G022-李鶴-浙江大學(xué)

基于蒙特卡洛法的降雨誘發(fā)型滑坡預(yù)報Intensity-Duration曲線的確定報告人：李鶴浙江大學(xué)軟弱土與環(huán)境土工教育部重點(diǎn)試驗(yàn)室2010.11.27會議報告目錄前言Intensity-Duration曲線蒙特卡洛法東南沿海地區(qū)土質(zhì)滑坡地質(zhì)概況分析結(jié)果與討論結(jié)論2010.11.27會議報告前言東南沿海地區(qū)山地丘陵發(fā)育，約占該地區(qū)總面積的75%，山地丘陵地區(qū)的斜坡表面廣泛覆蓋著殘坡積土，土層厚度通常在6米以內(nèi)，在強(qiáng)降雨天氣下極易發(fā)生淺層滑坡。由降雨引起的滑坡俗稱降雨型滑坡，該類型滑坡是東南沿海地區(qū)最主要的地質(zhì)災(zāi)害。據(jù)中國地質(zhì)調(diào)查局《東南沿海及重要經(jīng)濟(jì)區(qū)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查重要進(jìn)展2000-2005年》：該地區(qū)滑坡災(zāi)害在時間分布上具有與氣象變化的高度一致性。如何根據(jù)對降雨誘發(fā)的土質(zhì)淺層滑坡進(jìn)行預(yù)警預(yù)報一直是國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的熱門研究課題。2010.11.27會議報告前言2010.11.27會議報告降雨誘發(fā)的土質(zhì)滑坡災(zāi)害多因素復(fù)雜問題：地形、地質(zhì)、氣象條件等2010.11.27會議報告降雨誘發(fā)的土質(zhì)滑坡災(zāi)害預(yù)警預(yù)報模型國內(nèi)外學(xué)者提出了諸多經(jīng)驗(yàn)性的滑坡預(yù)警預(yù)報模型應(yīng)用Intensity-Duration等統(tǒng)計(jì)曲線預(yù)報法（Caine,1980；Jibson,1989;Clarizia，1996；Crosta，2001；EJ.Gabet,2004;F.Guzzetti,2007）基于前期降雨模型的預(yù)報方法（M.J.Crozier,1999;T.Glade,2000;李媛,2006;李鐵峰,2006）考慮降雨過程的危險雨量預(yù)報法（P.Aleotti,2004）地質(zhì)資料與降雨綜合考慮預(yù)報法（G.Crosta,2003;M.Casadei,2003;殷坤龍,張桂榮,等,2003,2005）基于雨水入滲和邊坡穩(wěn)定分析的理論預(yù)報方法（Crosta,1997;S.M.Brooks,2004）目前國內(nèi)外最常用的是Intensity-Duration曲線同時考慮了雨量，降雨歷時和雨強(qiáng)三個降雨因子，并且比較直觀的反映了滑坡與各降雨因子的關(guān)系2010.11.27會議報告Intensity-Duration曲線國（境）外研究者已針對不同地區(qū)的地質(zhì)條件和氣象條件建立了Intensity-Duration曲線Caine(1980)：適用范圍：全世界；類型：淺層滑坡和泥石流。Jibson（1989）：適用范圍：香港；類型：泥石流。CrostaandFrattini(2001)：適用范圍：全世界；類型：淺層滑坡。Chien-Yuanetal(2005)：適用范圍：臺灣；類型：所有災(zāi)害。國內(nèi)各地區(qū)還未建立可靠的Intensity-Duration曲線2010.11.27會議報告蒙特卡洛法(MonteCarloMethod)蒙特卡洛法(MonteCarloMethod)，又稱隨機(jī)模擬法或統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)法，其基本原理為：某事件的概率可以用大量試驗(yàn)中該事件發(fā)生的頻率來估算，根據(jù)切貝雪夫大數(shù)定理，當(dāng)樣本容量足夠大時，可認(rèn)為該事件的發(fā)生頻率即為其概率。對于邊坡穩(wěn)定分析，通?？梢詫踩禂?shù)計(jì)算式作為功能函數(shù)，通過采用蒙特卡洛法進(jìn)行抽樣計(jì)算，即可得到邊坡安全系數(shù)的統(tǒng)計(jì)特征，從而可以得到當(dāng)安全系數(shù)低于某一規(guī)定值（通常設(shè)定為1）的概率有多少，即所謂的失穩(wěn)概率Pf。2010.11.27會議報告東南沿海地區(qū)土質(zhì)邊坡地質(zhì)概況我國南方燕山期花崗巖大范圍出露，在福建、廣東、香港地區(qū)出露面積均占全省面積的30~40%，在東南沿海其他地區(qū)也占了各省面積的10%~20%（吳能森，2004），出露花崗巖在南方的濕熱氣候下劇烈風(fēng)化，形成了花崗巖殘積土層?；◢弾r殘積土根據(jù)風(fēng)化程度的不同其呈現(xiàn)出了分層性：層號按土層組成和結(jié)構(gòu)差異按工程規(guī)范分類1均勻紅土層含砂、礫粘土2網(wǎng)紋紅土層砂質(zhì)粉粘土，局部粘粒含量較高3雜色粘土層礫、砂質(zhì)粉粘土或粉土，局部為粘土質(zhì)中粗砂。東南沿海殘積土地區(qū)地質(zhì)條件：2010.11.27會議報告土層名稱顏色厚度(米)礫粒（%）砂粒（%）粉粒（%）粘粒（%）密度(g/cm2)c(kPa)φ(°)e含砂、礫粘土紅色，紅褐色0.5-70.1-28.020.9-47.010.7-38.022-55.61.57-1.908.9-70.012.0-35.00.8-1.07砂質(zhì)粉粘土棕紅色,灰褐色,5-1515.0-34.010.0-55.08.0-38.010.5-34.01.63-1.788.9-50.018.6-33.00.72-1.13礫、砂質(zhì)粉粘土或粉土黃褐色,灰白色>1015.0-47.042.3-67.08.0-30.24.0-13.01.66-1.9310.0-40.024.0-35.00.63-1.04殘積土各土層物理力學(xué)性質(zhì)（王清；林蓬琪；劉勝娥，2001；汪益敏，2005；龔劍平，2005；曹軍義，2005；何珊儒，2007；黃漢芳，2008從顆粒級配上來看我國的殘積土由上到下，隨著風(fēng)化程度增加，粘粒含量明顯減少，砂礫含量增加。殘積土各層土的密度從上到下隨著孔隙比的減少而逐漸增大，基本是在1.75-2g/cm2范圍內(nèi)變化，孔隙比是在0.8-0.99之間分布，孔隙比比較大。各地殘積土的內(nèi)聚力由上到下隨著粘粒含量的降低而減少，而內(nèi)摩擦角則在隨著砂礫含量的增加而不斷增大，其中內(nèi)聚力的變化范圍為5-70kPa，內(nèi)摩擦角在25-35°之間變化，其平均值大概為25°左右。東南沿海殘積土地區(qū)地質(zhì)條件：東南沿海地區(qū)土質(zhì)邊坡地質(zhì)概況2010.11.27會議報告

年平均降雨量(mm)日最大降雨量(mm)月最大降雨量(mm)最大雨強(qiáng)(mm/h)香港2214742

157浙江1370-1980.6492.6476.678東南沿海地區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，雨量充沛，日照充足，其降雨概況以及同比香港地區(qū)如下方表格所示。東南沿海地區(qū)的降雨量主要分布于4-9月份，該期間降雨量占全年降雨量的70%-85%，該特點(diǎn)與香港地區(qū)一致，及資料顯示（S.W.C.Au，1998），香港地區(qū)5-9月份降雨量占全年降雨量的80%。東南沿海每年的降雨按其降雨特點(diǎn)分為3個時段時間特點(diǎn)春雨期3月底至6月初雨強(qiáng)很小，歷時較長梅雨期6月中旬至7月中旬雨強(qiáng)小，歷時很長中等到臺風(fēng)暴雨期7月下旬至9月雨強(qiáng)很大，歷時較短東南沿海地區(qū)的氣象條件簡介東南沿海殘積土地區(qū)氣象條件：2010.11.27會議報告理論分析模型的建立數(shù)值分析模型示意圖2010.11.27會議報告模型采用土層參數(shù)各土層土水特征曲線各土層滲透系數(shù)曲線2010.11.27會議報告模型采用土層參數(shù)蒙特卡洛法分析參數(shù)取值本文根據(jù)陳洪江等人對東南沿海地區(qū)花崗巖殘積土物理力學(xué)指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)分析選取了相關(guān)巖土層的統(tǒng)計(jì)特征參數(shù)。2010.11.27會議報告考慮降雨條件的邊坡穩(wěn)定分析方法斜坡降雨入滲過程分析孔壓場隨時間變化極限平衡分析2010.11.27會議報告降雨條件下的邊坡穩(wěn)定性分析雨強(qiáng)為50mm/h時不同時刻的孔壓剖面圖2010.11.27會議報告年降雨量為1500mm，雨強(qiáng)為50mm/h下邊坡安全系數(shù)降至1.2時的潛在滑面示意圖降雨條件下的邊坡穩(wěn)定性分析2010.11.27會議報告雨強(qiáng)為50mm/h時的安全系數(shù)隨時間變化曲線降雨條件下的邊坡穩(wěn)定性分析2010.11.27會議報告雨強(qiáng)為50mm/h時不同降雨歷時下的安全系數(shù)概率分布曲線降雨條件下的邊坡穩(wěn)定性分析2010.11.27會議報告雨強(qiáng)為50mm/h時失穩(wěn)概率分別為50%和80%的安全系數(shù)累計(jì)概率分布曲線降雨條件下的邊坡穩(wěn)定性分析2010.11.27會議報告基于概率論的I-D曲線分析根據(jù)蒙特卡洛法，考慮了巖土性質(zhì)參數(shù)的不確定性得到的具有不同失穩(wěn)概率的I-D曲線。2010.11.27會議報告雨強(qiáng)/(mm/h)Pf=50%Pf=80%t2-t1降雨歷時t1/h降雨歷時t2/h202021.31.305010.310.750.45708.178.50.3310066.50.501205.35.670.371505.255.580.33基于概率論的I-D曲線分析I-D曲線計(jì)算數(shù)據(jù)2010.11.27會議報告結(jié)論東南沿海地區(qū)殘坡積土滑坡的潛在滑面多位于殘坡積土層的底部，降雨條件下邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)與潛在滑面處的孔隙水壓力變化具有非常好的對應(yīng)關(guān)系，孔隙水壓力升高時，安全系數(shù)降低；在降雨條件下，邊坡的失穩(wěn)概率會在4~6h之內(nèi)迅速增加，造成滑坡的突然發(fā)生；在一定雨強(qiáng)下，失穩(wěn)概率增至50%所需降雨歷時低于失穩(wěn)概率達(dá)