·400 工程科学学报，第40卷，第4期 其中，e,代表相应位置由地震因素造成的水平滑动 从图3可以看出，不断增加球体半径、黏聚力、 力力矩，数值上等于栅格单元的中心到球心的垂直 滑动面面积、内摩擦角和潜在滑动面倾角，模型计算 距离（图1）. 的安全系数将随之增加，而不断增加单元重力、滑动 Scoops3D将水文条件分为无水和有水，当研究 方向视倾角、水平加速度系数和球体半径垂直分量 区存在地下水时，又细分为具有孔隙水压力比的 时，安全系数随之降低.同时，模型计算的安全系数 水文模型，具有静水压面的水文模型、饱和土层孔隙 对黏聚力、滑动方向和栅格单元重力更加敏感，而对 水压力水头三维空间分布的水文模型、变化的饱和 于内摩擦角、球体半径和潜在滑动面倾角的敏感性 孔隙水压力水头三维空间分布的水文模型等.本文 相对较低.基于模型参数的敏感性分析，在利用该 研究区位于黄土地区，地下水位远低于地表，在模型 模型对研究区进行滑坡稳定性预测时，加强室内和 预测滑坡稳定性时，可以认为没有地下水存在，因此 现场试验岩土工程参数与坡体结构数据的获得，可 采用无地下水的安全系数计算公式： 以有效提高模型预测准确度 ∑RCA+W.tan]/mau 100 F= (12) 一球体半径，R 一黏聚力，c ∑Rsin+kne] 一内摩擦角p 一水平加速度 一潜在滑动面倾角，6 系数， Scoops3D可通过Modflow软件、非饱和土Van 50 Genuchten等模型建立各种水文模型，将复杂的水文 条件纳入滑坡稳定性评价，充分利用这些软件优秀 的模拟能力和数据模型多元化的特点，提高预测结 果准确度 一滑动方向视倾角，： 1.2模型敏感性分析 ·滑动面而积，A 一半径垂直分量，： 物理确定性模型在评价滑坡稳定性时，输入参 一滑块重量，W 数的详细和可靠程度直接影响评价结果的准确 00-80-60-40-20020406080100 性1，四，因而需要研究区输入参数的详细资料.但 参数变化率% 图3参数敏感性分析图 在实际工作中，受地形、经费预算、工作时间等条件 Fig.3 Diagram of the parameter sensitivity analysis 的限制，很难完全获得每个输入参数的详细信息 因此，提前进行输入参数的敏感性分析，从而确定和 研究区概况 获取关键的输入参数，可以有效降低成本和时间 在模型敏感性分析中（公式(12）)，首先对所有 为了评价Scoops3D模型预测浅层黄土滑坡稳 定性的能力，本文选择甘肃省华池县具有典型黄土 参数选取一组标准值，设定每个参数的变化范围，然 沟壑地貌和大量浅层黄土滑坡分布的流域作为研究 后以一定变化率计算安全系数的变化程度，从而得 出预测模型对各参数的敏感程度.表1中显示了 区.该研究区具有典型的残塬丘陵黄土高原地貌特 征，植被覆盖率低，面积3.10km2,高程范围1291~ Scoops3D模型敏感性分析选用的各参数标准值及 变化范围，分析结果见图3 1560m.区内沟壑发育，地形支离破碎，且主沟和支 沟坡度陡峭，坡度角变化范围在0~66.9°之间四. 表1参数的标准值及变化范围 研究显示，2，区内以黄土沉积为主，表层主要覆盖 Table 1 Standard parameters and their variation ranges 20~60m厚的马兰黄土，下伏厚度为30~120m的 参数 标准值 变化范围 离石黄土，有少量基岩出露在沟谷底部.研究区属 球体半径，R/m 10 5~15 于西北地区典型的半干旱大陆性气候，年平均降雨 黏聚力，ckPa 25 050 量为494mm,年蒸发量为1565mm,其中降雨主要集 滑动面面积，A/m2 30 18~42 中在7~9月则.区内的马兰黄士具有高的孔隙 滑块重力，WN 200 100400 性和强的水敏感性，因此，在降水条件下，遇水极易 内摩擦角，p1() 20 10~30 快速渗透，从而诱发浅层黄土滑动 潜在滑动面倾角，6/() 30 25~35 为了有效地评价Scoops.3D模型在研究区内对 滑动方向视倾角，α/() 25 20~30 浅层黄土滑坡稳定性预测的能力，在早期研究基础 水平加速度系数，k 0.1 0~0.2 上网，本文基于1：5000地形图，通过详细的现场调 半径的垂直分量，e/m 2~6 查和GPS现场测量，绘制了研究区内点状和面状的工程科学学报，第 40 卷，第 4 期 其中，ei，j代表相应位置由地震因素造成的水平滑动 力力矩，数值上等于栅格单元的中心到球心的垂直 距离( 图 1) ． Scoops 3D 将水文条件分为无水和有水，当研究 区存在地下水时，又细分为具有孔隙水压力比 ru的 水文模型，具有静水压面的水文模型、饱和土层孔隙 水压力水头三维空间分布的水文模型、变化的饱和 孔隙水压力水头三维空间分布的水文模型等． 本文 研究区位于黄土地区，地下水位远低于地表，在模型 预测滑坡稳定性时，可以认为没有地下水存在，因此 采用无地下水的安全系数计算公式: F = ∑Ｒi，j ［ci，j Ahi，j + Wi，j tan φi，j ］/mai，j ∑Wi，j ［Ｒi，j sin αi，j + keq ei，j ］ ( 12) Scoops3D 可通过 Modflow 软件、非饱和土 Van Genuchten 等模型建立各种水文模型，将复杂的水文 条件纳入滑坡稳定性评价，充分利用这些软件优秀 的模拟能力和数据模型多元化的特点，提高预测结 果准确度． 1. 2 模型敏感性分析 物理确定性模型在评价滑坡稳定性时，输入参 数的详细和可靠程度直接影响评价结果的准确 性［11，22］，因而需要研究区输入参数的详细资料． 但 在实际工作中，受地形、经费预算、工作时间等条件 的限制，很难完全获得每个输入参数的详细信息． 因此，提前进行输入参数的敏感性分析，从而确定和 获取关键的输入参数，可以有效降低成本和时间． 在模型敏感性分析中( 公式( 12) ) ，首先对所有 参数选取一组标准值，设定每个参数的变化范围，然 后以一定变化率计算安全系数的变化程度，从而得 出预测模型对各参数的敏感程度． 表 1 中显示了 Scoops3D 模型敏感性分析选用的各参数标准值及 变化范围，分析结果见图 3． 表 1 参数的标准值及变化范围 Table 1 Standard parameters and their variation ranges 参数 标准值 变化范围 球体半径，Ｒ /m 10 5 ～ 15 黏聚力，c/ kPa 25 0 ～ 50 滑动面面积，Ah /m2 30 18 ～ 42 滑块重力，W/N 200 100 ～ 400 内摩擦角，φ/( °) 20 10 ～ 30 潜在滑动面倾角，ε /( °) 30 25 ～ 35 滑动方向视倾角，α/( °) 25 20 ～ 30 水平加速度系数，keq 0. 1 0 ～ 0. 2 半径的垂直分量，e/m 4 2 ～ 6 从图 3 可以看出，不断增加球体半径、黏聚力、 滑动面面积、内摩擦角和潜在滑动面倾角，模型计算 的安全系数将随之增加，而不断增加单元重力、滑动 方向视倾角、水平加速度系数和球体半径垂直分量 时，安全系数随之降低． 同时，模型计算的安全系数 对黏聚力、滑动方向和栅格单元重力更加敏感，而对 于内摩擦角、球体半径和潜在滑动面倾角的敏感性 相对较低． 基于模型参数的敏感性分析，在利用该 模型对研究区进行滑坡稳定性预测时，加强室内和 现场试验岩土工程参数与坡体结构数据的获得，可 以有效提高模型预测准确度． 图 3 参数敏感性分析图 Fig． 3 Diagram of the parameter sensitivity analysis 2 研究区概况 为了评价 Scoops3D 模型预测浅层黄土滑坡稳 定性的能力，本文选择甘肃省华池县具有典型黄土 沟壑地貌和大量浅层黄土滑坡分布的流域作为研究 区． 该研究区具有典型的残塬丘陵黄土高原地貌特 征，植被覆盖率低，面积 3. 10 km2 ，高程范围 1291 ～ 1560 m． 区内沟壑发育，地形支离破碎，且主沟和支 沟坡度陡峭，坡度角变化范围在 0 ～ 66. 9°之间［23］． 研究显示［1，23］，区内以黄土沉积为主，表层主要覆盖 20 ～ 60 m 厚的马兰黄土，下伏厚度为 30 ～ 120 m 的 离石黄土，有少量基岩出露在沟谷底部． 研究区属 于西北地区典型的半干旱大陆性气候，年平均降雨 量为 494 mm，年蒸发量为 1565 mm，其中降雨主要集 中在 7 ～ 9 月［23--24］． 区内的马兰黄土具有高的孔隙 性和强的水敏感性，因此，在降水条件下，遇水极易 快速渗透，从而诱发浅层黄土滑动． 为了有效地评价 Scoops3D 模型在研究区内对 浅层黄土滑坡稳定性预测的能力，在早期研究基础 上［24］，本文基于 1∶ 5000 地形图，通过详细的现场调 查和 GPS 现场测量，绘制了研究区内点状和面状的 · 004 ·