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地震是滑坡灾害的主要触发因素之一,地震滑坡所造成的损失往往超过地震本身。与其它因素触发滑坡相比,地震滑坡具有爆发集中、危害区域广及灾害效应持续时间长等特点。地震滑坡易发性研究和区划可有效地减少城市建设、土地规划与抗震减灾所面临的地震滑坡灾害问题。系统的滑坡编目是进行滑坡研究的基础技术手段,能为滑坡的易发性、危险性及风险量化研究提供有效数据。映秀极震区是5.12震区地震滑坡分布较为集中的区域之一,在该区域作了约109.3km2的地震滑坡现场调查,共采集了95组彭灌杂岩体岩样,结合室内理论分析、区域范围内强度参数选取试验研究及谱元法数值模拟等技术方法,对研究区内的地震滑坡编目、区域范围强度参数选取方法及地震滑坡量化易发性分析作了较为系统深入的研究。论文的主要研究内容与成果如下:
(1)通过高分辨率的卫星影像与航拍影片结合现场调查与复核提取研究区内地震滑坡信息,基于GIS系统建立了研究区的地震滑坡编目数据集,并详细分析了地震滑坡类型、几何形态特征及其空间分布与地形、地质单元、震中距之间的关系。分析结果表明,研究区内的地震滑坡以浅层狭长分裂型滑坡为主,其空间分布规律表现为多分布于30°~50°坡角范围,而诸如山脊、前凸山梁、梯状山崖或坡肩等地形陡变处的滑坡较为集中,彭灌杂岩体区的地震滑坡发育程度大于沉积岩区,地震滑坡密度随震中距的增大而减小,并具有明显的上下盘效应。
(2)在地震滑坡编目数据集详细分析基础上,获得了地震滑坡概率密度与滑坡面积的概率分布模型,推导了编目区地震滑坡面积最大值、均值及总面积的计算式,其计算结果与实际编目数据极为接近;并利用概率分布模型参数与滑坡标度,引入指数修正函数建立了基于研究区非完整滑坡编目的地震滑坡总面积预测模型。
(3)自行搭建了一套廉价高效的并行计算平台,该系统共有4节点8CPU核、16GB内存,其真实计算能力为39.93Gflops,具有规模与计算性能方面的可扩展性、分合式组装的可控性及并行计算环境管理的便捷性等特点。
(4)以三维波动弹性动力方程的弱形式为基础推导了谱元法的基本算法,并将谱元法开源计算软件包部署于自搭建的并行计算系统,以研究区的数字高程模型与5.12汶川地震矩张量参数为基础数据计算了三维复杂地形条件下峰值加速度、峰值速度、峰值位移的空间分布规律,并编写了相关程序实现了计算结果的可视化,得到了地震波在地表的传播形态及真实地形峰值加速度分布对平坦地形的相对放大率。分析结果表明,复杂地形对地震波的反射与折射对地震动分布具有影响,发震断裂上盘的地震动较下盘强烈,并且震中附近区域三维真实地形对地震动的影响与二维概化模型具有较大差别。
(5)基于彭灌杂岩体试件的天然密度、Schmidt回弹硬度测试数据及地质强度指数GSI建立了彭灌杂岩体完整岩块单轴抗压强度的多元线性回归预测模型,利用该模型预测了研究区内另外42组试件的单轴抗压强度值;在上述基础上,利用Hoek-Brown准则获取了各取样点处岩体的等效M-C抗剪强度参数,研究了研究内抗剪强度参数及其影响因素,揭示了区域内浅层岩土体强度参数的空间分布规律。
(6)考虑地震动竖向分量对坡体稳定性的影响,采用无限边坡刚体滑移模型导出了潜在滑体水平向屈服加速度的计算式,建立了研究区Newmark永久位移与地震滑坡易发性指数的估算式,分析了研究区的数字高程模型、岩体抗剪强度参数及d值的空间分布,揭示了水平向屈服加速度、Newmark永久位移及地震滑坡易发性指数的空间分布规律。其易发性指数高值区与地震滑坡源区具有较好的对应关系,可用于研究区地震滑坡危险性与风险的量化研究。