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近些年来,随着人类生产活动范围的不断扩大,滑坡灾害对人类社会的影响也不断增加,其已不仅仅作为一种自然现象展示在人类面前,而是已经带有明显的社会属性。目前,无论是从单个滑坡所造成的危害,还是从区域性宏观角度出发,其所造成的灾害性已令人震惊。而大量研究资料表明,绝大多数的滑坡,尤其是浅表层堆积体滑坡的发生与降雨有着密切的联系。因此,开展降雨条件下浅表层滑坡的空间预测有着十分重要的理论及实际指导意义。
论文在查阅前人研究成果的基础上,较为系统的总结和归纳了降雨诱发滑坡的特点、机理及其影响因素,以分布式水文模型TOPMODEL为基础,建立了降雨条件下区域滑坡的地下水水文评价模型;以无限斜坡模型为基础,建立了区域滑坡的稳定性评价模型;将该两种模型进行耦合,考虑滑坡系统稳定性评价参数的随机性,将概率模型引入其中,并最终建立了基于概率的滑坡空间预测水文-力学耦合模型,为降雨诱发滑坡的空间预测研究提供了新的方法和途径;以三峡库区巴东县城区域为例,利用该模型进行了滑坡的空间危险性预测。论文的主要工作及获得的主要认识如下:
1.较为系统的总结了滑坡形成的静态(孕灾)和动态(触发)因素,并重点分析了地形地貌、地层岩性、构造作用、水文地质等静态因素以及降雨、地震、人类工程活动等动态因素在滑坡演化发展过程中的影响作用;
2.对降雨诱发土质和岩质两种不同类型滑坡的机理进行了分析,认为土体重度的增加、抗剪强度的不断降低、孔隙水压力的逐渐增大及新的入渗通道逐渐形成是控制降雨诱发土质斜坡演化形成滑坡的主要影响因素;认为岩体抗剪强度的不断降低和孔隙水压力的增高是降雨诱发岩质滑坡的主要影响因素;
3.总结了降雨诱发滑坡的类型,即持续降雨型、暴雨型以及前期降雨型,并总结了降雨与滑坡之间在空间以及时间上的关系,指出了滑坡与降雨在空间和时间上的一致性及滑坡相对降雨时间的滞后性;分别从降雨量、降雨历时、降雨强度以及降雨类型四个角度对降雨诱发滑坡的影响因素进行了分析;
4.以前人研究成果和TOPMODEL水文模型为基础,建立了降雨条件下滑坡的地下水水文评价模型,并通过一定假设条件,分别计算推导得出了不考虑降雨历时以及考虑降雨历时条件下滑坡体的饱和因子公式;以无限斜坡模型为基础,通过一定假设条件推导得出了空间区域滑坡稳定性的力学评价公式;
5.以滑坡饱和因子为耦合条件,对降雨条件下的滑坡地下水的水文模型和滑坡稳定性评价的力学模型进行了耦合,得到了滑坡空间预测的滑坡水文-力学耦合模型,进一步对其进行了简化处理,分别得到了考虑不同降雨历时及忽略粘聚力条件下的降雨条件下滑坡稳定性评价公式,并以部分公式为例,分别讨论了不同参数对其的影响作用,并针对滑坡稳定性评价过程中参数等因素的随机性,将概率理论引入到滑坡水文-力学评价模型之中,从而更为客观的模拟滑坡稳定性的真实现状;
6.在收集研究区前期已勘察滑坡点资料的基础上,总结分析其之间规律,并参考其他工程进行工程地质类比,在此基础上结合概率分布原则,初步确定了研究区区域范围内浅表层滑坡预测分析所需参数:如滑体厚度、降雨强度、降雨历时及抗剪强度等参数;
7.以巴东新城区20m分辨率DEM为基础数据,并以Arcgis软件空间分析模块为平台,采用其水文分析功能将该区域划分成为若干个子流域单元,提取该区域山脊及山谷线,进一步划分子流域单元,并参照地层及实际滑坡分布情况将研究区划分成为具有实际地质意义的斜坡单元,并最终采取所划分的斜坡单元作为浅表层滑坡空间危险性分析计算单元;
8.以巴东县新城区为例,对该区域降雨诱发的浅表层滑坡进行了空间危险性预测,预测结果显示,随着降雨触发作用的不断深入,研究区处于高危险性及不安全等级滑坡分区范围逐渐增多,并且有随降雨强度、降雨历时增加而增长的趋势,从而更进一步验证了降雨导致浅表层滑坡发生的规律。