【论文分享】基于统计分析和数值模拟方法的滑坡视摩擦系数影响因素及特征研究发表时间：2024-11-21 15:54 论文信息 题目：基于统计分析和数值模拟方法的滑坡视摩擦系数影响因素及特征研究 作者：王冉,王学良,袁鸿鹄, 孙娟娟,刘海洋,张如满 期刊来源：工程地质学报；发表时间：2021年  一、 研究概述 滑坡视摩擦系数即最大垂直运动距离H和最大水平运动距离L的比值(H/L)能很好地衡量滑坡的运动能力。作者采用数理统计方法分析了藏东南区滑坡及地震型滑坡中影响因素(滑坡体积V、斜坡角度θ、滑坡最大垂直运动距离H)及试验因素(H/L值)的水平特征,进一步分析了3个影响因素对该试验因素的影响特征,并采用基于连续介质力学法的数值模拟方法,模拟了滑坡运动的时空演化过程。得到以下结论:θ是H/L值的显著影响因素且主要集中在20°～40°。随着θ的减小、V的增大和H的减小,H/L具有减小的趋势。藏东南滑坡H/L值普遍大于地震型滑坡H/L值,地震型滑坡的远程特征显著,地震作用会弱化θ、V、H与H/L值的相关程度。在坡脚附近滑坡的运动速度往往达到峰值,同时坡脚对滑坡的运动具有显著的阻止效应。研究结果对于滑坡运动特征研究及防灾减灾具有一定参考意义。 二、 研究区及数据 对藏东南区的滑坡进行识别，共识别出滑坡189处(图1)。提取滑坡的剖面，利用AutoCAD获取滑坡几何信息，假定滑坡物源为柱体，V通过物源区的侧面积与其宽度相乘的方法获得，H通过滑前后缘高程减去滑后前缘高程获得，L为滑前后缘与滑后前缘连线的水平分量，θ通过在ArcGIS 中计算出滑坡范围内各栅格的坡度值并取其平均值获得。提取文献数据(表1)，获得229处地震型滑坡的相关数据，其中包括2008年中国汶川地震引起的滑坡133处、日本历史地震造成的地震滑坡77 处以及国外其他地震滑坡19处。  图1 藏东南鲁朗一通麦区解译滑坡分布
表1 地震滑坡 三、 数值模拟结果分析 采用控制变量法在Massflow中模拟V、θ、H 取不同值时对H/L 值的影响特征，并分析滑坡运动过程的速度变化，滑坡概化模型见图2。Massflow 中提供滑坡模拟的库伦模型，模型中的参数较少且都有具体的物理意义。库伦模型只需要3个参数，分别是黏聚力，内摩擦角以及孔隙水压力系数。建立的滑坡模型是为重点分析滑坡运动过程中的共性特征，进而在选择参数时参考已有案例的参数范围取适当值，最终黏聚力取值20kPa，基底摩擦系数取值0.34，将物源作干碎屑状态处理，孔隙水压力系数取值0，边界条件为墙体边界。  图2 滑坡模型 滑坡的运动速度变化能直观反应滑坡的冲击力的变化情况。模拟结果见图3、图4。图3 显示了当θ = 30°、V = 5×105 m3、H = 500m 时不同时刻的滑坡速度云图，图4显示了不同因素下滑坡整体的平均运动速度变化情况。从滑坡的速度云图可知，在斜坡段滑坡前缘运动速度明显高于后缘，前缘呈舌状下滑，同时滑坡会在横向上对称扩散，直到运动到坡底，此时滑坡前缘速度达到最大。经过坡脚的转折点后，滑坡速度开始迅速降低，并在坡底呈扇形堆积与扩散，此时仍停留在物源区的物质在有了临空条件后开始陆续往坡脚运动，滑坡最终呈扇形堆积于坡脚。由图4可知，V、θ、H明显增大时，滑坡的平均运动速度的最大值也明显增大。滑坡在运动过程中，其平均运动速度先快速增大，达到峰值后迅速减小，随后平稳直到停止运动。滑坡运动经过坡脚（图4a中的B、C、D、E点；图4b 中的C、D、E 点;图4c中的A、B、C、D点），其运动状态由斜向下滑动，瞬间转变为水平向的运动，运动状态的突变以及滑坡体与水平面的碰撞需耗散大量能量，因而其平均运动速度开始迅速降低。而在θ 和V 较小时，滑坡物质的扩散也意味着滑坡与斜坡段的接触面积增大，滑坡体受斜坡的摩擦阻力作用显著的同时，缺少高值θ和高值V 提供的速度增益，因而在斜坡段滑坡的平均速度便开始降低，最终滑坡运动到坡脚时速度已经很小(图4a中的A点;图4b中的A、B点) 。  图3 滑坡速度云图  图4 滑坡平均速度变化曲线 四、结论 藏东南区滑坡及地震滑坡主要为中－大型滑坡，该区域以较高H和H/L值的滑坡为主，地震滑坡却普遍为低H和低H/L值。相较于V和H，藏东南区滑坡和地震滑坡的H/L 值受控制作用显著，H/L 值与θ 具有良好的线性关系。地震作用会弱化θ、V、H 与H/L 值的相关程度，地震诱发的滑坡远程特征显著。 采用massflow连续介质力学方法模拟滑坡的运移特征，结果表明滑坡的运动速度变化主要分为3 个阶段：速度陡增阶段、速度峰值后陡降阶段和速度平缓至停止阶段，坡脚的转折段能显著降低滑坡的运动速度。 |
