受青藏高原隆升和河流下切影响,黄河及其支流在黄土高原西部形成一系列河流阶地,其具有典型的"二元"地层结构(由下伏河流相砂砾石、粉质粘土等和上覆风成黄土组成),且不同级别阶地之间形成了高达数十米至数百米的高陡阶地斜坡。在日趋强烈的人类活动影响下,阶地斜坡更易产生滑坡-黄土阶地滑坡。正是这种特殊的孕灾环境和触发因子,导致兰州市成为全球四大滑坡、泥石流高发的省会城市之一。国内外现有区域稳定性评价方法对非均质高阶地斜坡区都不尽适用,且对兰州地区数百米高的阶地斜坡区稳定性尚未进行适宜的定量化评价,更未进行不同条件或诱发因素下的模拟评价。因此研究黄土高阶地斜坡区的稳定性评价方法,开展不同情景下的区域斜坡稳定性计算,可为兰州地区绿化灌溉方式的优化、削方减载工程以及降雨型滑坡和地震防灾避险规划提供实际指导和科学依据。基于此,本论文以地貌学、工程地质学、地理信息科学和土力学等中的相关理论为依据,利用已有研究成果,借助三维激光地形扫描仪、高密度电法仪和野外工程地质勘察、室内土力学试验等手段,综合分析自然因素和人类活动对阶地斜坡失稳的影响,用计算机分析与模拟手段,对典型阶地斜坡进行稳定性定量评价,结合GIS,建立分布式、基于物理基础的稳定性评价模型,并利用 PS-InSAR(Synthetic Aperture Radar Interferometry Based on Permanent Scatterers,永久散射体合成孔径雷达干涉)技术地表形变监测结果和近期发生的滑坡事件,分别对现状条件下和不同情景下的模型评价结果进行验证,甄选出适合兰州地区黄土阶地斜坡区域稳定性分析的物理模型,从而实现区域地质灾害评估的"地-空" 一体化。本论文共取得了如下四个主要研究成果:(1)传统的区域斜坡稳定性分析中的单元划分很少考虑坡体结构组成,本文基于系统分类方法,不仅考虑了上覆不同地质年代形成的黄土和冲洪积相粉质粘土(包括次生黄土)的土力学性质,也考虑了下伏基岩的岩体结构特性,同时考虑斜坡所处的地形地貌特征,能更好的反映坡体的实际物理情况。在此基础上将兰州市区的高阶地斜坡以及皋兰山类阶地斜坡在GIS环境下进行边坡单元的划分和重分类,共计16类典型阶地斜坡。(2)已有的区域斜坡稳定性分析时很少考虑坡体中土体基本物理性质和抗剪强度参数的多层异质性。针对此,本文系统总结了已有的各时期形成的黄土在不同含水量条件下的抗剪强度参数,并针对各级阶地上的粉质粘土进行了 8组不同含水量条件下的非饱和环剪实验,分别获得其对应含水条件下的残余黏聚力和内摩擦角。目前,区域斜坡稳定性计算时通常将水文模型与稳定性计算模型耦合起来,但是现场多期高密度电法结果显示水分在黄土中的入渗深度是有限的,在兰州阶地区,完整黄土体内的入渗深度一般在5 m左右,而当有裂缝和落水洞等优势通道存在时,其入渗过程对土体含水量的影响则将变得较为复杂。(3)目前,基于斜坡单元和物理机制的区域非均质斜坡稳定性计算相对较少。我们利用极限平衡法中的OF(Ordinary/Fellenius,瑞典圆弧滑动法)、BS(Bishop,毕肖普法)和MP(Morgenstern-Price,摩根斯坦-普赖斯法)分别计算16个典型斜坡单元在不同含水量、不同坡度以及地震荷载条件下的稳定性系数。进一步将所获得的各类阶地斜坡的稳定性系数与坡度、含水量以及地震条件下进行拟合得到回归方程,拟合效果较好,R2均接近或超过0.8。在GIS环境下,将回归方程推广到全区域的阶地斜坡,获得现状条件下(现有坡度和含水量),不同削坡条件(不同坡度),不同灌溉、降水条件下(不同含水量)和地震荷载下的兰州地区阶地斜坡稳定性评估图。研究结果表明:在现状条件下,由三种极限平衡法计算得到绝大多数阶地斜坡处于稳定状态,不同模型计算所得到的不稳定斜坡数目OF>MP>BS;在目前坡度状态下,当各斜坡体的含水量超过16.5%时,大部分斜坡稳定性系数在1以下,OF、BS和MP计算所得到的不稳定斜坡的比例分别为:68.5%、50.2%、57.4%;在当前含水量状态下,当坡度增加6°时,兰州地区的阶地斜坡超过一半处于失稳状态,OF、BS和MP计算所得到的不稳定斜坡的比例分别为:68.5%、53.9%、50.8%;在现状条件的基础上增加0.2 g的水平峰值加速度,研究区阶地斜坡大部分处于失稳状态,OF、BS和MP计算所得到的不稳定斜坡的比例分别为:69.4%、54.9%、50.5%。(4)PS-InSAR技术因为可以大范围,周期性的提供高精度的地表形变监测数据而得到快速发展,其验证后的结果能更好地解决以往区域斜坡稳定性评价中模型精度评估的数据时效性和准确性问题。本文通过首次在厚层黄土覆盖的干旱-半干旱区PS-InSAR技术的利用,结合现场验证,证明了其在监测和定位区域尺度地表变形中具有很高的适用性。本文将验证后的PS-InSAR数据与现状下三种不同方法计算的区域阶地斜坡稳定性进行比较,并将因绿化灌溉和人工削坡导致的新滑坡与不同含水量和不同坡度计算下的区域稳定系数进行比较。结果表明,研究区稳定地表一上探测到的绝大部分永久散射体都是稳定点,在白塔山、伏龙坪、寺儿沟等地探测到坡体失稳。针对现状的阶地斜坡稳定性计算,三种极限平衡的计算方法精度不一,MP法的准确度最高,准确率达75%。BS法所获取的稳定性系数偏大,而OF法所获取的稳定性系数偏小。针对不同含水量和不同削坡情况下的阶地斜坡稳定性计算,三种极限平衡法表现出较好的预测效果,新近发生的兰州石峡口滑坡和报恩寺滑坡均位于三种极限平衡法计算的不稳定斜坡区,但是受限于新发生滑坡数据的可获取性,目前无法比较三种极限平衡法在不同情景计算条件下的适用性。