云南彝良麻窝滑坡失稳后的运动危险区预测研究

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滑坡是一种自然界中常见且具有严重影响的自然灾害,一旦发生变形破坏,造成的后果往往是灾难性的。而滑坡变形破坏后滑体的运动距离是直接反映其危险性的重要评估指标,是危险区划分的重要依据,也是开展滑坡地质灾害预测与防治工作的基础。因此对滑坡失稳后运动危险性进行预测有重要意义。本文以云南省彝良县麻窝滑坡为研究对象,以野外现场调查为基础,对该滑坡工程地质条件、变形破坏特征和形成机理进行了探讨。基于运动学和能量守恒定律建立了滑坡运动距离的计算模型,通过收集65例典型灾难降雨型滑坡数据,用MATLAB对该计算模型进行曲线拟合,采用BP神经网络模型技术对滑坡特征影响参数与滑动距离进行了非线性映射与预测。同时应用离心机和3DEC手段对麻窝滑坡的运动危险性进行了验证分析,取得以下主要结论成果:(1)通过现场调查以及滑坡工程地质条件,查明滑坡形态及规模特征、物质组成、结构特征和变形破坏特征,推断该滑坡属于软弱基座型蠕滑-拉裂破坏模式。(2)建立了基于能量守恒和运动学基本原理和滑坡失稳后的地形条件特点的滑动距离简化运动学模型,该模型考虑了滑坡自身因素和场地因素对滑坡滑动距离的影响,并给出了具体的计算公式和预测方法。同时收集已发生典型灾难性降雨型滑坡基本资料,采用MATLAB曲线拟合功能,给出了其修正方程。(3)以典型灾难性降雨型滑坡滑动距离为样本进行运动学公式预测的适用性检验,基于BP神经网络基本算法和原理,选取滑体前后缘高差、场地土体内摩擦角、场地地形因素、滑坡坡度等四个因素为输入模式,以经拟合的滑坡滑动距离计算值为输出模式,构建4-9-1三层BP人工神经网络模型,实现了滑坡参数与计算的滑坡滑动距离的非线性映射与预测。结果表明:BP神经网络模型检验值与目标值误差在0~8.9%范围内,且绝大多数数据的误差是在5%以内,误差值较小,说明运动学公式预测的适用性较好。(4)用拟合的运动学计算公式和BP神经网络模型预测两种方法对麻窝滑坡失稳后的运动距离进行理论计算。计算结果表明,拟合公式计算得出滑体在缓坡段的最终滑动距离为283.5m,BP神经网络计算结果为295.2m,误差率为4.12%。(5)采用离心机模型试验探讨滑坡在天然状态下变形破坏特征及拟合公式的适用性检验,试验考虑模型箱要求,降低了滑坡滑落高度。试验结果表明:滑坡模型的裂缝展布与原型一致,滑坡的变形破坏模式为牵引式软弱基座型蠕滑-拉裂破坏;在缓坡段滑坡运动最远距离0.41m,还原到实际滑动距离为82m,经拟合公式计算结果为77.87m,误差率为5.03%,表明该拟合公式适用性较好。(6)采用3DEC对麻窝滑坡运动危险性进行模拟。结果表明:滑体在滑坡横向上的位移(x方向)向左(面向坡外)为103.69m,向右(面向坡外)为64.6m。竖直方向(y方向)最大位移为342.51m,滑坡纵向(z方向)最大位移为345.03m。由此,可得到此麻窝滑坡变形破坏后的危害区域:滑体左侧(面向坡外)105m,滑体右侧65m,距滑坡纵向水平距离345m这一范围。
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