秦巴山区滑坡成因机理与监测预警技术

秦巴山区是整个亚欧板块中地壳运动强烈且地质遗迹保存完整的地区之一 。 其特征表现为地形地貌起伏多变 , 区域地质构造错综复杂 , 岩石种类齐全 多样 , 形成了极为复杂的岩土体结构和斜坡类型 , 使其成为全国地质灾害的高发区, 长期制约着区内的工程建设 , 成为中国中西部地区南北交通的天然屏障 。

通过大量实地调查 , 秦巴山区地质灾害常以群发 、 突发 、 暴发的形式出现 , 还伴有灾种转化 以及链生成灾 的特点 , 由此导致了大量的人员伤亡和财产损失 。 据中国地质调查 局统计数据显示 , 秦巴山区长期位列全国地质灾害高发区 。 通过搜集秦巴山区地质灾害的相关数据统计可知 , 在 2001 ~ 2024 年间 , 仅在秦巴山区内的安康 、 汉中 、 商洛三市 , 对附近居民产生影响的地质灾害发生了 7000 余起 , 造成人员伤亡 800 余人 , 直接经济损失达 40 亿元 , 尤以 2010 年之前灾害较多 、 伤亡较重 , 可以说 , 秦巴山区是全国地质灾害受灾最严重的地区之一 。

长安大学秦巴山区地质灾害监测预警与防治研究团队自2006 年起, 立足于陕南秦巴山区, 开展了多项地质灾害调查、评估、勘查和治理项目, 标志着团队在秦巴山区地质环境与地质灾害的研究工作全面启动。2010 年以来, 团队在中国地质调查局、陕西省自然资源厅和国家自然科学基金委等单位的长期支持下, 开展了覆盖陕南秦巴山区多个区域和流域的地质环境与地质灾害全面调查, 并进行了多尺度、系统性的地质灾害成灾机理研究。经过二十年的持续努力, 团队在秦巴山区滑坡灾害成因机理与监测预警领域取得了一系列原创性学术成果, 并积累了丰富的工程实践经验, 同时培养了大批地质灾害调查评价、监测预警及防治方面的专业人才。在研究过程中, 团队与省内多家同行生产单位密切合作, 将研究成果转化为实践应用, 显著降低了工作区地质灾害的发生频率, 有效防范了地质灾害对区域工程建设和人民生活的影响, 为秦巴山区的安全发展提供了有力保障。

滑坡是秦巴山区主要的地质灾害类型 , 占所有灾害数量的比例高达 90%, 且具有显著的地域特征 。 针对秦巴山区滑坡灾害的特点 , 科研团队积极应对 地质构造复杂性、岩性及岩体结构多样性、斜坡变形破坏发展趋势的离散性、监测预警防控的滞后性 等 一系列 挑战 , 聚焦秦巴山区在地质灾害预测评价 、 监测预警以及防控治理等方面所面临的问题 , 创新性地采用 “ 斜坡 - 流域 - 区域 ” 递进式研究思路 , 并综合运用 “ 空 - 天 - 地 ” 多元融合的技术方法 , 从 “ 宏 - 细 - 微 ” 多尺度视角出发 , 对秦巴山区滑坡的 孕灾机制 与成灾机理展开全面 、 系统的研究 。研究成果解决了以下关键科学问题。

01

秦岭造山带滑坡内动力孕灾机制

查明了陕南秦巴山区地质灾害孕灾条件、孕灾特征及分布规律; 系统编制了基于大陆造山带理论的地质灾害孕灾背景图等系列图件; 研究了典型滑坡从区域地质环境条件到显微构造的动力演化过程, 揭示了秦岭造山带滑坡的内动力孕灾机制。

02

多因素耦合作用下滑坡的变形破坏机理

系统研究了长期重力作用下秦巴山区滑坡的时效变形机理、降雨条件下边坡浅表层失稳破坏的机理、人类工程活动对边坡失稳的影响机理。在此基础上, 进一步揭示了多因素耦合作用下软弱变质岩边坡的成灾机理, 并提出适用于秦巴山区滑坡灾害的失稳判据。

03

秦巴山区地质灾害监测预警及风险防控措施

充分融合气象、地质、探测、监测、机制模型等多源异构数据, 建立了有效的预测预警模型, 实现区域-流域-单体斜坡多尺度协同的地质灾害高精度预警, 开展地质灾害早期精准识别、风险定量评价以及科学合理的地质灾害防治工作。

秦巴山区滑坡成因机理与监测预警技术

范文等著 ． 北京 : 科学出版社 , 2024 . 12

ISBN 978-7-03-074852-2

《秦巴山区滑坡成因机理与监测预警技术》详尽地介绍了上述各项研究成果 ， 旨在系统 、 深入地向同行介绍秦巴山区的地质环境条件 、 地质灾害分布规律 、 成因机理 、 风险评价 、 监测预警与防控治理等内容 。 各章内容简介如下 :

▋第1章秦巴山区滑坡形成的地质背景

秦巴山区作为全国主要的地质灾害高发地区之一 , 有着复杂的地质背景 。 本章阐明了秦巴山区的地理位置及构造演化历史 , 详细介绍了秦巴山区 地质灾害孕灾条件 、 孕灾特征和 分 布规律 。 基于大陆造山带理论 , 系统地编制了陕南秦巴山区地质灾害 孕灾背景 图等系列图件 , 为研究和防治地质灾害提供了重要的基础地质依据 。

▋第2章秦巴山区斜坡类型及变形破坏模式

秦巴山区地质构造复杂 , 岩性 多样 , 斜坡类型具有显著的空间变异性 。 在外动力地质作用下 , 斜坡变形破坏模式呈现 “ 同型异滑 、 异型同滑 ” 的特征 。 本章基于岩石建造 、 岩组特征 、 岩体结构及工程地质性质 , 建立了斜坡结构类型划分方案 , 并系统总结了九种典型变形破坏模式 , 为区域斜坡稳定性评价提供了理论依据 。

▲ 岩质斜坡变形破坏模式

▋第3章典型地区滑坡发育特征及规律

选取位于北秦岭厚皮构造带的周至县 , 南秦岭薄皮逆 冲推覆 构造带的旬阳县 , 秦岭微板块南缘强构造带的紫阳县 , 以及扬子板块 勉 略缝合构造带的略阳县为典型研究区 , 系统分析了各区域的地质环境条件 、 滑坡发育特征和规律 , 为秦巴山区典型滑坡成因机制研究提供数据支撑和理论依据 。

▋第4章秦巴山区岩土体蠕变特性及斜坡蠕滑变形机理

针对秦巴山区斜坡的主要组成物质 - 软弱变质岩及其风化堆积物 , 开展了系统且深入的物理 、 力学性质研究 , 揭示了各类地质材料的变形破坏机理 。 借助自主研发的大尺寸岩土压剪流变试验机 , 探索了一套适用于大颗粒残坡积物的力学试验方法 , 保障了试验数据的准确性和可靠性 。 通过试验建立了变质岩及风化堆积物的时效 蠕变本构模型 , 揭示了边坡蠕滑变形的成因机理及形成条件 。

▋第5章降雨作用下浅表层滑坡成因机理

采用现场调查 、 物理模型试验和理论分析等方法 , 针对陕南秦巴山区典型降雨型堆积层滑坡的灾变演化机理与预警方法开展研究 。 以境内汉江 中游任河流域 为例 , 结合地球物理方法和经验模型查明了斜坡堆积层厚度的空间分布规律 ; 探讨了陕南致灾降雨时空分布规律 , 探明了典型堆积层滑坡的 孕灾环境 特征 ; 提出了能合理描述斜坡松散堆积层降雨入渗过程的 改进非 饱和湿润锋入渗模型 , 结合现场滑坡长时序多物理参数监测 , 阐明了典型堆积层滑坡灾变机理和 启滑条件 , 建立了基于物理过程的降雨型滑坡预警判据 。

▲ 基于“空－天－地” 技术滑坡原位监测系统示意图

▋第6章人类工程活动下软弱变质岩边坡变形破坏机理

针对软弱变质岩边坡稳定性问题 , 采用物理模型试验与数值模拟相结合的方法 , 系统研究了工程活动影响下的边坡变形破坏机理 。 基于自主研发的非接触位移测量系统 , 重点揭示了层面充填特征 、 结构面组合形式及坡脚开挖方式 对顺层软弱 变质岩边坡稳定性的控制机制 , 建立了边坡失稳破坏临界长度判定公式 。 通过数值模拟阐明了反倾斜变质岩边坡的成因机制与变形演化规律 , 揭示了工程活动诱发边坡失稳的成灾机理 。

▋第7章秦巴山区典型滑坡成灾机理

秦巴山区滑坡主要受地质构造和岩体结构控制 , 由降雨和人类工程活动诱发 。 考虑不同主控条件和诱发因素 , 选取典型滑坡为研究对象 , 其中 , 构造 控滑型 选取了周至县水门沟滑坡 , 岩体结构 控滑型 选取了旬阳市王庙沟滑坡 , 降雨诱发型选取了紫阳县洪山镇滑坡 , 人类工程活动诱发型选取了旬阳 市尧柏 水泥厂滑坡 。 通过现场调查 、 室内试验 、 计算分析等工作 , 系统剖析了典型滑坡的发育特征 、 变形破坏过程和成灾机理 , 结果可为区内滑坡灾害的监测预警与防控提供理论支撑 。

▋第8章秦巴山区滑坡遥感调查与研究

融合 DEM 与遥感影像 , 叠加相关地质专题信息构建了三维遥感影像解译系统 , 建立了基于 GIS 多源数据库的滑坡目视解译方法 ; 根据新近发生的滑坡灾害的发育规律建立定量解译标志 , 通过易康平台 探索了基于面向对象技术的滑坡自动解译方法 , 实现了滑坡的自动解译 。 实践表明 , 自动解译方法在识别效率 、 信息集成分析等方面都具有一定优势 , 但对于复杂地质体 —— 滑坡的解译仍需采用目视解译及现场验证进行校准 、 核查 。

▲ 基于统计模型的滑坡易发性预测

▋第9章秦巴山区滑坡风险评价及预警技术应用

系统介绍了滑坡灾害风险评价的理论框架 , 汇总了不同尺度下灾害风险评价建议采用的数据类型及精度 , 对其中的易发性 、 危险性及风险性的原理 、 尺度 、 相互之间的联系进行了系统的对比分析 。 对陕南秦巴山区滑坡的易发性评价 、 早期预警 、 极端降雨条件下重点流域灾害风险评价进行了实例分析计算 。

▋第10章秦巴山区滑坡防治对策

基于秦巴山区独特的地质环境条件 , 系统梳理了当前滑坡防治工作中的行政管理举措以及风险处置策略 , 归纳总结了契合该区域滑坡治理的有效防治措施 。 以团队近年来在秦巴山区开展的滑坡治理工程为典型实例 , 融合前期研究成果 , 对典型边坡展开治理设计工作 , 内容涵盖斜坡类型及变形破坏模式划分 、 岩土物理力学性质的科学测定 、 坡体变形破坏机理的深入剖析以及边坡稳定性的精确计算 , 对地质灾害进行了安全可靠 、 合理可行的防治措施工程设计 。

本书以大陆造山带的地质理论框架为基础, 结合岩土力学理论以及数值分析方法, 采用自动监测与智能分析相融合的技术手段, 成功构建了针对大陆造山带地质灾害的系统研究范式。

在此 , 我们向彭建兵院士 、殷跃平院士 、杨志华教授 、魏刚锋教授 、张国伟院士 、王双明院士 、汤中立院士 、李佩成院士致以特别的感谢 , 衷心感谢他们在项目推进过程中给予的悉心指导与大力支持 。 凭借深厚的学术造诣和丰富的实践经验 , 他们为项目指明了方向 , 帮助我们攻克了诸多难题 。 与此同时 , 我们也要诚挚感谢各相关单位领导及专家的鼎力支持与帮助 。最后， 感谢每一位曾经为项目贡献辛勤汗水的老师和学生 , 他们在各个环节中积极参与 、 无私奉 献 , 最终促成了本书的出版 。

回望过去 , 在秦岭的怀抱中 , 我们穿行了无数个沟 沟 岔 岔 , 每一处灾点仍历历在目 , 每一寸土地都留下了我们辛勤的汗水与坚定的足迹 。 地质填图的细致入微 , 现场试验的严谨求实 , 计算评价的精确无误 , 分析验证的反复推敲 …… 这一切 , 不仅是对自然的探索 , 更是对地质灾害防治的责任与担当 。 秦岭 , 这座伟大的山脉 , 见证了我们的成长 , 也见证了我们对地质灾害的深刻理解与不懈抗争 。 她以她的壮丽与神秘 , 让我们深刻领略到祖国山河的辽阔与壮美 , 同时也让我们感悟到地质灾害的威胁与挑战 。 每一次对地质灾害防治技术的突破与创新 , 都是对我们的激励 , 让我们不断前行 。 秦岭以她的坚韧与包容 , 教会了我们坚持与勇敢 , 让我们为守护这片美丽的山川贡献力量 。

廿余载扎根秦巴,

调查勘测, 潜心钻研,

见山高水长, 坡陡沟深, 风雨兼程。

百余人矢志地灾,

责任如磐, 使命在肩,

感任重道远, 勇毅笃行, 再启新章。

本文摘编自《 秦巴山区滑坡成因机理与监测预警技术》（ 范文等著 ． 北京 : 科学出版社 , 2024 . 12）一书“前言”。有删减修改，标题为编者所加。

ISBN 978-7-03-074852-2

责任编辑 : 崔 妍 韩 鹏 柴良木

本书围绕复杂地质环境条件下 地质灾害孕灾机理 、 区域 — 流域 — 单体斜坡地质灾害高精度预警 、 秦巴山区地质灾害监测预警及风险防控措施等关键科学问题 , 系统论述了秦巴山区滑坡灾害的分布规律 、 孕灾机制 、 致灾机理 、 监测预警及灾害防治等研究成果 。 尤其在以下科学技术问题中取得突破 : 基于大陆造山带理论系统编制了陕南秦巴山区地质灾害 孕灾背景 系列图件 ; 揭示了秦岭造山带滑坡从区域地质条件到显微构造的内动力演化 孕灾机制 , 以及长期重力作用 、 人类工程活动 、 降雨等影响下滑坡的外动力致灾机理 ; 构建了典型地质灾害气象 — 水文 — 变形多指标专业监测体系 , 基于机器学习方法和时序神经网络方法 , 提出了秦巴山区降雨诱发滑坡的区域高精度时空预警模型 。

本书可供地质灾害防灾减灾 、 自然资源规划 、 矿山地质环境 、 水利水电 、 城乡规划 、 道路交通等相关领域的科研人员 、 工程技术人员及高等院校相关专业师生参考 。

（本文编辑：刘四旦）

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