基于Johnson分布体系黄土滑坡影响范围的概率预测_李可飞.pdf

书书书Journal of Engineering Geology工程地质学报10049665/2023/31(2)-0493-09李可飞，许领，赵腾远，等 2023 基于 Johnson 分布体系黄土滑坡影响范围的概率预测J 工程地质学报，31(2):493501 doi:1013544/jcnkijeg2020636Li Kefei，Xu Ling，Zhao Tengyuan，et al 2023 Probabilistic prediction of loess landslide impact range using Johnson s systemJ Journal of Engineer-ing Geology，31(2):493501 doi:1013544/jcnkijeg2020636基于 Johnson 分布体系黄土滑坡影响范围的概率预测*李可飞许领赵腾远张志沛朱文清(西安科技大学地质与环境学院，西安 710054，中国)(陕西省煤炭绿色开发地质保障重点实验室，西安 710054，中国)(西安交通大学人居环境与建筑工程学院，西安 710049，中国)摘要通过在甘肃省天水市进行大量的现场调查，收集已经发生的黄土滑坡数据并建立数据库，利用 Johnson 分布体系建立了多维滑坡变量模型并预测潜在滑坡发生后的堆积区滑体长度、滑坡体的面积和滑坡体的宽度。通过对比预测结果与验证组中滑坡体真实数据发现预测模型具有较好的精准度，以预测结果 90%置信区间上边界作为影响范围的安全值，推导出研究区域内潜在黄土滑坡影响范围的预测公式，并以研究区域以外的同类型黄土滑坡数据加以验证发现预测公式对天水市内其他区域同类型的黄土滑坡的评估具有一定的适用性。预测公式中只有不稳定边坡高度作为自变量，这对现场快速评估不稳定黄土潜在滑坡危害、影响范围提供了极大便利。关键词Johnson 分布体系;概率预测模型;黄土滑坡;影响范围中图分类号:P642.22文献标识码:Adoi:1013544/jcnkijeg2020636*收稿日期:20201211;修回日期:20210316基金项目:国家自然科学基金(资助号:41472276)This researc is supported by the National Natural Science Foundation of China(Grant No 41472276)第一作者简介:李可飞(1994)，男，硕士生，主要从事黄土滑坡运动机理研究 E-mail:likefei0513163com通讯作者简介:许领(1982)，男，教授，主要从事黄土重大工程灾变机理、监测、预警与防控理论研究 E-mail:xuling82xjtueducnPOBABILISTIC PEDICTION OF LOESS LANDSLIDE IMPACT ANGEUSING JOHNSON S SYSTEMLI KefeiXU LingZHAO TengyuanZHANG ZhipeiZHU Wenqing(College of Geology and Environment，Xi an University of Science and Technology，Xi an 710054，China)(Shaanxi Provincial Key Laboratory of Geological Support for Coal Green Exploitation，Xi an 710054，China)(School of Human Settlements and Civil Engineering，Xi an Jiaotong University，Xi an 710049，China)AbstractAfter having collected a large number of loess landslides data in Tianshui City，Gansu Province throughextensive site investigation，we constructed a multivariate probability distribution model for loess landslide data viaJohnson s system of distribution We used the model to predict the width，length，and area of potential slides in anunstable loess slope The results show that the prediction from the proposed model is reasonably accurate The upperboundary of the 90%confidence interval of the prediction results is used as the safety value of the impact range toderive the potential impact of the unstable loess slope in the survey area After having verified with the same type ofloess landslide data outside the survey area，it is found that the prediction formula has certain applicability to the e-valuation of the same type of loess landslide in other areas in Tianshui City Only the height of the unstable slope inthe prediction formula is used as independent variables，which provides a great convenience for rapid on-site assess-ment of the hazard and impact range of unstable loess slopes The proposed method therefore provides a vehicle forquantifying the impact of unstable loess slopes，and hence offers basis for quantitative evaluation of loess slope haz-ards in the region of Tianshui City.Key wordsJohnson s system of distribution;Probabilistic prediction model;Loess landslide;Influence area0引言我国黄土覆盖面积约 6.3105km2，主要集中在陕西、山西、甘肃、及宁夏等黄土高原地区(许领等，2009)。黄土高原区域地质灾害发育频繁，严重影响了人民的生命财产安全与当地的经济建设(徐张健等，2007)。确定区域内潜在黄土滑坡发生时的影响范围，包括堆积区滑体长度、滑坡体的面积和滑坡体的宽度，对区域内黄土滑坡地质灾害评估尤为重要(张泽林，2016)。一直以来，研究学者对滑坡空间范围预测主要聚焦于预测滑坡的滑动距离。滑坡滑动距离的预测方法大致分为 3 类:第 1类为统计回归模型，主要基于大量典型滑坡案例以及相应滑坡体的滑动距离、触发因素及黄土特性等条件提出与黄土滑坡滑动距离相关的统计回归模型。王念秦等(2003)根据大量滑坡调查数据统计分析并建立了针对甘肃省黑方台地区典型黄土滑坡的滑距预测公式;亓星(2018)根据滑坡后退距离和前缘坡体平均坡度两个参数建立了黑方台静态液化型黄土滑坡的滑距预测模型;尉德新(2019)基于国内外 343 起典型灾难性滑坡数据资料，通过统计方法分析滑坡最大垂直距离与最大水平距离及等效摩擦系数等因素之间的关系，提出有效的滑距预测模型。第 2 类为物理运动模型，主要根据能量守恒定律、运动模式、滑坡的运动过程等相结合建立物理力学模型;黄润秋(2009)分析了汶川地震诱发崩滑灾害的地质力学模式，认为在强震作用下，大型滑坡的运动性摩擦角随体积的增加而呈指数迅速降低;谷天峰等(2006)基于能量守恒定律并运用变分原理对均质土体的滑坡滑动距离进行了较高精度的预测;吴越等(2015)基于滑体下滑运动机理提出了一种考虑内部耗能的运动模型并建立其运动学控制方程，将黏阻力计算公式与运动方程联立得出滑坡滑距的计算公式。第 3 类为信息模型，主要是采用离散元、有限元等数值方法模拟分析滑坡整个运动过程;唐胜利等(2016)采用离散元软件 UDEC 对延炼原油山黄土滑坡进行了数值模拟为黄土边坡滑动的发展趋势提出了有力的依据;刘悦等(2001)在黄土滑坡影响因素相互作用的基础上，通过模糊信息相关理论，提出模糊信息优化处理模型对黄土滑坡滑距进行预测;章键(2008)、Hungr(2009)将连续介质或非连续介质的数值模拟方法应用到滑坡的运动分析上并取得较好的结果;张龙等(2012)基于三维离散元软件 PFC3D，对大型远距滑坡的运动过程及堆积情况进行了分析，认为滑坡发生区域的微地形则对滑坡体能达到的最大位移有较大的影响并对灾害的堆积形态进行了模拟。周小棚(2019)通过离散元数值方法和神经网络训练得到黑方台 6 起典型滑坡的最优模拟参数并以此对滑距及运动过程进行预测分析;刘玉凤等(2019)基于边坡形态、物理力学参数以及滑坡体内部颗粒受力等诸多因素通过颗粒流离散元数值模拟方法针对性地对顺层蠕滑型露天煤矿滑坡的滑距进行预测。上述文献均主要聚焦于滑坡滑距的估计，而忽视了滑坡面积、滑坡宽度等量化影响范围的指标对区域内潜在黄土滑坡地质灾害量化评估亦具有重要作用。截至目前，关于滑坡体的横向影响范围及滑坡体面积的预测方面研究相对较少。鉴于此，本文作者基于天水市野外现场调查并结合遥感解译获得黄土滑坡体的多种数据，包括滑坡体面积 YA，滑坡体宽度 YW，堆积区滑体长度 YL及失稳滑坡高度 YH，通过对研究区历史滑坡数据与其地质环境因素做了详细调查与统计，并以此数据构建了黄土滑坡(YA，YW，YL，YH)的多维概率预测模型。研究区域获取的120 组历史滑坡数据的诱发因素相同，地质环境条件相似，滑坡坡度多集中在 2040之间，利用统计学方法推导出评价研究区域内潜在黄土滑坡影响范围的预测公式，以便于预测黄土滑坡面积、堆积区滑体长度、滑体宽度，并通过实际案例对概率方程进行了验证分析。1研究区黄土滑坡概况研究区位于甘肃省天水市麦积区东北部，覆盖面积约 406 km2，属于典型的黄土梁峁地貌，以新近纪红色泥岩为基底，其上披覆以马兰黄土为主的中更新世以来的黄土，地貌侵蚀作用强烈，沟谷下切，494Journal of Engineering Geology工程地质学报2023黄土滑坡现象较频繁(张帅等，2016)。本文通过1 5 万遥感解译与现场野外调查测量获取得到 120组滑坡数据。其中以体积小于 100104m3的中小型黄土滑坡为主。120 组灾害点分布图如图 1a 所示。该区域黄土滑坡灾害集中分布在渭河及其支流两岸，滑坡影响范围的参数示意图分别如图 1b 所示。图 1(a)研究区灾害点分布图;(b)滑坡影响范围示意图Fig 1(a)Distribution of loess slopes in the study area;(b)Schematic of landslide impact in terms2预测模型的建立2.1数据库中各参数之间关系基于第 1 节中 120 组