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基于被动源地震学方法的四川理县西山村滑坡结构与变形研究综述

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武汉大学学报（信息科学版） 2023年第6期48卷 870-878页

作者：盛敏汉储日升危自根曾求孙晓倩马海超中国科学院精密测量科学与技术创新研究院大地测量与地球动力学国家重点实验室湖北武汉430077 中国科学院大学北京100049 湖北省地质局地球物理勘探大队湖北武汉430056

滑坡体内部结构、变形特征及其随时间变化特征是监测滑坡的重要内容。传统的滑坡监测方法依赖于大地测量方法和钻孔取样等工程手段,而地震学方法在获取地球内部结构以及震源破裂变形方面具有独特优势,其中基于被动源的地震学方法无需采... 详细信息

滑坡体内部结构、变形特征及其随时间变化特征是监测滑坡的重要内容。传统的滑坡监测方法依赖于大地测量方法和钻孔取样等工程手段,而地震学方法在获取地球内部结构以及震源破裂变形方面具有独特优势,其中基于被动源的地震学方法无需采用人工震源,野外作业灵活,能够安全、经济、高效地监测滑坡。所提方法成功应用于四川省理县西山村滑坡监测,获取了滑坡体地震波速度结构、滑动面深度、滑坡体脆性变形特征等信息。简要叙述被动源地震学方法监测滑坡的基本理论及其在西山村滑坡研究中所取得的进展。

关键词：地震学方法滑坡体结构和变形西山村滑坡

西山村滑坡地震力加卸载响应特征及稳定性研究

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西山村滑坡地震力加卸载响应特征及稳定性研究

作者：曹阳健成都理工大学

学位级别：硕士

地震动力作用下的斜坡稳定性研究对于我国地震高发的西南山区有着重要意义。本文以西山村滑坡为研究对象,在搜集整理研究区域相关地质资料并对西山村滑坡形态、地质结构特征、宏观变形特征等详细调查与分析的基础上,对西山村滑坡在地震... 详细信息

地震动力作用下的斜坡稳定性研究对于我国地震高发的西南山区有着重要意义。本文以西山村滑坡为研究对象,在搜集整理研究区域相关地质资料并对西山村滑坡形态、地质结构特征、宏观变形特征等详细调查与分析的基础上,对西山村滑坡在地震动力荷载作用下的动力响应及加卸载响应规律进行深入分析研究,主要研究内容有以下几个方面:(1)分析了理县西山村滑坡基本工程地质条件。开展现场调查和室内试验分析,研究堆积层滑坡的物质组成、结构特征以及强度、渗透特性,掌握滑坡的各项基本的岩土力学性能指标数据,为后续数值模拟研究、参数取值等提供依据。(2)结合西山村滑坡的监测数据以及其宏观变形特征,对滑坡进行变形分区,研究了各个变形区的变形特点,分析了滑坡的形成及变形机理。(3)研究了西山村滑坡在地震作用下的动力响应特征。通过数值模拟的方法,研究西山村滑坡在地震动力作用下的位移、变形速率的动力响应时程特征,分析其变形特征,并对计算模拟结果进行讨论,进而分析了滑坡在地震作用下的变形破坏机理。(4)根据变形的数值模拟结果,采用加卸载响应比理论,分析研究西山村滑坡在不同地震荷载下的位移、速度、加速度加卸载响应规律。(5)采用加卸载响应度判据,对地震动力作用下西山村滑坡的稳定性进行定量分析,并与常规的斜坡稳定性分析方法进行比对,验证其正确性。通过以上研究得到了以下结论和成果:(1)西山村滑坡位于理县通化乡杂谷脑河左岸,地理坐标为北纬30°54′43″,东经102°32′46″。滑坡整体上呈前窄后宽的长条带状,滑坡前缘以杂谷脑河为界,高程约为1510m;滑坡左右两侧以冲沟为界;滑坡后缘以一近直立的滑坡壁为界,后缘高程约为3300m。滑坡前后缘高差约1790m,滑坡体纵长约为3800m,平均宽度约680m,最大宽度约为980m,滑坡堆积体厚度在10～80m之间,整体规模约1.7×108m3。滑坡未见明显滑带层。(2)西山村滑坡变形区域主要分布在滑坡的左侧前缘和左侧中部,根据滑坡复活变形特征,其变形可以分为I、II、III三个区域,其中变形Ⅰ区变形最为剧烈,Ⅱ区次之,Ⅲ区较小。综合宏观变形及监测数据,目前滑坡复活变形方式表现为牵引式滑坡,变形力学模式为蠕滑-拉裂型。(3)西山村滑坡对地震荷载的响应总体上呈现出非线性的特点,滑坡不同区域响应差异明显。滑坡表面的地震力响应呈现出前部较大,中后部逐渐减小的特征;滑坡深部地震力响应呈现出中部较大,前后缘较小的特征。同时,西山村滑坡表面地震力响应要大于滑坡深部响应。此外,滑坡在地震荷载下的动力响应在空间上还表现出各向异性的特点,滑坡在水平方向上的动力响应大于竖直方向,说明滑坡在地震作用下主要向着临空面的方向发生变形。(4)西山村滑坡的地震力响应存在滞后性,具体表现在:滑坡表面上位置越高的监测点动力响应就越滞后,监测点埋深越浅动力响应越滞后。(5)不同类型地震波对斜坡的动力响应有很大的影响。在同一振动强度下,地震波的振动频率越高,斜坡体上质点的变形就约趋于线性;反之,质点变形则会呈现出周期性波动增大的趋势。同样随着振动频率的提高,斜坡的动力响应会越来越积极,响应的滞后时间越来越短。此外,随着地震波的振幅的增大,震后斜坡的位移也会增大。(6)西山村滑坡在地震力作用下加卸载响应比时序曲线表现出在1.0左右波动震荡的特征。当响应时序曲线的表现出非线性特征时,对应的加卸载响应比曲线会出现一个峰值。同时,采用同一加卸载参量的加卸载响应比曲线会保持相似的波动趋势,说明加卸载响应比值的变化只和各参量的变化趋势有关。(7)西山村滑坡在持续时长为5s峰值加速度为0.15g的地震荷载作用下,其最小加卸载响应度为1.19,说明震后滑坡仍处于稳定状态。本研究对于预防西南山区滑坡地质灾害和维护人民的生命财产安全,具有十分重要的现实意义;同时也可以为西南山区类似滑坡的地震稳定性评价提供参考依据。

关键词：西山村滑坡地震数值模拟加卸载响应比稳定性分析

基于近震高频接收函数研究中国四川西山村滑坡的泊松比和S波速度

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中国科学：地球科学 2021年第7期51卷 1181-1192页

作者：危自根储日升李志伟盛敏汉曾求中国科学院精密测量科学与技术创新研究院大地测量与地球动力学国家重点实验室武汉430077 北京卫星环境工程研究所可靠性与环境工程技术重点实验室北京100094

滑坡现象是一种全球频发并造成巨大人员伤亡和财产损失的自然灾害.本文依次采用近震高频接收函数V_(p)-k叠加方法和接收函数非线性波形反演方法得到了从下往上由h1、h2和h3块体组成的第四系西山村滑坡体密集台阵下方的泊松比和S波速度.... 详细信息

滑坡现象是一种全球频发并造成巨大人员伤亡和财产损失的自然灾害.本文依次采用近震高频接收函数V_(p)-k叠加方法和接收函数非线性波形反演方法得到了从下往上由h1、h2和h3块体组成的第四系西山村滑坡体密集台阵下方的泊松比和S波速度.结果表明,滑坡体泊松比普遍高于0.33,S波速度主要在0.1~0.9km s^(-1)内变化.高异常泊松比(>0.44)主要分布在滑坡体不同块体的交界区和h2块体的西边缘,大致对应滑坡体厚度变化剧烈的区域,很可能是潜在的滑坡危险区域.滑坡体底部广泛分布10~30m厚的0.05~0.2km s^(-1)的低速层.滑坡体高的泊松比和底层广泛分布的低速带可能与区域内富集水有关.文章研究结果表明,利用近震高频接收函数能有效约束浅表结构特征,进而为滑坡稳定性分析和防灾减灾提供地震学参考.

关键词：西山村滑坡高频接收函数高泊松比低剪切波速度滑坡稳定性分析和灾害减灾

理县西山村滑坡冰水堆积物动强度特性及失稳机理研究

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理县西山村滑坡冰水堆积物动强度特性及失稳机理研究

作者：黎一禾成都理工大学

学位级别：硕士

2017年8月初,位于四川省阿坝藏族羌族自治州理县通化乡的西山村冰水堆积体滑坡启动,其失稳机理迄今尚未得出统一观点。本文通过研究提出其是在工程爆破产生的多期次动荷载作用下启动,受重力势能影响蠕滑变形,后期受降雨入渗和地形地貌... 详细信息

2017年8月初,位于四川省阿坝藏族羌族自治州理县通化乡的西山村冰水堆积体滑坡启动,其失稳机理迄今尚未得出统一观点。本文通过研究提出其是在工程爆破产生的多期次动荷载作用下启动,受重力势能影响蠕滑变形,后期受降雨入渗和地形地貌等多因素交互作用下促进滑坡失稳破坏。滑坡失稳破坏过程中损毁民房两处,村道一条,掩埋斜坡中部耕地若干,造成一定经济损失,并威胁坡脚正在建设的汶川-马尔康高速公路、已建成的国道G317线以及沿路两侧的居民生命财产安全。通过研究团队前期资料收集、多次现场调查走访以及无人机正摄等手段,基本查明了滑坡形态及规模、滑坡物质组成、滑坡结构特征和滑坡变形破坏特征,通过室内中型动三轴试验查明了典型冰水堆积物动强度参数,包括其变形破坏规律、动力学相互指标其相互关系分析,并对比冰水堆积体动/静强度,最终在深入总结滑坡影响因素的基础上,结合FLAC软件模拟滑坡形成演化机制模式并定性分析滑坡失稳机理,得出如下认识:(1)滑坡整体呈不规则形状,后缘以陡坎为界,左右两侧以冲沟为界,与前缘堆积边界均清晰可见。按主滑方向不同将其分为上(149°)、下(127°)两段,斜长约650m,平均宽度90m,面积2.66万m,总方量47.8万m,属中型土质滑坡。滑坡体结构较破碎,坡体内发育裂缝;滑带沿粉质粘土层和角砾土层交界软弱结构面贯穿,在斜坡陡缓交界处临空面剪出。(2)基于多次现场详细调查以及监测数据结果分析,滑坡在启动后的三个月内先后表现出震裂损伤、变形持续发展、坡体溃散解体三个典型变形破坏特征,别对应坡体结构劣化、加速变形、渐稳定变形三个阶段。(3)动三轴试验结果表明,冰水堆积物在动荷载作用下容易发生剪切破坏,角砾土较粉质粘土更易破坏。角砾土在低围压时易发生破坏,高围压时仅个别试样破坏。冰水堆积物的动模量-动应变具有对数函数关系,角砾土阻尼比相对粉质粘土较小且波动较大,呈现宽幅震荡,其对振动荷载的消减能力弱于粉质粘土,呈现出较差抗震能力的动态特征。(4)滑坡主要影响因素包括坡脚隧道工程爆破产生多期次集中动荷载、降雨以及地形地貌条件。动荷载破坏滑坡原始结构,损伤土体结构并产生震裂拉张裂缝,是滑坡启动的主要诱因;降雨入渗裂缝增大滑坡重力势能,同时降低土体抗剪强度;错综复杂的地形地貌作为主要内因促进滑坡失稳破坏。(5)FLAC软件模拟结果显示,滑坡在动荷载作用下后缘开始出现小规模张拉破坏,滑带从后缘沿着软弱结构面向下出现剪切破坏,位移和剪切应变变化暂不明显,尚处于启动阶段;随着滑坡在重力势能作用下开始蠕滑,雨水入渗裂缝,减小土体抗剪强度的同时将重力势能转换为动力势能加速了土体塑性破坏。滑坡内部出现了明显的塑性变形破坏区,沿软弱夹层面贯穿整个滑动面,促进滑体整体失稳破坏。(6)滑坡表现出“拉裂-蠕滑-剪断”的变形破坏模式。早期多期次动荷载破坏土体结构,后缘出现震裂拉裂缝,标志滑坡启动并在重力势能作用下蠕滑。中期降雨入渗增大软弱夹层含水率,降低滑带土体抗剪强度,增加滑体自重荷载效应并逐步转换为动力势能,贯穿滑带,明显加速滑坡失稳破坏。后期由于“剪断效应”,滑坡堆积前缘沿冲沟发展为“脚趾状”,运动方向和分布面积均明显增大。

关键词：西山村滑坡冰水堆积物动强度特性失稳机理 FLAC3D

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四川省理县西山村滑坡协同预警研究

四川省理县西山村滑坡协同预警研究

作者：马旭成都理工大学

学位级别：硕士

滑坡的预警预报是地质灾害研究领域的一个重要方向,作为滑坡中具有代表性的一种类型,深厚堆积层滑坡在我国西部山区广泛分布,且具有规模大、危害性大等特点。这类滑坡物质组成多以第四系残坡积、崩坡积以及冰水堆积等为主,具有结构松散... 详细信息

滑坡的预警预报是地质灾害研究领域的一个重要方向,作为滑坡中具有代表性的一种类型,深厚堆积层滑坡在我国西部山区广泛分布,且具有规模大、危害性大等特点。这类滑坡物质组成多以第四系残坡积、崩坡积以及冰水堆积等为主,具有结构松散、孔隙率大、透水性强等特征,物质构成的特殊性决定了其在暴雨及地震等极端条件下易产生变形或失稳,因此,针对西部山区大型堆积层滑坡进行基于多源立体观监测数据的滑坡协同预警研究具有重要的理论及现实意义。本文以理县西山村滑坡为研究对象,在搜集整理研究区相关地质资料并对西山村滑坡形态、地质结构特征、宏观变形特征等进行详细调查的基础上,结合滑坡多源立体观监测数据建立了能反映该滑坡地质特征、力学机理及变形特点的GMD三维数值模型,分析了滑坡在自重条件下随着滑体的蠕变滑坡中前缘变形区及坡体内部变形分布及发展规律;并基于该模型通过对计算时间的延拓实现对该滑坡的时间预测,并进行了该滑坡的时-空协同预警指标分析。本文获得的主要成果和认识如下:（1）西山村滑坡位于阿坝州理县通化乡岷江一级支流杂谷脑河左岸,滑坡平面形态总体呈圈椅状,长约3800m,宽680m80m,平均厚度约55m,坡体规模达1.7×108 m3,属于巨型深层堆积体滑坡。滑坡前缘平均坡度约为32°,中后部平均坡度约为25°,地形总体呈“上缓—下陡”的折线形态。滑坡所在研究区出露的岩层主要为志留系和泥盆系的青灰色千枚岩,堆积体物质结构主要分为两层,即粉土夹碎石、碎石土和块碎石,据钻探揭露,滑坡底部基岩产状变化较大,推断滑坡形成之初岩体以倾倒变形为主。（2）现场调查及多源观（监）测数据显示,西山村滑坡变形主要集中在滑坡左侧中前部,尤以前缘部分区域变形最为明显、剧烈,变形迹象以裂缝、错台、局部垮塌为主,结合滑坡空间上所展现的宏观变形特征将滑坡变形区分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个区域,并推断出滑坡复活变形方式为渐进后退式,变形力学模式为蠕滑-拉裂型;由滑坡地表、内部位移监测结果可知,目前滑坡整体均处于等速蠕变阶段。（3）结合滑坡多源立体观（监）测数据成果,针对滑坡变形特征较为明显的中前缘区域,利用有限差分软件FLAC3D建立了能综合反映该滑坡地质结构、力学机理和变形特征的GMD三维数值模型,并运用该软件Cvisc蠕变模型对滑坡进行模拟,初始模拟结果显示,滑坡变形发展大致可以分为两个阶段,第一阶段为滑坡初始变形阶段,第二阶段为等速蠕变阶段,数值模拟结果与滑坡真实发展变化过程拟合较好,证明所建GMD数值模型较为合理,可用于滑坡的变形分析及时间预测。（4）依据所建GMD数值模型,通过在滑坡3个复活变形区地表及坡体内部设置监测追踪点,分析滑坡变形区位移随着蠕变时间的推移空间分布特征及坡体内部变形发展演化规律。研究发现滑坡变形主要集中在变形区Ⅰ和Ⅱ的部分区域,且以变形区Ⅰ的后部位移量最大;通过对坡体内部不同深度处位移的监测可以发现滑坡坡体内部位移基本沿深度方向逐渐递减,2号钻孔处位移在0～20m范围内变化较大,分析认为此处发生浅层滑动的可能性较大,而5号、10号钻孔内部位移变化则较均匀,表现为整体向前蠕滑。（5）依据建立的滑坡GMD数值模型,通过对计算时间的延拓,实现对滑坡的时间预测,模拟结果显示在滑坡蠕变计算至2380天时,处于变形区Ⅰ的1号监测点位移速率开始有明显突变,滑坡总位移加速增长,判断此时滑坡已进入加速蠕变阶段;通过对坡体内部位移的追踪监测发现在蠕变计算至2380天时变形区Ⅰ内1号监测点在40m深度范围内的坡体位移量、位移速率都有较大程度的增加,而处于变形区Ⅱ和Ⅲ的内部位移量变化则较小,判断随着蠕变时间的增加变形区Ⅰ有整体、深层滑动的可能。（6）综合上述分析并结合滑坡预警指标易于监测、具有适用性等原则,选取滑坡宏观变形破坏迹象、特征点位移、位移速率和改进切线角角度作为西山村滑坡时-空协同预警的指标,并根据滑坡预警级别的划分作出了滑坡协同预警的分级指标。

关键词：西山村滑坡协同预警数值模型

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西山村滑坡SBAS形变监测研究

测绘与空间地理信息 2022年第S1期45卷 228-231页

作者：武丽梅王晓波姚国纪黑龙江第一测绘工程院黑龙江哈尔滨150025

采用SBAS时间序列分析方法,获取四川省理县通化乡西山村滑坡2016年7月至2019年5月期间Sentinel-1A/B雷达卫星数据,对该滑坡灾害表面形变进行研究。结果表明,西山村滑坡形变处于活跃期,且长期蠕动;依据SBAS形变监测结果,将西山村滑坡分... 详细信息

采用SBAS时间序列分析方法,获取四川省理县通化乡西山村滑坡2016年7月至2019年5月期间Sentinel-1A/B雷达卫星数据,对该滑坡灾害表面形变进行研究。结果表明,西山村滑坡形变处于活跃期,且长期蠕动;依据SBAS形变监测结果,将西山村滑坡分为强形变区和均匀形变区,且最大形变速率值达-154.8 mm/a;对监测时段内沿南北(主滑)方向和东西方向的剖面形变速率及典型监测点时序进行分析,滑坡中部的形变速率较大,滑坡后缘、滑坡前缘形变速率较小,并且滑坡东侧最大形变速率高于滑坡西侧;同时降雨对滑坡体形变具有一定影响。

关键词： Sentinel-1A/B数据 SBAS 形变监测西山村滑坡

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考虑活动性状态的大型滑坡危险性评价

长江科学院院报 2018年第11期35卷 76-81,90页

作者：李云杰汤明高屈飞行邵山马旭罗剑杨何成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室成都610059

活动性状态是表达滑坡危险程度的重要指标。以往的研究中滑坡危险性评价是选取易发性指标通过数理分析计算得出危险性程度,大多没有考虑斜坡演化进程及活动性状态,难以精确表达滑坡危险性程度。为此,提出了考虑斜坡活动性状态的大型滑... 详细信息

活动性状态是表达滑坡危险程度的重要指标。以往的研究中滑坡危险性评价是选取易发性指标通过数理分析计算得出危险性程度,大多没有考虑斜坡演化进程及活动性状态,难以精确表达滑坡危险性程度。为此,提出了考虑斜坡活动性状态的大型滑坡危险性评价方法,通过GIS对地质条件和斜坡活动性进行叠合分析,计算大型滑坡危险程度。以西山村滑坡为例,选取坡度、坡高、曲率、坡向、地层岩性、断层、河流、道路、植被覆盖度作为地质条件因子,采用裂缝发育程度和变形监测情况表达斜坡活动性状态,构建了考虑斜坡活动性状态的危险性评价模型,采用GIS分析完成了西山村滑坡危险性评价。最后通过高活动性和高危险性的面积重叠度进行了验证,结果显示评价精度达96. 03%。研究成果可为滑坡预警预报和治理措施提供一定的理论依据。

关键词：滑坡危险性评价斜坡活动性状态评价因子 GIS 西山村滑坡