降雨对边坡稳定性评价的荷载试验效应及应用

降雨引发边坡失稳是我国目前面临的最主要的自然灾害之一，每年造成的人员伤亡数以千计。由于边坡是一个复杂的天然地质体，有限的勘查资料常不能完全确定边坡的性质。每一次自然降雨都是对边坡稳定性的一次扰动，降雨会激发控制边坡稳定性的各类要素相互作用，促使边坡坡体发生变形和位移，降雨可视为作用在边坡上的荷载试验。对边坡在降雨条件下的真实响应进行有策略的监测，可为边坡在未来降雨条件下的稳定性评价提供宝贵的反馈信息，这在本项目中称为降雨的荷载试验效应。本项目以降雨条件下的边坡为研究对象，以降雨的荷载试验效应为核心问题，在建立考虑荷载试验效应的边坡稳定性评价方法的基础上，确定了降雨荷载试验效应的量化指标，发展了降雨诱发滑坡的监测方法和理论，为降雨诱发滑坡灾害的有效监测和准确预测提供了理论依据。 2100433B

降雨引发边坡失稳是我国目前面临的最主要的自然灾害之一，每年造成的人员伤亡数以千计。由于边坡是一个复杂的天然地质体，有限的勘查资料常不能完全确定边坡的性质。每一次自然降雨都是对边坡稳定性的一次扰动，降雨会激发控制边坡稳定性的各类要素相互作用，促使边坡坡体发生变形和位移，降雨可视为作用在边坡上的荷载试验。对边坡在降雨条件下的真实响应进行有策略的监测，可为边坡在未来降雨条件下的稳定性评价提供宝贵的反馈信息，这在本项目中称为降雨的荷载试验效应。本项目以降雨条件下的边坡为研究对象，以降雨的荷载试验效应为核心问题，在建立考虑荷载试验效应的边坡稳定性评价方法的基础上，确定降雨荷载试验效应的量化指标，提出基于荷载试验效应的降雨诱发滑坡监测理论，为降雨诱发滑坡灾害的有效监测和准确预测提供理论依据。

在通常情况下,初期雨水径流的污染物含量在整个径流过程中是最高的,这种现象被称为降雨初始冲刷效应 。

定量描述降雨－滑坡关系是对降雨引发滑坡进行预报的关键基础。以往对降雨引发滑坡的研究主要采用一般线性统计方法或基于物理的确定性模型，这些方法或模型在科学界最初都是为处理线性问题而提出的，因而不适合处理降雨引发滑坡这类复杂非线性问题，探索和发展新的方法是国际滑坡界关注的重要课题。

本项目为2006－2010年浙江省科学技术厅浙江省重大科技专项重点项目“浙江省地质灾害隐患监测网络系统”（计划编号：2006C13024）之“浙江省降雨引发滑坡的条件分析与分形研究”课题实施的成果，2011年1月通过浙江省国土资源厅组织的成果鉴定。2011－2014年期间，依托先前成果，进行了更深入研究与应用。

本项目引入分形等非线性方法并与GIS技术结合起来,对降雨－滑坡关系进行创新研究，取得系统的成果,被国内外采用，推动了对降雨引发滑坡预报理论和方法的发展。主要成果有三个方面：

1、揭示滑坡发生频度与降雨量之间存在幂指数（分形）关系，提出评价降雨引发滑坡频度的分形模型和计算有效前期降雨量的分形方法。以往的研究者曾发现滑坡大小－频度遵循幂指数(分形)分布，但是对滑坡发生频度与降雨量关系采用一般线性的逐步回归方法进行模拟，计算影响滑坡发生的前期有效降雨量的方法也是30多年前由Crozier和Eyles (1980)引入的API（Antecedent Precipitation Index）指数，这是一种线性叠加模式，在应用上遭遇许多难以克服的困难。本项目提出的计算前期有效降雨量的分形方法，克服了API方法的缺陷，揭示了前期累积降雨对滑坡发生的影响是非线性的，降雨衰减系数由引发滑坡的累积降雨阀值随观测时段天数变化的标度指数所决定。

2、揭示滑坡在空间上具有分形丛集分布特征，提出对滑坡易发程度评价的分形方法和对滑坡易发程度图检验的Ri指数方法。被编入德国德累斯顿科技大学2012年在Springer出版的滑坡学教科书《Terrestrial Mass Movements》，是其中唯一由中国大陆学者独立完成的成果。

3、首次对浙江省全部62个丘陵山区县（市、区）分别确定了引发滑坡的降雨强度（I）－历时（D）阈值线以及60%和80%概率的阈值线，并采用Kriging方法制作了滑坡发生的降雨阈值空间分布图，发现引发滑坡的降雨阈值与地形坡度及斜坡物质组成有着密切关联性。

基于本项目成果的预报模型自2011年以来，先后在浙江台州、绍兴、金华和舟山等市国土资源局应用，建立市级地质灾害预报预警系统，提升了当地政府部门对降雨引发地质灾害的应急处置能力，取得显著社会效益。

本项目获国家发明专利2项，计算机软件著作权2项，发表论文18篇,其中6篇被SCI收录，论文SCI他引50次，总他引122次。

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