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当下,大语言模型技术迭代速度极快,正加速融入地质灾害防治领域。它不断拓展应用场景,突破了以往在数据分析和复杂建模能力上的局限,革新了传统研究范式。为进一步推动大语言模型等AI技术在地质灾害智慧防治方面取得新突破,文章全面梳理了大语言模型技术的演进特点,以及在多个领域的应用情况。首先,论述了小样本学习、多模态数据融合、模型轻量化与迁移应用,以及专家知识嵌入与人机协同等关键技术及其应用于地质灾害隐患智慧识别的主要思路与研发重点方向。在此基础上还提出基于“应用场景、关键问题、作用机制、数据模态、样本特征、模型研发、专家知识、人机协同”等核心要素的“AI+地质灾害”研究框架、技术思路与典型应用场景,凸显出AI技术在地质灾害领域中处理多维多尺度非线性复杂关系建模时的重要价值。通过以上分析,以促进大语言模型等AI技术从数据、模型、知识等更深层次,在更多场景中融入地质灾害防治工作,更好地借助AI技术,推动我国防灾减灾工作朝着精准化、智能化方向发展。
文章对广东梅大(梅州—大埔)高速公路路基边坡失稳和滑坡的成因机制进行了初步研究和分析,基于香港路基边坡失稳滑坡调查研究资料、成果和现场勘察获得了失稳路基边坡附近完全风化花岗岩土的颗粒分布和液限塑限含水率,定量计算、分析了该段路基边坡稳定性。通过Google地形图分析了失稳路基边坡附近的几个可能汇水区域和汇水量,对该路基边坡失稳与滑流的成因机制进行了分析。研究认为山坡公路建设需要开挖削坡和填土,可完全改变自然山坡汇水流域;公路可成为瞬态河流,将大量雨水跨流域调流到其他公路边坡或山坡,导致边坡失稳和滑坡,形成公路坍塌丢失。这种路基边坡失稳模式亟待深入研究并加强防范。
海底滑坡会对海上风电、海底光缆、海洋平台等基础设施造成严重破坏,给“建设海洋强国”重大战略和保障海洋工程地质安全带来了严峻挑战。文章系统回顾了海底滑坡浊流地质灾害的研究历程,总结了国内外关于海底滑坡浊流链动特征、动力侵蚀类型、触发-演化-运移-侵蚀沉积机制、侵蚀理论模型及其对海底隆起、峡谷、盆地等复杂地貌的影响,提出了定量、多相、全过程、侵蚀-流态转化耦合的海底滑坡浊流动力侵蚀研究思路。最后,针对海上风电、海洋资源开发、海洋交通运输、海洋工程装备等重大工程的规划建设,展望了海底滑坡浊流基底易蚀结构地质模型和判识技术、滑坡-碎屑流-浊流灾害链复合、叠合及异构等全过程动力侵蚀力学模型及边界层动力侵蚀防控理论技术问题的研究方向。
大吕-白张地裂缝位于山西省运城盆地东南部,已破坏大量沿线的房屋、道路和农田,造成了巨大的经济损失。为探明其基本特征及成因,利用野外实地调查和槽探,基于钻探、地球物理勘探详细地描述了地裂缝的基本特征,包括平面、剖面、近地表和深部4个方面;基于区域应力基底构造分析、断裂构造条件分析和In SAR沉降监测,从孕育环境、断裂控制和抽水诱发等方面分析了地裂缝的成因机理。调查结果显示大吕-白张地裂缝位于中条山断裂和鸣条岗东侧断裂上盘,穿越8个村庄,断续延伸9. 2 km,整体走向NE45°,倾角为70°~85°。地裂缝上宽下窄,两侧地层被不同程度的错断,位错量随着深度的增加而增加,表现出同沉积断层的性质。地裂缝以垂直位错为主,兼具水平拉张,且具有沿走向的活动差异性。大吕-白张地裂缝是在多种因素共同作用下形成的,区域拉张和基底伸展导致基底破裂,为地裂缝的孕育创造了条件;构造断裂控制地裂缝的发育和活动;抽水诱发地裂缝并导致其出露地表;地表水潜蚀扩大地裂缝的活动规模并最终形成现今地裂缝。本文不仅对于运城盆地的防灾减灾具有重大意义,可为该地区的经济建设提供理论支撑。
色东普沟位于西藏雅鲁藏布大峡谷,是特大堵江链式灾害的频发区,严重威胁着边疆建设的地质安全。文章主要针对2024年4月15日和5月14日两次堵江灾害事件开展详细研究,全面分析了灾害形成过程、主要成因和发展趋势。通过水位监测、地震动监测、直升机调查、高原无人机航测等方法,识别和分析了两次堵江灾害的形成发展过程,发现灾害运动时间可达8 min,堵江成坝时间大于10 h,第二次灾害相对更为严重,形成的堰塞湖未完全溃决,严重加剧了雅鲁藏布江干流河道的淤堵。从地形和地质条件、地震因素、气候因素等方面对灾害成因进行了分析,发现色东普沟地形高差大、岩体结构破碎、沟道内巨厚层松散堆积体物源丰富,为灾害形成提供了有利条件,而春夏交替过程中的气温上升导致冰川消融加快和水动力作用增强,触发了堵江灾害链的发生。通过综合遥感数据解译,发现色东普沟已进入堵江灾害链活跃期,2018年特大堵江灾害造成了雅鲁藏布江河流地貌发生巨大改变,而之后至今的大规模堵江事件导致河道淤积更加严重,形成巨型堰塞坝体的风险不断增大。最后,文章针对色东普沟高位远程灾害堵江溃决、监测预警、减灾措施等方面提出了建议。
矿区地面塌陷地质灾害对道路、管道等基础设施及居民生命财产和矿区安全生产具有重要的影响。湖北应城石膏矿距今有近400年的开采历史,长期地下开采形成了较大范围的采空区和地面塌陷。在系统收集矿区前期资料和补充调(勘)查的基础上,采取多因子综合分析和地质分析法,分析了地面塌陷类型及发育分布规律,基于“三带”理论,对老窿型和采空型地面塌陷的成因机制进行了分析。研究表明,应城石膏矿地面塌陷主要为小-中型,地面塌陷分为采空型和老窿型。采空型地面塌陷主要包含矿柱破坏型和弯曲沉降型两类,矿柱破坏型主要为房柱法开采导致矿柱和顶板的破坏垮落,弯曲沉降型主要为长壁式充填法开采充填率不足导致顶板垮落。采空型地面塌陷的主要控制因素为采空区充填情况和采深采厚比,当采深采厚比小于60时,地表多发育塌陷现象,而随着采深采厚比的增大,采空区地面塌陷逐渐减少;老窿型地面塌陷变形程度取决于老窿是否与规模化采空区连通及是否充水。研究成果对石膏矿风险管理、安全评估、监测预警体系构建等具有指导意义。
“5•12”汶川特大地震后,震区山体表面产生大量碎屑物,植被遭到严重破坏,为泥石流暴发提供了极为丰富的物质来源,大大增加了泥石流的危险性。多年来,研究人员针对震后泥石流危险性的评估主要考虑植被恢复情况,较少考虑泥石流沟道存在大量的动储量物质对危险性评估的重要影响。为此,基于现场勘察资料,以汶川县七盘沟为研究对象,采用多源多尺度监测手段(Landsat系列、Quick-bird与无人机)对震前震后坡面物源与沟道物源进行分析统计,综合利用博弈论组合赋权结合云模型构建泥石流危险性动态评价模型,对2005—2019年泥石流暴发的危险性进行评价。结果表明:震后坡面物源是震前的7.7倍,到2019年坡面物源已基本恢复至震前水平。经相关资料记载震后泥石流暴发冲出量及清淤工程量进行统计估算可知,到2019年泥石流动态物源减少约7.813×106 m3。相对比只考虑坡面物源,分别考虑坡面和沟道物源对危险性评价所取得的结果,更切合现实。所得结果对在日益增加的高烈度山区开展重要工程所遭受的单沟泥石流危险性动态评价提供参考与借鉴作用,有效保护人民的生命和财产安全。
堰塞湖溃决具有突发性、冲击力大、影响范围广等特点,严重威胁下游群众生命财产安全,快速评估堰塞湖溃决可能造成的生命损失,对应急决策、应急疏散等应急响应工作具有重要的指导意义。为达到及时、快速和准确评估的目的,文章构建了一套基于简化参数的堰塞湖溃决生命损失快速评估方法体系,分别从堰塞坝稳定性、溃决洪水峰值流量、溃决洪水演进、洪水生命损失4个模块进行分析和计算,并利用白格滑坡堰塞湖溃决事件进行验证,准确率达到65%。在此基础上,选取岷江流域堵江风险较高的石坪滑坡为预测分析对象,通过文章提出的方法体系评估了堰塞坝的稳定性,计算了全溃条件下的洪水峰值流量及其洪水演进,划定了洪水风险对汶川县城威州镇造成的影响范围,预测了洪水可能造成的失踪人口或死亡人口。案例计算结果显示,在部分报警情况下,石坪滑坡堰塞湖溃决将造成威州镇人口损失约753 人,需加强监测预警、应急预案和应急疏散演练等防灾减灾备灾工作降低灾害风险。通过堰塞湖溃决生命损失快速评估方法体系的建立,可以为堰塞湖灾害的防灾减灾规划和应急处置与决策提供依据。
线状工程地质灾害预防应对工作要考虑工程全寿命周期的安全问题,具体划分为规划选线、设计施工和工程运营三个阶段分别考量并制定针对性对策。规划选线阶段主要是规避地质灾害风险,设计施工阶段主要是采取工程措施预防可能遭遇或引发的地质灾害,工程运营阶段主要是监测预警和高效处置可能发生或正在发生的地质灾害。
秦巴山区堆积层滑坡具有数量多、分布广、密度大和频次高的特点,常造成十分严重的灾害。文章以秦巴山区小岭镇岭丰村三组矿洞滑坡碎石土为研究对象,通过室内大型直剪试验对研究区碎石土进行了深入研究,探讨了不同含水率、不同干密度和不同法向应力下碎石土抗剪强度的变化规律,并基于室内试验成果采用Midas GTS NT有限元数值模拟软件对该滑坡发生前的边坡进行计算分析,模拟分析了该边坡在开挖后及开挖与降雨耦合两种工况下应力、位移和稳定性的变化情况,最后以此为依据总结了典型开挖诱发型堆积层滑坡的发生机理。通过数值模拟计算发现:人类工程活动即开挖坡脚和该地区出现的强降雨是导致滑坡的主要诱发因素;秦巴山区典型开挖诱发型滑坡的变形模式可被归纳为:牵引-蠕滑式。研究成果可为秦巴山区堆积层滑坡的防治提供一定参考。
林芝地区地形复杂,断层活动强烈,水系分布广泛,气候条件多变,地质灾害频发,对整个林芝地区经济发展和工程建设的影响日趋显著。其中,滑坡、崩塌、泥石流是林芝地区最常见的几种地质灾害,为了定量分析林芝地区内灾害对影响因子敏感性,文章基于GIS与确定性系数分析法,选取了高程、坡向、地形起伏度、地形湿度指数等10个因子开展对崩滑流灾害敏感性分析。分析结果表明:(1)林芝地区崩滑流灾害影响因子敏感性区间为:高程在0.82~3.79 km,坡向为东向、东北向、南向、西向,地形起伏度在0~24 m/km2,距水系距离0~3 km,归一化植被指数0.47~0.81,距道路距离0~1.5 km,距活动断裂带距离0~3 km,多年平均降雨量61.38~175.37 mm,多年平均气温4.02~17.22 °C,灾害与影响因子之间表现出良好的相关性。(2)影响因子间敏感性大小:多年平均气温>距水系距离>高程>地形起伏度>距道路距离>归一化植被指数>多年平均降雨量>地形湿度指数>距活动断裂带距离>坡向。研究结果对林芝地区工程建设与防灾减灾工作提供参考。
随着全球气候变暖,冰雪融化速率加剧,雪崩灾害事件频发,严重威胁高寒山区的人民生命财产和交通廊道安全。以雅鲁藏布江下游多雄河流域为研究对象,基于遥感解译和野外调查,识别并验证了70个雪崩点,运用皮尔逊相关系数进行共线性分析,综合选取了高程、坡度、坡向、坡面曲率、地表切割深度、地表覆盖类型、植被覆盖度、地形湿度指数、年平均最低气温、归一化差雪指数等10个评价因子构建雪崩易发性评价体系,通过ArcGIS平台使用信息量模型进行雪崩易发性分区,将研究区分为低易发、中易发、高易发区三类,并采用ROC曲线进行了精度检验。结果表明:雪崩易发性评价模型AUC值为0.835,具有较好的预测精度;低易发、中易发、高易发区面积分别为60.61 km2、74.33 km2、96.91 km2,分别占研究区总面积的26.14%、32.06%、41.80%,其中高易发区主要分布在中高及高海拔地区,以多雄拉山、拉格最为典型。最后依据主-被动防御措施相结合提出空−天−地一体化监测预警技术和相应建筑结构。该研究可为多雄河流域防灾减灾提供技术支撑和科学参考。
黄土地区地貌形态复杂,地震频发,地震滑坡灾害严重。黄土地震滑坡受多种因素影响,包括黄土边坡地形地貌、地层岩性、动力响应,黄土强度和动力特性,水文地质条件等。目前,黄土地震滑坡研究主要采用室内试验、物理与数值模型试验、野外调研、遥感与监测等手段,研究内容包括黄土地震滑坡成因机理、发育特征与分布、滑坡动力响应和稳定性等方面。文章阐述了黄土地震滑坡国内外研究现状,介绍了一种考虑地震波动特性的拟动力评价方法,并对基于拟动力法开展黄土地震滑坡研究进行了展望。通过分析黄土地震滑坡力学成因机制、研究黄土滑坡地震液化现象、讨论黄土地震滑坡失稳特征,提出能够精确评价黄土地震滑坡稳定性的计算方法,可以为黄土地区防震减灾提供理论依据,也是今后研究的重点。
黄河上游地区位于构造活动剧烈的青藏高原东北缘,其复杂的地质条件孕育了大量的滑坡、崩塌等地质灾害。文章以青海省贵德县尕让乡江拉新村北席芨滩巨型滑坡前缘次级滑坡为研究对象,采用无人机航测、InSAR地表位移监测、现场调查和室内力学试验等手段,详细分析了滑坡的地质背景、发育特征和复活机制。现场调查发现:滑坡区岩体结构破碎疏松,主要出露地层岩性为新近系泥岩和全新统坡积物;次级滑坡后缘发育多条大型裂缝和张拉带,地表变形明显,处于蠕滑变形阶段;密集发育的结构面对次级滑坡的复活起到控制作用,集中降雨导致的泥岩软化是诱发滑坡复活的关键因素,二者的互馈作用会持续降低滑坡区岩体的完整度和强度,导致次级滑坡的变形复活。研究结果可为黄河上游地区防灾减灾工作提供理论基础。
在全球范围内,高位远程地质灾害造成了多起群死群伤事件和特大经济损失,是特大型地质灾害防灾减灾科技攻关的难点。文章系统回顾了高位远程地质灾害的研究历程,认为常规的“高速远程滑坡”研究难以适应高山、极高山区复合型地质灾害防灾减灾的要求,提出了从高位失稳、远程成灾和风险防控全链条的高位远程地质灾害研究思路,探讨了高位崩滑启动源区的易灾地质结构特征和早期识别技术、高速碎屑流远程链动机理和边界层效应以及风险评估和防灾减灾问题。通过对青藏高原高山、极高山区的高位远程地质灾害研究,揭示了高位滑坡碎屑流势流体链动传递机理,以及紊流体和犁切体的边界层效应,提出可以通过改造高势能碎屑流体的边界层底坡、增大湍流边界层内湍动能的生成与组合障桩前死区范围的消能降险方法。最后,针对铁路、公路、水电工程、边疆城镇和国防建设的发展,讨论了复合型高位远程滑坡灾害的防灾减灾将面临的新挑战,提出了易灾地质结构孕灾机理、高位远程链灾动力过程和风险防控理论与技术等3方面亟待加强的研究方向。
研究古滑坡中堆积层的强度特性是进行滑坡稳定性验算及其防治的重要环节,为合理确定古滑坡堆积层稳定性分析中的强度参数,依托甘肃舟曲江顶崖古滑坡治理工程,以滑体土(碎石土)、滑带土(含砾黏土)为研究对象,分别取2个典型地段采用平推法进行现场大型剪切试验。将试验结果与基于工程类比法的力学参数建议值进行了对比分析,结果发现:(1)滑带土剪切应变较小时,剪应力-剪切位移关系曲线有交叉现象,土样的剪应力随正应力与剪应变的增大呈现递增;(2)滑体土正应力越大,应变软化表现得越明显;(3)滑坡土的残余强度较峰值强度有一定衰减,但主要表现为黏聚力的减弱,其内摩擦角几乎没有变化,是因为在滑体土发生剪切后,滑带土中的胶结物被破坏,胶结作用减弱;泄流坡滑体土的天然残余强度参数内摩擦角在18.2°到24.6°之间,黏聚力在10.2 kPa到12.4 kPa之间,滑体土的残余强度参数与工程类比值得到的参数更加接近;(4)舟曲江顶崖堆积层滑坡滑带土和滑体土的岩体力学参数建议值:滑带土黏聚力7.0~14.8 kPa,内摩擦角15.0°~17.5°;滑体土黏聚力15.8~30.9 kPa,内摩擦角23.9°~24.4°。
目前在地质灾害监测领域,监测预警信息的发布主要基于各类监测设备的阈值设定。阈值是根据经验或专家估计设定,不仅对地质灾害不同类型、不同环境缺乏针对性,而且设定后较长时间不变,或根据经验略微浮动,缺少数据样本分析的科学性。另外监测设备容易受到卫星信号等环境因素影响,因此在实际运行中可能会出现误报、漏报的情况。为了解决上述问题,文中提出了一种预警阈值自学习自修正从而进行动态调整的方法,引入了两种可变阈值,并提出了一种基于优先级和门以及半马尔可夫过程 VTAS的性能指标优化新方法。半马尔可夫过程的应用使该方法能够考虑具有非高斯分布的工业测量。此外,文中还提出了一种基于遗传算法的优化设计过程,用于优化参数设置,提高性能指标。通过数值仿真以及与以往研究的比较,说明了该方法的有效性。将该方法在实测点位上进行应用,根据结果可知,相比于使用固定阈值,该方法能有效地减少系统误报、漏报,提高地质灾害预警的准确性,从而更好地保护人民生命财产安全。
藏东南地区地质环境复杂、灾害频发,滑坡给区内工程建设和人财安全造成较大威胁。为选出藏东南地区区域滑坡预测精度较高的模型,文章通过实地调研修正滑坡点数据,结合地形地貌因子、地质因子、地表覆盖因子和诱发因子并通过主成分分析法进行因子筛选,采用频率比模型、BP神经网络模型以及两种模型耦合来进行藏东南地区区域滑坡预测,最后用ROC曲线来检验模型精度。结果表明:经过因子筛选后的频率比模型对藏东南地区预测精度最高(AUC=0.889),通过主成分分析剔除因子的模型精度高于未剔除因子模型精度且藏东南地区滑坡主要沿水系分布,多分布在雅鲁藏布江、达曲、藏曲、怒江、澜沧江、伟曲、詹曲和扎曲两侧。利用所得模型对研究区灾害进行预测,得出滑坡点均处于高易发区及易发区内,研究得出的模型可为藏东南地区工程建设提供技术参考。
极端降雨常伴随群发性地质灾害发生,严重危害易发区人民群众生命财产安全,影响经济社会健康发展。总结分析极端降水灾害时空分布特点及预警成效,对于提高地质灾害综合防御能力具有重要意义。以2023年“23•7”强降水引发的突发地质灾害为研究对象,以“北京市突发地质灾害监测预警系统”精细化降水数据为基础,分析了“23•7”强降水时空分布特性和地质灾害发育分布特征,剖析了地质灾害预警成效,结果表明:“23•7”强降水具有总量大、雨强大、历时长、范围广等特点,极端降水灾害具有群发性,地质灾害分级分类多维度预警成效显著,实现了极端天气条件下因地质灾害零伤亡的目标。研究成果可为积极防范和科学应对极端降水地质灾害提供参考。
黑西洛沟位于四川省甘洛县苏雄镇,该沟于2020年8月31日上午8时暴发特大型泥石流灾害,对当地居民、成昆铁路桥梁及基础设施等造成了极大的损失。为研究黑西洛沟泥石流的活动特征与动力特征,综合利用野外实地调查、现场观测及研究区高精度DEM数据等,并利用Massflow软件对该次泥石流进行模拟验证,模拟反演黑西洛沟泥石流的动力演化过程,定量评价“8•31”泥石流动力特征。研究表明:“8•31”泥石流主要经历了“降雨汇流—下切侧蚀—一级平台淤积分选—平台后下切侵蚀—二级平台进一步淤积分选—平台后进一步下切侧蚀—岸坡崩滑堵溃—堵河形成堰塞湖、溃决泄流”等“滚雪球式”的循环加剧过程。基于Massflow的泥石流动力过程分析,模拟各沟段的洪峰流量、流速、流深、侵蚀沉积深度等均与实测数据相匹配,证实了该方法的可靠性。通过该手段,可更加直观地分析泥石流的动力特征,为后续的防灾减灾工作提供理论依据。
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