三峡库区降雨型滑坡形成机制与降雨阈值研究——以秭归县为例

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三峡库区是全国地质灾害多发区域之一,其中最常见的地质灾害为滑坡。滑坡发生失稳的因素众多,降雨是最常见和最活跃的诱发因素。本文主要对三峡库区秭归县为研究区开展相关研究,选取秭归县1975-2021年的历史滑坡灾害及降雨数据进行统计分析。应用SPSS软件分析降雨因子与滑坡事件是否存在线性相关,发现该地区降雨型滑坡灾害主要与前三日累积降雨量有较大的线性关系。基于Geo Studio限元方法建立饱和-非饱和降雨入渗模型,确定边坡稳定性变化,反演滑坡的变形破坏的演变历程,按照已监测到的数据对滑坡变形阶段分段分析;运用统计学方法得出秭归县区域滑坡宏观降雨阈值I-D曲线,探究降雨型滑坡规模、物质组成的差异性,分类建立了不同地质类型条件的I-D曲线,成果如下:(1)滑坡形成机理具备两类因素(内在因素和外部环境诱因)相互作用的基础上,获得降雨型滑坡的诱发作用方式为:内因为坡体构造、地形地貌及岩土材料,外因为降雨和人类活动。(2)本文基于降雨条件下饱和-非饱和坡体入渗过程理论,选取了三个不同时间段模拟降雨条件下坡内孔隙水压力、地下水线、稳定性系数曲线变化趋势可知,其孔隙水压力、地下水位、稳定性系数随降雨持续逐渐降低,降雨停止后,稳定性逐渐回升。(3)为分析秭归县地区降雨型滑坡形成过程,根据滑坡物质组成分两大类:一类以杉树槽滑坡、柏堡滑坡为代表的岩质滑坡;另一类以谭家湾滑坡为代表的土质滑坡,对三个单体滑坡模拟过程分析,明确坡体二维、三维坡体空间演变规律。比较分析可知:不同类型滑坡对降雨雨型及降雨量有较大差异,顺层岩质滑坡一侧无侧限、另外一侧被纵向裂缝切割、前部阻挡型(比如杉树槽滑坡),对前期降雨+暴雨形式比较敏感,前期15d累积有效降雨量为74.46mm,当次降雨达到96.6mm,累积15d降雨量287.3mm;顺层岩质滑坡两侧无侧限(如柏堡滑坡),对长时间的连续降雨小雨到中雨+当日大雨最为敏感,40d内多次连续降雨,40d累计降雨量大335.4mm,当次降雨量64.4mm。大型基覆界面型土质滑坡(如谭家湾滑坡),变形当天降雨、前期累积有效降雨很小,原因为前期降雨对滑坡累积了足够大的能量,软化滑带,降低其稳定性,故滑坡也发生了“阶跃”变形。降雨停止后,滑坡变形需要5~9d左右停止变形,滑坡滞后约5~9d。通过对比监测点位移以及速率的变化过程,可将演变过程依次划分为初始变形、匀速变形、加速变形阶段。(4)通过经验性降雨阈值方法研究秭归县近45年(主要为近20年)滑坡资料,选取收集到的降雨数据完整的滑坡,分析降雨强度与降雨持时关系,得出秭归县地区降雨与滑坡的I-D曲线关系为I=41.10D-0.36(1d≤D≤15d),模拟验证为I2=102.75D-0.43,优化后曲线为I3=65.27D-0.57。降雨强度与降雨持时运用origin分析其散点图幂函数线性关系,发现降雨强度越大,降雨持时越小,滑坡发生时间越短;反之,则相反。(5)按物质组成分类:土质滑坡、岩质滑坡临界阈值曲线分别为I=40.93D-0.34、I=60.39D-0.59。由拟合结果可知,在相同降雨强度下,土质滑坡比岩质滑坡所需降雨持时相对较小,即可诱发滑坡变形或滑移。按规模等级分为:小型、中型、大型和特大型滑坡临界阈值曲线分别为I=41.31D-0.30、I=41.63D-0.33、I=82.27D-0.70、I=446.24D-1.91,。由拟合结果可知,规模不同,阈值曲线也不同,存在明显的区别,但从其幂函数曲线得知规模越大的滑坡需要诱发启动的降雨阈值也就越大,滑坡规模与降雨阈值呈现正相关。(6)运用SPSS分析降雨滑坡资料,获取秭归县地区诱发滑坡的Logistic回归模型,实行模型拟合优度检验。并在该Logistic回归模型基础上讨论有无前期降雨时诱发滑坡与当日降雨的关系,分析可知滑坡主要受前三天累积降雨量影响,前期降雨对滑坡起到软化作用。
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