2008年汶川地震导致的斜坡物质响应率及其空间分布规律分析

提出地震斜坡物质响应率(Response Rate of Seismic Slope Mass Movements,RRSSMM)的概念,然后基于汶川地震滑坡详细编录图,结合汶川地震导致的斜坡物质运动形式(滑坡)的“面积-体积”经验公式,对汶川地震导致的斜坡物质响应率及其空间分布规律开展研究,基于1 km2的正方形网格构建整个震区的地震斜坡物质响应率分布栅格图与等值线图,统计斜坡物质响应率大小与分布面积的关系,揭示地震斜坡物质响应率与分布面积之间的幂律关系。大光包滑坡(汶川地震触发的规模最大的滑坡)处的RRSSMM最大,达到47.9235 m。RRSSMM超过1m的区域主要分布在映秀-北川地表破裂南西段(映秀镇与北川县之间)对应的上盘区域,这一区域恰对应着逆冲分量为主的断裂上盘,这表明逆冲断裂对上盘区域发生滑坡的极强烈的控制作用。基于GIS技术与统计学理论,开展不同地震滑坡影响因子控制下的斜坡物质响应率空间分布规律分析,这些因子包括地形因子、地质因子与地震因子,分别为高程、坡度、坡向、斜坡曲率、斜坡坡位、与水系距离、岩性、与震中距离、与北川-映秀断裂距离、沿着北川-映秀断裂距离、地震动峰值加速度(PGA)与地震烈度。分析结果表明,RRSSMM 随着坡度、地震烈度、PGA的增加而增加;随着与震中距离、与北川-映秀断裂距离、与水系距离的增加而减少;最大的RRSSMM值高程范围为1600～1800 m;最大 RRSSMM值对应坡向为E方向;曲率越接近0,RRSSMM越小;坡位为中坡、下坡与谷底的 RRSSMM 值最高;砂岩、粉砂岩(Z),砂岩、粉砂岩、硅质岩、板岩(∈)这两类岩组是 RRSSMM 的高值岩性组合;沿着北川-映秀断裂的RRSSMM统计结果表明,逆冲运动习性的断裂比走滑习性的断裂对斜坡物质响应率具有更强烈的控制作用。该研究成果可为汶川地震区的河流与地貌演化、滑坡与泥石流研究等提供基础数据,也可指导其它地震触发的区域群体性滑坡事件的同类研究。     

“5.12”汶川大地震触发地质灾害的 发育分布规律研究

 “5.12”汶川大地震具有震级高、震源浅、破坏性强、次生地质灾害严重的特点。通过灾后对地震地质灾害的现场调查和遥感解译,共获得地质灾害点11 308处,对地震地质灾害发育分布有了总体认识。在此基础上,利用GIS技术对地震地质灾害的分布与距发震断裂距离坡度、高程、岩性等因素的关系进行统计分析。研究得出：(1) 地震地质灾害在区域上具有沿发震断裂带呈带状分布和沿河流水系成线状分布的特点;(2) 地震地质灾害分布具有明显的上盘效应,发震断裂上盘地质灾害发育密度明显大于下盘,且上盘强发育带宽度约为10 km;(3) 地形坡度是地震地质灾害发育的控制性因素之一,绝大部分的灾害集中在坡度20°～50°的范围内;(4) 地震地质灾害与高程和微地貌具有很好的对应关系,大部分灾害发生在高程1 500～2 000 m以下的河谷峡谷段,尤其是峡谷段的上部(即宽谷向峡谷的转折部位),单薄的山脊以及孤立或多面临空的山体对地震波最为敏感,具有显著的放大效应,这些部位崩塌滑坡最为发育;(5) 不同的岩性与地质灾害的发育虽然没有显著的对应关系,但却决定了地质灾害的类型,通常情况下,滑坡多发生在软岩中,而硬岩中多发生的是崩塌。     

GIS支持下基于层次分析法的汶川地震区滑坡易发性评价

 2008年5月12日14时28分,四川汶川发生了Ms8.0级大地震,地震诱发了数以万计的滑坡灾害。在大约48 678 km2的区域内,采用震后遥感影像解译并结合野外调查的方法,共解译出48 007个滑坡。应用GIS技术,建立了汶川地震诱发滑坡灾害及相关地形、地质空间数据库,分析了断层、岩性、高程、坡度、坡向、河流、公路等7个因素与滑坡分布的关系,应用滑坡面积百分比这一标准来分别衡量每个因素中各个级别对滑坡的影响程度;然后使用层次分析法对这7个参数进行权重分析;在GIS平台下对这些参数进行综合分析,通过分析结果将研究区内滑坡按易发程度分为极高易发区、高易发区、中易发区、低易发区与极低易发区5类,极高易发区与高易发区面积约8 211 km2,占研究区总面积的16.9%;最后,使用汶川地震滑坡数据库对研究结果进行检验,检验曲线表明分区效果良好,其中极高易发区与高易发区内实际发生滑坡面积为430 km2,占滑坡总面积的60.5%。     

四川汶川8.0级地震地表破裂与震害特点

 2008年5月12日四川汶川8.0级地震发生在青藏高原东缘的龙门山构造带上。通过野外实地调查与测量发现,汶川8.0级地震的地表破裂发生在龙门山构造带中的北川—映秀断裂之映秀南西—平武南坝石坎子段,彭县—灌县断裂的都江堰向峨—安县桑枣段也同时发生了同震地表破裂。北川—映秀断裂上的地表破裂长约220 km,表现为逆冲–右旋走滑运动特征,最大同震位错在6 m左右,水平与垂直位错量大致相当,与先期的研究成果一致;彭县—灌县断裂上的同震地表破裂长约100 km,表现为右旋–逆冲运动特征,最大垂直位错在2 m左右,水平与垂直位错量之比为1∶1～1∶3。地震地表破裂的空间分布及同震位错特征表明,汶川8.0级地震系北川—映秀断裂的逆冲–右旋运动所导致,并同时牵动了彭县—灌县断裂发生同震地表破裂。地震灾害的特点主要表现为地震波导致的强地面运动破坏、地震地表破裂带直接撕裂、地震导致的次生地质灾害(如崩塌和滑坡等)摧毁或掩埋建(构)筑物和堰塞湖等。根据地震考察资料并参考InSAR和强震仪记录,勾绘的该次地震等震线长轴方向沿龙门山构造带呈N40°～50°E方向延伸,出现了3个XI度的破坏区,具单侧多点瞬间破裂的典型特征,导致了四川北部、甘肃和陕西南部地区灾害较正常地震衰减破坏的显著加重。     

汶川地震滑坡分布规律与危险性评价

汶川地震诱发了数以万计的滑坡灾害,造成了巨大的财产损失与人员伤亡。本文基于地理信息系统、遥感、地质工程、统计学等理论,以汶川地震滑坡为研究对象,开展人机交互解译、信息自动提取、失稳机制分析、分布规律分析、危险性评价等方面的研究工作,取得了以下主要研究成果:(1)采用震后多源遥感影像人机交互解译,结合野外调查验证方法,圈定出48 000多处地震滑坡,总面积约为711.8km2。应用GIS技术,建立了汶川地震滑坡及相关地形、地质等空间数据库。(2)基于不同遥感影像,采用监督分类、非监督分类、决策树等多种方法,对北川县湔江流域部分地区进行地震滑坡信息的提取与对比分析。结果表明,采用SPOT5影像,基于最大似然法分类方法与坡度的决策树方法所得结果最理想。(3)对一些源区被地表破裂穿过的滑坡进行野外调查,在分析其与地表破裂空间关系的基础上,初步提出这些滑坡的触发原因不单是地震动作用,而是断裂错动与地震动2种外力的综合作用,且断裂错动的影响甚至高于地震动。(4)分析汶川地震滑坡强度–频率关系,分析结果表明:大光包滑坡与文家沟滑坡是汶川地震事件诱发的2个超大规模滑坡事件,除这2个滑坡及与其面积差小于0.1 km2的滑坡,汶川地震诱发的滑坡强频方程为y=-1.834 17x+12.369 1,其中,x为单体滑坡面积(m2)的常用对数值,y为滑坡面积大于该面积值的滑坡数量的常用对数值。统计滑坡空间分布与地震烈度、地震动加速度峰值PGA、岩性、地形等参数的关系,得出汶川地震滑坡易发因子内部级别。(5)分别采用确定性系数方法与证据权重方法,对汶川地震滑坡区域进行危险性评价,结果表明,证据权重方法略优于确定性系数方法。考虑了不同因子组合情况下的滑坡危险性,结果表明:地震烈度对地震滑坡的影响最大,而地形、地质、人类活动因素对地震滑坡危险性评价的影响较小。滑坡极高危险区与高危险区主要集中在一个沿发震断裂分布的带状区域内,表明地震滑坡受活动构造的控制作用强烈。(6)基于Logistic回归模型,分别对2组模型训练样本和不同百分比(100.0%,90.0%,80.0%,70.0%,60.0%,50.0%,40.0%,30.0%,20.0%,10.0%,5.0%,2.0%,1.0%,0.5%,0.2%,0.1%)训练样本开展地震滑坡的危险性评价。结果表明:2组模型训练样本的滑坡危险性评价结果较接近;对于不同百分比训练样本,当训练样本百分比大于等于10%,尤其是大于30%时,评价结果稳定;当训练样本百分比小于10%时,评价结果出现较大异常。(7)以北川县湔江流域部分地区作为研究区,采用人工神经网络模型,基于3组不同的滑坡训练样本、两类与单类评价样本、Logistic函数与Hyperbolic函数等12种方法进行地震滑坡危险性评价。结果表明,人工神经网络方法应用于汶川地震滑坡危险性评价的结果不理想。(8)基于3组不同的滑坡训练样本,采用两类支持向量机与单类支持向量机评价模型以及线性函数、多项式函数、径向基函数、S型函数4类计算函数等方法(共24种),对北川县湔江流域部分地区进行地震滑坡危险性评价。结果表明:基于500个最大滑坡的点数据训练样本的两类支持向量机模型与径向基函数结果的正确率最高;在地震滑坡危险性评价中,两类支持向量机比单类支持向量机更科学;在核函数的选择上,径向基函数最优。     

镇康县滑坡易发性评价模型对比研究

准确的滑坡易发性评价结果是滑坡风险评价的关键,对防灾减灾意义重大.为了提高滑坡易发性评价精度,基于地理信息系统(GIS)平台,将镇康县境内150个滑坡灾害点转换为栅格数据作为评价样本,选取高程、坡度、坡向、起伏度、地形曲率、剖面曲率、地层、断层、年均降雨量、河流、土地利用类型、道路12项评价因子,并通过独立性检验,构建...     

强震区泥石流坡面物源发育规律与侵蚀坡度效应研究

汶川地震触发的滑坡崩塌地质灾害具有危害性大、规模大、数量多的特点,使震区参与泥石流活动的潜在松散物源大量增加,导致泥石流暴发频率和暴发规模较地震前明显增大。为探讨地震对强震区泥石流的影响,调查强震区泥石流物源的分布特征,并分析坡面物源的侵蚀坡度效应,通过对都汶路沿线泥石流物源调查,利用GIS技术对研究区泥石流物源空间分布进行统计分析,并基于静力学方法对物源侵蚀的坡度效应进行探讨。研究表明:(1)利用研究区遥感影像提出灾害点并计算投影面积,利用野外调查得到灾害点样本体积,基于多元回归分析得到研究区物源体积估算模型;(2)统计研究区不同岩性区灾害点个数与面积,得出花岗岩区灾害点发育程度最高,并分析花岗岩微观结构和构造特征;(3)地震物源点主要在坡度40°~50°,坡向120°~150°,高程1 400~2 800 m区间发育,且随着烈度增加与发震断裂距离增加而快速增加,具有上下盘效应、背坡面效应;(4)研究了泥石流物源侵蚀规律。地表径流深度与斜坡坡度呈负相关、坡面流速在坡度等于60°时取得最大值,物源侵蚀能力临界坡度为42.4°~48.1°。     

基于逻辑回归模型的凉山州滑坡易发性评价

凉山州地质环境复杂,地质灾害频发,为了防止凉山州因灾致贫、因灾返贫,对凉山州滑坡灾害进行易发性评价。选择10个因子,分析因子与滑坡的分布规律,并建立逻辑回归模型对凉山州滑坡灾害进行易发性评价。结果表明：凉山州滑坡分布于高程1 800 m～2 300 m;坡度10°～30°;坡向为东方向;坡位为中坡;距道路距离和距断层距离为小于2 km,NDVI为0.7～0.8;TWI为2～4;岩组为碎屑岩;土地利用类型为耕地。滑坡极高易发区位于凉山州中部安宁河、则木河断裂带两侧和东部汉源-甘洛带、峨边-金阳断裂带两侧。     

基于RS和GIS的山体滑坡易发程度分析

利用DEM数字高程模型,制作生成了延边地区坡度、坡向、水文地质、土壤及土地利用5个影响滑坡的因子图形,并通过GIS软件与AHP技术,计算分析了5种山体滑坡影响因子的权重,据此绘制了该地区山体滑坡易发程度图。     

证据权法在滑坡危险度区划研究中的应用

采用证据权法对长江三峡库区秭归--巴东段进行了滑坡危险度区划研究。数据源主要包括地质图、SPOT5多光谱卫星影像数据及数字高程模型(DEM)等。利用RS和GIS的数据提取和分析功能,分别提取了地质(岩性和构造)、地形(坡度、坡向、水系、高程、沟壑缓冲区、沟壑密度)、水文地质(植被指数)和破坏动力(河流缓冲区)等对研究区滑坡发育影响较大的影响因子的信息。将上述各种影响因子进行分级,建立若干证据层;然后根据已知滑坡在不同证据层中的分布,确定相应证据层的权重值;最后根据不同影响因子权重值的叠加来确定具体某一个单元滑坡发育的概率。分析结果与现有滑坡的分布情况比较吻合。采用证据权法可以客观定量地评价各种影响因子对滑坡发育的影响程度,并据此进行滑坡危险度评价因子(证据因子)的选择及危险度定量评价。     

四川省汶川地震灾区干线公路典型震害特征分析

 基于地震灾区的大量调查、检测、评估与抢通保通的成果,概括介绍了汶川大地震后四川省公路总体损毁情况;归纳总结了四川省国省干线公路工程路基、路面、桥梁、隧道等结构物典型震害特征,并从地质和工程角度简要的分析了震害产生原因。桥梁毁坏程度与发震断裂的距离有很大的关系,隧道破坏程度不仅与发震断裂距离有关,而且与组成围岩的岩性有关,断裂带附近软硬相间的沉积岩隧道震害较为严重,花岗岩隧道震害轻微。边坡震害与断层带距离和组成边坡的岩性、坡度等有关,断裂带附近花岗岩、石灰岩及砂岩等组成的高陡边坡崩塌、滑坡等次生地质灾害非常严重。     

Numerical simulations of kinetic formation mechanism of Tangjiashan landslide

Tangjiashan landslide is a typical high-speed landslide hosted on consequent bedding rock.The landslide was induced by Wenchuan earthquake at a medium-steep hill slope.The occurrence of Tangjiashan landslide was basically controlled by the tectonic structure,topography,stratum lithology,slope structure,seismic waves,and strike of river.Among various factors,the seismic loading with great intensity and long duration was dominant.The landslide initiation exhibited the local amplification effect of seismic waves at the rear of the slope,the dislocation effect on the fault,and the shear failure differentiating effect on the regions between the soft and the hard layers.Based on field investigations and with the employment of the distinct element numerical simulation program UDEC(universal distinct element code),the whole kinetic sliding process of Tangjiashan landslide was represented and the formation mechanism of the consequent rock landslide under seismic loading was studied.The results are helpful for understanding seismic dynamic responses of consequent bedding rock slopes,where the slope stability could be governed by earthquakes.     

利用强震记录分析汶川地震诱发滑坡

 根据Newmark方法提出一种在已知强震记录和滑坡数据的情况下,推导斜坡临界加速度的方法。采用这种方法,利用汶川地震中理县的3组强震记录数据和地震滑坡数据,得到沙坝台,桃坪台,木卡台附近区域的临界加速度估计值分别为40,50和70 gal。计算结果与灾区实际比较脆弱的地质情况一致。斜坡临界加速度可以作为利用地震动参数判定斜坡在地震作用下是否破坏变形的定量依据,为地震滑坡的定量研究提供一种思路。利用所提出的方法和汶川地震得到的大量强震记录,对龙门山地区的临界加速度进行评估,为震后恢复重建中的工程应用和地震滑坡灾害预测、区划工作提供定量参考信息。研究方法和结果有助于推动我国地震滑坡的定量化研究。     

汶川强震区公路沿线地震崩滑灾害发育规律研究

 汶川强震区地处龙门山区,在深切河谷地貌条件下,地震诱发大量崩塌及滑坡地质灾害,给沿河谷布线的公路造成严重损毁。在调查掌握约6 056 km灾区公路沿线地震崩滑灾害详细资料基础上,根据地质构造、地震烈度进行段落划分,研究分析各段灾害特征及其与地质构造部位、地震烈度、岩性等之间的关系,统计分析各段落灾害点密度及平均规模。提出汶川地震崩滑灾害分区,将受灾区划分为极强烈发育区、强烈发育区、较强烈发育区、中等发育区和弱发育区等5个区域。得出汶川地震崩滑灾害如下发育规律：(1) 3条断裂带对崩滑灾害发育的控制作用：前山断裂都江堰-竹园坝段为山前弱发育区和上盘中等～强烈发育区的明显界线,竹园坝NE方向则控制作用减弱;中央主断裂自映秀至东河口段上下盘灾害有显著差异,2个极强烈发育区均位于上盘,且被后山断裂及重要岩性界线所严格限制,东河口NE方向控制作用减弱;后山断裂之茂汶断裂为极强烈发育区和较强烈发育区的明显界线;后山断裂之青川-平武断裂在青川-沙洲段呈现出明显的断层上盘效应。(2) 岩性控制作用：不同岩性类别地震崩滑灾害发育程度有显著差异,侵入岩体和灰岩、白云岩类地震地质灾害发育密度最高、平均规模最大,千枚岩类灾害发育密度最低、规模最小,碎屑岩类和砂板岩类介于其间。(3) 地貌控制作用：河谷岸坡相对高差越大、地面横坡越陡峻,地震崩滑灾害越发育。陡坡硬岩段为地震崩滑灾害高发区,失稳主要发生在斜坡中上部、陡缓变坡点附近。(4) 399条实测地质剖面的统计分析表明,地震诱发崩塌失稳部位坡度一般在40°以上。(5) 动力条件下,坡体结构是边坡岩土体变形破坏的控制性因素,土层及强风化层–基岩斜坡、发育外倾结构面斜坡更易失稳。     

汶川地震诱发滑坡与地震动峰值加速度对应关系研究

 利用汶川地震获得的地震动记录及峰值加速度数据和收集整理的近3 000个崩滑点数据,对汶川地震诱发滑坡与地震动峰值加速度之间的对应关系进行研究,得到如下认识：(1) 地震动峰值加速度与地震诱发崩滑之间存在非常明显的正相关性,随峰值加速度增加,地震滑坡灾害也逐渐严重。(2) 在龙门山震区存在0.2 g的峰值加速度分界线,大于此值时,地震滑坡灾害比较严重。(3) 整个区域峰值加速度的下限为0.05～0.07 g,小于此值时,诱发滑坡的可能性很小。(4) 不同地质区域对应斜坡临界加速度有所不同,一般在0.05～0.15 g之间变化,平均为0.1 g,说明震区斜坡承受地震的水平较差;峰值加速度超过局部场地斜坡临界加速度后,诱发滑坡的可能性增加。得到的峰值加速度研究结果与其他研究结果较为一致,表明利用地震动参数研究地震滑坡具有很好的一致性。依据峰值加速度与地震滑坡的对应关系,可以对震后滑坡灾害作快速评估,也可以将其应用到地震滑坡灾害预测/区划工作中,与地震动峰值加速度区划形成很好的衔接。     

地震高位滑坡形成条件及抛射运动程式研究

 根据典型地震高位滑坡坡体结构特点及地震斜坡响应,对其形成机制进行探讨,认为P波的垂直上抛作用及S波的水平剪切作用,将强卸荷带下限以外裂隙切割的岩体结构面贯通并使其丧失与下部岩体的结合力,后至的面波经地形放大后,巨大的加速度(通常＞2 g)将斜坡上部表层高位岩体近水平或斜向上抛出,形成地震高位滑坡。     

Factor analysis for the statistical modeling of earthquake-induced landslides

Earthquake-induced landslides are difficult to assess and predict owing to the inherent unpredictability of earthquakes. In most existing studies, the landslide potential is statistically assessed by collecting and analyzing the data of historical landslide events and earthquake observation records. Unlike rainfall-induced landslides, earthquake-induced landslides cannot be predicted in advance using real-time monitoring systems, and the development of the models for these landslides should instead depend on early earthquake warnings and estimations. Hence, in this study, factor analysis was performed and the frequency distribution method was employed to investigate the potential risk of the landslides caused by earthquakes. Factors such as the slope gradient, lithology (geology), aspect, and elevation were selected and classified as influential factors to facilitate the construction of a landslide database for the area of study.     

Numerical and safety considerations about the Daguangbao landslide induced by the 2008 Wenchuan earthquake

The 2008 Wenchuan earthquake resulted in a large number of fatalities and caused significant economic losses.Thousands of landslides,many of which are very large,were triggered by the earthquake.A majority of catastrophic landslides were distributed along the central Longmenshan fault system,at the eastern margin of the Tibetan Plateau.Some of the landslides resulted in sudden damming of rivers causing flooding,which in turn induced secondary sliding disasters.Among the most significant landslides,the Daguangbao landslide was the largest in volume with the maximum thickness.For this,a numerical model of the Daguangbao landslide,using the material point method(MPM),was developed to simulate the interaction of the seismic loads imposed on the slope.The numerical results then are compared with the post-earthquake profile.As a consequence of the landslide,a nearly vertical head scarp with a maximum height of about 700 m was generated.This is considered as a high risk situation that requires constant monitoring and evaluation.Finally,we propose a methodology based on Bayesian networks(BNs) to manage the risk associated with the stability of the rockwall at the Daguangbao landslide site.