基于时空效应的降雨型滑坡滑距与致灾范围动态定量预测模型

The prediction of the run-out of landslide including sliding distance and affected area, as the key link of landslide quantitative risk assessment, is the important basis of deciding the elements at risk and the size of hazard damage. While most of the traditional prediction models are not accurate enough and low applicability, and most of them cannot combine with the evolution of landslide sliding mechanism and dynamics process, not considering temporal and spatio effects. Therefore, the project plan to take the rainfall-induced landslide as the research object and to establish scientific and practical dynamic quantitative prediction model of sliding distance and affected area as the goal, to take evolution mechanism and dynamics process analysis as the breakthrough point, to analyze the main impact factors such as strength type, intensity and rainfall time etc, to consider the time effect of the strength parameter of landslide soil body and the space effect of geoenvironment (that’s temporal and spatio effects). Some methodologies sush as statistical anaysis to the historical landslides, theory modeling, numerical simulation, field experiment analysis and engineering application based on risk field will be used systematically. By importing the concept of landslide risk field, the more reasonable and practical dynamic quantitative prediction model of run-out of rainfall-induced landslide will be established and the practicability and accuracy of the model will be revised combing several engineering applications. The model will provide scientific basis and theoretical basis for landslide hazards risk assessment and risk reduction, and will contribute to the sustainable development of the society.

滑坡滑距与致灾范围的预测，作为滑坡灾害定量风险评估的关键环节，是圈定承灾体对象及影响灾害损失大小的重要依据。但现有预测模型精度不高、普适性低，大多不能结合滑坡演化机制和滑动动力学过程，且忽视“时空效应”的影响。针对此，本项目以降雨型土质单体滑坡为对象，以实现对降雨型滑坡滑距与致灾范围的定量预测为目标，以降雨型滑坡演化机理和动力学过程分析为切入点，分析降雨类型、降雨强度和降雨时间等主要影响因素，考虑滑坡土体强度参数的时间效应和滑坡地质环境的空间效应（合称时空效应），以历史滑坡统计分析、理论建模、数值模拟、现场试验及工程应用校核为手段，引入风险场概念（包括二维、三维和四维），探索并构建更加合理和实用的降雨型滑坡滑距与致灾范围动态定量预测模型，并结合工程应用进行模型验证和校核，为进一步实施滑坡灾害和防治工程风险管理，最大限度地减轻灾害风险和损失以及减灾防灾决策提供科学依据和技术支撑。

降雨型滑坡灾变过程是一个复杂的、随时空演化的动态过程，对其滑距与致灾范围进行定量预测是一个涉及学科广、影响因素复杂且具有高度不确定性的前沿课题，作为滑坡灾害风险评估的关键环节，是圈定承灾体对象及预估滑坡灾害损失，制定防灾减灾措施的重要依据。完成的主要工作有：（1）收集整理了降雨型滑坡历史数据，建立了基本数据和相关信息较为统一完善的历史滑坡数据库。（2）设计了一套模拟降雨条件下一维土柱垂直入渗模型试验装置，对非饱和重塑黄土土柱做了4组不同降雨强度下的一维垂直入渗试验，得到了不同降雨强度下垂直土柱的入渗率时程曲线、湿润峰深度时程曲线及监测点体积含水率的变化规律；提出了计算非饱和土体渗透系数的新方法。（3）分析了不同强降雨工况下，降雨入渗对饱和-非饱和均质土坡饱和度、孔隙水压、水平位移和垂直位移的影响规律，研究结果表明，降雨量与降雨历时相同的4种降雨工况对边坡体饱和度、孔压及位移分布具有不同的时空效应；雨型对边坡位移影响较大。（4）分别在四川芦山和重庆奉节完成了两个野外人工模拟降雨诱发滑坡现场试验，为揭示降雨型滑坡变形破坏与运动机理、验证模型的合理性和有效性提供了依据，并为不断修正完善模型积累了重要的试验数据。（5）引入场论中的“场”概念，提出降雨型单体滑坡风险场耦合预测模型，包括二维、三维及四维风险场耦合预测，即从简单的二维风险场到复杂的三维风险场，再到考虑时间效应的四维风险场；（6）结合滑坡孕育演化的非线性动力学过程，考虑时空效应的影响，综合集成统计预测法、力学分析法、数值模拟等各种预测模型，并基于Bayes方法利用动态信息更新的滑坡滑距及致灾范围动态定量预测模型，并将相关研究成果应用于工程实践。从而克服传统单一预测模型在处理不确定性及复杂性时的许多困难，使得预测结果更为合理。