面向区域的边坡抗震可靠性评价方法研究

The research of dynamic slope reliability is the latest stage of the many branches of research focused on slope stability analysis, and the application of mechanics analysis in regional geological hazard assessment is in the forefront of that research which has important scientific significance and prospects for broad practical application. This project has four salient features. First, taking the Wenchuan earthquake area as an example, this project will focus on the two densely populated zones: Yinxiu town and Beichuan new town which located in the border area of mountains, hills and plains. Second, by utilizing refined mechanical analysis tools, this project will add strength to the fundamental mechanics of the theory of regional landslide hazards assessment. Third, in order to reveal key factors that control slope stability, this project will combine theories and methods from multiple fields, including engineering geology, geotechnical earthquake engineering, reliability theory, machine learning, geographic information technology, and other related areas. Finally, we will present a model for evaluating the susceptibility of slope reliability deterioration based on geographic information technology. We expect the results of this project will meaningfully expand the research of dynamic slope reliability analysis from a “site-oriented” focus to a more useful “region-oriented” concept. In sum, this project is geared towards providing new ideas, methods and reference examples for the prediction and prevention of co-seismic slope failure in earthquake-prone areas.

边坡动力可靠性研究是边坡稳定性研究的新阶段，将区域地质灾害危险性评价方法与力学分析方法相结合是其中的前沿方向之一，具有重要的科学意义和广阔的应用前景。本项目以汶川地震区为例，重点解析映秀镇周边和北川新县城周边两处人口密集的山地、丘陵与平原交界地带，将精细化的力学分析手段融入到面向区域的滑坡灾害危险性评价中来，夯实区域地质灾害评价的力学基础，开展面向区域的边坡抗震可靠性评价方法研究。将工程地质、岩土地震工程、可靠度理论、机器学习、地理信息技术等领域的理论与方法有机地相结合，挖掘控制地震边坡稳定性的关键因子，提出简洁易行的震区边坡稳定状态劣化敏感性评价模型。以地理信息技术完成区域范围内地震边坡动力可靠性劣化程度的分区，实现边坡动力可靠性评价从“点”到“面”的拓展。本项目旨在为地震多发区的次生边坡地质灾害预测预报与防控提供新理论、新方法和可供参考的应用实例。

滑坡是边坡破坏型式中分布最广、危害最严重的一种地质灾害，而在所有滑坡灾害中，地震触发的滑坡、泥石流次生灾害往往造成更为严重的后果。本项目以区域边坡动力可靠性为研究对象，将区域工程地质调查、地理信息技术、岩土实验测试、动力数值仿真、支持向量机技术、多线程并行计算技术、可靠度理论分析等多学科研究方法交叉融合，在进行震区滑坡灾害区划的基础上，将单体滑坡的可靠性分析与区域工程地质条件相融合，开展面向区域的边坡动力可靠性分析。取得了如下研究成果：①完成汶川县映秀镇周边地区和北川新县城周边地区的滑坡风险区划，划分出极低、低、中、高和极高危险区5类分区并通过灾害点分布进行精度检验；②提出基于向量机的震区边坡可靠性评价模型，其核心是采用支持向量机技术作为边坡可靠性分析中的响应面，结合正交实验设计技术，仅仅使用少量的训练样本，就可以实现向量机的高精度拟合，更进一步，采用OpenMP技术实现了算法的并行化，有效提升了多核计算机平台上的运行效率；③提出基于自然选择策略的粒子群（PSO）与BP神经网络相结合的滑坡可靠性评价模型，其核心思想是引入遗传算法中的自然选择算子，以PSO-BP神经网络拟合构造出响应面函数，运用混合粒子群算法搜索可靠度指标β的全局最优解；④采用随机场模型揭示岩土参数空间变异与敏感性对边坡可靠性影响，随机场模型与传统的随机变量模型的对比分析表明，随机场模型能够考虑岩土体参数局部与整体的关系，更为合理；⑤提出新型泥石流冲击荷载模型和其动力冲击下岩土体可靠性评估方法，该数学模型摒弃改变传统的拟静力框架，能够生成指定振幅、频率和持续时间的冲击力波形，在此基础上提出的评估动力冲击作用下岩土体可靠性方法具有很大的优势。上述成果为地震多发区的次生边坡地质灾害预测预报与防控提供新理论、新方法和可供参考的应用实例。