡及隐患23处,其中包括新识别的滑坡隐患20处和在册的滑坡灾害3处,通过与传统地灾调查数据比对和实地调查核实验证了时序InSAR方法探测结果的优势和有效性,并构建了基于高精度InSAR和DEM数据的黄土滑坡隐患早期识别方法。     

合成孔径雷达干涉测量(InSAR)在地面形变监测中的应用

运用合成孔径雷达干涉及其差分技术(InSAR及D-InSAR)进行地面微位移监测，是近年来发展起来并得到日益重视的新方法。对不同地区地面形变的最新研究结果表明，合成孔径雷达干涉及其差分技术在地震形变、冰川运移、活动构造、地面沉降及滑坡等研究与监测中有广阔的应用前景，具有不可替代的优势。 与其它方法(如GPS监测等)相比，用InSAR及D-InSAR进行地面形变监测的主要优点在于：(1)覆盖范围大，方便迅速：(2)成本低，不需要建立监测网；(3)空间分辨率高，可以获得某一地区连续的地表形变信息；(4)可以监测或识别出潜在或未知的地面形变信息：(5)全天候，不受云层及昼夜影响。但是由于系统本身因素以及地面植被、湿度及大气条件变化的影响，精度及适用性受到一定的限制，需要在实践中不断加以完善和提高，并与地质研究及其它方法相结合。 为了弥补传统InSAR及D-InSAR方法在地面形变监测方面的不足，提高其精度，近期引入了一种称为永久散射点(PS)的方法。此方法通过选取一定时期内表现出稳定干涉行为的孤立点，克服了许多妨碍传统雷达干涉技术的分辨率、空间及时间上基线限制等问题，使InSAR在城市及岩石出露较好地区地面形变监测精度大大提高，在一定的条件下精度可达到mm级。     

融合分布式散射体时序InSAR技术在矿区形变调查中的应用

为了对河北省承德市滦平县张百湾镇周台子村铁矿区进行形变调查和监测,消除安全隐患,在时序CSInSAR（相干散射体InSAR）技术的基础上,开发了48景Sentinel1数据的DSCSInSAR（融合分布式散射体和相干散射体InSAR）技术。该方法首先采用AD (Anderson Darling)检验对同质像素点进行识别,然后基于协方差矩阵特征值分解算法对最优相位进行估计,最终通过时序形变解算得到铁矿区的地表形变结果。研究结果表明：研究区的年平均形变速率范围为-34.50~24.50 mm/a;大部分矿区都存在不同程度的沉降,其中周台子村和路边附近矿区沉降量较大,窑岭沟矿区出现明显抬升现象,最大沉降量和最大抬升量分别达到了34.00和24.03 mm,其形变结果与当地4个GPS监测点结果一致。与CSInSAR技术相比,DS CSInSAR技术极大提高了目标点的密度和干涉图的质量。     

黄土滑坡勘察设计模式研究

黄土滑坡是一种黄土地区频繁发生的地质自然灾害，长期影响该地区的经济发展。近年来，随着黄土地区经济发展的逐步深入，黄土滑坡灾害更加严重。为了控制灾害，减少损失，众多专家、学者和工程技术人员投入到该领域的研究和实践当中，但因缺乏统一规范和技术要求，实际工作中比较混乱。文章基于黄土滑坡调查、勘察、设计和施工的实践经验，系统总结了滑坡勘察、设计过程及相应的具体步骤和内容。以系统性、针对性和适用性为原则，建立了滑坡勘察设计模式，具有一定的实用和参考价值。     

山西清徐地裂缝形变的InSAR监测分析

山西清徐地裂缝是近年汾渭盆地中活动最为剧烈的地裂缝之一,对耕地、道路和建筑物均造成了严重的破坏。为了监测该地裂缝的活动特征并推测其活动原因,采用差分合成孔径雷达干涉测量技术对该区域的地表形变进行了面状监测。由于受农田覆盖导致的严重时间去相干的影响,本文采用2007年时隔仅为70d的两景Envisat ASAR数据进行了解算,获取了该时间段清徐地区的整体地表形变,特别是清徐地裂缝两侧的形变梯度信息。结果显示: 清徐地裂缝南侧有一个长轴约为2km的地面沉降区域。进一步通过两条平行于地裂缝的剖线和多条垂直于地裂缝的剖线对该地裂缝形变的空间特征进行了分析,结果显示: 清徐地裂缝南侧为主要的形变区域,地裂缝最大的影响宽度达100m,而且地裂缝的不同地段的活动强度也不同, 70d的最大差异形变达5cm。从地裂缝与断裂的空间来看,该地裂缝位置受到交城断裂的控制,而推测近年地裂缝的异常活动则源于地裂缝南侧沉降中心的出现。     

大光包滑坡滑带碎裂岩体原位钻孔剪切试验研究

传统滑坡深度探测方法只能确定坡体部分稀疏单点的深度,无法准确反应整个滑坡体的深度分布情况,且探测成本高昂。针对该问题,本文发展了一种基于升降轨InSAR形变的滑坡深度反演方法,其基本流程是:首先利用时序InSAR技术分别获取升轨和降轨卫星视线向形变速度场,再根据卫星视线向与滑坡的空间几何关系,解算获得滑坡表面沿坡向和法向的二维形变场,进一步在质量守恒准则下构建基于坡面二维形变的滑坡深度反演模型,实现滑坡深度的反演计算。本文以四川省理县桃坪乡古滑坡体为研究对象,InSAR成果显示该滑坡运动面积~2.9 km²,流变参数取0.7时,反演滑坡深度集中分布在9~33 m,滑坡体积约3.49×10⁷ m³,结果与已有研究结论基本一致,证明了本文发展理论与方法的可靠性。且本文提出方法可获得滑坡体连续的深度数据,能更为直观地反映滑坡危险区域,可为滑坡灾害影响分析及灾害防治提供关键的数据支撑。     

黄土滑坡研究现状与设想

黄土滑坡因其危害大、分布广成为近年工程地质研究热点问题。首先对黄土滑坡类型划分进行了讨论,基于滑坡物质组成及主滑面发育位置的黄土滑坡分类方案反映了我国黄土滑坡的主控因素,各类滑坡活动特征明确,建议将其作为黄土滑坡分类的首选方案。对黄土滑坡的发生、滑动机制以及滑坡液化机制进行了评述,并就两类典型液化型黄土滑坡滑动模式、进一步研究思路进行了讨论。对地震诱发黄土滑坡进行了专门的述评。最后,对今后黄土滑坡研究提出了几点设想。     

联合升降轨Sentinel-1A数据监测桃坪乡古滑坡沿坡向的形变速度场

单一平台或轨道的InSAR(Interferometric Synthetic Aperture Radar, InSAR)技术通常只能获取到滑坡体沿雷达卫星视线(LOS)方向的一维形变信息,无法直接获取到滑坡体沿坡向的形变信息,使得InSAR技术无法充分满足滑坡监测的工程需求。针对这一问题,本文提出联合升降轨Sentinel-1A数据提取滑坡沿坡向形变速度场的模型算法,其基本方法是：首先利用InSAR技术分别获取升轨和降轨沿LOS方向的形变速度场,然后根据坡向和坡度建立滑坡的滑动面坐标系,基于LOS方向与滑动面的几何关系对升降轨对应的LOS向形变速度值进行建模,在滑动面上不存在法线方向形变的合理假设下通过解算独立方程组获得滑坡体沿坡向的形变速度场和沿垂直坡向的形变速度场。本文选取四川省理县桃坪乡古滑坡作为研究对象,并通过模拟实验对模型的解算精度进行验证,结果表明：相比于LOS向形变速度场,重建的沿坡向和沿垂直坡向形变速度场更加清晰地揭露了滑坡体的主要位移模式和危险性较高的坡体区域。同时,模拟实验结果表明,模型算法的解算误差与噪声水平大致呈线性增加的关系,当噪声水平达到10 mm·a<...     

基于点目标分析的InSAR技术检测地表微小形变的研究

近年来,由合成孔径雷达干涉测量技术(InSAR)技术发展而来的时间序列影像点目标分析技术已发展成为大范围地提取地表微小形变信息的关键技术。本研究针对地表形变检测中经常出现的时间、空间去相干问题和大气效应等问题,从常规的合成孔径雷达差分测量技术(D-InSAR)入手,深入探讨了以永久散射体(PSI)和相干目标分析(CTA)方法为代表的点目标分析技术原理和方法,阐述了它们的特点和优势。最后,介绍了CTA方法对提取长时间地表形变场的具体应用实例,说明其方法的有效性和可靠性。     

黄土滑坡滑带土的特点——以天水椒树湾滑坡为例

黄土滑坡已成为影响黄土地区公路、铁路等基础设施建设的主要因素,滑坡的形成在一定程度上就是滑带土变形破坏过程。从黄土滑坡滑带土的分类、物理力学性质、宏观与微观特征等方面进行了较系统的研究,探究其变形和破坏规律。结合甘肃天水的黄土滑坡实例进行了具体分析。     

近远震作用下黄土滑坡动力响应与变形——以甘肃天水震区黎坪村滑坡为例

中国黄土高原区地震滑坡灾害效应重、潜在风险高,地震滑坡响应和变形机理是研究热点之一。以天水震区黎坪村大型黄土滑坡为例,采用标准正弦波探讨了近远震地震动要素对滑坡动力响应的影响特征,采用汶川远震和岷县近震地震动时程记录反演了滑坡实际变形特征。结果显示,测点PGA放大系数随振幅的变化规律与坡体位置有关,测点PGA放大系数在坡体位置大于0.75倍坡高时,随振幅的增加而减小;当小于0.75倍坡高时,随振幅的增加而显著增强;测点PGA放大系数与频率变化呈负相关性,即随着频率的增加而减小。坡体变形与振幅和持时变化呈正相关性,即测点最大水平和竖直位移随着振幅和持时增加而增加,滑坡急剧变形的临界幅值约为0.05 g;坡体变形与频率变化呈负相关性,坡体测点最大水平和竖直位移随频率变大呈下降趋势,滑坡急剧变形临界频率约为5 Hz;对比分析显示,振幅对坡体失稳的影响程度大于频率的影响程度。相比岷县近震,坡体主滑体滑动与汶川远震产生的高幅值、低频率及长持时的地震波作用密不可分,表明在地震滑坡稳定性研究时,如果忽视远场强震影响,可能导致潜在安全风险。关于近震和远震作用下滑坡动力响应及其变形差异研究方法对地震滑坡稳定性分析研究具有借鉴意义。     

典型黄土丘陵区浅层黄土滑坡稳定性评价——以延安市志丹县为例

黄土丘陵地区地质环境脆弱,每到雨季极易诱发浅层黄土滑坡,对居民的生命和财产安全构成威胁也阻碍着当地经济的发展。对浅层滑坡进行稳定性评价,不仅有助于认识浅层滑坡的发生发展过程,而且对防灾减灾和地区规划建设具有十分重要的指导意义。本研究选择SINMAP模型作为评价浅层黄土滑坡的重要工具,评价了陕西省延安市志丹县黄土丘陵区浅层滑坡的稳定性,评价结果表明：1）研究区整体稳定性程度较高,在降雨量为8.6 mm、15 mm、25 mm、50 mm和100 mm时不稳定区域（包括极不稳定、不稳定和潜在不稳定）面积分别占研究区总面积的9.12%、18.93%、23.17%、30.94%和38.67%,不稳定区域的面积不超过整个研究区面积的一半,极不稳定区域的滑坡密度最大,其次为不稳定区域和潜在不稳定区域;2）随着降雨量的增大,潜在不稳定和不稳定区域的面积会逐渐扩大,极不稳定区始终位于坡度大且水流侵蚀强烈的地方,变化幅度小;3）浅层滑坡的稳定性很大程度上依赖于当地的地形条件：坡度分布为20°~51°,高程分布范围为1302~1606 m,在坡向上阴坡的发生数量多于阳坡,西向和西北向浅层滑坡最为发育;4）流域内的滑坡多属降雨诱发的山体滑坡,确定性模型SINMAP为预测这一类滑坡提供了强大的工具,不仅评估了现有的已发生的滑坡的稳定性,也预测了未来在不同降雨条件下可能发生滑坡的地区。分析结果可为预防和减轻滑坡灾害带来的损失,合理的城市规划和道路选址等提供参考。

     

天水黄土结构性变化诱发滑坡敏感性分析

黄土高原地区黄土滑坡频频发生,尤其是近年来极端气候条件增多,集中强降雨导致甘肃天水地区黄土滑坡群发.2013年8月,在经历一周持续降雨之后,天水地区产生了大量的黄土滑坡以及黄土-泥岩接触面滑坡.黄土地区滑坡发生后一些滑坡的复活往往与黄土的结构性存在紧密联系.选取天水花南村滑坡后壁黄土为研究对象,利用GDS三轴仪对滑坡区黄土原状样和重塑样进行了固结不排水三轴压缩试验.试验结果表明,原状黄土表现出明显的应变软化特征,而重塑黄土的应变软化现象急剧减小,二者的孔隙水压力变化特征也有差异.同时基于三轴试验结果,绘制了原状黄土和重塑黄土的应力路径图,应力路径图再次证实了重塑样应变软化减小的现象.孔隙水压力随轴向应变变化图中可见,剪切初始阶段,重塑样的孔隙水压力增加较原状样更为迅速,对于滑坡的诱发更加敏感.     

柳家凹黄土滑坡滑动机制研究

以豫西山区柳家凹黄土滑坡为研究对象,采用现场地质勘探和调绘的方法确定了滑坡的形态和性质;利用原位试验和室内试验确定了滑带土的强度衰减的影响因素和影响规律;采用现场监测等技术手段,确定了滑动深度。在此基础上,分析了柳家凹滑坡的活动历史、成因、范围和影响因素。调查和分析表明,柳家凹黄土滑坡的滑动机制可概括为古滑坡因路堑开挖和降雨而局部复活。古滑坡黄土体结构相对松散,抗剪强度较差。当古滑坡前缘土体被开挖后,古滑体失去前缘支挡,在自重应力和地下水共同作用下,古滑坡体前缘沿黄土层与砾石层交接面滑动带滑移破坏。根据古滑坡复活情况分析,柳家凹黄土滑坡为牵引式滑坡,当滑体前缘滑动后,后面的滑体陆续出现滑动,裂缝向纵深方向发展。     

基于风险评价的黄土滑坡分类及特征

整理分析了国际上通用的滑坡分类方法,并对国内有关的滑坡分类体系汇总,在此基础上,将运动形式、规模大小或运动速度综合考虑,形成一个二维的分类表,提出了基于风险评价的黄土滑坡分类方法。根据该方法,黄土滑坡可分为剥落、倾倒、崩塌、滑塌、滑动、泥流、复合型7个类,每一大类再分为不同的亚类或小类,共将黄土滑坡分为7个大类,10个亚类,38个小类。每一种黄土滑坡的变形破坏方式和运动学特征不同,具有不同的规模、速率和滑移距离,因此其风险特征也不同,对不同类型黄土滑坡的风险特征做了分析和总结。     

河流作用诱发黄土滑坡机理

在对泾阳南塬实地调查中发现,位于泾河与塬边交切处,发育有数量较多的黄土滑坡,分析认为河流作用是该类滑坡发生的主要诱发因素。通过实地调查,对饱和Q₂黄土进行减围压三轴剪切试验以及数值模拟,研究河流作用诱发黄土滑坡的形成机理。研究表明：土体抗剪强度与应力路径有关,减围压三轴剪切状态下,土体抗剪强度指标小于常规三轴剪切状态下的抗剪强度指标,土体更容易发生剪切破坏;斜坡坡脚处存在关键块体,对斜坡整体稳定性起着控制作用。河流作用诱发黄土滑坡就是因为河流的持续侧蚀,造成坡脚关键块体逐步滑塌,最终导致斜坡失稳滑动。     

藏东冻土区滑坡形变时序InSAR监测分析

受气候暖湿化和冻融作用的影响,近年来西藏东部地区的山体滑坡多发频发,对人民生命财产安全造成严重威胁,制约了当地经济社会发展,因此,迫切需要利用有效手段对滑坡灾害隐患开展大范围调查与早期识别。以藏东317国道矮拉山地区为例,利用小基线集时序InSAR（Interferometric Synthetic Aperture Radar）技术,分别对2017年3月—2019年7月期间Sentinel-1A SAR升、降轨数据集进行地表形变监测分析,获取了该地区滑坡体隐患的分布情况,并讨论了滑坡历史形变演化特征及成因。结果表明：大部分区域较为稳定,滑坡隐患主要集中在山谷两侧,升降轨InSAR提高了滑坡监测识别的准确性和覆盖度;冻融滑坡形变过程与降雨型滑坡存在差异,呈现平稳期和失稳期交替出现的季节性变化特征;形变过程主要受冻融和降雨影响,两者共同作用加速坡体变形。实验结果验证了InSAR技术能够有效弥补传统监测手段的不足,可在高山冻土区滑坡隐患早期识别与监测防治中发挥重要作用。     

饱水黄土隧道变形规律研究

新松树湾隧道位于饱和的砂粘土中,土体的稳定性极差,施工难度较大。为此,在隧道施工期间,通过土工试验、隧道收敛和围岩内部位移的现场监测、隧道变形的三维有限元仿真计算等手段,对该隧道的变形规律进行了系统研究,获得了大量试验数据。研究成果对隧道的施工组织和支护参数的确定起到了重要作用,为此类隧道的施工积累了经验。