G022-李鹤-浙江大学

基于蒙特卡洛法的降雨诱发型滑坡预报Intensity-Duration曲线的确定报告人：李鹤浙江大学软弱土与环境土工教育部重点试验室2010.11.27会议报告目录前言Intensity-Duration曲线蒙特卡洛法东南沿海地区土质滑坡地质概况分析结果与讨论结论2010.11.27会议报告前言东南沿海地区山地丘陵发育，约占该地区总面积的75%，山地丘陵地区的斜坡表面广泛覆盖着残坡积土，土层厚度通常在6米以内，在强降雨天气下极易发生浅层滑坡。由降雨引起的滑坡俗称降雨型滑坡，该类型滑坡是东南沿海地区最主要的地质灾害。据中国地质调查局《东南沿海及重要经济区环境地质调查重要进展2000-2005年》：该地区滑坡灾害在时间分布上具有与气象变化的高度一致性。如何根据对降雨诱发的土质浅层滑坡进行预警预报一直是国内外学者关注的热门研究课题。2010.11.27会议报告前言2010.11.27会议报告降雨诱发的土质滑坡灾害多因素复杂问题：地形、地质、气象条件等2010.11.27会议报告降雨诱发的土质滑坡灾害预警预报模型国内外学者提出了诸多经验性的滑坡预警预报模型应用Intensity-Duration等统计曲线预报法（Caine,1980；Jibson,1989;Clarizia，1996；Crosta，2001；EJ.Gabet,2004;F.Guzzetti,2007）基于前期降雨模型的预报方法（M.J.Crozier,1999;T.Glade,2000;李媛,2006;李铁峰,2006）考虑降雨过程的危险雨量预报法（P.Aleotti,2004）地质资料与降雨综合考虑预报法（G.Crosta,2003;M.Casadei,2003;殷坤龙,张桂荣,等,2003,2005）基于雨水入渗和边坡稳定分析的理论预报方法（Crosta,1997;S.M.Brooks,2004）目前国内外最常用的是Intensity-Duration曲线同时考虑了雨量，降雨历时和雨强三个降雨因子，并且比较直观的反映了滑坡与各降雨因子的关系2010.11.27会议报告Intensity-Duration曲线国（境）外研究者已针对不同地区的地质条件和气象条件建立了Intensity-Duration曲线Caine(1980)：适用范围：全世界；类型：浅层滑坡和泥石流。Jibson（1989）：适用范围：香港；类型：泥石流。CrostaandFrattini(2001)：适用范围：全世界；类型：浅层滑坡。Chien-Yuanetal(2005)：适用范围：台湾；类型：所有灾害。国内各地区还未建立可靠的Intensity-Duration曲线2010.11.27会议报告蒙特卡洛法(MonteCarloMethod)蒙特卡洛法(MonteCarloMethod)，又称随机模拟法或统计实验法，其基本原理为：某事件的概率可以用大量试验中该事件发生的频率来估算，根据切贝雪夫大数定理，当样本容量足够大时，可认为该事件的发生频率即为其概率。对于边坡稳定分析，通常可以将安全系数计算式作为功能函数，通过采用蒙特卡洛法进行抽样计算，即可得到边坡安全系数的统计特征，从而可以得到当安全系数低于某一规定值（通常设定为1）的概率有多少，即所谓的失稳概率Pf。2010.11.27会议报告东南沿海地区土质边坡地质概况我国南方燕山期花岗岩大范围出露，在福建、广东、香港地区出露面积均占全省面积的30~40%，在东南沿海其他地区也占了各省面积的10%~20%（吴能森，2004），出露花岗岩在南方的湿热气候下剧烈风化，形成了花岗岩残积土层。花岗岩残积土根据风化程度的不同其呈现出了分层性：层号按土层组成和结构差异按工程规范分类1均匀红土层含砂、砾粘土2网纹红土层砂质粉粘土，局部粘粒含量较高3杂色粘土层砾、砂质粉粘土或粉土，局部为粘土质中粗砂。东南沿海残积土地区地质条件：2010.11.27会议报告土层名称颜色厚度(米)砾粒（%）砂粒（%）粉粒（%）粘粒（%）密度(g/cm2)c(kPa)φ(°)e含砂、砾粘土红色，红褐色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砂质粉粘土棕红色,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砾、砂质粉粘土或粉土黄褐色,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残积土各土层物理力学性质（王清；林蓬琪；刘胜娥，2001；汪益敏，2005；龚剑平，2005；曹军义，2005；何珊儒，2007；黄汉芳，2008从颗粒级配上来看我国的残积土由上到下，随着风化程度增加，粘粒含量明显减少，砂砾含量增加。残积土各层土的密度从上到下随着孔隙比的减少而逐渐增大，基本是在1.75-2g/cm2范围内变化，孔隙比是在0.8-0.99之间分布，孔隙比比较大。各地残积土的内聚力由上到下随着粘粒含量的降低而减少，而内摩擦角则在随着砂砾含量的增加而不断增大，其中内聚力的变化范围为5-70kPa，内摩擦角在25-35°之间变化，其平均值大概为25°左右。东南沿海残积土地区地质条件：东南沿海地区土质边坡地质概况2010.11.27会议报告

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

157浙江1370-1980.6492.6476.678东南沿海地区属于亚热带季风气候区，四季分明，雨量充沛，日照充足，其降雨概况以及同比香港地区如下方表格所示。东南沿海地区的降雨量主要分布于4-9月份，该期间降雨量占全年降雨量的70%-85%，该特点与香港地区一致，及资料显示（S.W.C.Au，1998），香港地区5-9月份降雨量占全年降雨量的80%。东南沿海每年的降雨按其降雨特点分为3个时段时间特点春雨期3月底至6月初雨强很小，历时较长梅雨期6月中旬至7月中旬雨强小，历时很长中等到台风暴雨期7月下旬至9月雨强很大，历时较短东南沿海地区的气象条件简介东南沿海残积土地区气象条件：2010.11.27会议报告理论分析模型的建立数值分析模型示意图2010.11.27会议报告模型采用土层参数各土层土水特征曲线各土层渗透系数曲线2010.11.27会议报告模型采用土层参数蒙特卡洛法分析参数取值本文根据陈洪江等人对东南沿海地区花岗岩残积土物理力学指标的统计分析选取了相关岩土层的统计特征参数。2010.11.27会议报告考虑降雨条件的边坡稳定分析方法斜坡降雨入渗过程分析孔压场随时间变化极限平衡分析2010.11.27会议报告降雨条件下的边坡稳定性分析雨强为50mm/h时不同时刻的孔压剖面图2010.11.27会议报告年降雨量为1500mm，雨强为50mm/h下边坡安全系数降至1.2时的潜在滑面示意图降雨条件下的边坡稳定性分析2010.11.27会议报告雨强为50mm/h时的安全系数随时间变化曲线降雨条件下的边坡稳定性分析2010.11.27会议报告雨强为50mm/h时不同降雨历时下的安全系数概率分布曲线降雨条件下的边坡稳定性分析2010.11.27会议报告雨强为50mm/h时失稳概率分别为50%和80%的安全系数累计概率分布曲线降雨条件下的边坡稳定性分析2010.11.27会议报告基于概率论的I-D曲线分析根据蒙特卡洛法，考虑了岩土性质参数的不确定性得到的具有不同失稳概率的I-D曲线。2010.11.27会议报告雨强/(mm/h)Pf=50%Pf=80%t2-t1降雨历时t1/h降雨历时t2/h202021.31.305010.310.750.45708.178.50.3310066.50.501205.35.670.371505.255.580.33基于概率论的I-D曲线分析I-D曲线计算数据2010.11.27会议报告结论东南沿海地区残坡积土滑坡的潜在滑面多位于残坡积土层的底部，降雨条件下边坡的稳定安全系数与潜在滑面处的孔隙水压力变化具有非常好的对应关系，孔隙水压力升高时，安全系数降低；在降雨条件下，边坡的失稳概率会在4~6h之内迅速增加，造成滑坡的突然发生；在一定雨强下，失稳概率增至50%所需降雨历时低于失稳概率达