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考虑气候变化的极端降雨诱发滑坡风险分析

考虑气候变化的极端降雨诱发滑坡风险分析

作者：刘敏中南大学

学位级别：硕士

近年来,随着温室气体的排放不断增多,全球气候也随之不断发生变化。而气候变化导致降雨事件的强度和频率也不断发生变化,如极端降雨事件发生的更为频繁。而在诱发滑坡产生的诸多因素中,降雨入渗是主要因素之一。这意味着,气候变化可能... 详细信息

近年来,随着温室气体的排放不断增多,全球气候也随之不断发生变化。而气候变化导致降雨事件的强度和频率也不断发生变化,如极端降雨事件发生的更为频繁。而在诱发滑坡产生的诸多因素中,降雨入渗是主要因素之一。这意味着,气候变化可能会对降雨诱发的滑坡活动产生影响。将气候变化导致的极端降雨变化结合到滑坡灾害的分析评估中,能够更准确的做好降雨入渗诱发的滑坡的预警预报和防治工作,尤其是对正处于服役期的工程边坡的安全性保障具有重要意义。鉴于此,本文将气候变化导致的极端降雨变化与区域滑坡风险分析模型相结合,基于新疆某公路沿线区域和当地的地理信息、水力参数等进行了考虑全球气候变化的极端降雨诱发区域滑坡的风险分析。主要研究内容如下:(1)基于多个全球气候模型,获取了不同气候背景下的目标研究区域的未来日降雨数据,预处理后通过统计降尺度方法(Bias correction and spatial downscaling,BCSD)得到高分辨率的当地降雨数据以建立气候变化下的极端降雨事件回归模型。(2)针对新疆某公路沿线区域,基于极值分析(Extreme Value Analysis)建立了考虑全球气候变化的未来气候背景(2060-2090年)下的日降水极端事件的强度-频率-持时(Intensity-Duration-Frequency,IDF)曲线。IDF曲线之间的差异强调了气候背景中温室气体排放量的差异对降雨事件重现概率和强度的重要影响。(3)基于研究区域的逐小时降雨历史,通过有界随机级联模型(Bounded random cascade model,BRCM)对日降雨IDF曲线中的极端降雨事件进行了时间尺度上的进一步随机累乘分解,以进一步考虑降雨模式对滑坡触发演变过程的影响。(4)基于一维渗流控制方程和考虑吸力影响的无限边坡模型构建了降雨入渗作用下非饱和边坡渗流与稳定性分析的有限元模型。通过与不同情况下的孔隙水压力解析解进行对比,验证了该有限元模型的有效性。通过矢量化的编程技术将有限元模型推广到区域大尺度。通过地理信息系统(Geographic Information System,GIS)进行后处理实现了有限元模拟结果在地理空间上的可视化。(5)基于所建立的极端降雨回归模型和区域尺度的降雨入渗边坡稳定性分析有限元模型,以新疆S316省道沿线的历史滑坡为工程背景,进行了不同气候背景、不同降雨重现概率、不同随机降雨模式下的区域滑坡风险分析。基于模拟结果探讨了不同温室气体排放量下的气候背景、极端降雨重现期以及随机降雨模式(Random rainfall pattern)对滑坡触发演变过程的重要影响。图56幅,表10个,参考文献179篇

关键词：气候变化极端降雨随机降雨模式降雨诱发滑坡滑坡触发与演化

汶川地震强震区地震诱发滑坡与后期降雨诱发滑坡控制因子耦合分析

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工程地质学报 2012年第4期20卷 522-531页

作者：齐信唐川陈州丰邵长生中国地质调查局武汉地质调查中心武汉430205 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

本文以汶川地震强震区北川县典型研究区为例,利用高分辨率航片、SPOT5卫星图像对北川县典型研究区进行了"5.12"地震之后和"9.24"降雨之后诱发的滑坡解译,解译结果显示:"5.12"地震诱发滑坡1999个,"9.24"强降雨诱发滑坡828个,"9.24"强降... 详细信息

本文以汶川地震强震区北川县典型研究区为例,利用高分辨率航片、SPOT5卫星图像对北川县典型研究区进行了"5.12"地震之后和"9.24"降雨之后诱发的滑坡解译,解译结果显示:"5.12"地震诱发滑坡1999个,"9.24"强降雨诱发滑坡828个,"9.24"强降雨导致原有地震滑坡面积扩大的滑坡150个。研究表明:地震和强降雨都是诱发滑坡的动力成因,"9.24"强降雨诱发的滑坡面积是"5.12"地震诱发滑坡面积的1/4倍,强降雨诱发滑坡的数量增加了41.4%;强降雨不仅诱发新的滑坡,而且促使原来地震滑坡复活,并扩大其面积,强降雨导致地震诱发的滑坡面积扩大了原面积的68.7%。同时,在遥感解译数据基础之上,开展地震诱发滑坡与降雨诱发滑坡规模对比和控制因子耦合分析及地震与降雨耦合灾害链模式研究,为进一步分析研究地震灾区滑坡的产生、发展趋势、危险性和风险评价等预测预报提供科学依据,也为汶川震区恢复重建中的减灾防灾提供决策参考。

关键词：汶川地震强震区地震诱发滑坡降雨诱发滑坡

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全风化花岗岩滑坡稳定性与降雨关系分析

防灾减灾工程学报 2024年第2期44卷 322-332页

作者：刘红军武闻禹耿林刘良张国良孙文雨于鹏中国海洋大学环境科学与工程学院山东青岛266100 自然资源部滨海城市地下空间地质安全重点实验室山东青岛266100 青岛地质工程勘察院(青岛地质勘查开发局) 山东青岛266100

降雨是滑坡诱发的主要因素,当前我国防灾工作理念从注重灾后救助向注重灾前预防转变、从减少灾害损失向减轻灾害风险转变,因此明晰降雨诱发机理并建立合理的预警机制,对做好地质灾害防灾减灾工作至关重要。针对降雨型全风化花岗岩滑坡... 详细信息

降雨是滑坡诱发的主要因素,当前我国防灾工作理念从注重灾后救助向注重灾前预防转变、从减少灾害损失向减轻灾害风险转变,因此明晰降雨诱发机理并建立合理的预警机制,对做好地质灾害防灾减灾工作至关重要。针对降雨型全风化花岗岩滑坡稳定性问题,以青岛崂山风景区全风化花岗岩返岭滑坡为实例,进行了不同含水率原状土剪切试验与大型物理相似模型试验。揭示了边坡的降雨响应规律,探究了全风化花岗岩滑坡稳定性与降雨关系,并拟合相关量化公式。同时采用ABAQUS建立边坡流固耦合三维数值模型,基于强度折减法验证了公式的合理性。研究结果表明:(1)降雨型全风化花岗岩滑坡的破坏模式分为浸润侵蚀→表层变形→破坏加深→整体失稳4个阶段,变形期间坡体存在“鼓状凸起”与“片状溜滑”现象,最终发生推移式破坏;(2)边坡对降雨入渗的响应规律在水平及竖向空间上存在差异,降雨强度越大,含水率与孔压增速越大;(3)基于试验结果推导了滑坡含水率、安全系数与降雨强度、降雨持时之间的影响关系公式,数值模拟验证误差率较小,能够较好的描述全风化花岗岩滑坡稳定性与降雨之间的定量关系。研究结果为类似强~全风化花岗岩地区滑坡的预警与防治提供参考。

关键词：全风化花岗岩降雨诱发滑坡物理模型试验数值模拟定量研究

考虑渗透系数空间变异性的降雨作用下边坡大变形破坏特征

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应用基础与工程科学学报 2024年第1期32卷 72-84页

作者：李剑平蒋水华黄发明黄劲松南昌大学工程建设学院江西南昌330031

合理评估降雨作用下边坡破坏特征是滑坡灾害防控及预警的重要前提.为了揭示土体渗透系数空间变异性对降雨作用下边坡大变形破坏特征的影响规律,综合利用极限平衡方法计算效率高和物质点法可模拟边坡大变形的优势,提出了随机极限平衡-物... 详细信息

合理评估降雨作用下边坡破坏特征是滑坡灾害防控及预警的重要前提.为了揭示土体渗透系数空间变异性对降雨作用下边坡大变形破坏特征的影响规律,综合利用极限平衡方法计算效率高和物质点法可模拟边坡大变形的优势,提出了随机极限平衡-物质点耦合分析方法(RLE-MPM),并开发了MATLAB-HYDRUS-Anura 3D这3个软件的接口实现程序.首先,利用HYDRUS模拟边坡降雨入渗过程,得到每个土层单元的含水率及孔隙水压力分布特征;其次,采用局部抗剪强度法更新每个物质点的等效抗剪强度及重度;最后,利用随机物质点法(RMPM)进行降雨作用下边坡大变形破坏概率计算、破坏模式识别及大变形破坏特征评估.研究结果表明:RLE-MPM方法可模拟日本Tokai-Hokuriku降雨型滑坡水-力耦合过程,模拟得到的滑坡最终堆积形态与现场调查结果基本一致.相较于RMPM,RLE-MPM方法计算边坡失效概率的效率更高,并且能够有效识别降雨作用下3种边坡破坏模式,即完全破坏模式、剪切带破坏模式、渐进式破坏模式.此外,降雨历时对非均质边坡大变形破坏模式及其特征均具有重要的影响.

关键词：降雨诱发滑坡边坡失稳空间变异性大变形破坏模式破坏特征

融合多源信息的降雨入渗边坡概率反分析及可靠度预测

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中国地质灾害与防治学报 2024年第1期35卷 28-36页

作者：揭鸿鹄蒋水华常志璐黄劲松黄发明南昌大学工程建设学院江西南昌330031 南昌大学资源与环境学院江西南昌330031

概率反分析是推断不确定土体参数统计特征的重要手段,可以使边坡可靠度评估更接近工程实际。然而目前的概率反分析很少使用多源信息(包括监测数据、观测信息和边坡服役记录),因为这通常涉及数千个随机变量和高维似然函数的评估。因此融... 详细信息

概率反分析是推断不确定土体参数统计特征的重要手段,可以使边坡可靠度评估更接近工程实际。然而目前的概率反分析很少使用多源信息(包括监测数据、观测信息和边坡服役记录),因为这通常涉及数千个随机变量和高维似然函数的评估。因此融合多源信息对空间变异土体参数进行概率反分析进而预测降雨条件下的边坡可靠度是一项具有挑战性的难题。文章将改进的基于子集模拟的贝叶斯更新(mBUS)方法与自适应条件抽样(aCS)算法相结合,构建了空间变异土体参数概率反分析和边坡可靠度预测的框架,并以某一公路边坡为例验证了该框架的有效性。研究结果表明:通过融合多源信息所获得的土体参数后验统计特征与现场观测结果基本吻合;用更新后的土体参数预测得到2004年9月12日该边坡在暴雨工况下的失效概率为23.1%,符合实际边坡失稳情况,说明在此框架下可以充分利用多源信息解决高维概率反分析问题。

关键词：降雨诱发滑坡空间变异性概率反分析可靠度分析贝叶斯更新

甘肃天水地区强降雨诱发黄土-泥岩滑坡机理实验研究

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现代地质 2021年第3期35卷 720-731页

作者：韩帅孙萍李荣建张瑾李晓斌祝恩珍中国地质科学院地质力学研究所北京100081 新构造运动与地质灾害重点实验室北京100081 西安理工大学岩土工程研究所陕西西安710048 中国地质大学(北京)工程技术学院北京100083

在甘肃天水地区每年由降雨诱发的黄土-泥岩滑坡灾害事故很多,给当地人民生命财产造成巨大损失。为探索该类斜坡的滑动破坏过程与机理,在野外地质调查、工程地质钻探及岩土体力学测试的基础上,通过室内大型物理模型实验,研究"上部黄土+... 详细信息

在甘肃天水地区每年由降雨诱发的黄土-泥岩滑坡灾害事故很多,给当地人民生命财产造成巨大损失。为探索该类斜坡的滑动破坏过程与机理,在野外地质调查、工程地质钻探及岩土体力学测试的基础上,通过室内大型物理模型实验,研究"上部黄土+下部泥岩"二元结构类型斜坡在强降雨作用下的动态变形演化过程,揭示该类斜坡的破坏机理和破坏模式。结果表明:强降雨作用下斜坡变形破坏以滑动破坏为主,水分的作用主要表现为增加土体自重、引起土体强度降低、降低结构面的抗滑力、产生孔隙水压力及降低有效应力等几个方面,斜坡的破坏模式则主要表现为坡肩侵蚀→微裂隙产生、发展、贯通→斜坡局部滑动破坏→斜坡整体滑动破坏。研究结果对天水地区该类滑坡的早期识别有重要的参考意义,可为该类滑坡的防灾减灾提供科学依据。

关键词：降雨诱发滑坡斜坡滑坡机理模型实验

天水地区强降雨诱发黄土—泥岩滑坡机理实验研究

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天水地区强降雨诱发黄土—泥岩滑坡机理实验研究

作者：韩帅中国地质科学院

学位级别：硕士

在我国西部黄土高原地区,大量覆盖黄土地层,由于其特殊的结构性与水敏特性,在持续性降雨或强降雨条件下,变形破坏现象严重,导致了大量的灾害事件。为有效减轻此类地质灾害给社会与人民造成的损失,开展降雨作用下滑坡的实验研究具有重要... 详细信息

在我国西部黄土高原地区,大量覆盖黄土地层,由于其特殊的结构性与水敏特性,在持续性降雨或强降雨条件下,变形破坏现象严重,导致了大量的灾害事件。为有效减轻此类地质灾害给社会与人民造成的损失,开展降雨作用下滑坡的实验研究具有重要意义。本文在野外地质调绘、工程地质勘察的基础上,以甘肃天水甘谷县及周边区域的降雨滑坡为研究对象,开展了滑坡岩土体的基本物性试验与力学特性实验,从微观角度解释了斜坡发生变形破坏的内在原因;通过室内大型物理模型实验,从宏观角度,分析研究了不同预制结构面情况下斜坡内部水分的入渗规律、变形破坏特征;基于Geostudio有限元数值计算软件,对模型实验的工况进行了数值模拟计算,并与模型实验结果进行了对比。主要得出以下认识:(1)黄土的压缩试验表明含水率是影响黄土强度的直接因素。相比于天然原状黄土,饱和状态下,其强度大大减小,主要表现为黏聚力的下降,内摩擦角下降较小,解释了降雨作用下斜坡变形破坏的内在原因。(2)泥岩的压缩试验与压缩蠕变实验表明,泥岩的破坏主要为剪切破坏,随着围压的升高,其破裂面越光滑平直,而相比于天然泥岩强度,其长期强度大为折减,极限强度约为常规压缩试验强度的36%-53%。(3)根据实验与数值计算结果可以得出:斜坡内部水分入渗具有明显的规律性。湿润锋基本与斜坡表面及结构面平行,并逐渐向两侧扩展;在各部位的入渗速度有差异,具体为:结构面>坡肩>坡脚>后缘>坡面。(4)含有先存破裂面的黄土-泥岩滑坡的破坏基本沿预制结构面发展,其结构面产状越陡,变形破坏越严重,达到破坏所需的降雨强度越小,结构面控制着斜坡的变形破坏,其变形破坏模式具体为:坡肩侵蚀与微裂隙产生→微裂隙扩展、贯通→局部滑动破坏→整体滑动破坏。(5)含有先存结构面的黄土—泥岩滑坡具有如下滑动机理:斜坡在天然状态下沿着老滑面、黄土泥岩接触面、软弱结构面、最大剪应力集中带发生长期缓慢的蠕动变形演化,在坡体内部产生了贯通性的潜在滑动面;降雨作用下,水分渗入土体,一方面增加土体的自重,另一方面,降低了土体抗剪强度,当达到土体抗剪强度极限时,土体便发生剪切破坏,滑坡发生。

关键词：模型实验降雨诱发滑坡斜坡黄土-泥岩滑坡滑坡机理

三峡库区降雨型滑坡入渗特征及变形机制——基于一维和二维模型试验研究

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岩土力学 2023年第5期44卷 1363-1374页

作者：王力南芳芸王世梅陈勇李小伟范志宏陈玙珊三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室湖北宜昌443002 三峡大学土木与建筑学院湖北宜昌443002 中国地质大学(武汉)湖北巴东地质灾害国家野外科学观测研究站湖北武汉430074 中南冶金地质研究所湖北宜昌443002

强降雨诱发古滑坡的浅层变形是三峡库区最为严重的地质灾害,因此,探索暴雨作用下滑坡土体的入渗规律及其浅层变形机制具有重要的研究意义。以三峡库区的降雨型滑坡为研究对象,统计了降雨型滑坡土体的渗透特性分布特征,考虑强降雨作用,... 详细信息

强降雨诱发古滑坡的浅层变形是三峡库区最为严重的地质灾害,因此,探索暴雨作用下滑坡土体的入渗规律及其浅层变形机制具有重要的研究意义。以三峡库区的降雨型滑坡为研究对象,统计了降雨型滑坡土体的渗透特性分布特征,考虑强降雨作用,分别开展一维土柱入渗试验和二维滑坡模型试验,研究了不同降雨强度条件下滑坡土体的入渗特征以及对应的滑坡浅层变形机制。降雨入渗试验结果表明:降雨入渗土体的速度取决于降雨强度与土体渗透系数的相对大小,当降雨强度小于或等于土体渗透系数时,入渗能力随降雨强度增大而增大。当降雨强度大于土体渗透系数时,入渗能力反而随之减小。模型试验结果表明:强降雨入渗时,会造成地表土体暂态饱和,表层土体以下非饱和区内的气体被暂态封闭并受到表层孔隙水压力作用而压缩,导致孔隙气压力随降雨入渗迅速增大。对于三峡库区的降雨型滑坡,短时的暴雨会产生瞬态饱和区。封闭气体,这也是影响强降雨入渗能力的主要原因;同时封闭气体传递水压使得浅层土体的孔隙水压力骤增,这也是许多滑坡发生浅层变形和破坏的主要原因。

关键词：三峡库区模型试验降雨诱发滑坡入渗特征变形机制

四川盐源县桃子乡“7.19”特大滑坡特征与成因机理研究

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水利水电技术(中英文) 2023年第11期54卷 181-191页

作者：张一希赵程李青春陈思娇中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司四川成都610072 四川建筑职业技术学院四川德阳618000

【目的】2018年7月19日凌晨5时40分许,四川省凉山彝族自治州盐源县桃子乡发生一处大型土质滑坡,为了研究其形成过程和成灾机理,【方法】以滑坡发生后详细的现场地质调查为基础,结合卫星光学遥感、无人机摄影测量技术等手段,查明了盐源... 详细信息

【目的】2018年7月19日凌晨5时40分许,四川省凉山彝族自治州盐源县桃子乡发生一处大型土质滑坡,为了研究其形成过程和成灾机理,【方法】以滑坡发生后详细的现场地质调查为基础,结合卫星光学遥感、无人机摄影测量技术等手段,查明了盐源县桃子乡滑坡的基本特征,并对滑坡发生及成灾原因进行了分析。【结果】结果表明:滑坡区上陡下缓的地形地貌、以松散玄武岩风化堆积物为主的坡体结构是滑坡形成的基本条件;滑前连续14 d的强降雨以及斜坡后缘强烈的坡表径流入渗致使坡体内部饱水、基覆界面土体软化,是滑坡发生的直接诱因。【结论】群策群防工作的有效开展使桃子乡滑坡成为避险成功的典型案例,深入研究桃子乡滑坡的形成过程和成灾机理,对西南地区与桃子乡滑坡具有类似条件的滑坡隐患防灾减灾工作,具有一定的指导意义。

关键词：桃子乡滑坡降雨诱发滑坡群策群防体系成因机理无人机摄影测量

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