基于降雨入渗/超孔隙水压力的Newmark模型改进及地震滑坡危险性预测研究

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地震与降雨是导致滑坡发生的两个重要因素,滑坡因频率高、破坏性强、面积广及造成的损失往往比地震或强降雨造成的损失大等特性已成为我国乃至世界最主要的地质灾害之一。但目前国内外应用简单力学模型进行滑坡研究时大多考虑的因素比较单一,许多研究人员只考虑降雨因素或者只考虑地震因素,而大量事实已经证明地震与降雨耦合作用下将大大增加滑坡发生的概率。为此,本论文主要从降雨期间发生地震作用出发,考虑降雨入渗过程中饱和土体内雨水沿着坡面方向流失,对传统Green-Ampt降雨入渗模型改进,然后将孔隙水压力与地震所引起的超孔隙水压力结合对传统Newmark累积位移模型进行改进,以使其更适用于地震与降雨共同作用下的滑坡危险性预测研究。依据收集的地震动数据开展滑坡累积位移Dn与临界加速度比(ac/PGA)、阿里亚斯烈度Ia(Arias)两者的相关性分析,通过分析比较,选取以临界加速度比为参数的Newmark累积位移模型并结合收集的地震数据进行公示拟合,接着以鲁甸地震事件中小寨镇为研究区进行拟合公式的验证。基于云南省昭通市地区地质特征与年均降雨情况,选取昭通市一小区域作为研究区,选取新拟合的位移公式开展无降雨情况下的地震滑坡危险性预测分析;基于改进后的Newmark模型进行该研究区降雨情况下的地震滑坡危险性预测分析;对两种情况下获得的滑坡危险性区划及滑坡高危险区域分布特征进行研究对比。研究结果表明:(1)本文依据地震动数据新拟合的临界加速度比为参数的Newmark累积位移公式的相关判定系数R2为0.761,且在鲁甸地震事件小寨镇研究区域的应用中表现良好。(2)从昭通市研究区域的滑坡概率分析图结果中可知,研究区滑坡高危险区域面积占比从无降雨情况下的1%,随着降雨历时12小时与24小时后分别达到了3%与5%,高危险区域面积占比增加幅度分别达到200%与400%,表明地震与降雨耦合作用下极大的提升地震滑坡危险性。本文提出的改进模型及研究方法可为我国地震与降雨耦合作用下滑坡危险性评价分析提供新的思路与方法,为今后滑坡危险性预测、重要交通路线与大坝水库选址及防灾减灾工程中提供一定的科学参考依据。
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