考虑近断层地震动特性和地形效应的地震滑坡危险性概率评价方法研究

Earthquake-induced landslides represent a significant earthquake hazard. These landslides typically occur in near-fault regions which exhibit complex topography. However, near-fault earthquake ground motion and topographic effects on the occurrence of landslides have not been well understood, and the uncertainties in the expected ground shaking, the soil and slope properties, and the sliding displacement prediction of slopes are not fully considered in the seismic landslide hazard assessment. In this project, a series of numerical and theoretical studies will be conducted on the seismic sliding characteristics of slopes and seismic landslide hazard assessment methodology including the coupled effects of near-fault earthquake ground motion and topographic amplification. The predictive models for earthquake-induced sliding displacements of slopes will be developed with consideration of the coupled effects of near-fault ground motion and topographic amplification. The propagation of uncertainties associated with characteristic parameters related to both earthquake ground motions and slopes will be investigated. A unified probabilistic assessment approach for regional and site-specific seismic landslide hazard will be finally proposed to rigorously and efficiently incorporate the effects of near-fault earthquake ground motion, topographic amplification and the critical sources of uncertainties. The approach will be applied to evaluate the seismic landslide hazard in Wenchuan earthquake to demonstrate the practicability and reliability. The results from this project will provide a theoretical basis for the seismic landslide hazard mitigation and anti-seismic design of critical slopes in the near-fault region.

地震诱发的滑坡是重要的地震灾害，通常主要发生在断层附近区域，这些区域往往具有较为复杂的地形特征。已有研究尚未充分认识近断层地震动特性和边坡地形效应对地震滑坡危险性的影响，对地震动和边坡特性参数以及边坡地震位移预测中的不确定性也尚未充分考虑。本项目针对近断层地震动与地形效应耦合作用下的边坡地震滑移特性及地震滑坡危险性分析方法展开研究。基于数值模拟和理论分析方法，揭示近断层地震动特性和地形效应对边坡地震响应和滑移特性的影响机理，建立近断层地震动引起的边坡地震位移预测模型，得到地震动及边坡岩土体参数不确定性在地震位移预测中的传递规律，最终提出区域性和具体场地概率地震滑坡危险性的统一分析及评价方法，科学合理地考虑近断层地震动特性、地形效应及重要不确定性的影响，并通过汶川地震滑坡灾害的实例分析，论证方法的可行性和合理性。研究成果将为近断层区域地震滑坡灾害的防治和重要边坡工程的抗震设计提供理论依据。

地震滑坡灾害往往集中在近断层区域，断层附近大范围的自然山体边坡以及复杂的地形环境使得断层破裂机制、近断层地震动特性以及地形效应的影响更为突出。本项目基于块体滑动理论和数值模拟，针对近断层区域的地震滑坡危险性问题开展研究。基于全球范围地震动数据库选取近断层地震动记录，分析了近断层地震动方向性效应脉冲特性，建立近断层地震动参数预测模型和相关系数，结果表明近断层脉冲地震动的参数相关性低于近断层非脉冲地震动和远场地震动。研究了远场、近断层脉冲和非脉冲地震动引起的不同特性边坡地震位移的转向变异性特征，结果表明地震动转向特性对强度较大的滑块体影响更大，目前采用的基于单转向地震动的边坡永久变形评估方法可能会低估实际地震永久变形灾害。提出了考虑地震动转向变异性的边坡地震位移预测模型，能够给出所有转向可能发生的地震永久变形值的范围，同时确保了基于永久位移的边坡地震灾害评估时地震动强度定义的一致性。研究了滑块体以下场地条件及地形效应对边坡地震滑动位移的影响，结果表明地震动地形和土层放大效应共同影响坡体动力响应和滑动位移，且影响程度与地震动频率和坡体自振频率密切相关。通过引入滑动体深度与场地土层深度的比值关系以及边坡倾角，建立了滑动体等效地震动参数及地震滑动位移预测模型，考虑了全边坡动力响应，能够对边坡地震滑动位移进行更准确的评估。基于近断层地震动参数预测模型和相关性分析结果以及地震位移预测模型，理论推导提出考虑近断层方向性效应和转向变异性的多参数概率地震位移危险性分析方法，实现了对近断层附近大范围区域的边坡地震危险性区划。基于边坡概率地震位移危险性分析方法，研究了某一危险性水平下不同地震事件及地震动参数对位移灾害的贡献水平，提出了用于具体场地边坡地震位移分析的地震动时程选取方法，包括不同类型地震动数量、设计地震动参数以及引起最大边坡地震位移的地震动输入转向，为边坡抗震设计提供合理的地震动输入。