本书研究围绕国家防灾减灾的紧迫需求，拟重点回答和解决地质灾害“隐患点在哪里”和“什么时间可能发生”这两个关键问题。通过现场调查、无人机影像以及大量监测设备获取了丰富的黑方台滑坡基础资料，针对黄土滑坡的隐蔽性、突发性和成灾演化过程的复杂性，重点对黄土滑坡成灾模式、形成机理、早期识别、监测预警和危害范围预测方法展开系统的研究，逐渐形成黄土滑坡成因机理、早期识别与监测预警的理论认识和科学实践。本书有助于增进人们对黑方台黄土滑坡变形破坏机制、早期识别和监测预警方法的认识，有利于对已具有潜在隐患特征的斜坡体进行提前发现、持续监测和早期预警，为黄土滑坡防灾减灾和综合防控提供重要的理论依据。
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第一篇 黑方台黄土滑坡成灾模式与成因机理研究
第1章 黑方台地质环境概况 3
1.1 自然地理概况 3
1.1.1 黑方台位置 3
1.1.2 气象状况 6
1.2 工程地质条件 7
1.2.1 地层岩性 7
1.2.2 区域地质构造 10
1.2.3 地形地貌 11
1.2.4 水文地质条件 14
1.3 人类工程经济活动 16
1.3.1 农业灌溉 16
1.3.2 地质灾害防治工程 17
1.3.3 公路工程开挖 17
1.3.4 人为采砂 17
1.4 本章小结 18
第2章 黄土滑坡空间分布规律和发育特征 19
2.1 黄土滑坡类型与编录 19
2.2 黄土滑坡空间分布规律 22
2.3 黄土滑坡发育特征与成灾模式 23
2.3.1 黄土基岩型 24
2.3.2 滑移崩塌型 25
2.3.3 黄土泥流型 27
2.3.4 静态液化型 29
2.4 黄土滑坡致灾因素 31
2.4.1 地层岩性控制滑坡类型 31
2.4.2 地下水控制成灾模式 32
2.5 本章小结 34
第3章 灌溉引起地下水响应 36
3.1 高密度电阻率成像法基本原理 36
3.1.1 二维高密度电阻率成像法基本原理 36
3.1.2 三维高密度电阻率法基本原理 37
3.2 地下水分布调查方法 38
3.2.1 现场调查 38
3.2.2 高密度电阻率法的方法与流程 42
3.3 地下水位划定依据 43
3.3.1 实验室测定黄土质量含水率与电阻率关系特性 43
3.3.2 研究区黄土质量含水率与电阻率关系特性 45
3.3.3 钻孔水位标定 47
3.3.4 理论地质模型正反演分析 47
3.4 灌溉引起地下水位响应特征 48
3.4.1 黑台台塬地下水位分布 48
3.4.2 塬边黄土层地下水分布特征 50
3.4.3 灌溉引起土壤质量含水率和地下水位动态变化 54
3.5 地下水分布影响因素 58
3.5.1 地下水位与建筑物、果树的分布密切相关 58
3.5.2 地下水位分布与断层分布无关 60
3.6 本章小结 61
第4章 灌溉水入渗模式 62
4.1 优势通道流 62
4.1.1 现场灌溉试验方案 63
4.1.2 塬边区域裂缝和土洞是地表水入渗的优势通道 65
4.2 活塞流 67
4.2.1 现场入渗试验步骤及描述 68
4.2.2 现场试验结果分析 73
4.2.3 数值模拟分析 78
4.2.4 ERT监测结果与数值模拟对比分析 84
4.2.5 非饱和入渗影响因素 85
4.3 本章小结 86
第5章 灌溉对黄土物理化学性质的影响 87
5.1 地下水长期作用对黄土微结构的影响 88
5.2 地下水长期作用对黄土物理性质的影响 91
5.2.1 黏粒含量随浸水天数变化规律 91
5.2.2 Zeta电位随浸水天数变化规律 92
5.3 地下水长期作用对黄土化学性质的影响 94
5.3.1 黄土矿物成分随浸水天数变化规律 94
5.3.2 浸泡液离子浓度随浸水天数变化规律 96
5.4 本章小结 100
第6章 灌溉诱发黄土斜坡失稳机理 102
6.1 黄土软化的时效性 102
6.1.1 环剪试验 102
6.1.2 黄土强度随浸水天数变化规律 104
6.1.3 水土相互作用对黄土强度弱化的时效性分析 107
6.2 黄土中可溶盐含量对其强度的影响 108
6.2.1 “洗盐”前后黄土强度变化规律 109
6.2.2 可溶盐溶解对黄土强度的影响 110
6.3 黄土湿陷、溶滤(软化)变形 112
6.3.1 黄土变形曲线 112
6.3.2 固结压力对黄土湿陷系数、软化系数的影响 113
6.4 原状黄土的静态液化特性 115
6.4.1 黄土静态液化试验设计 115
6.4.2 试验结果与分析 119
6.5 黄土静态液化影响因素研究 123
6.5.1 黄土静态液化试验设计 123
6.5.2 试验结果与分析 128
6.6 基于常偏应力排水剪三轴试验的应变与孔压变化关系 145
6.6.1 试验方案 146
6.6.2 试验过程和分析 147
6.7 基于物理模拟实验的黄土滑坡机理研究 149
6.7.1 实验装置及模型设计 149
6.7.2 数据采集过程 150
6.7.3 实验过程和数据分析 150
6.8 本章小结 155
第二篇 黄土滑坡早期识别研究
第7章 黄土滑坡早期识别方法研究 159
7.1 早期识别方法的研究思路 159
7.1.1 我国常见地质灾害隐患点的特点 159
7.1.2 地质灾害隐患点识别与监测的国家需求 160
7.1.3 地质灾害隐患点识别方法技术体系 160
7.2 “地质判识”+“技术识别”相融合的识别方法体系 163
7.3 “天-空-地”一体化的重大地质灾害隐患识别的“三查”体系 164
7.3.1 基于光学遥感和InSAR的地质灾害隐患普查 164
7.3.2 基于机载LiDAR和无人机航拍的地质灾害隐患详查 170
7.3.3 基于地面调查和监测的地质灾害隐患核查 173
7.4 早期识别技术方法在其他地区应用 173
7.4.1 丹巴县城及周边 173
7.4.2 理县通化乡 175
7.4.3 青海拉西瓦果卜岸坡 177
7.4.4 三峡库区 177
7.5 多源空间信息技术融合方法在黑方台示范 177
7.6 本章小结 179
第8章 黄土滑坡识别图谱研究 180
8.1 黄土滑坡识别图谱编制方法 180
8.1.1 黄土滑坡变形时间曲线 181
8.1.2 黄土滑坡演化基本规律和破坏运动过程 183
8.1.3 黄土滑坡识别图谱编制思路 184
8.1.4 滑坡识别图谱包括内容和识别指标 184
8.2 各类黄土滑坡识别图谱研究 185
8.2.1 黄土崩塌 185
8.2.2 黄土内滑坡 190
8.2.3 黄土基岩接触面滑坡 193
8.2.4 黄土基岩滑坡 194
8.3 本章小节 196
第9章 基于光学遥感和InSAR的黄土滑坡潜在隐患普查 197
9.1 黄土滑坡时空演化特征 198
9.1.1 党川段黄土滑坡时空演化特征 199
9.1.2 陈家沟黄土滑坡时空演化特征 202
9.1.3 焦家段黄土滑坡时空演化特征 204
9.1.4 焦家崖段黄土滑坡时空演化特征 205
9.2 黄土滑坡时空演化规律 207
9.3 基于光学遥感的黄土滑坡潜在隐患普查 210
9.3.1 塬边“沟壑区” 210
9.3.2 滑坡“空区” 211
9.4 基于InSAR的黄土滑坡潜在隐患普查 215
9.4.1 时序InSAR分析技术 215
9.4.2 实验数据 216
9.4.3 黑方台地区多时相滑坡识别结果 218
9.4.4 InSAR滑坡识别结果验证 220
9.5 本章小结 226
第10章 基于无人机低空摄影测量技术的黄土滑坡潜在隐患详查 228
10.1 无人机低空摄影测量原理与数据获取方法 228
10.1.1 无人机低空摄影测量原理 228
10.1.2 无人机低空摄影测量系统 229
10.1.3 数据获取流程与方法 230
10.1.4 滑坡变形识别方法 237
10.2 无人机低空摄影测量结果精度分析 241
10.3 基于无人机低空摄影测量的滑坡特征分析 244
10.3.1 滑坡运动过程重建 244
10.3.2 滑坡体积精细测绘 246
10.4 基于无人机低空摄影测量的黄土滑坡潜在隐患详查 249
10.4.1 裂缝时空演化规律 249
10.4.2 斜坡体微变形 252
10.5 本章小结 256
第11章 黄土滑坡形成和发生条件 258
11.1 裂缝分布与滑坡发育空间配套关系 259
11.1.1 裂缝发育规律 259
11.1.2 裂缝形成机理 262
11.1.3 裂缝分布演化与滑坡发育空间配套关系 263
11.2 地下水富集和壅高地段 265
11.2.1 模式一：先期滑坡覆盖和黄土水力梯度作用 265
11.2.2 模式二：降雨作用 269
11.3 黄土斜坡临界水位 270
11.3.1 地下水对不同类型滑坡的影响 270
11.3.2 基于临界水位早期识别方法 275
11.3.3 地下水位与坡体稳定性关系分析 276
11.3.4 基于临界水位的黄土滑坡潜在隐患早期识别 277
11.4 黄土斜坡竖向临界变形量 279
11.4.1 竖向临界变形量识别理论基础 279
11.4.2 基于临界竖向变形量的早期识别方法 280
11.4.3 临界竖向变形量预警实例 283
11.5 基于地表活动的黄土滑坡潜在隐患综合识别方法 284
11.5.1 黄土基岩型地表活动早期识别 284
11.5.2 滑移崩塌型地表活动早期识别 284
11.5.3 黄土泥流型地表活动早期识别 285
11.5.4 静态液化型地表活动早期识别 286
11.6 本章小结 288
第三篇 黄土滑坡监测预警理论方法与示范
第12章 黄土滑坡监测技术方法研究 291
12.1 黄土滑坡监测预警基本流程 292
12.2 黄土滑坡监测位置选择 294
12.3 监测方法和设备布设 296
12.3.1 监测方法和设备选用 296
12.3.2 监测仪器布设 299
12.4 本章小结 301
第13章 黄土滑坡监测预警理论方法 302
13.1 基于WebGIS的黑方台黄土滑坡信息管理系统 302
13.2 监测数据处理与分析 303
13.2.1 移动平均法 303
13.2.2 最小二乘法 306
13.3 早期预警判据 307
13.3.1 变形速率阈值的确定 308
13.3.2 基于过程预警的判据 311
13.3 预警信息发布 312
13.4 早期预警成功示范 314
13.4.1 黑方台地区成功预警的滑坡 314
13.4.2 典型滑坡成功预警的实现过程：CJ6#滑坡 315
13.4.3 典型滑坡成功预警的实现过程：DC4#滑坡 317
13.5 本章小结 319
第14章 黄土滑坡短期临滑预报方法研究 321
14.1 基于速度倒数法模型短期时间预报方法 321
14.1.1 速度倒数法模型在变形曲线上的应用 321
14.1.2 基于速率倒数法模型的短期预报方法 323
14.2 基于斋藤模型的滑坡临滑时间预报方法改进及应用 326
14.2.1 滑坡临滑时间预报方法的改进 326
14.2.2 临滑时间预报方法应用实例 331
14.3 本章小结 334
第四篇 黄土滑坡危害范围预测预报研究
第15章 基于数据挖掘方法的黄土滑坡危害范围预测预报 337
15.1 滑坡空间危险范围预测预报模型 337
15.1.1 多机器算法模型预测滑动距离 337
15.1.2 K-S检验与VaR(TVaR)计算滑坡危险范围 339
15.2 地貌数据获取方法简介 340
15.3 危险范围模型结果及分析 341
15.3.1 滑距预测模型结果 341
15.3.2 滑距危险范围计算结果 343
15.4 本章小结 345
第16章 基于数值模拟的黄土滑坡危害范围预测预报 346
16.1 离散元数值计算方法 346
16.1.1 地形数据的获取 347
16.1.2 滑体及滑床的三维构建 347
16.1.3 任意几何形状的颗粒快速填充及平衡 348
16.1.4 参数范围的确定 350
16.2 基于神经网络的离散元细观参数反演 355
16.2.1 正交试验设计 355
16.2.2 神经网络介绍 362
16.2.3 神经网络模型建立及训练 364
16.2.4 模型结果 365
16.3 黑方台黄土滑坡滑距预测研究 368
16.3.1 潜在滑面搜索 368
16.3.2 滑体模型构建 376
16.3.3 滑坡滑距 379
16.4 本章小结 381
参考文献 382
附录 393
利用TensorFlow实现神经网络构建及训练过程的代码 393
京公网安备 11010102004214号