2026年 01期
渐进式优化框架下的地质灾害易发性评价与可解释性分析
刘洋;刘庆丽;吴益平;江君;殷坤龙;为构建乡镇尺度的泥石流易发性精细化建模框架，聚焦位于中国西南亚热带季风气候区的复杂山区，提出了一种基于遗传算法（genetic algorithm,GA）-分类提升（categorical boosting,CatBoost）-沙普利加法解释（Shapley additive explanations,SHAP）的渐进式优化框架。该框架整合了最优流域单元选择、高质量负样本集构建和超参数优化策略。首先，在前处理部分，构建了泥石流影响因素数据库，设计了5种不同汇流累积量阈值的流域单元，并优化了负样本采样策略；随后，在模型构建阶段，采用极端梯度提升（extreme gradient boosting,XGBoost）、轻量梯度提升机（light gradient boosting machine,LGBM）、CatBoost和自然梯度提升（natural gradient boosting,NGBoost）算法作为基础模型，并集成GA超参数优化方法进行最优测试；最后，采用SHAP方法对泥石流影响因素的贡献度进行了量化分析，揭示了西南山区泥石流发生的主要驱动因素。结果表明：汇流累积量阈值为1 000的流域单元表现最佳；CatBoost模型的性能优于其他算法；通过超参数优化后，GA-CatBoost模型的预测性能达到最高，其准确度、F1值和曲线下面积（area under the curve,AUC）分别为0.860、0.880和0.910;SHAP分析显示，岩性、土壤类型和归一化差分植被指数（normalized difference vegetation index,NDVI）是研究区内泥石流发生的最主要影响因素。研究结果可为乡镇级泥石流的风险评估及管理与防控工作提供技术支持和决策参考。
台风暴雨诱发大型凝灰岩滑坡形成机理与动力学特征
王紫剑;张明;李贵仁;平措朗加;刘大金;张昭辉;王虎;吴友银;近年来，我国东南沿海由台风暴雨诱发的大型凝灰岩滑坡频繁发生，造成严重的人员伤亡和财产损失。2019年8月8日，台风“利奇马”引发的暴雨诱发了浙江省永嘉县山早滑坡，导致32人死亡，该事件是近年来浙江省人员伤亡最为严重的地质灾害事件之一。以山早滑坡为例，开展了台风暴雨诱发的大型凝灰岩滑坡的形成机理和动力学特征研究。首先基于山早滑坡的地质环境条件和基本特征，分析了其形成机理，随后利用颗粒流程序（Particle Flow Code,PFC）离散元数值模拟方法，再现了山早滑坡的动力学过程。结果表明：(1)该滑坡的形成机理是降雨通过后缘裂缝优势入渗，使后缘裂缝中地下水水位上升，进而对坡体施加了向外的水平推力和渗透压力，增大了坡体的下滑力；同时，凝灰岩中的泥质夹层受到浸泡后，其剪切强度降低，从而形成了滑带，减小了坡体的抗滑力。(2)该滑坡具有明显的高位滑坡特征，失稳后滑体突然启动并急剧加速，其速度在短时间内达到10 m/s以上，并完全堵塞了山早溪；滑体与地面剧烈碰撞发生动力破碎而碎屑化；前缘滑体速度急剧减小，并在攀爬河谷对面岸坡的过程中逐步停止运动，中部滑体推挤前部急剧减速的滑体、后部滑体推挤、前部滑体向前运动，动能从后部滑体传递至前部滑体；最终，大部分中部滑体超覆前部滑体，后部滑体超覆中前部滑体，因此，后部滑体的运动距离反而最长，中部滑体次之，前部滑体的运动距离最短。研究结果可为东南沿海地区台风暴雨诱发大型凝灰岩滑坡的早期识别、风险评估和防治工程设计提供理论支撑。
三峡库区藕塘滑坡滑带土抗拉与抗剪强度关联机制
王猛;张凯锋;王菁莪;降雨及地下水位上升所引起的滑带土含水率变化是造成其抗剪强度降低与滑坡稳定性下降的重要因素。为研究滑带土在不同含水状态的强度特性，采集三峡库区藕塘滑坡的滑带土作为研究对象，分别使用压力板仪法、盐溶液湿度控制法和双分量空气湿度控制法制备低吸力段、中吸力段与高吸力段的滑带土样品。通过自主研制的非饱和土抗拉、抗剪多功能试验装置测试了不同基质吸力状态滑带土样品的抗拉与抗剪强度，结果表明低吸力段滑带土在拉伸和剪切过程中表现出黏性，而中高吸力段土样拉伸和剪切破坏表现为脆性。土样的单轴抗拉强度与抗剪强度变化趋势与基质吸力变化趋势类似，均随着含水率降低呈非线性单调增大，其中抗拉强度和抗剪强度在221.6 MPa基质吸力状态下分别可达279.8和204.9 kPa。而当土体完全饱和时，土样的抗拉强度与抗剪强度仍分别有46.0和32.3 kPa。滑带土抗拉与抗剪强度的相关性可通过基于吸应力理论的扩展摩尔-库伦强度准则准确描述。基于单轴抗拉强度与吸应力理论计算所得的抗剪强度预测值与通过剪切试验获取的抗剪强度测试值基本吻合，通过该方法测试和计算非饱和滑带土在不同含水率状态抗剪强度可大幅降低时间和试验成本。
基于天-空-地多源信息的水库岸坡时空变形特征分析——以白鹤滩水库蓄水初期的小米地变形体为例
闫国强;李真;何鑫;李小亮;丁霖;马俊伟;章广成;白鹤滩水电站作为世界第二大水电站，自2021年4月5日下闸蓄水后，库区平均水位上涨超过150 m，水电站运行期间库水位变幅约60 m。库水位大幅抬升和周期性涨落诱发了多处库岸变形。以白鹤滩库区小米地变形体为研究对象，联合光学卫星影像、时序合成孔径雷达干涉测量（interferometric synthetic aperture radar,InSAR）、无人机摄影测量、地面调查、三维形变监测雷达、全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System,GNSS）等多源监测手段，构建了天-空-地一体化监测网络，基于天-空-地多源监测数据，分析了白鹤滩水库蓄水初期变形体的时空变形特征；通过小波相干分析，查明了位移与库水位和降雨在不同时段、不同周期上的耦合关系。结果表明：自水库蓄水以来，小米地变形体在地形地貌、地层岩性、水库蓄水和降雨等内外动力联合作用下持续变形，变形呈显著的牵引式分区特征，变形量自坡脚向后缘递减；变形体变形与库水位波动的相关性和周期性由前缘向后缘逐渐减弱并伴随时滞，而其与降雨仅在变形体后缘及短周期尺度上表现出弱相干。结合天-空-地多源监测和小波相干分析形成了完整的滑坡时空变形分析技术体系，提升了对复杂地质体变形机制的认知能力，可为库区滑坡的监测预警与风险管控提供技术支撑。
考虑渗透各向异性的动水压力型滑坡变形响应规律
刘艺梁;朱前;李永奕;左清军;樊西丰;宋琨;申高伟;汤罗圣;动水压力型滑坡是三峡水库运行过程中重要的地质灾害类型，其坡体结构松散、孔隙比大、渗透性强，滑体渗透性在不同方向上呈现明显差异。为研究渗透各向异性对动水压力型滑坡变形响应规律的影响，以三峡库区白家包滑坡为研究对象，采用渗透系数比值kx/ky表征渗透各向异性，系统分析了不同滑体渗透系数比值kx/ky和库水位下降速率v作用下滑坡地表位移和变形滞后时间的变化规律。研究结果表明：(1)随渗透系数比值kx/ky增大，滑坡前部浸润线抬升，坡体内外水头差同步增大，指向坡外的动水压力相应增强。(2)当库水位下降速率保持不变时，滑体渗透系数比值越大，滑坡地表位移和变形滞后时间越大；当0.1
综合负样本优化指数与CNN-LSTM-ATT模型的滑坡易发性评价
曹琰波;移康军;梁鑫;荆海宇;孙颢宸;张越轩;刘思缘;范文;针对滑坡易发性建模过程中随机抽取的非滑坡样本不确定性高、机器学习模型预测精度有限的问题，提出一种基于负样本优化指数（negative sample optimization index,NSI）的非滑坡样本采样策略，并融合卷积神经网络（convolutional neural network,CNN）、长短时记忆（long short-term memory,LSTM）网络和注意力机制（attention mechanism,ATT）构建CNN-LSTM-ATT深度神经网络开展易发性评价。以陕西省北部黄土高原地区的绥德县义合镇为例，首先，选取高程、坡度、地层岩性等14个孕灾因子建立评价指标体系；其次，引入Matthews相关系数为随机森林（random forest,RF）、逻辑回归（logistic regression,LR）和支持向量机（support vector machine,SVM）3种基模型分配权重，并计算NSI值；然后，基于NSI选取非滑坡样本，并与滑坡样本组成训练数据集；最后，利用CNNLSTM-ATT模型预测滑坡空间概率，通过SHAP值分析揭示各因子的重要程度。结果表明：NSI通过约束采样空间获得了质量更高的非滑坡样本，规避了因过度偏激的负样本所造成的预测误差，模型精度最大提升7%；相较于单一模型，集成多层复杂结构的CNN-LSTM-ATT模型具有更好的分类能力，预测精度达0.925；坡度、高程和距房屋距离是研究区易发性建模的关键因子。研究提出的采样策略和评价模型有助于提高滑坡灾害空间预测的精度。
基于多时相特征对比的滑坡遥感解译及风险性评价——以广东韶关江湾镇为例
张云斌;陈家勋;龚锦钊;周志超;赵思远;谢济仁;为解决滑坡易发性研究中灾害数据解译精度不足及降雨诱发群发性滑坡的风险性评价体系缺失的问题，以广东省韶关市武江区江湾镇为例，开展了基于多时相特征对比的滑坡遥感解译，并进行了滑坡风险性评价。首先，基于高分辨率遥感影像的多时相特征，利用MATLAB软件对影像进行小尺寸分割，并利用颜色特征初筛滑坡灾害点，继而结合滑坡灾害点的形状、位置及多时相特征，人工剔除非本次降雨事件诱发的滑坡灾害点，并通过现场调查验证，精准识别了2 123处滑坡灾害点；随后，构建了包含高程、坡度、坡向、剖面曲率、平面曲率、岩组类型、距道路距离、距水系距离和土地利用类型共9个环境因子的评价因子体系，并采用支持向量机（support vector machine,SVM）、线性支持向量机（linear support vector machine,LSVM）、逻辑回归（logistic regression,LR）和贝叶斯网络（Bayesian network,BN）4种机器学习模型，对滑坡易发性进行了评价；最后，基于人口密度、建筑物密度和道路密度数据，运用矩阵分析法，结合滑坡易损性评价模型，进一步开展了滑坡风险性评价。结果表明：SVM模型的预测精度最高，其曲线下面积（area under the curve,AUC）为0.816；滑坡高易发区集中分布于河流与主干道周边区域，与现场调查结果一致；湖洋村西北部、梁屋村东南部、围坪村中部和锅溪村西北部为滑坡高风险区与中风险区，其范围完全覆盖了现场调查确定的重要受灾点。研究方法及结果可支撑群发性滑坡易发性与风险性评价，从而为群发性滑坡灾害的精细化防控提供参考。
沟槽基坑稳定性和支护结构变形特性研究
和礼红;刘堰陵;郭汉宇;崔德山;冯晓腊;王虎;城市化建设过程中需要开挖大量的沟槽基坑，其稳定性和支护结构变形特性研究受到广泛关注，但目前尚缺乏沟槽基坑工程的设计规程。以武汉知音侧路雨水管污水管沟槽开挖工程为实例，分别采用有限元强度折减法和传统极限平衡法计算了沟槽基坑的稳定性系数，探讨了开挖深度、开挖宽度、支护结构插入比、支护结构刚度和地表超载等因素对沟槽基坑稳定性和支护结构变形特性的影响。结果表明：(1)传统极限平衡法由于未考虑沟槽基坑的宽度，得到的稳定性系数较小，导致基坑支护设计偏保守；(2)沟槽基坑开挖会引起坑底土体隆起和周边地表沉降；(3)随着土体强度参数的折减，坑壁两侧土体塑性区不断扩展并绕过支护结构底部，形成相互贯穿的滑动面，导致沟槽基坑破坏；(4)当开挖宽深比L/H≤1时，随深度的增加，稳定性系数变化不明显，但支护结构最大水平位移显著增加，当开挖宽深比L/H>1时，随开挖宽度增加，稳定性系数和支护结构水平位移均趋于稳定；(5)敏感性分析表明，开挖深度和宽度与沟槽基坑稳定性和支护结构最大水平位移的相关性最强，支护结构插入比和地表超载与其相关性稍弱，沟槽基坑稳定性与支护结构最大水平位移呈很强的负相关。因此，相较于传统的极限平衡法，利用有限元软件对沟槽基坑的稳定性和支护结构变形进行深入分析更具优势。研究验证了沟槽基坑的宽度与深度对基坑稳定性及支护结构变形起主导控制作用。研究结果为沟槽基坑支护结构的优化设计提供支撑，进而有效避免支护结构的过度设计，提升沟槽基坑工程的设计方案的经济性，同时为相关工程设计提供可靠的科学依据。
基于改进变形协调方程的桩锚结构内力计算与工程应用
万翼;阳浦江;张秀丽;冷先伦;王成汤;变形协调方程是桩锚结构内力计算的关键。现有的桩锚结构变形协调方程简化了桩身锚点处水平位移与锚索变形量之间的关系，导致当锚索入射角较大时，计算出的桩身内力值有较大误差。针对上述不足，从两个方面改进了变形协调方程：一是引入了锚索自由段长度值，通过建立桩锚结构变形的几何关系，改进了桩锚结构的变形协调条件；二是在推导变形协调方程时，改进了抗滑桩第j排锚索对第i排锚索锚点处位移贡献值的计算方法。通过MATLAB软件编写了桩锚结构内力计算程序，结合工程实例分别采用现有方法和改进方法计算了桩锚结构的内力，并与数值模拟结果进行了对比。结果表明：改进方法计算结果与数值模拟结果更为吻合，桩身剪力值和弯矩值的相对误差均小于0.3%，证明了改进的桩锚变形协调方程的可行性和合理性。该研究可为桩锚支护系统设计提供理论计算依据。
基于离散元数值模拟的TBM滚刀贯入破岩过程影响因素分析
梁峰;裴成元;罗纬邦;尤明龙;谭飞;复杂的隧道掘进环境会导致隧道掘进机（tunnel boring machine, TBM）施工受阻，从而引发工程事故。为提升TBM破岩效率，基于离散元数值模拟方法，研究了滚刀形状、滚刀数目、滚刀间距和围压等因素对TBM滚刀贯入破岩过程的影响。结果表明：(1)常截面滚刀与V形滚刀的破岩机理存在差异；从破岩比功角度分析，常截面滚刀的破岩效率高于V形滚刀。(2)在掘进凝灰岩地层时，常截面双滚刀的破岩效果和效率均优于单滚刀。(3)当双滚刀的滚刀间距为4～6倍刃宽（d）时，破岩效果较好。(4)围压对破岩过程的影响可分为应力增强、应力损伤和应力破碎3个阶段。研究结果可为不同掘进环境下的TBM刀具选型提供参考：硬岩地层宜选用常截面滚刀；软岩地层宜选用V型滚刀；常截面双滚刀的滚刀间距宜取6d。