【论文分享】旋转式滑坡发生前、中、后的地形变化、地表变形及运动过程发表时间：2024-12-03 10:32  论文信息： 题目：Topographic Changes, Surface Deformation and Movement Process before, during and after a Rotational Landslide 作者：Shuyue Ma 1, Haijun Qiu 1,2 , Yaru Zhu 1, Dongdong Yang 1, Bingzhe Tang 1, Daozheng Wang 3, Luyao Wang 1 and Mingming Cao 1； 单位：1.Shaanxi Key Laboratory of Earth Surface and Environmental Carrying Capacity, College of Urban and Environmental Sciences, Northwest University, Xi’an 710127, China； 2.Insitute of Earth Surface System and Hazards, College of Urban and Environmental Sciences, Northwest University, Xi’an 710127, China； 3.State Key Laboratory of Continental Dynamics, Department of Geology, Northwest University, Xi’an 710069, China； 期刊来源：remote sensing； 发表时间：2023年1月22日  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massflow数值模拟软件,模拟了滑坡运动的时空演化过程。得到以下结论:θ是H/L值旋转式滑坡的变形特征和失稳模式复杂多样，此类滑坡通常规模大且连续发生，严重威胁着人们的生命安全。利用合成孔径雷达干涉测量法（InSAR）、差分数字高程模型（DODs）、数值模拟等技术，对滑坡发生前、中、后的地形变化、地表变形和运动过程进行了分析。基于滑坡前后的高分辨率地形数据，对地形变化进行了分析，并确定了滑坡的活动区域。地形变化的范围主要位于主陡坡、坡脚和次级滑坡上，地形变化受降雨和细沟侵蚀的影响。应用地貌引导的InSAR解译方法，揭示了滑坡前后的位移模式，滑坡中部的变形区域与次级滑坡重合。时间序列InSAR分析揭示了滑坡前后变形的动态演变，基于其演变过程，模拟的滑坡过程包括一次主滑坡和三次次级滑坡。基于纵向地表剖面的位移，总结了其位移特征和运动行为，并与单一旋转滑坡和多次旋转滑坡进行了比较。单一旋转滑坡具有明显的二次和渐进特征，在诸如降雨等条件的触发下发展为多次旋转滑坡。 二、 研究区及数据 研究区域位于青海省化隆县，位于黄河上游。黄河沿化隆县南部边缘自西向东流淌。黄河水资源丰富，水流湍急。该地区气候半干旱大陆性，降水较少，季节分布不均。雨季为6月至8月。年平均降水量为470毫米。土地覆盖以灌木和草类植物为主。研究区域位于黄土高原和青藏高原的过渡地带（图1）。研究区域受祁连褶皱带的影响，构造运动强烈。断层主要分布在NNW和NWW方向。研究区域以盆地和山谷为主，位于化隆新生代裂谷盆地西南部。  图 1 （a）研究区域位置；（b）地质图；（c）滑坡的三维视图。 研究区域的的水文地质条件简单。区域内地质灾害频发，主要包括滑坡、崩塌和泥石流。青藏高原东北缘是旋转式滑坡分布最集中的地区之一，其中，旋转-平移式滑坡是滑坡的一种典型类型，这些滑坡大多分布在黄河及其支流等河谷的岸坡上。研究区域内调查的旋转式滑坡发生在2018年8月，该滑坡距离道路仅27米，对交通安全构成威胁。此外，还发生了次级滑坡（S1、S2、S3）（图1c）。该滑坡仍处于不稳定状态，重新激活的可能性很高。主滑坡的体积为1.5×106 m³，长度约为860米，最宽处为470米。其陡峭程度较大，在滑坡的后缘产生了大量裂缝，宽度在2到10米之间。次级滑坡S1的长度为176米，宽度为205米。次级滑坡S2的面积较小，长度为103 米，宽度为188 米。此外，滑坡S3 的长度为429 米，宽度为195 米。整体呈现出阶梯状的地形。 三、 地形数据与数值模拟 3.1 滑坡前后的地形变化 表1 列出了主要滑坡和次要滑坡的地形参数。滑坡的发生极大地改变了地形（图2）。这些变化体现在地形因素上，如地形崎岖度指数、起伏、坡度和海拔。滑坡发生后，地形崎岖度指数、起伏和坡度的高值区域增加，但高值和低值区域的海平面降低。  图 2 地貌变化检测。（a）滑坡前的遥感图像。（b）滑坡后的遥感图像。（c）地形湿润指数（TWI）和水文通道。（d）滑坡前后的高程差。 基于滑坡前后的历史图像（图2a、b），滑坡极大地改变了坡面地形。有趣的是，在滑坡发生前，陡坡上存在明显的沟蚀痕迹（图2a）。在滑坡的主要陡坡上，水文通道的位置（图2c）和高TWI值与沟蚀区域重叠。这表明滑坡中的地变化受到降雨和沟蚀的影响。一些降雨没有渗入土壤，导致坡面径流和沟蚀痕迹的形成。 3.12 滑坡过程模拟 采用Massflow地表灾害动力过程模拟软件开展滑坡运动过程数值模拟。其中，释放区域和滑动面是滑坡模拟的两个重要部分，它们是根据滑坡前后的地形变化来界定的。释放区域是根 据主动滑坡区域综合确定的，这些区域是根据滑坡的变形、地形、DoDs和TWI来识别的。滑动面是根据旋转滑坡的特点和实际侵蚀厚度来设置的。图4展示了滑坡的模拟滑动过程，包括二次滑动。  图3 滑坡运动的数值模拟。（a）主滑坡；（b）次滑坡。 从模拟中，可以根据滑动速度掌握滑坡的运动过程。滑坡的滑动持续了170秒。在主滑坡期间，40秒内滑向坡脚。第40秒时，滑坡坡脚的速度达到32m/s。由于地形，在滑坡中部，滑动方向从220°偏转到239°。在100s、130s和160s时，分别发生二次滑坡S1、S2和S3。与主滑坡相比，二次滑坡的速度较小。二次滑坡S1的速度为5m/s。二级滑坡S3 持续了10 s。模拟的滑坡滑动范围与实际滑坡的范围一致（图2）。这两个区域的重叠率均大于85%。 四、结论 在本研究中，采用差分光学遥感（DODs）、合成孔径雷达干涉合成（InSAR）、数值模拟等技术，对旋转式滑坡发生前、中、后的地形变化、地表变形及运动过程进行了分析。利用地貌引导的InSAR 解译方法，探讨了地形变化、变形演化、位移规律及触发因素。总结了滑坡的位移模式，并对破坏模式进行了分析。得出了以下结论： （1）此次山体滑坡改变了坡面地形。这些变化体现在地形崎岖度指数、起伏、坡度和海拔等地形因素上。对于主要的山体滑坡，侵蚀区域的面积和体积大于沉积区域的面积和体积。按体积计算，地表降低的比例为66%，地表抬高的比例为34%。沟蚀、水文通道和TWI 值表明，山体滑坡中的地形变化受到了降雨的影响。 （2）滑坡前的变形主要分布在滑坡的陡崖、中部和前缘。累积位移主要分布在-175至-306mm之间。滑坡后，其分布在陡崖的东半部和滑坡中部。最大累积位移分别高达-290mm和-248mm。与实际地形相比，滑坡前后位移率的变化与地形变化一致。滑坡中部的变形区域与次级滑坡相重合。滑坡后次级滑坡S1的累积位移高达-231mm。 （3）在滑坡发生前，位移呈现出线性趋势。滑坡发生后，位移过程呈现出缓慢变形阶段和加速变形阶段的交替。加速变形阶段发生在2019 年和2020 年的雨季。降雨进一步加快了滑坡的变形速度，从而增加了其重新活动的风险。 （4）滑动面呈现出一种具有高陡陡坎、平坦中部以及前沿轻微翘曲的结构特征。滑动面的差异会产生不同且复杂的位移分布。这种位移模式符合基于单一旋转式滑坡的多个滑坡的情况。 |
