本文關(guān)鍵詞：三峽庫區(qū)蓄水過程中滑坡變形規(guī)律研究

  更多相關(guān)文章： 三峽庫區(qū) 數(shù)據(jù)挖掘 滑坡 土地利用 變形規(guī)律

【摘要】：三峽庫區(qū)因其復(fù)雜的自然、地質(zhì)條件,歷來是地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)區(qū)。自2010年9月175m試驗性蓄水后,三峽水庫經(jīng)歷了5年的高水位蓄水,庫水維持在145m至175m之間波動,高水位差的庫水位周期波動加劇了水的軟化和庫岸再造作用,誘發(fā)新生型滑坡及古滑坡復(fù)活。如2003年發(fā)生的千將坪滑坡、2009年初涼水井滑坡險情等。同時,三峽庫區(qū)在移民遷建過程中,進行了大規(guī)模的開挖、搬運、加載等人類工程活動,對庫區(qū)斜坡穩(wěn)定性構(gòu)成了較大影響。如1993年云陽新縣城建設(shè)過程中因違規(guī)增加斜坡荷載,造成滑坡發(fā)生。1995年巴東縣城在遷建過程中,觸發(fā)古滑坡復(fù)活。人類工程活動規(guī)模和強度的不斷擴大,已經(jīng)成為該區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的重要誘發(fā)因素之一。因此,研究三峽庫區(qū)滑坡監(jiān)測預(yù)警與評估技術(shù),挖掘地層巖組、地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌、水文條件等控制因素下滑坡的空間分布規(guī)律,并在此基礎(chǔ)上研究蓄水過程中降雨、庫水位波動及人類工程活動等典型誘發(fā)因素作用下的滑坡變形演化規(guī)律,進而實現(xiàn)滑坡變形的預(yù)測分析,是保障水庫正常運營及防災(zāi)減災(zāi)的迫切需求。論文以滑坡預(yù)測預(yù)報理論為基礎(chǔ),以3S及數(shù)據(jù)挖掘方法為主要技術(shù)手段,選取三峽庫區(qū)秭歸至巴東為研究區(qū),在地形、地質(zhì)及滑坡等數(shù)據(jù)資料收集與整理的基礎(chǔ)上,從滑坡空間發(fā)育規(guī)律和典型專業(yè)監(jiān)測滑坡變形規(guī)律分析入手,研究三峽庫區(qū)從蓄水前1993年,到2003年135m蓄水、2006年156m蓄水及2008年、2010年完成175m試驗性蓄水后整個蓄水過程中的滑坡誘發(fā)因素變化特征,包括土地利用、庫水位及降雨的變化,探索各誘發(fā)因素影響下不同類型滑坡變形規(guī)律,最終實現(xiàn)滑坡變形趨勢的預(yù)測分析。論文的主要研究內(nèi)容及成果如下：(1)分析了研究區(qū)滑坡空間分布及規(guī)模特征。通過分析該區(qū)275個已有編目滑坡的空間分布及規(guī)模特征,包括滑坡名稱、面積、體積、前緣高程、后緣高程、滑坡物質(zhì)組成及滑坡穩(wěn)定性現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢等,發(fā)現(xiàn)研究區(qū)土質(zhì)滑坡主要發(fā)育中型滑坡,而巖質(zhì)滑坡則主要發(fā)育中大型滑坡,滑坡發(fā)育具有區(qū)域性和集群性特點,且不同類型滑坡發(fā)育規(guī)模具有不均勻性及集聚性。(2)歸納了研究區(qū)不同類型滑坡空間發(fā)育規(guī)律。采用決策樹算法對研究區(qū)滑坡發(fā)育規(guī)律進行挖掘,結(jié)果顯示研究區(qū)土質(zhì)/巖質(zhì)滑坡發(fā)育主要受基礎(chǔ)地質(zhì)條件控制,包括地層巖組、斷層距離及斜坡結(jié)構(gòu)。研究區(qū)土質(zhì)滑坡主要分布在碎屑巖巖類,高程在320m以內(nèi),主要坡向為西北坡,而巖質(zhì)滑坡主要分布在伏傾坡,高程280m-480m范圍內(nèi)。研究區(qū)土質(zhì)滑坡災(zāi)害主要為中型規(guī)模,且主要分布在距離水系較近、人類工程活動較大的范圍內(nèi),基礎(chǔ)地質(zhì)及水文條件控制是土質(zhì)滑坡發(fā)育規(guī)模的關(guān)鍵要素。巖質(zhì)滑坡主要為大型滑坡,與土質(zhì)滑坡相比,研究區(qū)巖質(zhì)滑坡發(fā)育規(guī)模受斜坡結(jié)構(gòu)、高程、坡度影響更大。(3)分析不同蓄水階段下研究區(qū)土地利用變化規(guī)律。利用研究區(qū)1993年(蓄水前)、2003年、2006年、2008年、2010年及2013年高、中分辨率衛(wèi)星影像與航拍數(shù)據(jù),綜合考慮光譜特征、紋理特征及NDVI、DEM坡度等因素,提取土地利用信息,分析研究區(qū)蓄水過程中的土地利用變化規(guī)律,探索土地利用變化對滑坡穩(wěn)定性的影響。根據(jù)土地利用變化面積圖分析,在三峽水庫蓄水前十年間,研究區(qū)土地利用變化主要集中于耕地、灌木草地以及林地之間的轉(zhuǎn)換,其中灌木草地轉(zhuǎn)換為耕地的面積最多。而蓄水后十年間,主要表現(xiàn)為耕地到灌木草地和水體的轉(zhuǎn)變,其次是林地轉(zhuǎn)換為灌木草地和耕地。(4)利用關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘土地利用變化對滑坡穩(wěn)定性的影響規(guī)律。分析發(fā)現(xiàn),1993-2003年期間,研究區(qū)土質(zhì)滑坡和巖質(zhì)滑坡均與土地利用為耕地-灌木草地、林地-耕地關(guān)聯(lián)性強,除此之外土質(zhì)滑坡還與耕地-水體關(guān)聯(lián)較強。表明研究區(qū)滑坡主要分布與耕地變化范圍內(nèi),即受人類活動影響較強。研究區(qū)欠穩(wěn)定滑坡與耕地不變、草地-耕地及耕地-草地關(guān)聯(lián)較強,表明該區(qū)滑坡穩(wěn)定性受人類工程活動影響大。而2003-2013年間,滑坡穩(wěn)定性除與耕地變化相關(guān),與水體的變化也關(guān)聯(lián)極大,表明蓄水期間研究區(qū)滑坡既受人類工程活動的影響,同時也受庫水位變化的影響。(5)采用關(guān)聯(lián)規(guī)則方法對研究區(qū)土質(zhì)滑坡(白家包滑坡和譚家灣滑坡)及巖質(zhì)滑坡(木魚包滑坡和大坪滑坡)變形趨勢的挖掘。通過對研究區(qū)典型土質(zhì)(白家包滑坡、譚家灣滑坡)和巖質(zhì)滑坡(木魚包滑坡、大坪滑坡)的變形規(guī)律挖掘,發(fā)現(xiàn)研究區(qū)土質(zhì)滑坡多受降雨及庫水位共同影響,尤其當(dāng)庫水位快速下降時,滑坡會發(fā)生快速變形。主要原因是研究區(qū)土質(zhì)滑坡滑體物質(zhì)多為滲透性較差的粘土、泥巖組成,當(dāng)庫水位快速下降時,地下水與庫水位形成正落差,動水壓力指向滑坡體外側(cè),不利于滑坡穩(wěn)定。而巖質(zhì)滑坡更主要受降雨的影響,庫水位的影響次之,主要原因是巖質(zhì)滑坡滑體物質(zhì)多為滲透性較好的砂巖組成,降雨快速入滲滑體之后,增加滑體自重,導(dǎo)致地下水位普遍抬升,形成孔隙滲透壓力,同時軟化滑帶土,使其抗剪強度降低,影響滑坡穩(wěn)定性。(6)開展了研究區(qū)專業(yè)監(jiān)測滑坡變形速率的冪律分布特征分析。對研究區(qū)四個典型滑坡的變形速率進行分析,發(fā)現(xiàn)滑坡變形速率在達到一定數(shù)值后,其變形速率大小與分布頻率呈線性關(guān)系,四個滑坡擬合的直線相關(guān)系數(shù)均在0.94以上,表明研究區(qū)滑坡變形速率與分布頻率之間存在冪律規(guī)則,證明滑坡在變形演化過程中表現(xiàn)出自組織臨界現(xiàn)象。(7)開展了基于粗糙集和粒子群優(yōu)化支持向量機的白水河滑坡變形預(yù)測。通過分析白水河滑坡變形特征,發(fā)現(xiàn)連續(xù)強降雨及庫水位下降是導(dǎo)致滑坡強烈變形的主要影響因素�；诮涤炅颗c庫水位等影響因素與滑坡變形特征的響應(yīng)關(guān)系,利用粗糙集理論對10個影響因子進行屬性約減,篩選出影響滑坡變形的核因子集,基于該因子集建立粒子群優(yōu)化支持向量回歸模型,對滑坡位移速率進行預(yù)測。經(jīng)驗證,測試樣本的預(yù)測平均絕對誤差及相對誤差分別為0.234mm/d和0.891%,預(yù)測結(jié)果與實測值變化趨勢基本一致。通過分析粗糙集挖掘出的滑坡變形規(guī)則,發(fā)現(xiàn)當(dāng){月平均降雨量小于10.598mm且連續(xù)最大降雨量小于36.9mm且?guī)焖黄骄陆邓俾市∮?.235m且當(dāng)月庫水位平均值小于146.59m}時,白水河滑坡處于勻速變形階段,而當(dāng){月平均降雨量大于10.598mm且連續(xù)最大降雨量大雨36.9mm且?guī)焖黄骄陆邓俾蚀笥?.235m}時,白水河滑坡處于加速變形階段。(8)開展了基于分類回歸樹的樹坪滑坡地下水位規(guī)律分析。通過分析樹坪滑坡地下水位變化與降雨及庫水位等因素的相互關(guān)系,發(fā)現(xiàn)樹坪滑坡地下水位對庫水位變化響應(yīng)關(guān)系顯著,地下水位與庫水位的波動趨勢基本一致,當(dāng)庫水位上漲時,地下水位相應(yīng)的抬升；當(dāng)庫水位下降時,則地下水位跟著相應(yīng)下降。相比庫水位對地下水位的影響,降雨對滑坡前部地下水位的影響相對較小。在此分析的基礎(chǔ)上,選取影響地下水位變化的因子集,基于該因子集構(gòu)建分類回歸樹模型,并對地下水位進行模擬。經(jīng)驗證,測試樣本的預(yù)測結(jié)果與實測值基本吻合,其平均絕對誤差和相對誤差分別為0.28m和1.15%。
【關(guān)鍵詞】：三峽庫區(qū) 數(shù)據(jù)挖掘 滑坡 土地利用 變形規(guī)律
【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：P642.22
【目錄】：

• 作者簡介6-8
• 摘要8-11
• ABSTRACT11-18
• 第一章 緒論18-29
• §1.1 研究意義18-20
• §1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及存在的問題20-26
• 1.2.1 滑坡發(fā)育規(guī)律研究21-22
• 1.2.2 降雨及庫水位對滑坡變形的影響研究22-23
• 1.2.3 土地利用變化及其對滑坡的影響研究23-25
• 1.2.4 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在滑坡變形分析中的應(yīng)用25-26
• §1.3 研究內(nèi)容及技術(shù)方法26-28
• 1.3.1 研究目標(biāo)及內(nèi)容26
• 1.3.2 研究思路及方法26-28
• §1.4 章節(jié)安排28
• 本章小結(jié)28-29
• 第二章 研究區(qū)概況29-36
• §2.1 地形地貌29-30
• §2.2 基礎(chǔ)地質(zhì)30-32
• 2.2.1 地層巖性30-31
• 2.2.2 地質(zhì)構(gòu)造31
• 2.2.3 水文地質(zhì)31-32
• §2.3 氣象降雨32
• §2.4 滑坡災(zāi)情32
• §2.5 三峽水庫蓄水過程及水位變化特征32-35
• 本章小結(jié)35-36
• 第三章 研究區(qū)滑坡發(fā)育規(guī)律分析36-54
• §3.1 滑坡空間分布特征36-40
• 3.1.1 滑坡分布密度分析37
• 3.1.2 滑坡規(guī)模分析37-39
• 3.1.3 滑坡前后緣高程分析39-40
• §3.2 不同類型滑坡空間發(fā)育規(guī)律挖掘40-52
• 3.2.1 因子提取及分析40-47
• 3.2.2 決策樹模型構(gòu)建47-48
• 3.2.3 滑坡發(fā)育規(guī)律分析48-52
• 本章小結(jié)52-54
• 第四章 土地利用變化對滑坡變形趨勢影響54-69
• §4.1 技術(shù)路線54-55
• §4.2 研究區(qū)巴東縣城土地利用變化及其對滑坡的影響55-58
• §4.3 研究區(qū)秭歸縣土地利用變化及分析58-65
• 4.3.1 數(shù)據(jù)獲取及數(shù)據(jù)預(yù)處理58-59
• 4.3.2 土地利用分類系統(tǒng)及解譯標(biāo)志59-60
• 4.3.3 影像分類及結(jié)果分析60-62
• 4.3.4 土地利用變化及分析62-65
• §4.4 土地利用變化對滑坡穩(wěn)定性影響挖掘65-68
• 4.4.1 關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘65
• 4.4.2 研究區(qū)滑坡穩(wěn)定性狀況65
• 4.4.3 滑坡穩(wěn)定性與土地利用變化關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘65-68
• 本章小結(jié)68-69
• 第五章 降雨及庫水位對滑坡變形的影響69-90
• §5.1 研究區(qū)蓄水前后降雨變化分析69-70
• §5.2 研究區(qū)專業(yè)監(jiān)測滑坡分布特征70-71
• 5.2.1 滑坡厚度分布特征70-71
• 5.2.2 滑坡平面形態(tài)分布特征71
• 5.2.3 滑坡剖面形態(tài)分布特征71
• §5.3 研究區(qū)典型滑坡變形規(guī)律挖掘71-88
• 5.3.1 滑坡概況72-76
• 5.3.2 滑坡變形特征分析76-81
• 5.3.3 滑坡變形速率冪律分布規(guī)則81-82
• 5.3.4 基于Apriori模型的滑坡變形規(guī)律挖掘82-88
• 本章小結(jié)88-90
• 第六章 典型滑坡變形預(yù)測90-106
• §6.1 白水河滑坡變形預(yù)測90-99
• 6.1.1 滑坡概況90-91
• 6.1.2 滑坡變形特征分析91-93
• 6.1.3 滑坡變形預(yù)測93-99
• §6.2 樹坪滑坡地下水位變化分析99-104
• 6.2.1 滑坡概況99-100
• 6.2.2 滑坡地下水位變化特征100-101
• 6.2.3 滑坡地下水位模擬101-104
• 本章小結(jié)104-106
• 第七章 結(jié)語106-110
• §7.1 研究成果及創(chuàng)新點106-109
• 7.1.1 研究成果106-108
• 7.1.2 創(chuàng)新點108-109
• §7.2 不足與展望109-110
• 致謝110-111
• 參考文獻111-118

【引證文獻】

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 朱大鵬;晏鄂川;何其多;;三峽庫區(qū)“浮托減重型”滑坡中地下水效應(yīng)及影響[A];第3屆全國工程安全與防護學(xué)術(shù)會議論文集[C];2012年

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本文編號：961656