三峡库区降雨型滑坡预警雨量阈值研究

三峡库区是滑坡灾害高发地区,降雨是诱发滑坡的主要因素之一。本文以三峡库区101例降雨型滑坡为研究对象,结合1980—2019年降雨监测数据,采用滑坡发生前10 d的日降雨量数据,拟合出三峡库区降雨强度-降雨历时（I-D）关系阈值曲线表达式,进一步拟合出不同规模、地层岩性、坡度、坡向、高程等因素下,不同发生概率的降雨型滑坡I-D阈值曲线表达式,并计算滑坡不同发生概率的临界降雨阈值。研究表明：滑坡易发地层区的降雨阈值相对小。三叠纪巴东组岩层发生滑坡的降雨阈值最小,其次为侏罗系;阳坡为滑坡的易发坡向,且阳坡滑坡的降雨阈值小于阴坡;滑坡规模和高程与降雨阈值呈正相关性;坡度小于25°时滑坡发生的概率最大,对应的降雨阈值最小。本文研究成果可为三峡库区降雨型滑坡预警预报提供支持。     

滑坡降雨阈值模型的应用

在数字高程模型（DEM）的基础上,运用滑坡降雨阈值模型,以楚雄丁家坟一斜坡作为试验研究工点,结合现场勘察、监测数据以及斜坡岩土体主要特性、地形地貌、降雨强度与降雨持续时间、地下水位等因素,模拟斜坡单元产生潜在滑动时的临界降雨量,研究降雨对滑坡发生、分布的影响。研究结果表明：各斜坡单元产生潜在滑动时的临界降雨量各不相同,在不同的降雨量及地下水位条件下滑坡降雨阈值模型模拟的潜在滑坡位置主要位于楚勐公路下边坡处,与实际发生滑坡的位置吻合率达80%以上,滑坡降雨阈值模型可实现对斜坡稳定性进行可视化分析与预测,为降雨型滑坡提供一种有效的预测与分析方法。     

诱发区域性滑坡的降雨阈值

根据降雨预测区域性滑坡是防止滑坡造成人员伤亡的重要途径,其关键是确定诱发滑坡的降雨阈值。按特定地质气象条件分区整理并分析了国内不同地区诱发区域性滑坡的降雨阈值,结果表明降雨阈值与年均降雨量有较大的相关性。除西南部分地区外,我国大部分地区的预报24 h降雨量阈值为年均降雨量(MAP)的0.04~0.08倍,这是因为年均降雨量反映了地区的常规降雨水平,而只有发生非常规的降雨才会诱发滑坡,因而年均降雨量越大对应的降雨阈值越大。分析了目前国内的降雨阈值的确定过程中缺乏详尽数据和论证等问题,并指出了国内的降雨阈值不能反映短时强降雨影响的缺陷。针对国内还没有适用性更广的雨强-持时(I-D)阈值曲线的现状,尝试性地建立了鄂西地区的I-D阈值曲线I=4.0D^-0.51,并在此过程中提出了确定降雨持时D开始时刻的方法。     

重庆地区降雨型滑坡相关性分析及预报模型

整理大量重庆地区降雨诱发滑坡资料,对降雨因子、累积降雨因子、前期降雨衰减系数与滑坡发生与否及滑坡发生数量之间进行系统的相关分析。结果表明:(1)当日降雨量对滑坡的诱发作用最显著,当日最大小时降雨与当日降雨量高度相关;(2)据滑坡发生前日期增加,降雨因子与滑坡相关及偏相关系数随之降低,在据滑坡发生前3d之后已变得很小;(3)大范围滑坡一般在暴雨当日或滞后一天产生,仅有短时强降雨很难诱发大范围滑坡,还需要一定前期降雨量为基础;(4)累积降雨因子与滑坡因子间都显著相关,且随着累积降雨日数的增加,其相关系数先上升后下降;(5)重庆地区适宜的前期降雨衰减系数在0.6左右。在此基础上拟合出了有效累积降雨量-滑坡发生概率预报模型,并使用当日最大小时降雨量-滑坡发生概率模型对其进行修正。最后使用降雨诱发滑坡实例检验该修正模型,结果可为重庆地区降雨型滑坡的预测预报提供科学依据。     

降雨型滑坡失稳概率计算方法

为了解决滑坡风险评价中的滑坡失稳概率计算问题,利用前人在降雨阈值的研究成果,结合气象学中降雨概率分布理论,以云南省盐津县庙坝滑坡为例进行计算,建立降雨型滑坡失稳概率计算模型。结果表明,盐津县降雨型滑坡的降雨阈值类型为累积降雨量-历时关系阈值,即为单日降雨阈值,降雨阈值为29.7 mm;盐津县在当日降雨量达到或超过阈值水平时可能诱发滑坡,对滑坡影响的滞后天数最大为5天;庙坝滑坡在8月20—25日6天内单日降雨达到或超过29.7 mm的降雨概率为46.49%;庙坝滑坡在8月25日因前5天或当天单日降雨量超过29.7 mm而失稳的概率为0.2853%。     

三峡库区溪沟湾滑坡的诱发因素及前期降雨影响

多年来的监测数据表明溪沟湾滑坡加速变形时总伴随着季节性降雨和库水位变动, 难以辨别滑坡变形的主导诱发因素, 对风险分析带来了挑战。鉴于此, 论文首先采用邻域粗糙集模型中的属性约简算法, 对溪沟湾滑坡活跃区和非活跃区日变形速率与降雨、库水位和库水位变动速率因素之间的相关性进行了系统分析, 计算结果表明溪沟湾滑坡活跃区变形主要受过去7日降雨因素影响, 并与短期库水位变化率因素存在关联性, 滑坡非活跃区的微弱变形与过去3日库水位变化率因素存在关联性。然后, 结合滑坡变形特征, 研究发现诱发溪沟湾滑坡活跃区剧烈变形的过去7天平均降雨量在20 mm左右, 库水位下降因素对其变形存在影响, 但影响较小, 而溪沟湾滑坡非活跃区的微弱变形主要受库水位波动影响。最后, 通过对溪沟湾滑坡进行渗流-力学数值计算分析, 结果揭示了溪沟湾滑坡活跃区受长历时前期降雨作用的变形机理。数值分析过程中, 当降雨强度由1 mm/d增至20 mm/d, 降雨造成滑坡体内部孔隙水压逐渐增大, 内部水位抬升并不断向滑坡活跃区延伸, 导致活跃区滑坡体由稳定状态降至欠稳定状态, 进而引发溪沟湾滑坡活跃区变形加剧。此外, 数值模拟结果也表明库水位下降因素对滑坡活跃区内部渗流场影响较小, 对其稳定性影响有限, 而库水位变动对滑坡非活跃区内部渗流场影响较大, 说明滑坡非活跃区的微弱变形主要受库水位波动影响。论文针对溪沟湾滑坡变形诱发因素的综合分析结果, 有助于对该滑坡进行风险预警, 可将过去7日平均降雨量20 mm作为诱发溪沟湾滑坡活跃区剧烈变形预警阀值之一。     

考虑前期降雨的边坡稳定降雨阈值曲面

在经验性降雨阈值和边坡稳定性数值分析两大类研究的基础上,考虑了降雨入渗和非饱和土性质,使用岩土有限元软件Plaxis高级模式对滑坡预警降雨阈值进行研究分析。算例表明,将降雨量在降雨时间范围内分成2段后,得到的边坡稳定性变化与实际情况更接近,重新定义前期降雨为在给定初始条件下引起边坡最危险滑裂面到坡面之间土体吸力分布发生变化的降雨。前期降雨时长与潜在滑裂面最大深度成正比,与饱和渗透系数成反比。将前期降雨量引入到降雨强度—持时曲线中作为第三个空间坐标轴,将该曲线拓展为前期降雨量-降雨强度-持时曲面。通过一基岩型边坡算例展示了阈值曲面的建立方法,并通过与模型试验数据的对比验证了其可靠性。     

降雨诱发浅层滑坡渐进破坏分析研究

为分析降雨诱发浅层滑坡的演变过程。本文以湖南湘西古丈滑坡为例,基于Green-Ampt入渗模型,进行了降雨诱发浅层滑坡渐进破坏分析。研究结果表明:在强降雨作用下,滑坡的失稳破坏主要是由于前缘土体以及中前部土体的局部破坏,而逐渐发展为整体破坏。并且,受滑坡地形影响,地形平缓的区域虽然湿润锋下渗较快,土体抗剪强度较低,但由于土体饱和带的渗流作用较小,而重力提供垂直于滑面的分力较大,该部分稳定性较为良好,故湿润锋对于滑坡稳定性的影响还应该根据不同地形条件加以分析。渐进式滑坡破坏分析方法对滑坡的监测和防治具有重要的指导意义。     

台风暴雨型滑坡降雨阈值曲线研究以福建地区为例

台风暴雨型滑坡具有群发性、规模小、爆发性强的特点,容易造成严重的人员伤亡和巨大的财产损失。本文应用极值理论分析,以极端降雨重现期的极大值作为标准并计算有效的降雨区间,通过统计分析,确定触发暴雨型滑坡的降雨阈值曲线。应用模型对福建地区台风暴雨型滑坡进行了分析,福建省3个灾害高发区为：南平三明地区、泉州地区和宁德地区。南平三明地区降雨阈值较高,但发生的滑坡数量较多,主要以3d的降雨为主;泉州地区小于3d的连续降雨和大于8d的连续降雨是触发该地滑坡的主要降雨区间;宁德地区对短期降雨较为敏感,滑坡主要由1d的降雨引起。比较分析研究表明,台风地区触发滑坡的降雨阈值要高于非台风地区。降雨型滑坡阈值主要受气候,地质和土壤厚度影响,气候因素为主控因素。     

长江三峡库区典型滑坡降雨诱发的概率分析

降雨是诱发滑坡发生或复活的主要因素。作者根据对长江三峡库区典型滑坡的分析，得到几个典型滑坡降雨诱发的阀值，并利用阀值分析了典型滑坡降雨诱发的概率。     

浙江地区引发滑坡的降雨强度-历时关系

由于独特的地理位置,复杂的地质、地形和气候背景,浙江成为中国降雨型滑坡（土体和岩体滑动,也包括泥石流和崩塌等）最频发的地区之一。为评价浙江地区的滑坡灾害,本文对该地区1990年至2003年雨量站记录的降雨数据进行了详细分析,确定了引发土体滑坡-泥石流的降雨强度―历时下限。     

三峡库区黄土坡滑坡降雨入渗模型研究

传统的入渗模型未考虑坡角和降雨强度对滑坡入渗过程的影响,为了更好地描述黄土坡滑坡降雨入渗过程,在Green- Ampt入渗模型的基础上推导了考虑坡体倾角和小降雨强度影响的降雨入渗模型。为了获取改进的入渗模型参数,在黄土坡滑坡1#崩滑体上进行了双环渗透试验与降雨、土的含水率和基质吸力现场监测。结果表明,黄土坡滑坡1#崩滑体饱和渗透系数为4.81×10-5 m/s;降雨时体积含水率增加,降雨停止后体积含水率降低,深部表现出一定的滞后特性;基质吸力变化趋势与体积含水率相反,降雨使其减小,降雨停止后逐渐增大。通过双环渗透试验与现场监测,获取了黄土坡滑坡降雨入渗模型参数值。将入渗模型计算值与现场监测数据进行对比,该模型计算值与现场监测数据吻合,说明该降雨入渗模型可用于黄土坡滑坡降雨入渗分析。     

基于位移比模型的三峡库区云阳县域内蠕变型滑坡降雨预警

建立高效合理的区域滑坡灾害降雨预警模型对滑坡防治具有重要意义.然而以往的研究多侧重于临滑预警,对蠕变型滑坡在强降雨工况下的短暂加速变形的预警研究还有待深入.以三峡库区云阳县域内滑坡为例,首先根据滑坡地表位移监测数据的特点对统计样本进行合理筛选.再通过降雨因子与滑坡发生的相关性分析以及对滑坡在降雨条件下位移变化情况的数值模拟,确定了适用于不同时间阶段的降雨统计变量.然后将考虑了滑坡规模特征的滑坡位移比（累计位移与滑坡纵长之比）作为变形指标,分时段统计滑坡地表位移监测数据与历史降雨信息,建立了日降雨数据与月位移数据的对应关系,得到了可用于确定降雨量阈值的位移比模型,并获得了云阳县蠕变型滑坡的五级预警分区.最后分别选用研究区滑坡险情实例、长年位移监测数据及极端降雨事件对模型预警效果进行检验.结果显示基于专业监测数据的位移比模型的滑坡降雨预警结果与实际情况相符,可为蠕变型滑坡的预警预报提供依据.      

降雨诱发浅层黄土滑坡变形破坏机制

由降雨引发的浅层黄土滑坡灾害具有致灾性强、范围广、影响面积大等特点,是黄土高原地区危害严重的地质灾害类型。经典算法采用安全系数描述坡体稳定性,难以对坡体变形破坏的起始位置和实际失效面加以识别,限制了滑坡变形过程的描述和滑坡有效预测。以非饱和土吸应力理论为指导,基于Hydrus中的Slope Cube模块,建立黄土斜坡水-力耦合模型,结合黄土地区易滑坡形态统计数据,针对凸型、凹型、直线型3种坡型与30°、40°、50°三种坡度组合,计算了不同降雨条件下的坡体稳定性响应。结果表明,不同坡型的黄土斜坡对降雨条件具有明显的响应。相同降雨量、相同坡度条件下直线型坡发生浅表层破坏的可能性最低,凹型坡次之、凸型坡的稳定性最差。与之相对应的,相同条件下凸型坡失稳时间最短、凹型坡次之、直线型坡最长。本研究可为浅层滑坡的早期识别和预报提供支撑。     

汶川震区暴雨泥石流发生的降雨阈值

搜集了汶川震区暴雨泥石流发生的降雨数据,采用詹氏法和修正法两种雨场分割法对其进行处理,研究了降雨参数（降雨强度、累积雨量和降雨历时）与泥石流发生之间的关系,建立了汶川震区暴雨泥石流发生的降雨阈值模型。结果表明:采用詹氏法和修正法这两种雨场分割方法所获得的降雨参数之间存在差异。两者的累积雨量差异不大,但后者的平均雨强要小于前者,其原因在于修正法改善了詹氏法估计降雨时间过短的缺点,延长了降雨历时。通过分析平均雨强~历时、累积雨量~历时、标准化平均雨强~历时和标准化累积雨量~历时之间的关系,采用单线法建立了汶川震区暴雨泥石流发生的降雨阈值。研究成果在四川省绵竹市清平乡的泥石流灾害事件中进行了应用与验证,结果表明该方法具有合理性和可行性。     

三峡库区堆积层滑坡降雨敏感性分析——以万州塘角2号滑坡为例

堆积层滑坡是三峡库区中常见的一类滑坡,大气降雨是滑坡产生的诱发因素.不同的滑坡体因其工程地质条件不同而表现出不同的对降雨敏感性的动态响应规律.本文以三峡库区万州塘角2号滑坡为例,分析其岩土体介质物理力学基本特征、变形破坏机理,在此基础上,采用MSARAM法边坡稳定性计算程序,分析了大气降雨对滑坡稳定性的敏感性问题.研究表明.在强降雨等诱发因素作用下,稳定性将明显降低,当库区正常蓄水位175 m时,该滑坡的启动降雨强度为20 mm/d,当库区低水位145 m运行时,启动降雨强度为50 mm/d.滑坡的防治措施应注重降雨和库水位等诱发因素的影响.     

基于失效概率的边坡降雨阈值曲面探讨

降雨是诱发边坡变形失稳的主要因素,而针对降雨型边坡的预警预报也一直是工程领域的核心问题。本文将蒙特卡罗方法引入降雨型滑坡的预警预报,首先基于正态分布的岩土体物理力学参数,建立了边坡的有限元数值计算模型,并分析了9种不同型式降雨下边坡稳定性系数的变化情况。结果显示递增型降雨对边坡的稳定性尤为不利,均匀型降雨次之,递减型降雨影响最小。其次,将降雨过程划分为前期降雨+当期降雨,并确定了前期降雨对于当期降雨的有效时间为6 d。最后,论文结合可靠度理论,选取失效概率Pf=10%作为预警指标,通过把前期降雨引入降雨强度-降雨历时关系曲线并作为第三坐标轴,最终将该曲线扩展成为前期降雨(A)-当期降雨(I)-降雨历时(D)曲面(A-I-D阈值曲面),研究结果对于降雨型边坡的预警预报具有一定的指导意义。     

降雨型滑坡时间概率的逻辑回归拟合及连续概率滑坡危险性建模

提高降雨型滑坡危险性预警精度和空间辨识度具有重要意义.以江西宁都县1980—2001年156个降雨型滑坡为例,首先基于传统的EE-D(early effective rainfall-rainfall duration)阈值法计算不同降雨诱发滑坡的时间概率级别;然后以各级别临界降雨阈值曲线对应的时间概率为因变量,并以对应的前期有效降雨量(early effective rainfall,EE)和降雨历时(D)为自变量,采用逻辑回归拟合出上述因变量与自变量之间的非线性关系,得到降雨诱发滑坡的连续概率值;之后对比C5.0决策树和多层感知器的滑坡易发性预测性能;最后利用降雨诱发滑坡的连续概率值与易发性图相耦合以实现连续概率滑坡危险性预警.结果显示：(1)宁都降雨型滑坡连续概率值的逻辑回归方程为1/P=1+e^{4.062+0.747 4×D-0.079 44×EE},其拟合优度为0.983;(2)2002—2003年的20处用于连续概率阈值测试的降雨型滑坡大都落在连续概率值大于0.7的区域,只有4处落在小于0.7的区域;(3)C5.0决策树预测滑坡易发性的精度显著高于多层感知...     

基于易发性分区的区域滑坡降雨预警阈值确定——以云南龙陵县为例

滑坡所处不同易发等级的区域,降雨预警阈值差别较大。为提高滑坡降雨预警的针对性和准确率,文章以野外地质调查和滑坡易发条件分析为基础,结合信息量模型和层次分析法开展滑坡易发性评价,再通过滑坡发生概率与前期累计降雨量的相关性分析,分区进行滑坡降雨预警阈值模型研究。结果表明：坡度、高程、距断层距离、工程地质岩组、水系是龙陵县滑坡的主要孕灾地质条件;龙陵县滑坡非易发区面积为14.33 km²,低易发区面积为1 053.87 km²,中易发区面积为1 471.65 km²,高易发区面积为254.73 km²;确定单日和前3日为降雨预警时间,分区分时细化了降雨预警阈值模型;对比降雨预警阈值模型应用于龙陵县滑坡监测预警中的前后,预警信息减少了70条,预警准确率提高了14.4%,并实现了镇安镇户帕村施家寨组滑坡的有效预警。文章为区域滑坡降雨预警阈值确定提供了一种较好的参考方法。