基于GIS的三维降雨型滑坡运动学模型研究

In the background of a changing global climate, rainfall-induced landslides have become a major geologic hazard in China, especially in southeast coastal areas. This research tries to analyze the parameter variation characteristics and study the infiltration process in cracking soil, under the mutual influence of water-rock (soil) by taking kinematics process model of rainfall-induced landslides as the research objective and taking the parameter variation characteristics and kinematics process of landslides under the influence of rainfalls, infiltration and water-rock as the object of study. A 3D kinematics process model of rainfall-induced landslides is established based on data management and spatial analysis on the GIS platform to study the complicated multiphase medium movement; a GIS-based efficient meshless simulation algorithm is developed based on SPH theories, in order to achieve extensive and fast simulation of the kinematics process of rainfall-induced landslides as well as quantitative forecasting of hazardous areas. Case study of rainfall-induced landslides is completed to discuss the influence of different rainfall process on landslide movement, thus providing a research basis for disaster prevention and reduction efforts in China.

在全球气候变化的背景下，降雨型滑坡已经是我国特别是东南沿海地区的主要地质灾害类型。本研究以降雨型滑坡运动学模型为研究目标，以滑坡体的降雨入渗、水岩作用下的参数变化规律和滑坡体的运动学过程为研究对象，分析水-岩（土）相互作用下的岩土参数变化规律和裂缝土壤的渗流过程；基于GIS平台数据管理和空间分析功能，建立降雨型滑坡的三维运动学过程模型，研究复杂多相岩土介质（固-液）的运动变化规律，基于SPH理论发展基于GIS的高效无网格滑坡模拟算法，实现大面积快速降雨型滑坡运动学过程模拟和危险范围的定量预测；完成降雨型滑坡的实例研究，探讨不同降雨过程对滑坡运动的影响，为国家的减灾防灾提供研究基础。

本研究以降雨型滑坡为研究对象，开展了力学参数、运动过程和情景模拟三个方面研究。在降雨型滑坡力学参数方面，研究其变化规律和获取方法，在岩质滑坡中，力学参数会随着矿物、裂缝分布和角度变化而产生变化；在土质滑坡中，力学参数的主要影响因素为水，并发现水分的存在状态也会影响土体的力学性质。在降雨型运动学模型中，研究主要以目前降雨型滑坡在GIS模拟中面临的两个主要科学问题（异质性问题和不确定性问题）进行开展。针对滑坡异质性问题，我们计算应力在柱体元，计算运动在粒子元上，并利用统计分布模拟滑坡块体分布特征，来解决滑坡异质性问题。针对不确定性问题，研究将原来传统微分方程变为随机微分方程，并利用蒙特卡洛技术进行求解，获得一个考虑运动不确定性模拟轨迹，并统计滑坡的高度，速度等信息。依据此方法，建立了滑坡分析师和泥石流分析师两个软件。我们基于模型撰写多份关于灾害风险评价的咨询报告，为相关部门提供决策。其中一些报告支撑了川藏铁路的可研批复。