基于物理过程模型的降雨型浅层滑坡易发性研究

In the southeast of China, loose deposits slopes are most widely distributed, which is also mostly connected with human activities. Shallow landslides frequently occurred within these slopes in typhoon seasons. Recently, GIS is widely used in order to provide efficient preventative measures. Within the framework of GIS, the applicants will develop a process-based model to calculate the pressure head, predict the soil thickness and evaluate the factor of safety of each pixel using infinite slope equation. During the soil thickness predicting, DEM with different resolutions will be used to optimize the precision of the predicting models. Laboratory tests will be conducted to obtain time-dependent strength parameters of loose deposits. During the calculation of FS, different soil strength and permeability coefficient will be used for slid slopes and first-time landslide respectively. After the improvements, a real-time process-based model will be proposed to produce real-time hazard maps for shallow landsliding using only hourly update rainfall data. The methodology and results of study will be used to provide advice for shallow landslide mitigation.

我国东南部地区松散沉积土边坡分布最广，与人类活动相关度最大，每年来袭的台风暴雨都会引起大量的浅层滑坡。为了更加合理的利用人力、物力、财力资源，提高滑坡治理的效率，应用地理信息系统（GIS）预测浅层滑坡时间、空间信息的研究得到大力发展。本项目在GIS框架下，从浅层滑坡的机理出发，综合考虑地下水位、土体强度指标等关键参数的时变效应，建立浅层滑坡的物理过程模型，通过无限边坡模型来评价边坡的稳定性，针对大范围区域开展浅层滑坡易发性研究。预测土层厚度时：采用不同分辨率和精度的DEM数据，实现预测模型精度的优化；计算边坡安全系数时：通过室内试验得到滑坡发生前后土体强度指标和渗透系数等参数的变化规律，对已滑动区域进行相应的参数时变修正。在此基础上提出基于物理过程模型的浅层滑坡实时预报模型，以气象站降水数据为输入，考虑地下水位的时变效应，实现实时输出滑坡安全系数分布图，用于指导浅层滑坡灾害治理和监测。

降雨型滑坡一直是地质灾害研究的热点和难点。浙江省地处我国东南沿海，受台风暴雨影响，浅层降雨型滑坡频繁发生。本项目选择浙江省乐清、新昌等地作为研究区域，建立了地质灾害基础资料数据库，从县域、汇水域和单体滑坡三个尺度开展降雨型堆积土滑坡易发性研究。.针对乐清市北部开展县域尺度研究，以高程、坡度、坡向、NDVI、河流距离、公路距离、地层岩性以及降雨量作为评价因子，采用逻辑回归法，基于GIS平台开展了滑坡风险评价研究，分析结果表明降雨、坡向、高程、坡度等因子影响较大。研究中分别采用了5m、15m、30m三种DEM分辨率，ROC曲线和滑坡实例检验结果表明15m为本区域最佳网格分辨率，其AUC为84.8%，极高风险区和高风险区实际发生滑坡数比例为77.1%。.基于数理统计的易发性评价可以确定高滑坡风险区域，但不能预测滑坡发生时间和失稳斜坡位置。因此，本项目选择乐清市仙溪镇小流域作为研究对象，根据土壤的生成、搬运、侵蚀机理建立物理过程模型，计算得到堆积层厚度分布图。通过无限边坡模型分析不同降雨事件下该区域的滑坡风险，部分已知灾害点落入高风险区域，一定程度上验证了研究方法的合理性。但因缺少土层厚度的现在钻孔数据支持，无法对土层模型进行参数矫正，分析结果存在一定偏差。另外，地质灾害调查中以点代面的记录方法对进一步改善预测结果造成了不利影响。.大型降雨型滑坡通常具有各自独特的成因机制，因为必须有针对性的分析研究。下山村滑坡位于新昌县，历史上曾多次滑动。本项目通过分析该滑坡的地质剖面、测斜数据、地表变形、钻孔水位和降雨数据，确定了滑坡的两个缓倾角滑面和失稳机制，分析结果表明滑坡滑动量大小以及滑动与否都无法与降雨量直接建立联系，但钻孔水位与滑坡表面变形速率具有极强的相关性。对下山村滑坡而言，超过13.5m临界水位滑坡即会出现加速滑动。通过滑坡机理研究和监测数据分析确定水位阈值的方法，提供了大型降雨型滑坡监测预警的新思路。.本项目在县域、汇水域和单体滑坡三个尺度开展了降雨型浅层堆积土滑坡易发性研究，取得有益成果，在浙江省地质灾害防治领域有重要应用价值，也为类似研究开拓了新思路。在本项目资助下，培养硕士生和博士生各2名，发表SCI刊源论文4篇、录用1篇，获得实用新型专利授权3项、浙江省科学技术进步二等奖1项。