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2022年  第41卷  第2期

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“地灾失稳机制及其风险评价”专辑
水库滑坡涌浪风险研究现状和灾害链风险管控实践
殷坤龙, 张宇, 汪洋
2022, 41(2): 1-12. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2022.0064
摘要 HTML全文 PDF下载 icon1489 icon318
摘要:

滑坡作为水库库区主要地质灾害类型之一,其风险研究一直是近年来的研究热点。水库滑坡涌浪的产生使滑坡灾害的影响范围由滑坡源本身扩散到上下游数千米,极大地扩大了滑坡风险的承灾体类型与数量以及灾害损失程度。因涉及交叉学科领域,滑坡涌浪风险评估是滑坡风险灾害链评价的难点与前沿课题。本文综合了前人近几十年来的研究成果,首先从危险性、易损性以及风险3个方面出发,对国内外的滑坡涌浪风险研究现状和常用的研究方法进行了概述,并对重点代表性研究成果进行了述评分析,针对滑坡涌浪风险研究方面的新进展进行了介绍,包括考虑实际河道地形复杂性的试验研究、聚焦于滑坡-水体相互作用机制的多种数值模拟方法耦合研究,以及基于多种承灾体类型的易损性评价体系等。然后对近年来三峡库区发生过的多起滑坡涌浪风险管控实例的过程与后果进行了详细的阐述。最后基于多年的研究经验提出了滑坡涌浪灾害链风险研究的新方向和新思路,即涌浪风险应与滑坡风险评价体系相互融合,并沿着定量化、规范化、精细化的方向发展。
基于多传感器信息融合的城市边坡监测数据异常事件检测
刘刚, 叶立新, 陈麒玉, 陈根深, 范文遥
2022, 41(2): 13-25. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2022.0060
摘要 HTML全文 PDF下载 icon927 icon161
摘要:
为预防和管控城市突发地质灾害造成的人民生命和财产损失, 国家针对城市地质灾害易发地区部署了大量的各类传感器, 用来感知和监测城市边坡等地质体的变化情况, 以支持对地质灾害的预警。从边坡监测数据特点和时序数据分析技术出发, 针对监测数据噪声混杂、模式分析困难、预警阈值的不确定性等问题, 给出了一种基于多传感器信息融合的边坡监测数据异常事件检测方法。主要工作包括: ①边坡监测数据变化模式可以归结为周期项、趋势项以及噪声项的叠加, 实践中在预处理基础上对边坡监测数据进行周期为24 h的重采样, 同时趋势项可以近似看作是经典的牛顿运动, 以此构建形变运动模型, 为卡尔曼滤波的状态转移提供理论支持; ②采用集中式衰减记忆卡尔曼滤波, 引入衰减记忆因子, 对多传感器边坡监测数据进行特征级融合, 降低了噪声的影响, 提高了边坡监测数据的可靠性; ③引入惩罚系数, 应用改进的动态时间弯曲算法对于周期序列数据进行相似性度量。在此基础上基于K-means聚类和局部异常因子分析对边坡监测数据进行异常检测, 并基于3σ准则确定预警阈值。该方法能将正常模式和异常模式的时序数据进行区分, 有效检测出边坡监测数据的异常, 为灾害预防提供支持。最后以深圳市典型边坡监测数据为例验证了此方法的可行性。
泥质砂岩残积土边坡降雨冲刷特性
李继兴, 严松, 杨春健, 方跃光
2022, 41(2): 26-33. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2022.0051
摘要 HTML全文 PDF下载 icon462 icon92
摘要:
泥质砂岩残积土作为一种结构性很强的特殊土, 具有崩解性强、抗冲蚀性差以及扰动性极大的特点, 对工程建设有较大影响。为了探究泥质砂岩残积土边坡降雨冲刷机理, 设计了边坡降雨冲刷试验, 通过现场三维激光扫描技术测试分析了其表面冲刷效应; 利用高密度电法进一步明确了泥质砂岩残积土边坡的入渗特性、表面冲刷演化机制及冲刷破坏机理。结果表明: 冲刷试验的最初阶段, 降水入渗强且主要向坡脚处运移, 坡表未形成明显的细沟; 冲刷试验中期, 坡脚处土体最先达到饱和而形成坡面径流, 细沟贯通扩大形成小规模冲槽以及片蚀区; 冲刷试验后期, 坡面中部和坡脚处土体冲蚀严重, 坡脚处的冲槽向上部延伸, 片蚀区扩大, 导致表层土体结构发生变化, 渗透性差异明显; 泥质砂岩残积土坡体降雨冲刷主要划分为表层溅蚀、下层潜蚀和细沟贯通3个阶段, 坡面土体流失主要发生在最后一个阶段, 细沟率达到最高值16.9%, 细沟贯通率也高达0.74。研究结果可以为深入探讨泥质砂岩残积土边坡冲蚀防护和研究冲蚀防护机理提供基础资料。
香丽高速公路昌格洛滑坡-隧道工程病害三维数值分析
王剑非, 刘昆珏, 周文皎, 张玉芳, 王艳昆, 范家玮
2022, 41(2): 34-43. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2022.0009
摘要 HTML全文 PDF下载 icon460 icon57
摘要:
准确评价滑坡-隧道相互作用及稳定性, 采用合理的病害防治方法, 对保障公路顺利完工具有重要意义。以香丽高速公路昌格洛滑坡为例, 利用现场地质调查、钻探等方法查明了滑坡成因机制以及变形特性, 通过数值模拟研究了昌格洛滑坡在天然、降雨和开挖等工况下的空间应力应变特征以及稳定性变化, 研究了隧道与所穿越滑坡之间的相互作用, 据此提出了相应的病害防治方案。结果表明: 昌格洛滑坡在自然条件下处于欠稳定状态; 隧道开挖难以引起滑坡整体失稳, 但会诱发滑坡局部变形, 受滑坡体变形影响, 穿越滑体的隧道部分将产生拉伸-剪切变形; 降雨严重恶化滑坡稳定性, 导致滑坡失稳, 进而使穿越其中的隧道失效破坏。原选线方案面临风险巨大, 最优防治方案为线路东移绕避, 使隧道从滑面以下穿过。研究方法和成果可为香丽高速公路类似病害的防治提供有益借鉴。
考虑线状环境因子适宜性和不同机器学习模型的滑坡易发性预测建模规律
黄发明, 李金凤, 王俊宇, 毛达雄, 盛明强
2022, 41(2): 44-59. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2022.0010
摘要 HTML全文 PDF下载 icon464 icon78
摘要:
对于滑坡易发性预测中的水系、公路和断层等线状环境因子, 现有研究大多采用缓冲分析提取距离线状因子的距离。但缓冲分析得到的线距离属于离散型变量, 带有大小不等的随机波动性且对点或线要素的误差较为敏感, 导致滑坡易发性建模精度下降。提出了使用水系和公路的空间密度等连续型变量改进线状环境因子的适宜性。以江西省安远县为例, 选取高程、地形起伏度、距水系和公路距离等14个环境因子(原始因子), 再将距水系和公路距离2个线状因子改进为水系密度和公路密度(改进因子); 之后采用逻辑回归、多层感知器、支持向量机和C5.0决策树等机器学习模型, 分别构建了基于原始因子和改进因子的机器学习模型以预测滑坡易发性; 最后利用ROC曲线和易发性指数分布特征等来研究建模规律。结果表明: ①改进因子机器学习预测精度均高于原始因子机器学习模型, 表明空间密度对于易发性预测的适宜性更好; ②在4类机器学习模型中C5.0模型对于滑坡易发性预测性能最好, 其次是SVM、MLP和LR; ③水系和公路两类环境因子的重要性较高且使用改进因子机器学习后这两类环境因子重要性排名依然非常靠前。
风振影响下乔木坡地暴雨型浅层滑坡演化机制
缪海波, 王功辉
2022, 41(2): 60-70. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2022.0011
摘要 HTML全文 PDF下载 icon448 icon85
摘要:
强对流或台风等极端天气下乔木坡地发生浅层滑坡灾害往往是暴雨和强风共同作用的结果。以皖南山区一处暴雨型浅层滑坡——畈章组滑坡为例, 通过现场调查和气象资料的分析表明, 除暴雨外风荷载也有可能促进滑坡的启动。为揭示该滑坡启动与破坏后这一完整运动过程的演化机制, 首先基于无限斜坡模型分析了实际降雨条件下的滑坡稳定性, 然后对取自于滑坡体内乔木根系周围和滑动面附近的两种土样利用DPRI型环剪仪, 分别开展了不排水循环剪切试验和自然排水残余剪切试验。结果表明: ①降雨入渗引起滑动面孔隙水压力的上升, 并导致稳定性的降低是畈章组滑坡启动的直接原因; ②乔木根系周围的饱和土在风振作用产生的动剪切荷载下易形成高的超孔隙水压力, 并导致浅表层的局部失稳滑动, 增加了畈章组滑坡整体破坏的可能性; ③滑动面土体的残余强度具有强烈的"正速率效应", 从而控制了畈章组滑坡启动后不会表现出高速远程的运动特征, 与现场调查结论一致。研究结果可以为暴雨协同风振作用下富乔木坡地浅层滑坡的预警预报研究提供参考。
考虑地震危险性的倾倒变形边坡风险定量分析
魏进兵, 何治良, 杨仲康
2022, 41(2): 71-78. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2022.0018
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摘要:
风险分析与评估是解决边坡固有不确定性的重要工具, 但同时考虑外在荷载和内在岩土力学参数的不确定性, 对边坡进行系统定量风险分析的研究较少。以西藏扎拉水电站厂后倾倒变形边坡为例, 基于场地地震峰值加速度概率密度函数和不同地震峰值加速度下边坡失稳概率拟合函数, 采用数值积分计算了边坡在设计基准期的失稳概率, 并采用离散元方法对边坡失稳后的影响范围进行了数值模拟, 在此基础上进行了承灾体易损性分析及定量风险计算, 最后采用ALARP准则进行了风险评价。研究表明, 考虑地震危险性条件下, 扎拉水电站厂后倾倒变形边坡在50 a设计基准期内失稳概率为0.061 9;边坡对水电站地面厂房存在较大威胁, 相应财产风险为5 482万元; 根据ALARP准则, 边坡风险处于不可接受区, 需采取措施防范或规避风险。研究成果对于边坡治理工程决策及风险管理具有指导意义。
基于机器学习的滑坡易发性预测建模及其主控因子识别
黄发明, 胡松雁, 闫学涯, 李明, 王俊宇, 李文彬, 郭子正, 范文彦
2022, 41(2): 79-90. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2021.0087
摘要 HTML全文 PDF下载 icon1748 icon306
摘要:
不同机器学习预测滑坡易发性的建模过程及其不确定性有所差异, 另外如何有效识别滑坡易发性的主控因子意义重大。针对上述问题, 以支持向量机(support vector machine, 简称SVM)和随机森林(random forest, 简称RF)为例探讨了基于机器学习的滑坡易发性预测及其不确定性, 创新地提出了"权重均值法"来综合计算出更准确的滑坡主控因子。首先获取陕西省延长县滑坡编录和10类基础环境因子, 将因子频率比值作为SVM和RF的输入变量; 再将滑坡与随机选择的非滑坡样本划分为训练集和测试集, 用训练好的机器学习预测出滑坡易发性并制图; 最后用受试者工作曲线、均值和标准差等来评估建模不确定性, 并计算滑坡主控因子。结果表明: ①机器学习能有效预测出区域滑坡易发性, RF预测的滑坡易发性精度高于SVM, 而其不确定性低于SVM, 但两者的易发性分布规律整体相似; ②权重均值法计算出延长县滑坡主控因子依次是坡度、高程和岩性。实例分析和文献综述显示RF模型相较于其他机器学习模型属于可靠性较高的易发性模型。
铜矿岭不稳定斜坡类型识别与工程地质分区
贾伟, 罗昌宏, 董钊, 汪鸣飞, 刘小红, 包刘磊
2022, 41(2): 91-103. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2022.0057
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摘要:
高速公(铁)路路基、隧道和桥梁工程等常常因地质灾害的存在而影响正常使用, 尤其是类型不明的不稳定斜坡, 明确地质灾害类型是影响不稳定体治理方案的首要任务。以宜巴高速公路铜矿岭不稳定斜坡为研究对象, 采用野外地质调查、工程地质分析和监测数据分析的方法, 判明了铜矿岭不稳定斜坡类型。野外调查结果表明该不稳定斜坡上部为残坡积物, 下部为反倾结构的粉砂岩; 结合位移监测数据, 判定该不稳定斜坡变形存在多个剪切滑移带, 但主要分布于松散堆积物内部, 综合判定该不稳定斜坡为深层蠕动变形体; 依据变形大小和变形方向变化特点, 最后将该变形体分为两个大区, Ⅱ区又可细分为2个小区, 并指出Ⅱ2区是未来防治的关键部位。研究成果为该不稳定斜坡后续治理设计提供了地质依据, 证明传统的工程地质调查、分析与位移监测相结合是开展不稳定体类型判识, 确定边界范围的有效手段。
强震作用下斜坡表面放大效应的三维离散元模拟
蔡国军, 陈锡锐, 孙文鹏, 贾俊
2022, 41(2): 104-112. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2022.0058
摘要 HTML全文 PDF下载 icon468 icon87
摘要:
为研究强震作用下斜坡表面的动力放大效应, 以陕西勉县某岩质斜坡为例, 建立了三维模型。运用离散元软件3DEC, 模拟了动力条件下斜坡的变形失稳过程, 分析了斜坡表面的动力响应特征, 研究了不同地震波输入工况条件下坡体表面动力响应差异。研究结果表明: 考虑地震纵波的影响时, 竖向加速度得到显著增强, 坡面的PGA放大系数增强了约1.62倍; 坡面形态强烈影响着斜坡表面的动力响应特征, 强震作用下, 斜坡坡肩及坡形转折处的放大效应均十分强烈, 凸出部位次之, 坡表两侧的放大效应最弱; 不同输入工况下, 斜坡坡形转折处的水平向PGA放大系数均维持较高值, 特别是在仅输入水平向加速度的条件下, 该部位在地震滑坡灾害预防中应特别注意; 强震作用下滑坡的运动过程可概括为滑坡孕育启动阶段—挤压碰撞高速运动阶段—堆积阶段。研究成果可为该地区防灾减灾工作提供一定理论支持。
物质点强度折减法边坡失稳判据选择方法
蒋先平, 张鹏, 卢艺伟, 刘磊磊, 张明辉
2022, 41(2): 113-122. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2021.0075
摘要 HTML全文 PDF下载 icon584 icon92
摘要:
用物质点强度折减法求解边坡安全系数时, 需要选择一定的失稳判据, 而采用不同的失稳判据获得的安全系数通常存在一定差异。为此, 采用物质点强度折减法对两个边坡算例进行了稳定性分析, 对比研究了文献中常用的4种边坡失稳判据(计算不收敛、特征点位移突变、塑性应变贯通及界限值判据)在计算边坡安全系数时的合理性及适用性。同时, 将Spencer极限平衡法获得的安全系数作为参考, 进一步验证了结果的合理性与准确性。结果表明: ①数值计算的收敛性不能作为边坡失稳判据; ②将特征点位移突变视为边坡失稳判据时, 获得的安全系数与极限平衡法获得的结果基本一致, 故特征点位移突变可以作为边坡失稳判据; ③塑性应变贯通和边坡最大位移随迭代时间步趋于稳定的界限值不宜单独作为边坡失稳判据。
深圳城市地面塌陷灾害特征及其成因分析
施秋华, 魏会龙, 谭飞, 周金文, 朱江皇
2022, 41(2): 123-129. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2022.0056
摘要 HTML全文 PDF下载 icon591 icon173
摘要:
为了查明深圳市地面塌陷成因并提出防治措施, 收集整理了深圳市2016-2020年地面塌陷灾害事故数据, 通过现场调查、数据统计分析以及GIS空间分析, 研究了深圳市地面塌陷灾害的时空分布、灾害危害程度以及塌陷成因等。结果表明: 深圳市地面塌陷灾害正处于持续增长阶段, 绝大多数属于小规模塌陷, 且绝大多数发生在雨季, 其中5-8月尤为严重; 地面塌陷发灾点主要集中分布在福田区、罗湖区以及光明区, 主要塌陷地点是市政道路和人行道; 塌陷成因主要包括管网破损、暗渠河道破损、施工不当、雨水冲刷、软土沉降、车辆荷载过大以及其他原因, 其中, 管网破损和施工不当是造成地面塌陷的最主要原因。本研究成果可为深圳市及其他类似城市地面塌陷的防治工作提供一定的参考与借鉴。
基于SSA-Adam-BP神经网络模型的堰塞坝稳定性预测
宋宜祥, 张晓波, 黄达
2022, 41(2): 130-138. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2022.0040
摘要 HTML全文 PDF下载 icon387 icon53
摘要:
现有的堰塞坝稳定性预测模型多为线性模型, 无法充分考虑堰塞坝稳定性与其形态特征和水域条件之间的复杂非线性关系。鉴于此, 结合反向传播神经网络模型和樽海鞘优化算法, 提出了一种新型的堰塞坝稳定性预测模型SSA-Adam-BP。该模型通过网格搜索法选取确定模型结构的最佳超参数组合, 进而利用交叉验证和绘制ROC曲线的方式分别对采用不同优化算法的模型进行评估。使用开源数据库中的全球153例堰塞坝数据对模型的实际应用进行了说明及验证。与传统线性模型的对比表明神经网络模型预测准确率较高, 具有较低的误报率。将SSA与Adam优化算法结合提高了BP模型的全局搜索能力, 其平均交叉验证准确率达到了91.73%, 能够使用较少的参数实现对堰塞坝稳定性快速准确的预测。SSA-Adam-BP模型对近年来典型工程的稳定性能够准确预测, 具有一定的实用性和系统平台推广应用价值。
基于滑面分区段力学模型的高速滑坡运动过程能量转化研究
刘艺梁, 陈健翔, 高晨曦, 宋琨, 唐玄
2022, 41(2): 139-146. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2022.0061
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摘要:
高速滑坡具有运动速度快、波及范围广的灾害特征, 因此对滑坡启动、加速和静止整个运动过程进行研究很有必要。基于滑面力学特性将滑面分为弹性介质区和应变弱化区, 构建了高速滑坡二维力学模型, 提出了滑坡启动动能计算公式和滑坡运动过程的能量计算公式; 以千将坪滑坡为例, 采用启动动能计算公式得出滑坡的启动速度为2.35 m/s; 依据滑面形态将其运动轨迹划分为快速加速、平稳加速、平稳减速、急剧减速4个阶段, 进行运动过程分析, 得出滑坡最大速度为16.8 m/s, 以滑坡前缘高程所在平面为势能基准面, 分析不同能量与总能量占比的变化情况, 在滑坡的4个运动阶段中, 动能占比分别为9.1%, 25.6%, 15.1%, 0%;摩擦损耗能量占比分别为: 5.5%, 58.8%, 81.7%, 95.5%;势能占比分别为: 85.2%, 14.2%, 0%, 0%;其他阻力能耗占比分别为: 0.2%, 1.4%, 3.2%, 4.5%。研究结论对高速滑坡致灾机制和风险分析具有重要意义。
水泥固化剂提高风积沙承载性能试验
盛明强, 邹淳, 乾增珍, 鲁先龙
2022, 41(2): 147-153. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2021.0259
摘要 HTML全文 PDF下载 icon435 icon40
摘要:
沙漠风积沙稳定性差, 采用水泥作为固化剂进行风积沙固化, 是改善风积沙性质和实现风积沙资源化利用的有效手段。以取自内蒙古库布齐沙漠的风积沙为材料, 制备3%含水量的重塑风积沙, 掺入水泥固化剂并充分拌匀而形成固化风积沙, 开展水泥固化风积沙的抗剪、抗压和抗拔承载性能试验。结果表明, 水泥掺量对固化风积沙黏聚强度的提高程度要大于内摩擦角。含水量3%的风积沙掺入6%的水泥经28 d常温养护的固化风积沙无侧限抗压强度平均值为0.156 MPa。固化风积沙扩展基础抗拔荷载-位移曲线呈现初始弹性段至峰值荷载以及峰值荷载后破坏的两阶段脆性破坏特征。水泥固化提高风积沙抗拔承载性能效果显著, 且与基础底板尺寸、抗拔埋深及基础深宽比等因素有关。
考虑土-结构相互作用下基岩深度对核反应堆厂房基础地震响应的影响
高运, 徐若时, 孙文静
2022, 41(2): 154-164. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2022.0043
摘要 HTML全文 PDF下载 icon389 icon52
摘要:
地震会对核电站安全造成影响。随着核电站的数量越来越多, 有必要关注在地震下核电站的安全。核反应堆厂房是核电站重要的组成部分, 研究其地震响应对核电站有着重要意义。基于直接法, 考虑了3种不同场地(中硬土、软岩、硬岩)在地震下的塑性变形和土的滞回阻尼, 使用FLAC3D对土-核反应堆厂房模型系统进行了三维建模。为了捕捉上部结构与下部岩石/土壤之间的分离与滑动, 在核反应堆厂房基础与岩石/土壤表面设置接触面单元。上层结构以集总质量模型模拟, 同时考虑土-结构相互作用下基岩深度对核反应堆厂房基础地震响应的影响, 最终得到核反应堆厂房结构杆件的加速度反应谱、剪力、基础的摇动和基础不均匀沉降以及侧向位移。结果表明: 在中硬土场地中, 位移、剪切力随基岩深度的增大而减小; 在硬岩场地中, 位移和剪切力响应的规律呈相反趋势; 在软岩场地中, 上部结构响应的规律较为复杂。对于基础摇动和基础不均匀沉降, 在中硬土场地中, 其呈现的规律随基岩深度增大而减小; 在软岩和硬岩场地中, 并无明显规律。基础不均匀沉降可直接反映结构的破坏情况。中硬土场地下基础不均匀沉降超过容许值, 所以基础不均匀沉降对核反应堆厂房的影响不容忽视, 这对核电站的安全设计十分重要。
滑坡堰塞坝堆积形态影响因素离散元分析
刘士奇, 王环玲, 高闯, 屈晓
2022, 41(2): 165-175. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2022.0042
摘要 HTML全文 PDF下载 icon292 icon44
摘要:
滑坡是形成堰塞坝的最主要原因，在地震、降雨、冰雪融水等作用下均可形成滑坡堰塞坝，而滑坡堰塞坝的堆积形态、范围等对评价堰塞坝的稳定性有着重要的影响。通过离散元方法(DEM)，系统分析了三维条件下滑动距离、滑面出口宽度、滑面倾角、河床倾角、河谷形状对堰塞坝堆积形态的影响。研究结果表明：滑动距离和出口宽度对坝体高度影响最大；随出口宽度和坡面倾角的增加，坝长和坝宽分别呈线性增大和减小趋势；滑动距离可以有效控制滑体速度，进而影响堆积角大小；河床倾角主要影响坝长；对坝高、坝长、上下游绝对倾角正切值和堆积角正切值进行回归分析表明，数学模型契合程度高，说明其形态可以预测；引入2个参数λ和χ，对堰塞坝堆积特征进行了描述；河谷形状的影响主要体现在随着河谷底部宽度的增大，滑体爬高爬坡能力增强。研究成果对根据实际地形预测滑坡堰塞坝堆积形态进而评估坝体的安全性具有重要意义，可以为进一步开展堰塞湖溃决研究提供一定的参考。
基于边界模型和广义耦合马尔可夫链模型的地层变异性模拟方法
潘敏, 邓志平, 蒋水华
2022, 41(2): 176-186. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2022.0106
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摘要:
地层变异性对岩土结构物的性能评价影响显著, 地层变异性的准确表征对工程实际具有重要意义。为此, 提出了一种有效的地层变异性模拟方法, 在概率框架内, 将边界模型和广义耦合马尔可夫链模型相结合形成一种组合模型, 以综合利用两者的优势。首先, 通过贝叶斯方法识别边界模型参数, 进而采用条件随机场对地层边界进行模拟。然后, 将边界模型模拟结果作为背景信息用于广义耦合马尔可夫链模型中, 实现两种模型的结合。最后, 以香港某建筑场地地层为例, 对3种不同模型的地层变异性模拟结果进行了比较, 以阐明该组合模型的优势, 并探讨钻孔数量及其位置对所提组合模型地层变异性模拟的影响。结果表明: 相比于边界模型与广义耦合马尔可夫链模型, 该组合模型不仅能够模拟复杂的地层分布情况, 而且能够考虑边界的空间分布趋势, 能够有效地避免地质异常现象; 钻孔布置方案对地层模拟的不确定性及其实现均具有较大影响。
InSAR技术和孕灾背景指标相结合的地灾隐患识别
董佳慧, 牛瑞卿, 亓梦茹, 丁赞, 徐航, 何睿
2022, 41(2): 187-196. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2022.0024
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摘要:
合成孔径雷达干涉测量(interferometric synthetic aperture radar, 简称InSAR)是获取地表形变的重要手段, 由于InSAR数据获取的限制和数据处理中产生的精度误差等问题, 在地灾隐患识别方面的工作还需要联合地质灾害本身进行分析。为此提出了一种基于InSAR技术与研究区孕灾背景指标相结合的方法, 并将其应用于三峡库区巴东段的地灾隐患识别研究中。研究结果表明, 使用ALOS-2 PALSAR雷达影像, 应用时序InSAR技术得到了研究区的变形空间分布和变化速率, 并结合研究区的孕灾背景, 将易发性等级、坡度、工程岩组和是否与灾害目录重叠4个指标作为地灾隐患判别的指标, 综合识别出19处疑似地灾隐患区, 然后对疑似地灾隐患区进行了逐一野外核查, 经验证地灾隐患识别成功率为78.9%。研究成果证明了将InSAR技术和孕灾背景相结合进行地灾隐患识别方法的可行性, 可在区域灾害识别中发挥重要作用。
基于栅格最大值法的县域综合地质灾害建模
范雅婕, 范宣梅, 方成勇
2022, 41(2): 197-208. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2022.0046
摘要 HTML全文 PDF下载 icon348 icon37
摘要:
四川省地形高低悬殊, 岩性构造发育, 各类地质灾害频发, 开展地质灾害易发性评价具有重要意义。崩塌、泥石流属于广义上的滑坡, 以四川省丹巴县为例, 从考虑不同滑坡类别的区域性地质灾害易发性出发综合考虑崩塌、滑坡、泥石流的空间概率分布。基于ArcGIS通过高精度数字高程模型共选取高程、坡度等10个地质灾害关键控制因素, 采用信息量模型对综合地质灾害进行了易发性评价。最终通过ArcGIS的单元统计(Cell Statistics)功能实现多个栅格图层最大值法合成综合易发性, 进一步利用受试者工作特征曲线(ROC)验证单种滑坡类别易发性模型的精度。按照自然断点法将研究区划分为极低、低、中、高、极高易发区, 高易发区和极高易发区主要集中分布在章谷镇、太平桥乡以及甲居镇等地。研究结果证明信息量模型能对单类地质灾害进行评价, 栅格最大值法是获取综合易发性的一种有效评价方法。
基于物理模型试验的杆塔基础滑坡防护措施效果研究
李思德, 李远耀, 殷坤龙, 钟源, 刘毅, 许艺林
2022, 41(2): 209-218. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2022.0044
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摘要:
大量穿越山地丘陵区的高压输电线路杆塔基础常位于滑坡灾害高易发斜坡地段, 施加适当防护措施提高其稳定性, 是保障输电线路持续安全运行的关键。为研究不同防护措施对杆塔基础滑坡的防护效果, 以湖北省巴东县燕子滑坡为地质原型, 设计制作物理试验模型, 分别开展了极端降雨条件下滑坡在无防护、施加抗滑桩与格构护坡时的物理模型试验, 从试验角度揭示了滑坡变形破坏特征与不同防护措施的防护效果。试验结果表明: 在2种极端降雨工况(50, 100 mm/h)下, 无防护的滑坡体历经了坡表冲刷、裂缝扩展、局部垮塌变形与整体滑动的演化过程; 抗滑桩措施对滑坡整体的防护效果显著, 滑坡整体处于稳定状态, 杆塔基础变形较小, 杆塔倾斜率满足规范, 但坡表会出现冲刷垮塌现象; 格构护坡措施能有效减少坡面冲刷和坡脚垮塌风险, 但在持续强降雨条件下对杆塔基础的整体稳固作用稍弱。物理模型试验结果与滑坡历史变形和实际治理效果吻合, 试验结论可为类似杆塔基础滑坡的破坏机理研究与防护工程设计提供借鉴。
基于修正Green-Ampt模型的降雨诱发区域浅层斜坡失稳灾害分析
阳帅, 谭泽颖, 陈宏信, 张洁
2022, 41(2): 219-227. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2022.0048
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摘要:
由于具有类似的工程地质和水文地质条件, 在高度相关的降雨作用下, 同一个区域中的降雨诱发浅层斜坡失稳灾害常成群出现。在区域尺度预测浅层斜坡失稳灾害对滑坡灾害的防灾减灾工作具有重要的意义。为此, 提出了一种基于力学原理的降雨诱发浅层斜坡失稳灾害预测新模型RARIL。该模型采用修正Green-Ampt模型进行降雨入渗分析, 采用无限体边坡模型进行安全系数计算, 利用可靠度原理考虑区域斜坡稳定性分析中的参数不确定性。该模型具有可考虑降雨诱发浅层斜坡的失稳力学机理、可考虑区域内斜坡土体参数不确定性, 以及计算效率高、易于在GIS平台上实现等优点。案例分析表明, RARIL模型较为准确地预测了2010年8月12日11∶00至2010年8月14日9∶00期间强降雨在四川省汶川县映秀镇附近的303省道K0-K20段沿线区域引发的滑坡灾害, 研究结果证明RARIL模型在预测降雨诱发区域斜坡失稳灾害方面有很好的应用前景。
基于贝叶斯优化机器学习超参数的滑坡易发性评价
杨灿, 刘磊磊, 张遗立, 朱文卿, 张绍和
2022, 41(2): 228-238. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2022.0059
摘要 HTML全文 PDF下载 icon817 icon107
摘要:
利用机器学习模型进行滑坡易发性评价时, 不同的超参数设置往往会导致评价结果的不同。采用贝叶斯算法对4种常见机器学习模型(逻辑回归LR、支持向量机SVM、人工神经网络ANN和随机森林RF)的超参数进行了优化, 探索了该算法对滑坡易发性机器学习模型的优化效果。以湘中地区4县(安化县、新华县、桃江县和桃源县)滑坡易发性评价为例说明该算法的可行性与适用性。基于滑坡历史编录, 确定研究区内1 017个滑坡点, 并选定15个滑坡影响因子, 以此构建滑坡易发性模型的训练集和测试集。利用贝叶斯优化算法对4种机器学习模型的主要超参数进行了优化, 依据优化后的超参数建立了4种优化模型, 并使用AUC值等指标来比较其预测能力。结果表明: 经超参数优化后的4种机器学习模型预测性能均有所提高, 且基于贝叶斯优化的随机森林模型表现最好。
基于MetaOD模型选择的岩土工程数据异常检测方法
邹彤彤, 刘孝义, 刘金泉, 袁海梁, 卢玉斌, 张万虎
2022, 41(2): 239-245. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2022.0041
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摘要:
岩土工程现场及室内参数测试数据是工程施工、设计、评价的基础。异常数据的存在往往会误导施工、设计等参数的确定, 数据异常检测是确保工程安全可靠的最基本但极为重要的工作。针对传统异常检测算法没有模型选择这一过程而导致检测的盲目性, 提出了基于元学习的异常检测算法(meta-learning outlier detection, MetaOD)和数据挖掘算法相结合的异常检测模型体系。该体系首先根据数据的特点选择适合不同数据类型的初始模型类型及其参数, 并对选择出的同类型算法的参数进行求均值处理; 然后再采用遴选出的算法进行数据异常诊断, 进而提高异常检测的准确性。为了评估模型的有效性, 采用加州大学欧文分校提出的机器学习检验数据集(glass数据集)进行检验分析。结果显示, 采用该模型体系进行异常检测时查准率达到96.41%, 远高于其他检测算法。最后, 应用该模型体系对澳门花岗岩单轴抗压强度数据集和均昌隧道的地下水位监测数据进行了异常检测分析, 并分别识别出9个和10个异常点。
基于双重注意力机制的滑坡识别方法优化
吴琪, 周创兵, 黄发明, 姚池
2022, 41(2): 246-253. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2022.0053
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摘要:
随着计算机视觉技术的发展, 通过卫星图像深度学习进行滑坡识别的研究正在逐步展开。通过引入双重注意力机制, 提出了一种基于卷积神经网络的滑坡图像识别优化算法。基于统计的2 200张滑坡图像数据集, 探讨了10种网络结构及4种注意力机制对滑坡识别结果的影响, 并通过比例为4∶1的训练集和测试集进行滑坡识别, 验证了本文方法的有效性。结果表明: ResNet结构相较于其他网络结构表现更为优秀, 就该算例而言, ResNet-101结构具有最高的召回率、精确率和F1度量。融入了双重注意力机制的卷积神经网络相较于单个神经网络而言, 滑坡识别的精确率更大, 且滑坡边界分割结果更接近于真实的滑坡边界, 其中, ResNet-101+DAN模型为最优模型。相较之下, 单个神经网络无法克服图像噪声的影响, 图像分割结果不佳。
考虑软弱夹层控滑机制及其空间不确定性的顺层岩质滑坡易发性评价: 万州区铁峰乡应用研究
冯霄, 王禹, 刘洋, 刘庆丽, 杜娟, 柴波
2022, 41(2): 254-266. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2022.0049
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摘要:
顺层岩质滑坡突发性强, 破坏性大, 是危害山区城镇安全的重要灾害类型之一。发育软弱夹层的顺向斜坡是顺层岩质滑坡的高发区, 区域顺层岩质滑坡易发性评价应融入软弱夹层的控滑机制和空间分布不确定性分析。以万州区铁峰乡为研究区, 在软弱夹层物质结构及空间分布详细调查的基础上, 分析了原生沉积、构造变形和表生改造作用下区内页岩和泥岩两类软弱夹层发展为滑动面的演化机理, 总结了顺层岩质滑坡的变形破坏机理。考虑软弱夹层空间分布的不确定性, 提出了软弱夹层垂向分布和有效控滑深度范围内软弱夹层控滑贡献度的计算模型。提取了软弱夹层类型和控滑贡献度等表征顺层岩质滑坡控滑结构的关键指标, 结合地形地貌、斜坡结构、水文地质及人类工程活动4类要素, 构建了顺层岩质滑坡易发性评价指标体系。针对万州区铁峰乡河谷南侧的顺向坡区段, 以斜坡为评价单元, 采用层次分析法对研究区顺层岩质滑坡开展了易发性评价。结果显示研究区内侏罗系珍珠冲组泥化夹层和自流井组页岩层是顺层岩质滑坡的主要控滑层位, 极高易发区和高易发区占比分别为9.7%和25.8%, 岩质斜坡单元下伏软弱夹层分布情况和斜坡前缘开挖情况是影响滑坡灾害易发性的主要因素, 建房和道路开挖等人类工程活动极易诱发顺层岩质滑坡灾害。与不考虑软弱夹层相关指标的易发性评价结果相比, 本文方法的结果更符合实际情况。
台风-非台风降雨型滑坡的多时段临界雨量值预测模型
栗倩倩, 史绪山, 柴波, 王伟
2022, 41(2): 267-273. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2021.0076
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摘要:
统计确定临界降雨量是滑坡早期预警常用的方法。东南沿海地区台风暴雨不同于一般降雨, 常引发滑坡灾害, 从而威胁沿海地区人民生命财产安全。为了建立台风和非台风降雨型滑坡临界降雨量预测模型, 以浙江丽水市为例, 基于2010-2020年台风暴雨、非台风降雨诱发滑坡与降雨量的统计, 构建了丽水市滑坡发生概率和有效降雨量的关系, 提出了多时长临界降雨量预测模型, 并开展了台风和非台风降雨型滑坡预测模型结果的对比分析。结果表明, 非台风降雨与台风暴雨之间雨型和雨量差异是导致丽水市内2类降雨滑坡预测模型差异的主要原因; 以多时长预测模型确定的临界雨量值法和有效降雨天数更加符合丽水市降雨型滑坡的预测预报, 且预测精度相比于传统相关性分析法更高。研究成果对于开发区域降雨型滑坡预测模型具有理论意义, 对我国东南沿海地区汛期滑坡早期预警具有重要实际意义。
软硬互层顺层岩质边坡破坏试验
谭明健, 周春梅, 孙东, 周紫朝
2022, 41(2): 274-281, 324. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2021.0096
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摘要:
软硬互层结构的顺层岩质边坡破坏类型复杂、难于防治, 针对此类边坡地质灾害易发、多发的问题, 从坡面角度、岩层倾向及组合形式、节理分布等方面进行了研究。边坡物理模型试验是揭示边坡变形破坏机理的重要手段, 基于相似理论, 以重庆市万州区孙家滑坡为工程依托, 根据滑坡区地质勘探报告设计了室内边坡物理模型试验; 试验通过顶升模型箱模拟重力加载来探究顺层岩质边坡发生破坏时, 前缘坡角和软弱夹层倾角之间的关系; 结合有限元分析软件Plaxis 2D对物理模型进行了多组数值模拟试验, 以验证软硬互层顺层岩质边坡破坏机制。试验结果表明: 对于顺层岩质边坡, 当软弱夹层的倾角在22°左右, 前缘开挖坡角58°左右时, 顺层岩质边坡容易发生滑动, 滑动面为后缘节理面和软弱夹层的贯通面。因此, 顺层岩质边坡稳定性受层面和节理面密度的控制, 当边坡含多层软弱层面时, 易沿层面和后缘节理贯通面发生破坏, 随着软弱面层数增加, 边坡稳定系数逐渐降低。研究成果可以为公路开挖切坡导致的顺层岩质边坡失稳机理研究及其稳定性评价提供理论依据, 为顺层岩质边坡失稳的预测预报提供支撑。
锚杆不确定性对加固边坡失稳概率的影响
王上上, 陈富, 李东贤, 林后来, 刘志良, 李亮
2022, 41(2): 282-289. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2022.0055
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摘要:
为了探究锚杆不确定性对加固边坡失稳概率的影响, 建立了施加锚杆后的边坡模型, 通过以下两种途径来考虑锚杆的不确定性: 其一是假定锚杆与锚固体之间接触面上的单位表面摩擦力为对数正态分布变量, 其二是引入锚杆与锚固体之间接触面上的单位表面摩擦力衰减系数来考虑运营过程中锚杆的不确定性。采用极限平衡分析法并结合蒙特卡罗抽样法, 计算并对比分析了两种途径下锚固边坡失稳概率变化曲线, 最后以深圳假日酒店基坑边坡支护工程为例, 证明所提方法的有效性。结果表明: 对于途径一, 在相同土体统计参数下, 随着锚杆与锚固体之间接触面上单位表面摩擦力变异系数的增加, 加固边坡的失稳概率缓慢增加, 增幅介于18.03%~41.90%之间。对于途径二, 随着锚杆衰减系数自1.0逐步减小至0, 加固边坡失稳概率迅速增加, 增幅介于55.64%~124.90%之间; 在同一衰减系数下, 加固边坡失稳概率随着锚杆衰减根数的增加而增大。研究结果可以为锚杆施工与运营期间的管理提供决策支持。
基于信息量模型的地质灾害易发性评价：以川东南古蔺县为例
温鑫, 范宣梅, 陈兰, 刘世康
2022, 41(2): 290-299. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2022.0054
摘要 HTML全文 PDF下载 icon522 icon202
摘要:
地质灾害威胁着山区人民生命财产安全, 进行地质灾害易发性评价有助于山区城镇进行规划与建设时规避灾害风险。以川东南古蔺县为例, 基于ArcGIS空间分析获取了研究区高程、坡度、岩性、斜坡结构、植被指数、距断层距离和距道路距离7个评价因子, 采用信息量模型分别对滑坡和崩塌灾害进行易发性评价后, 进一步利用ArcGIS单元统计功能对比了滑坡和崩塌易发性的信息量值, 选取相对更大的信息量值作为该栅格的最终信息量值, 绘制了研究区综合地质灾害易发性图, 利用自然断点法将古蔺县按信息量值的大小划分为极低、低、中、高和极高易发区。结果表明: 地质灾害主要分布在断层和道路附近, 断层和人类工程活动是造成研究区地质灾害频发的主要原因; 高易发区与极高易发区面积之和为1 315.62 km2, 占全区总面积的41.32%;预测模型性能经ROC曲线检验, AUC值为0.812 5, 说明栅格最大值法预测的古蔺县综合地灾易发性效果良好。
基于物理模型试验的多层滑带滑坡变形演化特征
杨登芳, 胡新丽, 徐楚, 王强, 牛李飞, 张杰豪
2022, 41(2): 300-308. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2021.0069
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摘要:
滑坡变形演化特征一直是滑坡灾害预测与防治领域急需解决的关键问题, 但对于多层滑带滑坡的变形演化特征却少有研究。以物理模型试验为手段建立了三层滑带滑坡物理试验模型, 完成了多层滑带滑坡变形演化全过程的模拟。基于PIV技术获取坡表位移数据, 通过柔性测斜仪监测滑坡深部位移, 同时布设土压力盒获取滑坡内部土压力的变化情况, 实现了多层滑带滑坡演化过程多参量数据分析。试验结果表明, 多层滑带滑坡破坏过程可分为初始、等速、加速和破坏4个阶段。不同破坏阶段滑坡的主要变形区域不同, 下层滑体受到上层滑体牵引作用, 在重力和推力作用下滑坡变形逐渐向浅层发展。变形过程中滑坡应力逐渐向滑带集中, 滑坡推力沿埋深方向呈多级梯形分布。加速变形阶段滑带处应力迅速增大, 滑坡体内产生多层应力集中带, 滑带位置推力变化与滑坡位移显著相关。
约束条件对滑坡涌浪特征影响的室内试验研究
张玉洁, 许国庆, 汪洋, 杨超越, 彭铿, 王伟
2022, 41(2): 309-314. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2022.0052
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摘要:
水库滑坡约束条件影响其运动过程的几何形态, 是滑坡涌浪预测的重要参数之一。为了探究约束条件对滑坡涌浪特征(波高、波幅与周期)的影响, 采用正交试验设计法开展了54组滑坡涌浪室内模型试验, 并基于统计学理论对约束散体和半约束散体的涌浪特征进行了分析。结果表明: 涌浪波周期基本不受滑体约束条件的影响; 而半约束散体模型的波高和波幅小于约束散体的波高和波幅, 半约束散体的初始涌浪波高约为约束散体的0.95倍, 半约束散体模型的最大波峰波幅约为约束散体模型的0.9倍。因此, 在开展滑坡涌浪快速预测时, 虽然滑体入水形态与破坏前形态差异巨大, 但基于滑坡初始几何形态参数对其初始涌浪波高和最大涌浪波幅的预测结果是偏安全的。研究结论可以为更准确地预测水库滑坡涌浪提供理论依据。
不同环剪条件下三峡库区童家坪滑坡滑带土强度特性
赵帆程, 苗发盛, 吴益平, 薛阳, 孟佳佳
2022, 41(2): 315-324. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2022.0045
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摘要:
研究不同环剪条件下库岸堆积层滑坡滑带土强度特性对滑坡稳定性评价具有重要意义。针对目前在库岸堆积层滑坡滑带土力学特性方面研究薄弱的问题, 以三峡库区童家坪滑坡滑带土为研究对象, 采用ARS-E2环剪仪开展了不同剪切速率下的剪切试验, 研究了等速剪切、加速剪切以及减速剪切作用下滑带土强度变化特征。试验结果表明: 滑带土试样在恒定的低速剪切条件下更容易得到稳定的残余强度, 并且达到峰值强度后易出现"应变软化"现象; 在相同剪切应力条件下, 滑带土加速环剪和减速环剪的剪应力变化趋势基本一致, 与法向应力均呈正相关关系; 剪切速率的变化会显著影响滑带土峰值黏聚力的大小。研究成果揭示了不同环剪条件下滑带土力学特性, 可以为揭示库岸堆积层滑坡变形破坏的力学机制提供理论依据。
平面剪切岩质边坡滑裂面的确定及稳定性分析
周珂, 黄小城, 雷德阳, 陈秋南, 江飞飞
2022, 41(2): 325-334. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2022.0062
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摘要:
由于传统搜索方法对岩质边坡滑裂面的确定无法兼顾效率与精度, 如何迅速准确确定潜在滑裂面仍然是个难题。极限平衡法在岩质边坡稳定性分析中备受认可, 采用岩质边坡平面剪切滑动模型, 以滑裂面的倾角来表征潜在滑裂面的位置; 基于极值法, 推导了极限平衡条件下平面剪切破坏型岩质边坡潜在滑裂面的解析解, 并结合香港秀茂坪路边坡对其准确性进行了验证, 进一步对四川宜宾打营盘山公路多级边坡进行了整体稳定性分析。结果表明: 香港秀茂坪边坡采用本文方法确定的边坡潜在滑裂面倾角与实际滑坡倾角基本一致。实际工程应用中, 采用Slide软件中布谷鸟搜索法和模拟退火法两种搜索方法得到的滑裂面倾角分别为38.0°和37.0°, 本解析法所得倾角为34.8°; 选用Janbu法、Morgenstern-Price法和Sarma法分别计算对应的稳定系数, 结果均为1.04左右, 本文所得稳定系数为1.15, 可见本文方法所得结果基本准确。通过参数敏感性分析发现, 随着黏聚力的增加, 边坡滑裂面倾角越来越小, 稳定系数也随之增加; 而当内摩擦角增大时, 边坡滑裂面倾角和稳定系数也随之增大。
冻土地基中锥管板条装配式基础抗拔承载性能试验研究
张学礼, 崔强, 张树林
2022, 41(2): 335-342. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2022.0050
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摘要:
为了分析冻土地基中输电线路基础发生冻拔破坏的科学问题, 以锥管板条装配式基础为研究对象, 采用室内模型试验测试及分析的研究方法, 开展了不同环境温度下, 冻土地基的冻结试验和基础的上拔加载试验, 分析了地基温度场、位移场的分布特征以及基础抗拔承载力与温度之间的关系, 揭示出上拔荷载作用下冻土地基的破坏模式。研究结果表明: 冻结试验中, 模型基础的冻拔位移均小于周围地基土体的冻胀位移, 基础对地基土体的冻胀存在反约束作用, 距离基础越近, 约束作用越明显; 不同冻结环境温度下基础的上拔加载试验中, 抗拔极限承载力均随环境温度的降低近似呈线性增大, 增加速率接近1.8 kN/℃; 在冻结与上拔力双重作用下, 地基土体首先出现局部张拉破坏, 随着上拔荷载的不断增加, 地基土体逐渐由局部张拉破坏过渡为整体剪切破坏。研究成果可为这种形式的基础在冻土地基中的应用提供理论依据和实践经验。

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