CN115374625A - 地震滑坡危险性检测方法、装置及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地震滑坡危险性检测方法、装置及介质，所述方法包括：(1)采用岩土体强度和斜坡形态参数，计算碎裂状岩体结构岩组的区域斜坡静态安全系数Fs；(2)利用Fs和斜坡坡度，计算坡体临界加速度ac；(3)利用ac和概率地震峰值加速度PGA，计算地震动作用下的斜坡体发生的永久滑动位移量Dn；(4)根据斜坡位移量和滑坡发生概率之间的相关关系，进行地震滑坡危险性预测评价。本发明可以有效优化Newmark模型，使其更加符合实际情况，评价结果更加准确。
Description
技术领域
本发明涉及地震技术领域，具体的说，涉及一种地震滑坡危险性检测方法、装置及介质。
背景技术
Newmark地震滑坡危险性评价方法自诞生后，经过不断地改进和完善，成为很多坡体稳定性计算方法的基础，并在小区域范围的地震滑坡危险性预测中得到有效应用。如Jibson等(2000，2009)分别编制了美国加利福尼亚1994 年Northridge地震震中附近Oatmountain地区和阿拉斯加Anchorage地区的地震滑坡危险区划图；Scott等(2001)在GIS技术支持下，也利用Newmark模型编制了美国加州伯克利地区的地震滑坡危险区划图。国内的地震也较好的验证了该方法的适用性，与这些地区实际的地震滑坡分布资料的对比表明，预测结果很好地反映了研究区的滑坡分布状况。实践表明，Newmark 模型对于地震诱发的浅层刚性块体发生平移或旋转滑动的永久位移评估适用性较好。
因为Newmark模型多用于断裂构造发育的区域。作为断裂的重要组成，断裂破碎带指由断层或节理裂隙密集带所造成的岩石强烈破碎的带状区域。工程地质意义主要为岩体呈碎裂状或散体状，因而更容易风化，地貌上多呈槽谷、张裂缝。很明显，断裂破碎带为斜坡岩体上的软弱带，然而前人在利用Newmark 模型进行地震滑坡危险性评价的时候，均未能有效考虑断裂破碎带。
发明内容
针对Newmark模型未考虑断裂破碎带的问题，本发明提供了一种地震滑坡危险性检测方法、装置及介质，以有效优化Newmark模型，使其更加符合实际情况，评价结果更加准确。
本发明的具体技术方案如下：
根据本发明的第一技术方案，提供一种基于Newmark模型的地震滑坡危险性检测方法，所述方法包括：通过如下公式(1)迭代循环计算工程地质岩组的区域斜坡体的静态安全系数Fs，所述工程地质岩组至少包括碎裂状岩体结构岩组；
其中，c′为岩土体有效内聚力，
为岩土体有效内摩擦角，γ为岩土体重度，γw为地下水重度，t为潜在滑体厚度，α为滑面倾角，m为潜在滑体中饱和部分占总滑体厚度的比例；
在迭代循环计算过程中，若静态安全系数Fs大于等于1，将当前的c′、
以及γ作为模型参数；
通过比较静力和地震动力条件下滑块的受力状态，根据所述静态安全系数 Fs计算得到斜坡临界加速度ac；
根据所述斜坡临界加速度ac来确定地震诱发斜坡累积位移Dn；
根据所述地震诱发斜坡累积位移Dn计算得到地震滑坡发生概率P。
根据本发明的第二技术方案，提供一种基于Newmark模型的地震滑坡危险性检测装置，所述装置包括：
模型参数更新模块，配置为通过如下公式(1)迭代循环计算工程地质岩组的区域斜坡体的静态安全系数Fs，所述工程地质岩组至少包括碎裂状岩体结构岩组；
其中，c′为岩土体有效内聚力，
为岩土体有效内摩擦角，γ为岩土体重度，γw为地下水重度，t为潜在滑体厚度，α为滑面倾角，m为潜在滑体中饱和部分占总滑体厚度的比例；
在迭代循环计算过程中，若静态安全系数Fs大于等于1，将当前的c′、
以及γ作为模型参数；
第一计算模块，配置为通过比较静力和地震动力条件下滑块的受力状态，根据所述静态安全系数Fs计算得到斜坡临界加速度ac；
第二计算模块，配置为根据所述斜坡临界加速度ac来确定地震诱发斜坡累积位移Dn；
第三计算模块，配置为根据所述地震诱发斜坡累积位移Dn计算得到地震滑坡发生概率P。
根据本发明的第三技术方案，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机可读指令，当所述计算机可读指令被计算机的处理器执行时，使计算机执行本发明任一实施例所述的方法。
根据本发明实施例公开的一种地震滑坡危险性检测方法、装置及介质，将断裂破碎带评价因子纳入到工程地质岩组中，通过newmark模型对研究区进行地震滑坡的危险性评价，并对评价结果进行对比分析，相关结果对于Newmark 模型的优化改进可以起到一定的促进作用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为研究区断裂沿线滑坡分布图；
图2为研究区断裂沿线的坡中谷示意图；
图3为然果寺断裂野外露头特征图；
图4(a)为不考虑断裂破碎带的工程地质岩组时的效果图；
图4(b)为考虑断裂破碎带的工程地质岩组时的效果图；
图5为然果寺断裂带上滑坡分布特征图。
图6(a)为不考虑断裂破碎带的地震滑坡危险性示意图；
图6(b)为考虑断裂破碎带的地震滑坡危险性示意图；
图7为果托村北部斜坡全貌图；
图8为果托村北部斜坡剖面图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定发明。
现在结合说明书附图对本发明做进一步的说明。
根据申请人前期的调查结果显示，岩质斜坡浅表层的滑坡崩塌是贡觉盆地最主要的地质灾害类型，Newmark模型也能较好的适用。因此，本发明实施例以位于藏东贡觉盆地南部的哈加乡地区为研究区，将断裂破碎带评价因子纳入到工程地质岩组中，通过newmark模型对研究区进行地震滑坡的危险性评价，并对评价结果进行对比分析，相关结果对于Newmark模型的优化改进可以起到一定的促进作用。
研究区位于贡觉盆地南部区域，贡觉盆地作为众多早新生代沉积盆地之一，总体，位于羌塘地体东西与南北向构造的转折处，盆地呈北北西向条带状展布。如图1所示，区域内主要出露地层为古近系贡觉组(Eg)，三叠系马拉松多组 (T1-2m)。马曲河由南向北贯穿研究区，河谷宽缓，两侧为中山地貌，斜坡坡度多在20-40°，局部大于40°。如图2所示，区内断裂为然果寺断裂，断裂自南东往北西，断层产状NW°∠45°，于果托村附近的河谷区域，断裂迹象消失，断裂为活动断裂，断裂沿线可见明显的坡中槽谷地貌，多处冲沟发生错断。研究区内现今主要发育崩塌滑坡地质灾害，规模以小型-中型为主。
需要注意的是，上述数据来源如下：除断裂破碎带外的地层岩性自于1:25 0000区域地质资料，然果寺断裂的构造迹线以及破碎带宽度基于野外调查获取，用于Newmark模型评价的地震动峰值加速度数据来自于中国地震动峰值加速度分布图。
本发明实施例利用岩土体物理力学和坡体形态参数，通过如下公式(1)计算得到区域斜坡体的静态安全系数Fs。
其中，c′为岩土体有效内聚力(kPa)，
为岩土体有效内摩擦角(°)，γ为岩土体重度(kN/m3)，γw为地下水重度(kN/m3)，t为潜在滑体厚度 (m)，α为滑面倾角(°)，m为潜在滑体中饱和部分占总滑体厚度的比例。
首先，综合考虑地层年代、岩石类型、地质构造和岩石风化破碎程度等因素将研究区的地层岩性划分为5个工程地质岩组(如表1所示)。各工程地质岩组的力学参数根据工程地质手册、相关力学实验和已发表的文献数据进行综合初始化。然后，采用公式(1)计算静态斜坡安全系数Fs，在迭代循环计算过程中，调整模型参数，保证斜坡在没有外动力作用下的静态安全系数Fs大于等于1，最终确定的模型参数为：c′，
和γ见表，γw＝10kN/m3，t＝2.5m，m＝0.3，α为斜坡坡度。
表1研究区工程地质岩组划分
需要注意的是，表1中所显示的岩组分区中未考虑断裂破碎带。
斜坡临界加速度ac是指在地震动荷载作用下，滑块的下滑力等于抗滑力时(极限平衡状态)对应的地震动加速度。通过比较静力和地震动力条件下滑块的受力状态，可以建立地震作用下的滑块极限平衡状态方程，利用安全系数Fs推导得到ac的计算公式如公式(2)所示。区域斜坡体临界加速度ac表征了在假设地震荷载作用下，斜坡由于固有属性而发生坡体失稳的潜势。
ac＝(Fs-1)gsinα 公式(2)
其中，g为重力加速度(m/s2)，α为滑面倾角(°)。
通过对全球30个强震(5.3≤M≤7.6)共2270条水平分量加速度记录(其中约10％的记录峰值加速度大于0.4g)分析得到了地震诱发斜坡累积位移(Dn) 与临界加速度(ac)和地震动峰值加速度强度(PGA)的函数关系式如公式(3) 所示。其中，Dn与PGA成正比，与ac成反比。采用公式(3)和我国第五代地震动峰值加速度计算巴塘断裂带区域地震诱发斜坡位移(Dn)。
根据地震斜坡位移和滑坡发生概率之间的相关关系公式(4)，计算地震作用下的滑坡发生概率，进而完成地震滑坡危险性评价。其中，Dn是Newmark 模拟计算的地震斜坡位移，p是地震滑坡发生概率。根据地震滑坡发生概率，把地震滑坡危险性划分为3个等级：低危险性(地震滑坡发生概率小于5％)，中等危险性(地震滑坡发生概率5～20％)，高危险性(地震滑坡发生概率大于 20％)。潜在地震诱发滑坡危险性空间分布主要有以下特点：
将断裂破碎带通过工程地质岩组纳入Newmark模型中，通过野外调查确定断裂带的具体走向、位置，并基于野外露头确定断裂破碎带的宽度，本文中然果寺断裂的破碎带宽50m(图3)。通过野外取样进行室内测试获取断裂破碎带的具体物理力学参数，室内样品测试获取的物理力学参数如表2所示。从而以独立的一组岩组计入到研究区的工程地质岩组中。图4(a)示出了不考虑断裂破碎带的工程地质岩组时的效果图，图4(b)示出了考虑断裂破碎带的工程地质岩组时的效果图，对比原有方法增加了碎裂状岩体结构岩组，通过公式1计算后可以更加细化原有结果中Fs的计算结果。
表2断裂破碎带的工程地质岩组
图5示出了然果寺断裂带上滑坡分布特征图。图5中，L1-嘎空村滑坡；L2- 果托村1号滑坡；L3-果托村2号滑坡；L4-然果滑坡；L5-加热中亚北侧滑坡。如图5所示，从空间分布规律上分析，然果寺断裂破碎带上已有的串珠状分布的滑坡，表明了断裂破碎带为当前已有滑坡的主控因素之一，当然具体到单个滑坡还与岩性、地貌等因素相关，但足以说明该滑坡破碎带区域为滑坡高易发区，因此破碎带纳入地震危险性评价是合理的。
下面本发明实施例将详细阐述地震滑坡危险性评价结果。
图6(a)示出了不考虑断裂破碎带的地震滑坡危险性示意图。图6(b)示出了考虑断裂破碎带的地震滑坡危险性示意图。结合图6(a)和图6(b)，对比研究区考虑和不考虑断裂破碎带的情况下，基于Newmark地震滑坡的危险性评价结果，可以明显看出两者在果托村东侧1km位置的斜坡结果的明显差异。考虑断裂破碎带的评价结果，地震滑坡高危险性增加了古多村东侧西向斜坡，曲卡村东北侧的北向斜坡，布达村至雄达村之间南西向斜坡。这些斜坡均分布在然果寺断裂破碎带范围内。
图7示出了果托村北部斜坡全貌图。图8示出了果托村北部斜坡剖面图。在图8中，1-第四系全新统冲积；2-第四系全新统滑坡堆积；3-三叠系中下统马拉松多组流纹岩、砂岩；4-碎石土；5-砂卵石层；6-流纹岩；7-主滑面；8-推测断层；9-地层界线。如图7和图8所示，果托村北部斜坡位于贡觉县哈家乡果托村东500m马曲右岸斜坡中部，为一现代滑坡，曾经发生过滑动。滑坡平面长约400m，宽200-420m不等，平均厚度约25m，体积150万m3，属大型滑坡。滑坡整体主滑方向为265°，滑坡滑前斜坡坡度约35°，滑后斜坡坡度约25°。滑坡下滑后形成明显的后壁与侧壁，其中后壁陡坎位于高程3970-3980m范围内，整体坎高约50m，坡度约50°；侧壁高8-15m，延伸约150m，左右侧壁延伸相当。滑坡前缘剪出口高于斜坡坡脚公路，滑坡整体埋深20-25m，滑床为 T1-2m流纹岩，后壁处流纹岩主要节理面(岩层层面)产状为216°∠77°，见次级节理裂隙面产状为16°∠63°。
因此，明显看出不考虑断裂破碎带的地震滑坡危险性评价结果中，现今破碎带内已有的未完全滑动的斜坡均不在高位险区域内，如果托村北部的斜坡，显然这个评价结果是不合理的。
综上所述，本发明通过充分考虑断裂破碎带的工程地质特性，并将其纳入Newmark的地震滑坡危险性的评价模型，可以使其更加符合实际情况，评价结果更加准确。
以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (10)
1.一种基于Newmark模型的地震滑坡危险性检测方法，其特征在于，所述方法包括：
通过如下公式(1)迭代循环计算工程地质岩组的区域斜坡体的静态安全系数Fs，所述工程地质岩组至少包括碎裂状岩体结构岩组；
其中，c′为岩土体有效内聚力，
为岩土体有效内摩擦角，γ为岩土体重度，γw为地下水重度，t为潜在滑体厚度，α为滑面倾角，m为潜在滑体中饱和部分占总滑体厚度的比例；
在迭代循环计算过程中，若静态安全系数Fs大于等于1，将当前的c′、
以及γ作为模型参数；
通过比较静力和地震动力条件下滑块的受力状态，根据所述静态安全系数Fs计算得到斜坡临界加速度ac；
根据所述斜坡临界加速度ac来确定地震诱发斜坡累积位移Dn；
根据所述地震诱发斜坡累积位移Dn计算得到地震滑坡发生概率P。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述工程地质岩组包括坚硬的中－厚层状灰岩岩组、坚硬的厚层状砂岩岩组、软硬相间的中层状砂岩或泥岩夹灰岩岩组、软弱－较坚硬薄－中厚层状砂岩、泥岩岩组、软质散体结构岩组以及碎裂状岩体结构岩组中的至少两种及其组合。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过比较静力和地震动力条件下滑块的受力状态，根据所述静态安全系数Fs利用如下公式(2)计算得到斜坡临界加速度ac：
ac＝(Fs-1)gsinα公式(2)
其中，g为重力加速度，α为滑面倾角。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述斜坡临界加速度ac利用如下公式(3)来确定地震诱发斜坡累积位移Dn：
其中，PGA为地震动峰值加速度强度。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述地震诱发斜坡累积位移Dn利用如下公式(4)计算得到地震滑坡发生概率P：
6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于，根据地震滑坡发生概率P，将地震滑坡危险性划分为三个等级。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据地震滑坡发生概率P，将地震滑坡危险性划分为三个等级，具体包括：
在地震滑坡发生概率小于5％的情况下，所述地震滑坡危险性为低危险性；
在地震滑坡发生概率5～20％的情况下，所述地震滑坡危险性为中等危险性；
在地震滑坡发生概率大于20％的情况下，所述地震滑坡危险性为高危险性。
8.一种基于Newmark模型的地震滑坡危险性检测装置，其特征在于，所述装置包括：
模型参数更新模块，配置为通过如下公式(1)迭代循环计算工程地质岩组的区域斜坡体的静态安全系数Fs，所述工程地质岩组至少包括碎裂状岩体结构岩组；
其中，c′为岩土体有效内聚力，
为岩土体有效内摩擦角，γ为岩土体重度，γw为地下水重度，t为潜在滑体厚度，α为滑面倾角，m为潜在滑体中饱和部分占总滑体厚度的比例；
在迭代循环计算过程中，若静态安全系数Fs大于等于1，将当前的c′、
以及γ作为模型参数；
第一计算模块，配置为通过比较静力和地震动力条件下滑块的受力状态，根据所述静态安全系数Fs计算得到斜坡临界加速度ac；
第二计算模块，配置为根据所述斜坡临界加速度ac来确定地震诱发斜坡累积位移Dn；
第三计算模块，配置为根据所述地震诱发斜坡累积位移Dn计算得到地震滑坡发生概率P。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括危险性划分模块，所述危险性划分模块配置为根据地震滑坡发生概率P，将地震滑坡危险性划分为三个等级。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机可读指令，当所述计算机可读指令被计算机的处理器执行时，使计算机执行权利要求1-7中的任一项所述的方法。
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| CN (1) | CN115374625A (zh) |
Cited By (1)
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| CN116609823A (zh) * | 2023-04-13 | 2023-08-18 | 西南交通大学 | 考虑断层和地震动特性的概率性地震滑坡危险性评价方法 |
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2022
- 2022-08-17 CN CN202210991854.5A patent/CN115374625A/zh active Pending
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