《G022李鹤浙江大学》由会员分享，可在线阅读，更多相关《G022李鹤浙江大学（24页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、基于蒙特卡洛法的降雨诱发型滑坡预基于蒙特卡洛法的降雨诱发型滑坡预报报Intensity-Duration曲线的确定曲线的确定 报告人：李鹤报告人：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会议报告会议报告目录l前言前言lIntensity-Duration曲线曲线l蒙特卡洛法蒙特卡洛法l东南沿海地区土质滑坡地质概况东南沿海地区土质滑坡地质概况l分析结果与讨论分析结果与讨论l结论结论2010.11.27会议报告会议报告前言l东南沿海地区山地丘陵发育，约占该地区总面积的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
2、坡表面广泛覆盖着残坡积，山地丘陵地区的斜坡表面广泛覆盖着残坡积土，土层厚度通常在土，土层厚度通常在6米以内，在强降雨天气下极米以内，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。坡，该类型滑坡是东南沿海地区最主要的地质灾害。据中国地质调查局据中国地质调查局东南沿海及重要经济区环境地东南沿海及重要经济区环境地质调查重要进展质调查重要进展2000-2005年年：该地区滑坡灾害：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
3、质浅层滑坡进行预警预报一直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。是国内外学者关注的热门研究课题。 2010.11.27会议报告会议报告前言2010.11.27会议报告会议报告降雨诱发的土质滑坡灾害l多因素复杂问题：地形、地质、气象条件等多因素复杂问题：地形、地质、气象条件等2010.11.27会议报告会议报告降雨诱发的土质滑坡灾害预警预报模型l国内外学者提出了诸多经验性的滑坡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应用Intensity-Duration等统计曲线预报法等统计曲线预报法（Caine, 1980；Jibson, 1989;
4、 Clarizia，1996；Crosta，2001；E J. Gabet, 2004; F. Guzzetti, 2007）基于前期降雨模型的预报方法基于前期降雨模型的预报方法（M. J. Crozier, 1999; T. Glade, 2000; 李媛李媛, 2006; 李铁峰李铁峰, 2006）考虑降雨过程的危险雨量预报法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地质资料与降雨综合考虑预报法（G. Crosta, 2003; M. Casadei, 2003; 殷坤龙殷坤龙, 张桂荣张桂荣, 等等, 2003,2005） 基于雨水入渗和
5、边坡稳定分析的理论预报方法（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）l目前国内外最常用的是目前国内外最常用的是Intensity-Duration曲线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的反映了滑坡与各降雨因子的关系2010.11.27会议报告会议报告Intensity-Duration曲线l国（境）外研究者已针对不同地区的地质条件和气象条国（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件建立了Intensity
6、-Duration曲线曲线Caine(1980)：适用范围：全世界；类型：浅层滑坡和适用范围：全世界；类型：浅层滑坡和泥石流。泥石流。Jibson（1989）：）：适用范围：香港；类型：泥石流。适用范围：香港；类型：泥石流。Crosta and Frattini (2001) ：适用范围：全世界；类型：浅层滑坡。适用范围：全世界；类型：浅层滑坡。Chien-Yuan et al (2005) ：适用范围适用范围：台湾台湾；类型类型：所有灾害。所有灾害。 国内各地区还未建立可靠的国内各地区还未建立可靠的Intensity-Duration曲线曲线2010.11.27会议报告会议报告蒙特卡洛法(M
7、onte Carlo Method)l蒙特卡洛法蒙特卡洛法(Monte Carlo Method)，又称随机模拟法，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。生频率即为其概率。l对于边坡稳定分析，通常可以将安全系数计算式作为对于边坡稳定分析，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，即可功能函数，通过采用
8、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（通常设定为系数低于某一规定值（通常设定为1）的概率有多少，）的概率有多少，即所谓的失稳概率即所谓的失稳概率Pf。 2010.11.27会议报告会议报告东南沿海地区土质边坡地质概况l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积均占全省面积的3040%，在东南沿海其他地区也占了各省面积的，在东南沿海其他地区也占了各省面积的10%20%（吴能森，（吴能森，2004），出
9、露花岗岩在南方的湿热气候下剧烈），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。风化，形成了花岗岩残积土层。l花岗岩残积土根据风化程度的不同其呈现出了分层性：花岗岩残积土根据风化程度的不同其呈现出了分层性：层号层号按土层组成和结构差异按土层组成和结构差异按工程规范分类按工程规范分类1 1均匀红土层均匀红土层含砂、砾粘土含砂、砾粘土2 2网纹红土层网纹红土层砂质粉粘土，局部粘粒含量较高砂质粉粘土，局部粘粒含量较高3 3杂色粘土层杂色粘土层砾、砂质粉粘土或粉土，局部为粘土质中粗砂。砾、砂质粉粘土或粉土，局部为粘土质中粗砂。东南沿海东南沿海东南沿海东南沿海残积土残积土地区地质条件：地区
10、地质条件：地区地质条件：地区地质条件：2010.11.27会议报告会议报告土层名称土层名称颜色颜色厚度厚度( (米米) )砾粒（砾粒（% %）砂粒（砂粒（% %）粉粒（粉粒（% %）粘粒（粘粒（% %）密度密度(g/cm(g/cm2 2) )c(kPac(kPa) )()()e e含砂、砾含砂、砾粘土粘土红色，红色，红褐色红褐色0.5-70.5-70.1-28.00.1-28.020.9-47.020.9-47.010.7-38.010.7-38.022-55.622-55.61.57-1.57-1.901.908.9-8.9-70.070.012.0-12.0-35.035.00.8-0.8
11、-1.071.07砂质粉粘砂质粉粘土土棕红色棕红色, ,灰褐灰褐色色, ,5-155-1515.0-34.015.0-34.010.0-55.010.0-55.08.0-38.08.0-38.010.5-34.010.5-34.01.63-1.63-1.781.788.9-8.9-50.050.018.6-18.6-33.033.00.72-0.72-1.131.13砾、砂质砾、砂质粉粘土或粉粘土或粉土粉土黄褐色黄褐色, ,灰白灰白色色101015.0-47.015.0-47.042.3-67.042.3-67.08.0-30.28.0-30.24.0-13.04.0-13.01.66-1.6
12、6-1.931.9310.0-10.0-40.040.024.0-24.0-35.035.00.63-0.63-1.041.04l残积土各土层物理力学性质（残积土各土层物理力学性质（王清；林蓬琪；刘胜娥，王清；林蓬琪；刘胜娥，2001；汪益敏，；汪益敏，2005；龚剑平，；龚剑平，2005；曹军义，；曹军义，2005；何珊儒，；何珊儒，2007；黄汉芳，；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。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
13、大，基本是在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范围内范围内变化，孔隙比是在变化，孔隙比是在0.8-0.99之间分布，孔隙比比较大。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，内摩擦角在25-35之间变化，其平之间变化，其平均值大概为均值大概为25左右。左右。东南沿海东南沿海东南沿海东南沿海残积土残积土地区
14、地质条件：地区地质条件：地区地质条件：地区地质条件：东南沿海地区土质边坡地质概况2010.11.27会议报告会议报告年平均降雨量年平均降雨量(mm)(mm)日最大降雨量日最大降雨量(mm)(mm)月最大降雨量月最大降雨量(mm)(mm)最大雨强最大雨强(mm/h)(mm/h)香港香港22142214742742157157浙江浙江1370-1980.61370-1980.6492.6492.6476.6476.67878l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，日照充足充足 ，其降雨概况以及同比香港地区如下方表格所示。，其
15、降雨概况以及同比香港地区如下方表格所示。l东南沿海地区的降雨量主要分布于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月份，该期间降雨量占全年降雨量的雨量的70%-85%，该特点与香港地区一致，及资料显示（，该特点与香港地区一致，及资料显示（S.W.C. Au，1998），香港地区），香港地区5-9月份月份 降雨量占全年降雨量的降雨量占全年降雨量的80%。l东南沿海每年的降雨按其降雨特点分为东南沿海每年的降雨按其降雨特点分为3个时段个时段时间时间特点特点春雨期春雨期3 3月底至月底至6 6月初月初雨强很小，历时较长雨强很小，历时较长梅雨期梅雨期6 6月中旬至月中旬至7 7月中旬
16、月中旬雨强小，历时很长中等到雨强小，历时很长中等到台风暴雨期台风暴雨期7 7月下旬至月下旬至9 9月月雨强很大，历时较短雨强很大，历时较短东南沿海地区的气象条件简介东南沿海东南沿海东南沿海东南沿海残积土残积土地区气象条件：地区气象条件：地区气象条件：地区气象条件：2010.11.27会议报告会议报告理论分析模型的建立数值分析模型示意图数值分析模型示意图2010.11.27会议报告会议报告模型采用土层参数各土层土水特征曲线各土层土水特征曲线各土层渗透系数曲线各土层渗透系数曲线2010.11.27会议报告会议报告模型采用土层参数l蒙特卡洛法分析参数取值蒙特卡洛法分析参数取值本文根据陈洪江等人对东南
17、沿海地区花岗岩残积土物理力学指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。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斜坡降雨入渗过程分析 孔压场随时间变化孔压场随时间变化 极限平衡分析极限平衡分析2010.11.27会议报告会议报告降雨条件下的边坡稳定性分析 l雨强为雨强为50mm/h时不同时刻的孔压剖面图时不同时刻的孔压剖面图2010.11.27会议报告会议报告l年降雨量为年降雨量为1500mm，雨强为，雨强为50mm/h下边坡安全系数降至下边坡安
18、全系数降至1.2时的时的潜在滑面示意图潜在滑面示意图 降雨条件下的边坡稳定性分析 2010.11.27会议报告会议报告l雨强为雨强为50mm/h时的安全系数随时间变化曲线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会议报告会议报告l雨强为雨强为50mm/h时不同降雨历时下的安全系数概率分布曲线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会议报告会议报告l雨强为雨强为50mm/h时失稳概率分别为时失稳概率分别为50%和和80%的安全系数累计概率分的安全系数累计概率分布曲线布曲线 降雨条件下的边坡稳定性分析 2010.11
19、.27会议报告会议报告基于概率论的I-D曲线分析l 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会议报告会议报告雨雨强强/(mm/h)Pf=50%Pf=80%t2-t1降雨历降雨历时时t1/h降雨历时降雨历时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lI-D曲线计算数据曲线计算数据 2010.11.27会议报告会议报告结论l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东南沿海地区
20、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；全系数降低；l在降雨条件下，边坡的失稳概率会在在降雨条件下，边坡的失稳概率会在46h之内迅速增加，造之内迅速增加，造成滑坡的突然发生；成滑坡的突然发生；l在一定雨强下，失稳概率增至在一定雨强下，失稳概率增至50%所需降雨历时低于失稳概所需降雨历时低于失稳概率达到率达到80%所需的时间，但是二者的降雨历时之间的差值很所需的时间，但是二者的降雨历时之间的差值很小，约为小，约为0.31.3h；lIntensity-Duration曲线的拟合数学式为分段函数形式：当雨曲线的拟合数学式为分段函数形式：当雨强超过表层土体土体饱和渗透系数时，强超过表层土体土体饱和渗透系数时，I-D曲线拟合式为常值曲线拟合式为常值函数；当雨强低于表层土体土体饱和渗透系数时，函数；当雨强低于表层土体土体饱和渗透系数时，I-D曲线拟曲线拟合式为幂函数形式。合式为幂函数形式。 2010.11.27会议报告会议报告谢谢！Thank you for attention!2010.11.27会议报告会议报告
