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%。     

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。     

汶川地震大光包滑坡动力响应特征研究

 运用FLAC3D模拟大光包滑坡变形失稳特征,并输入距离滑坡约4.3 km的清平台站强震加速度三向记录,结果表明：其地震动力响应较为复杂,受控于斜坡形态、岩体(地质)结构及地震强度和振动持时等因素,在水平加速度响应方面,前缘滑坡更为明显,地震动频率更高,振幅更大,利于前缘的顺层失稳滑动;在竖向加速度响应方面,后缘滑体的振幅更大,竖向加速度(绝对值)数倍于水平加速度,利于拉裂、振碎解体和抛掷失稳。大光包滑坡与简单均值结构的边坡地震动力响应特征不完全一致,随高程、坡度放大的趋向性和节律性不明显。结合地震动力响应和运动特征,对滑坡堆积和滑源进行概化分区：(1) 下部顺层滑坡堆积区,是滑坡的主堆积区,分布于滑坡东侧,堵塞黄洞子沟;(2) 上部崩滑堆积区,分布于滑坡西北、北侧,具有明显的带状特征;(3) 后缘陡壁及倒石堆区,侧缘拉裂边界,近直立不规则凹凸状断壁,分布多组张拉裂隙,说明受陡倾角张性裂隙控制,表现为张性破坏特征,陡崖下部分布大量倒石堆,呈串珠状分布,以碎块石为主,岩性与后缘及北侧陡壁岩体一致,系地震后的重力调整所致;(4) 顺层滑面及擦痕区,在滑面上分布大量与岩层倾向相同的擦痕,说明顺层滑坡在后部具有向北方向偏转滑动的特征。     

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。     

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。     

汶川地震触发窝前滑坡特征及失稳机制探讨

 为弄清汶川地震触发窝前滑坡特征,探讨该滑坡的失稳机制,笔者先后多次赴滑坡区开展调研。调研结果表明：(1) 窝前滑坡为上陡下缓、上硬下软型地形地质结构,属于拉裂–走向滑移型的斜坡失稳破坏模式;(2) 由于石坎断层活动,在近断层上盘效应、强地震动集中性、地震波长持时累积效应、地形放大效应和地震动水平加速度效应作用下,直接触发的一起剧动式高速远程滑坡;(3) 表现出一系列与一般重力环境下滑坡迥异的运动和堆积特征,如高陡粗糙的滑坡壁、弯道超高和侧向抛撒、颗粒分异堆积等特征,运动中形成滑源区、陡坡加速区、碎屑流通区(流槽区和爬高区)、堆积区和抛撒区;(4) 主要经历山体震动拉裂、高速溃滑、碎屑流和堆积4个阶段。滑坡运动至800 m左右时,峰值速度达56.1 m/s,全程运动时间约57.1 s,平均速度35.6 m/s;高位势能和滑体碎屑化是窝前滑坡产生高速远程运动的主要原因。     

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。     

肖家桥滑坡堵江机制及灾害链效应研究

 地震是滑坡灾害的一个重要触发因素,而这类形式的滑坡通常体积较大。以肖家桥滑坡为例,在对滑坡区进行详细的地质调查基础上,结合动力有限元分析技术,再现滑坡三维空间失稳过程。在此基础上,提出肖家桥滑坡形成及堵江的4个阶段：地震触发及岩体的累进破坏→滑体破坏、高速下滑→撞击解体、堵江形成堰塞体→震动密实。通过对堰塞体结构特征及不同工况下堰塞体的稳定性分析的成果表明：堰塞体边坡在天然状态下稳定性较好,当再次发生强地震时可能会发生局部的坍塌;最可能的破坏方式为“漫顶式”逐级冲刷破坏,由于其内部岩体结构相对较为完整,发生管涌及整体破坏的可能性较小。     

汶川8.0级地震触发崩滑灾害机制及其地质力学模式

 汶川8.0级地震由于地震震级高、持续时间长、震区地形地质环境复杂,因而所触发的崩塌、滑坡不仅数量巨大,而且成因机制也极为复杂,具有与通常重力环境下斜坡失稳机制迥异的特征,许多现象非常特殊并超越了人们过去的认识。通过现场调查,发现强震触发崩滑灾害具有以下特殊的动力过程,即独特的震动溃裂现象,特殊的溃滑失稳机制,超强的动力特性和大规模的高速抛射与远程运动,大量山体震裂松动等。为此,定义了若干新的词语,如震裂、溃滑、溃崩、抛射等来描述这些独特的动力过程,并在此基础上,结合具体斜坡结构,提出了对汶川地震触发崩塌、滑坡成因机制的分类体系,这一体系包括五大类、14种类型。重点分析了一些典型类型斜坡失稳的发生过程,地质力学机制及相应的“概念模型”,尤其是与大型滑坡发生最为密切的溃滑型滑坡的发生过程及动力机制,初步较为系统的揭示了汶川8.0级地震触发地质灾害的成因机制、地质模式和动力特征。     

地震与降雨耦合作用下区域滑坡灾害评价方法

 基于莫尔–库仑破坏准则,通过引入地震动惯性力和地下水位系数,推导地震与降雨耦合作用下的滑坡安全系数计算公式。提出应用滑坡体物性、几何参数频度分析和蒙特卡罗模拟联合求算滑坡滑动概率的思路,建立综合坡度、土体类别、地震动强度和地下水位系数等因素的滑坡滑动概率理论判定矩阵。利用计算获得的特定研究区内不同强度地震动的重现概率,可将该矩阵转化为不同复发年限内实际地震发生条件下滑坡滑动概率的理论判定矩阵。依据2类理论判定矩阵,结合GIS技术、数字地质图和高精度DEM数据,即可实现地震与降雨耦合作用下区域滑坡灾害的概率性评价;以日本北九州市为例,给出应用该方法评价区域滑坡灾害的概率性预测结果。     

基于GIS的云南小江流域滑坡因子敏感性分析

进行滑坡因子敏感性分析是滑坡研究的一个重要的步骤，有利于研究滑坡的变形破坏机理及分析滑坡的空间分布规律，采用滑坡确定性系数的方法对云南小江流域进行了影响因子敏感性分析，确定了有利于滑坡发育的岩性、结构、坡度、高程、断裂等影响因子。     

汶川地震中道路边坡工程震害分析

 发生在山区的地震对边坡工程所造成的危害,在致灾机制和破坏形式方面具有鲜明的特征。结合汶川地震灾区道路边坡工程震害实例,分析路堑、路堤以及与桥隧相连的各类边坡及相应支挡结构的震害机制和破坏形式。锚索(杆)地梁或预应力锚索抗滑桩加固的边坡具有较好的抗震性能,其原因是这些结构已与坡体联接在一起而形成一个整体,在地震波作用下结构与坡体的位移和变形能够很好地协调一致。铺设土工格栅或施加加筋材料的路堤边坡工程具有较好的抗震性能,一般填筑路堤特别是高路堤,其抗震性能较差。根据沙土液化和软弱黏性土层震陷造成的震害实例,提出含水沙质地层路堤边坡应注意坡脚沙土液化造成的震害,应采取措施防止软弱黏性土层地基震陷造成路面破坏以及坡脚震陷造成的边坡失稳。山区隧道洞口边、仰坡的抗震设计应重视支挡结构的耐震性。建于坡体上的桥台、桥基和桥路过渡段的安全性与坡体稳定性直接相关,应切实加强这些结构所在边坡的抗震设计。对于依山傍水而建的顺河桥,相关边坡的失稳危害桥梁时,应对其采取抗震措施。目前公路、铁路工程抗震规范涉及边坡工程及支挡结构的内容极少,研究成果可为规范的修改和补充提供有益的参考。     

唐家山滑坡后壁残留山体震后稳定性研究

 在对残留边坡现场地质调查基础上,根据坡体表部裂缝分布、延伸长度和贯入深度,结合唐家山高速滑坡形成机制,推测残留山体除表层零星塌滑外,仍存在较大规模滑坡的可能,其破坏模式以坡顶拉张裂缝贯穿下错→坡体中部沿顺层滑移→前缘切层剪切破坏的拉裂–滑移–剪断三段式为特点。根据该破坏模式,对残留山坡分别考虑在天然、持续暴雨以及地震等不同工况下,按二维和三维折线型潜在滑面进行稳定性计算和分析。结果表明,残留山坡整体稳定,但浅表部稳定性差。在此基础上,对残留山坡提出相应的整治措施建议。     

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。     

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。