基于简化Bishop积分法降雨滑坡失效概率模型研究

摘要：为了研究降雨对降雨型滑坡的影响,利用不同降雨重现期的前期有效降雨量,分析不同降雨入渗条件下的滑坡土体含水率的变化对土体抗剪强度参数和基质吸力的影响,基于简化Bishop积分法和响应面法的基本原理,用积分法代替有限条分求和,考虑土体强度参数的变异性及降雨自身随机性,提出了一种新的降雨滑坡失效概率模型,定量评价不同降雨条件下的滑坡失效概率并采用该方法对某一实际滑坡进行研究分析。计算结果表明,随着降雨重现期与降雨天数的增加,滑坡的失效概率越高,但考虑降雨自身的概率时,滑坡的失效概率并不是随着降雨重现期的增加而增加,且考虑基质吸力所得的稳定系数略高,失效概率稍低。     

滑坡灾害危险性评价的可靠性分析方法

以可靠性理论为基础,建立了滑坡失稳概率计算模型,给出了基于Bishop法的滑坡灾害危险性概率的计算方法,并以实例分析了该方法的应用,结果表明该方法能较好地定量评价滑坡灾害的危险性。该研究成果对滑坡灾害的评价与防治有一定的参考意义。     

基于GIS的滑坡单因子分析研究

在已建立GIS滑坡数据库的基础上,通过GIS空间分析功能,对影响滑坡的年降雨量、坡度、岩性、植被、道路等因素进行了定量的分析与统计研究,得出坡度带20°-30°是滑坡最敏感的区域;坡向因子对滑坡灾害的发生不敏感;高程与滑坡灾害的发生并没有直接的关系,与人为因素的影响有很大关系;滑坡与地层岩性的关系非常密切。     

滑坡涌浪诱发冰湖溃决灾害链过程分析与模拟

近年来滑坡诱发冰湖溃决灾害链发生频率日趋增加,对下游居民及工程设施安全造成严重威胁。为定量描述滑坡诱发冰湖溃决灾害链危害,通过系统分析该灾害链的演化过程及阶段特征,将其划分为四个子阶段：滑坡运动、涌浪传播、冰湖溃决、洪水传播;分别研究各子阶段演化的物理机理及关键因子,建立了相应的数学模型与计算方法,如滑坡运动采用Savage-Hutter模型、涌浪及洪水传播采用浅水波方程等;通过确定各子阶段之间的衔接因子,如滑坡运动特征、涌浪传播特征、坝体溃决特征等,实现了各子阶段的过程耦合与数据传递,建立了滑坡-涌浪-冰湖溃决-洪水灾害链的全过程物理模型,最终完成了该灾害链的过程模拟与危险分析。为验证所建立模型与计算方法的可行性,以四川省甘孜藏族自治州雅拉乡木格措冰湖潜在灾害链为案例,结合现场勘查与卫星影像数据,开展不同情境如暴雨或上下游级联溃决等条件下灾害链的过程模拟与危险分析,且将模拟结果与经验公式计算数据进行对比。结果表明,本文所提方法可较好的完成滑坡诱发冰湖溃决灾害链过程模拟,模型模拟数据与经验公式计算数据较为吻合,且考虑暴雨或上下游级联溃决条件时下游洪水流量呈显著增加趋势。本文研究成果提供了一种新的滑坡诱发冰湖溃决灾害链研究思路,对该灾害链的防灾减灾技术具有重要支撑作用。     

滑坡–堵江–涌浪灾害链模拟的DEM–CFD耦合分析方法及其应用

滑坡-堵江-涌浪灾害链的演化过程涉及复杂的滑坡-河流相互作用。为了真实再现这一演进过程,本文提出了一种扩展的离散元法（DEM）与计算流体动力学（CFD）耦合数值方法,通过在局部平均DEM-CFD耦合方法中引入流体体积法（VOF）建立了一套能够描述河流自由水面演化的扩展DEM-CFD耦合数值框架,实现了对滑坡涌浪形成及传播过程的追踪;并提出了一种新的局部孔隙率计算方法即虚拟球模型,来克服网格颗粒临界尺寸比的限制,从而实现复杂地形建模要求;进一步通过多个典型算例验证其准确性和有效性。在此基础上,开展了滑坡-堵江-涌浪灾害链演化模拟,并应用至白格滑坡坝形成过程复演,深入分析了滑坡-河流动态演化过程及耦合作用机理。结果表明：所提出的方法能够准确模拟滑坡-河流相互作用;滑坡-河流-河谷地形的耦合作用驱动了灾害演化,滑坡体驱动了涌浪的传播,而河流则增加了滑坡体的动能耗散,且对其沉积过程在河流流向上产生相反影响;模拟得到的白格滑坡运移路径、沉积形态及涌浪侵蚀面积与实地调查结果吻合度较高,成功再现了2018年10月11日白格滑坡堵江事件。本文所提出的扩展DEM-CFD耦合数值方法为深入研究滑坡-堵江-涌浪灾害链演化机制提供了有力的数值工具,对于灾害预测及防灾减灾策略的制定具有一定的参考价值。     

水库滑坡灾害致灾机理及防控技术研究与展望

随着中国高坝大库水利水电工程的相继运行,水库滑坡灾害已成为影响工程运行稳定和威胁沿岸人民生命财产安全的重大隐患,提升其综合防控能力是国家重大需求。水库滑坡是一个复杂的地质综合体,其变形破坏过程不仅与滑坡所在区域的地质条件特性相关,更取决于诱发因素如降雨、库水位变动等动态作用的影响,从开始孕育变形到最终失稳破坏一般需经历较长的历时,是一个不断累积发展的过程,不仅涉及降雨入渗与库水影响的时空叠加作用,更涉及多因素耦合下的渐进破坏机制,其致灾机理与防控难度极高。本文结合大量现场调查、室内外试验和数值模拟,总结了库区地质、水文等条件对于滑坡易感性及空间分布的影响规律,揭示了强降雨、库水位变动及多因素叠加作用下水库滑坡的累积灾变失稳机理;建立了离散元模型与流体力学模型（DEM-SPH）耦合的滑坡-涌浪模拟技术,能够较好地揭示高速滑坡体入河与水流的强碰撞及涌浪的非线性传播过程,可为滑坡致灾影响范围及应急避险方案制定提供科学依据;构建了无人机-3维激光扫描空地数据融合的大范围水库滑坡3维变形演化监测技术,并归纳总结了水库滑坡的综合治理技术。此外,针对多因素驱动下水库滑坡复杂致灾机理及防控技术方面的研究不足和局限性,展望了水库滑坡在灾变累积失稳与稳定评价、多源融合监测与智能预警、滑坡-涌浪流固耦合模拟与致灾影响评估、生态措施-支护结构联合治理技术方面的未来发展方向,期望为水库滑坡灾害防控减灾研究提供借鉴。     

金沙江白格滑坡裂缝区失稳概率分析

金沙江上游白格滑坡于2018年10月10日和11月3日连续发生两次滑坡堵江-溃坝事件,给沿岸居民带来巨大灾害。滑坡发生之后,在滑坡体后缘形成3个裂缝区,存在再次滑坡堵江的可能。鉴于白格滑坡岩土体试验数量有限,试验成果不能反映坡体抗剪强度参数的统计特征,本文针对白格11.03滑坡,采用基于极大似然估计的优化算法,对滑坡岩土体的抗剪强度参数进行了反演,并利用反演参数,采用蒙特卡洛方法对滑坡后缘裂缝区进行了可靠度计算和稳定性评价。研究表明：（1）将响应面法与基于极大似然的概率反分析方法结合起来对滑坡体参数进行反演,计算过程简便,计算方法适应性强。（2）根据白格11.03滑坡反演得到的滑坡岩土体抗剪强度后验分布为c~N(13.05kPa, 32),tanφ~N(0.64, 0.042),计算结果表明通过反演可以降低先验参数的不确定性。（3）采用自动搜索最危险滑动面的方法得到了各裂缝区的局部破坏模式。计算得到的最危险滑动区范围与现场调查及监测得到的失稳区范围基本一致,且局部破坏模式下的破坏概率均明显大于整体破坏模式,表明裂缝区破坏以渐进牵引破坏为主,与实际的裂缝发展规律及破坏模式一致。（4）白格滑坡后缘3个裂缝区的潜在失稳区域C1-1、C2-1和C3-1的体积分别为7×105 m3、3.2×106 m3和1.3×106 m3,对应的失稳概率分别为21.70%、33.90%和27.30%,均为极高危险性。因此,有必要对滑坡堵江-溃坝洪水灾害链进行风险评价,并提出合理的处置措施和应急预案。     

基于SBAS-InSAR技术的舟曲县潜在滑坡灾害早期识别及降水相关性分析

近年来,甘肃省舟曲县白龙江两岸古滑坡的发育复活呈现活跃趋势,下游已经开发建设的大量民用设施受其威胁,因此这些滑坡的早期识别成为该地区地质灾害预防需要关注的重要课题。基于Sentinel-1A降轨SLC数据,采用SBAS-InSAR技术,对舟曲县,尤其是白龙江沿岸滑坡灾害隐患进行早期识别,获取舟曲县潜在滑坡灾害点列表,并划分其风险等级,重点分析大蠕滑量的四个典型滑坡的时序形变过程,总结舟曲县滑坡发育与降水之间的相互关系,研究结果表明：舟曲县白龙江干流及支流河谷区西北-东南方的老滑坡体均发生了一定程度的滑动,共识别出高风险等级坡体8个,分别为寺儿沟、立节北山、杭嘎村、锁儿头、三眼峪、南峪、大川乡—两河口及曲告纳乡滑坡,严重威胁15个村镇的居民生命财产安全。其中锁儿头、三眼峪和南峪滑坡的形变最为严重,对其重点分析的结果显示,监测时段内平均形变速率达-80.1421.48mm/y,形变量达-482.01493.31mm,坡体在未来复发的可能性较大,而且,近年来逐渐增加的降水更有可能促使其提前复发。舟曲县典型滑坡的后缘形变与降水量具有一定的相关性,滑坡的发生受降水影响极大,同时,地质构造、地形地貌、地震、地层岩性等也对滑坡的发生具有一定影响。     

沟谷灾害链演化模式与风险防控对策（特约稿）

沟谷灾害链是近期才引起学界关注的灾害类型,也是川藏铁路交通廊道建设和运营中面临的巨大挑战。本研究提出了沟谷灾害链的定义及组成要素,通过分析大量已发生沟谷灾害链事件,总结了沟谷灾害链的特性与类型、归纳出常见沟谷灾害链的演化模式、探讨了影响沟谷灾害链的关键物理过程,提出了沟谷灾害链的风险评估及防控对策新思路,取得了以下结论：1）沟谷灾害链由潜在孕灾体、原生灾害、次生灾害（系列）和承灾体构成,具有时间相接、空间相连、因果关联、链式演进的典型特性;根据原生灾害类型可将沟谷灾害链分为滑坡灾害链、泥石流灾害链和冰湖灾害链3个大类和11个小类,这些演化模式可以通过三个关键过程（崩塌/滑坡-碎屑流/泥石流、滑坡/泥石流堵江-堰塞湖、堰塞湖/冰湖溃决）组合得到;2）沟谷灾害链的形成包含两种模式,一是原生灾害体的物理力学性质在运动中发生改变而形成次生灾害,二是原生灾害改变次生灾害体的形成条件进而诱发次生灾害;3) 沟谷灾害链的风险评估要同时关注原生灾害的起动机制和次生灾害的链生机制,要强化潜在灾害链物源的准确识别,加强对灾种转化过程的科学认识,量化灾种转化机制和临界条件,构建灾害链全过程数值模拟评估方法,开展未来情景下沟谷灾害链的演进过程和风险评估;4）沟谷灾害链的防控研究在目前仍处于起步阶段,应在提高对沟谷灾害链科学认识的基础上,建立完善的沟谷灾害链早期识别、监测预警、模拟评估、应急处置、工程治理、应急避险和风险管理综合治理体系。     

基于局部随机场有限元理论的古丈县二龙庵滑坡分析

采用局部平均细分法表征土体抗剪强度参数空间变异性,自开发随机有限元程序并结合有限元强度折减法对湖南古丈县二龙庵滑坡进行局部随机场展开随机分析.结果表明:局部随机场展开可以用于分析各土层参数对滑坡的影响,在不同c变异水平下的滑坡失效概率基本为0;随着φ变异水平增大,滑坡失效概率逐渐增大,并且与第3层土相比,第2层土对滑坡影响比较大,因此有必要对该层土的参数进行更加精准的测量以便获得更加可靠的稳定性分析结果.     

基于GIS的滑坡灾害危险性区划研究——以重庆市万州区为例

为了弥补滑坡灾害危险性区划研究中影响因子和等级划分的不确定性,结合前人研究成果,依据斜坡几何形态、岩性、地质构造、河流侵蚀、土地利用类型、人类工程活动、降水条件等影响因子与研究区实际已发生的滑坡灾害数之间的关系,编制重庆市万州区滑坡灾害危险性评价标准,并基于GIS技术和信息量模型法,计算滑坡评价因子的信息量,就万州区滑坡危险性进行区划,最后基于乡镇行政区对该区滑坡危险性区划进行细化。结果表明:建设用地、坡高为90～200m的地形、1024～1060mm的年降雨量以及侏罗系中统上沙溪庙组岩层等因素对万州区滑坡发生影响较大;根据滑坡灾害危险性评价标准,万州区滑坡灾害被划分为高、中、低、极低等4个危险区;应用信息量模型法得到的万州区滑坡危险性区划与实际情况比较吻合;高危险区和中危险区面积分别为564.4km²和848.6km²,分别占万州区总面积的16.3%和24.5%,主要分布于长江干流及支流两岸的居民相对集中区以及公路干线地段;高危险和中危险乡镇主要分布在万州区经济较为发达的长江干流两岸,尤其是左岸的黄柏乡、太龙镇、天城镇、李河镇等以及万州主城区。     

基于信息熵的典型滑坡危险度评价研究

为了定量地对典型滑坡危险度进行评价,根据典型滑坡的强度指标和发生可能性指标建立典型岩质滑坡危险度评价指标体系,利用信息熵原理,结合中国科学院成都山地所滑坡数据库(CDMI)中奉节县24个典型岩质滑坡计算各评价因子客观权重,建立定量评价模型.计算奉节县24个典型岩质滑坡的危险度,通过实地调查对评价结果进行对比验证,危险度评价结果准确率达87.5%,可作为评价典型滑坡危险度的新方法进行推广运用,为滑坡的防治提供依据.     

A multi-objective decision-making method for the treatment scheme of landslide hazard

The treatment engineering of landslide hazard is a complicated system engineering. The selecting treatment scheme is influenced by many factors such as technology, economics, environment, and risk. The decision-making of treatment schemes of landslide hazard is a problem of comprehensive judgment with multi-hierarchy and multi-objective. The traditional analysis hierarchy process needs identity test. The traditional analysis hierarchy process is improved by means of optimal transfer matrix here. An im-proved hierarchy decision-making model for the treatment of landslide hazard is set up. The judgment matrix obtained by the method can naturally meet the requirement of identity, so the identity test is not necessary. At last, the method is applied to the treatment decision-making of the dangerous rock mass at the Slate Mountain, and its application is discussed in detail.     

平敞型高速远程滑坡碎屑流运动与堆积演化规律研究

尼续村滑坡发育于藏南亚东-谷露裂谷带中段开阔的半地堑盆地边缘,堆积区为平坦河谷地貌,属于典型的“平敞型”岩质高速远程滑坡,堆积演化序列完整且保留至今,研究该滑坡有助于揭示这一类高速碎屑流运动与堆积演化机制。本课题对尼续村滑坡各组成部分开展了详细地面调查,结合地球物理方法揭示了源区斜坡破坏基本特征与破坏机理,通过遥感解译与堆积物颗分试验揭示了滑体演化各阶段碎屑物质的空间展布规律。通过研究提出,尼续村滑坡的高速碎屑流转化过程可划分为三个阶段,即在源区斜坡段的滑坡结构碎裂化阶段、中部滑动区的物质结构碎屑化阶段、前缘区域的碎屑流流态化运动与堆积阶段,相对应的滑体结构具有碎裂化-碎屑化-流态化的阶跃式转化过程。中部与前缘区域的碎屑流以内部或底部的层状剪切破碎为主,使得碎屑流在“摊薄效应”下继续运动与纵向扩展,而碎屑流运动由“干”的高速流态化转为固态静止的过程极为迅速,从而保留有连续脊丘与线槽等特殊流体性质下的堆积地貌形态。研究认为,地震发生后受源区斜坡结构所控制产生明显的解体与破坏,按照由前至后的序列下滑运移,受滑体自身势能条件控制,自源区而下的滑体在堆积过程中产生了由左至右、由近及远的叠加堆积过程,这是尼续村滑坡堆积范围向下游明显偏转的主要原因。     

砂轮片正常与非正常工作条件下的有限元分析

利用有限元分析软件ANSYS对砂轮片进行了有限元建模,并对砂轮片进行了正常与非正常工作2种条件下的有限元应力分析,结果表明:侧面力的影响远远大于切削力的影响,是引起砂轮片失效的重要因素之一.分析结果为砂轮片失效机理的进一步研究以及砂轮片结构的优化设计提供了参考.     

基于随机场-贝叶斯的滑面抗剪强度参数反演

为了合理地表征滑面的抗剪强度参数,针对参数的空间变异性与不确定性问题,以三峡库区白水河滑坡为例,基于随机场、自适应条件抽样与可靠度贝叶斯更新方法,建立滑面抗剪强度参数的反演框架. 采用新的全局敏感性方法PAWN,研究不同位置条块滑面抗剪强度参数对稳定性的贡献度. 基于滑面抗剪强度参数随机场模型的反演结果,开展库水位下降工况下非侵入式随机有限元滑坡渗流变形的模拟,分析更新前、后滑面抗剪强度参数的变化特征及空间变异性对滑坡变形的影响. 结果表明：敏感度大的区域分布在滑坡前缘和后缘道路附近;反演后平稳随机场变为非平稳状态,滑坡前、后缘的位移变异性分别增大和减小.     

基于突变理论的滑坡危险性评价

我国西部山区频发的滑坡灾害对当地道路建设和经济发展具有极大影响,为了给滑坡的防治提供依据,需客观地评价滑坡危险性。本文从滑坡的地质环境及诱发因素两方面出发,选取岩性、滑坡一定范围内断层距离的倒数和等 7 个指标作为评价依据,建立滑坡危险性评价突变模型,将礼州地区滑坡划分为轻度、中度、重度和极度危险 4 个等级。选取该地区威胁公路的 10 个典型滑坡进行危险性评价,评价结果与现场调查结果具有较高的吻合度。该成果可为山区滑坡的防治提供依据。     

金沙江结合带巴塘段滑坡群InSAR探测识别与形变特征

金沙江结合带结构破碎,软弱岩层发育,流域性特大高位地质灾害频繁发生。针对该区域开展大范围滑坡调查与监测研究,对减灾防灾具有重要意义。以金沙江结合带巴塘段为试验区,采用堆叠InSAR技术分别利用升轨、降轨Sentinel-1A卫星数据对该区域滑坡隐患开展了调查研究。在此基础上,以中心绒乡滑坡群为重点研究区,利用多维小基线子集技术获取了区域二维形变速率(水平东西向和垂直向)及二维时间序列结果。通过对4处典型滑坡体的形变时间序列结果进行分析,发现在两年时间段内安里克米滑坡、仁娘村滑坡、贡伙村滑坡1和贡伙村滑坡2水平方向累积位移量分别达到44.3、-26.6、65.3和-77.1 mm,垂直向累积位移量分别达到-30.2、-88.3、-80.9和-56.9 mm,且这4处滑坡呈现缓慢蠕滑变形趋势。通过对贡伙村滑坡2的形变监测二维时间序列与降雨数据分析发现,强降雨对滑坡变形有一定短暂影响。由于滑坡群处于地质条件脆弱地区,构造活动强烈,在强降雨条件下极易导致滑坡失稳,建议对其进行持续监测,同时该研究成果对流域内其他区域的滑坡调查与监测研究具有参考意义。     

金沙江上游白格滑坡黏土化蚀变岩的灾变力学行为研究

金沙江构造结合带是典型的板块碰撞作用形成的构造混杂岩带,不仅地质结构复杂,而且发育了工程特性极差的特殊岩土体。在金沙江上游白格滑坡成因机理调查与分析过程中,新发现了巨型滑坡体后缘滑壁发育厚度较大、分布较连续的黏土化蚀变岩,是构成滑动带的重要组分。基于相关样品的原位测试和室内系统的物质组成、耐崩解、环形剪切、动三轴等物理力学试验研究,揭示了黏土化蚀变岩的灾变力学特性及其在白格滑坡形成演化中的作用。主要结论如下：（1）白格滑坡黏土化蚀变岩是金沙江构造结合带中蛇绿岩蚀变的产物,蚀变程度高,蚀变系数介于0.64～0.86之间,黏土矿物成分以伊利石为主、伊/蒙混层矿物次之,遇水极易崩解,崩解指数达50%以上;（2）黏土化蚀变岩中工程性质最差的是蚀变黏土,水和振动荷载作用下强度弱化显著,含水率由10%增至20%后剪切强度降幅达34%,动强度远小于其静强度,并随着振动次数的增加不断降低,是促进斜坡岩体结构面贯通、破坏的重要因素;（3）白格滑坡滑动面的形成受节理结构面与黏土化蚀变岩联合控制,整体上可分为2种模式：黏土化蚀变岩厚层软弱夹层型和充填节理裂隙贯通型;（4）金沙江上游发育的不少巨型高位滑坡与黏土化蚀变岩不良工程特性具有密切的关系,岩体结构与特殊岩性的组合是值得关注的区域性易滑地质结构。相关认识对于青藏高原东缘大江大河岸坡稳定性分析和防灾减灾具有较好的启示意义。     

圆弧面上的降雨滑坡运动特性研究

为了研究降雨诱发沿圆弧形破裂面滑动的土质滑坡的运动特性,基于质点组的运动假设,融入饱和-非饱和土体特性,建立降雨滑坡的运动物理模型,采用有限差分的方法进行求解,从而获得其运动速度、滑动距离等动力学参数,提出了沿圆弧面滑动的降雨滑坡运动学问题研究的一种新的研究方法。采用该方法对滑坡算例进行了研究分析。研究结果表明：滑坡运动速度呈现先增大后减小的趋势,同时运动速度在极短的时间就达到了最大运动速度;滑坡的水平位移随着时间的增加而增加,在最初阶段滑坡水平位移增加较快,此后增加缓慢直至滑坡停止;该方法能够简单快捷的计算滑坡的运动速度和运动距离等运动学参数,进行滑坡危害范围的预测。