444 工程科学学报，第44卷，第3期 曲线共同计算基质吸力，然后计算非饱和土的抗 (F<1.00),基本稳定区(1.00≤F<1.25),稳定区 剪强度.本文用Fredlund和Xing的土水特征曲线 (1.25≤F<1.50),极稳定区(1.50≤F).随后使用 模型(F-X)B对实测数据进行拟合，图5为土水 GS软件对结果进行统计和分析，最后用ROC曲 特征曲线结果和F-X曲线参数，其中O,为饱和含 线法和混淆矩阵法对各种条件下的预测结果进行 水率，0，为残余含水率，a为进气值，n和m为曲线 评价 的形状参数 4结果与讨论 45 01%01%a/kPa n m 4.1降雨作用下的稳定性评价结果 40 43.008.0022.135.41.55 35 降雨是诱发浅层黄土滑坡的关键因素.根据 830 已有数据得到不同降雨条件下的稳定性评价结果 (图6).无降雨条件下失稳面积为0.20km2,中雨 条件下失稳面积为1.33km2,暴雨条件下失稳面积 为5.35km2.根据图6(a)可发现无雨条件下的研 究区的斜坡稳定性较好.降雨发生后，大量斜坡在 5·Measured point -F-X model 降雨入渗的作用下出现失稳现象.预测结果显示 10010110210310410-5106 降雨触发的浅层滑坡大多处于沟谷区域，中雨触 Matric suction/kPa 发的滑坡面积是无雨状态的6.65倍，暴雨触发的 图5土水特征曲线图 滑坡面积是无雨状态的26.75倍.可见，随着降雨 Fig.5 Soil water characteristic curve 量的增加，滑坡发生的区域呈现增加的趋势，这与 TRIGRS和Scoops.3D计算需要研究区的数字 其他学者得出的结论相吻合2研究区半干旱气 高程模型.Scoops3D对不同分辨率数字高程模型 候导致天然黄土多数处于非饱和状态，但当降雨 数据的预测结果存在差别，高分辨率数字高程模 发生后，随着降雨的入渗越来越多的黄土处于饱 型显示的地貌更加接近真实环境，预测结果的准 和或接近饱和的状态，高含水率的黄土抗剪强度 确性也随之提升.已有研究发现，5m以上分辨率 显著降低，黄土斜坡的稳定性也随之降低.结合敏 的数字高程模型可以得到准确的结果，然而程度 感性分析结果，TRIGRS与Scoops3D的组合能考 不显著，但是会显著增加计算量B阿因此，本文利 虑到降雨入渗会增加滑动体质量和孔隙水压力， 用5m分辨率的数字高程模型，结合绘制的滑坡 从而导致土体强度降低，坡体的稳定性随之降低， 点进行研究区的斜坡稳定性评价 因此预测的滑坡发育程度与降雨量呈正相关 3.2评价方案 4.2地震作用下的稳定性评价结果 本文首先利用TRIGRS渗流场模型计算体积 地震是诱发浅层黄土滑坡的又一重要外因， 含水率的空间分布规律，结合Scoops3D模型进行 根据已有数据得到地震情况下的稳定性评价结果 研究区斜坡稳定性评价，并分别评价了降雨、地 (图7).地震加速度系数为0.05时失稳面积为0.39km2 震、及降雨与地震耦合条件下的斜坡稳定性.结 地震加速度系数为0.1时失稳面积为0.66km2,地 合气象局对降雨强度的分级标准，本文选择天然 震加速度系数为0.2时失稳面积为2.26km2.预测 情况（无降雨），中雨情况（日降雨量25mm,降雨 结果表明失稳面积随地震加速度的增加而增加， 时长24h),暴雨情况（日降雨量100mm,降雨时 烈度越大的地震越容易诱发滑坡，这与敏感性分 长24h)3种方案分别对研究区进行斜坡稳定性评 析得出的结果相同.Scoops.3D模型通过预定水平 价.研究区地震基本烈度为Ⅷ度，地震动峰值加速 地震加速度的方式考虑地震对斜坡的影响，相当 度系数为0.2.本文评价地震加速度系数Ka在 于增加滑动体所受切应力，使坡体的易滑性增加 0~02范围内变化时研究区的稳定性情况.最后 实际情况中地震对坡体的影响不止是切应力的增 结合降雨和地震的耦合条件，评价研究区的斜坡 加，震动对黄土自身强度也有较大影响，所以预测 稳定性 得出的结果比实际更保守 通过Scoops?3D确定性模型得出各种条件下 4.3降雨地震耦合作用下稳定性评价结果 研究区各栅格的安全系数，本文按照安全系数的 结合降雨条件和地震条件，分别对中雨条件 大小将稳定性等级分为4个等级，即不稳定区 和暴雨条件的研究区增加3个级别的地震加速曲线共同计算基质吸力，然后计算非饱和土的抗 剪强度. 本文用 Fredlund 和 Xing 的土水特征曲线 模型（F‒X） [34] 对实测数据进行拟合，图 5 为土水 特征曲线结果和 F‒X 曲线参数，其中 θs 为饱和含 水率，θr 为残余含水率，α 为进气值，n 和 m 为曲线 的形状参数. 45 40 35 30 25 20 Volumetric water content/ % 15 10 5 0 Matric suction/kPa Measured point F-X model 10−1 100 10−1 10−2 10−3 10−4 10−5 10−6 43.00 8.00 22.13 5.4 1.55 θs /% θr /% α/kPa n m 图 5 土水特征曲线图 Fig.5 Soil water characteristic curve TRIGRS 和 Scoops3D 计算需要研究区的数字 高程模型. Scoops3D 对不同分辨率数字高程模型 数据的预测结果存在差别，高分辨率数字高程模 型显示的地貌更加接近真实环境，预测结果的准 确性也随之提升. 已有研究发现，5 m 以上分辨率 的数字高程模型可以得到准确的结果，然而程度 不显著，但是会显著增加计算量[35] . 因此，本文利 用 5 m 分辨率的数字高程模型，结合绘制的滑坡 点进行研究区的斜坡稳定性评价. 3.2    评价方案 本文首先利用 TRIGRS 渗流场模型计算体积 含水率的空间分布规律，结合 Scoops3D 模型进行 研究区斜坡稳定性评价，并分别评价了降雨、地 震、及降雨与地震耦合条件下的斜坡稳定性. 结 合气象局对降雨强度的分级标准，本文选择天然 情况（无降雨），中雨情况（日降雨量 25 mm，降雨 时长 24 h），暴雨情况（日降雨量 100 mm，降雨时 长 24 h）3 种方案分别对研究区进行斜坡稳定性评 价. 研究区地震基本烈度为Ⅷ度，地震动峰值加速 度系数为 0.2. 本文评价地震加速度系数 Keq 在 0～0.2 范围内变化时研究区的稳定性情况. 最后 结合降雨和地震的耦合条件，评价研究区的斜坡 稳定性. 通过 Scoops3D 确定性模型得出各种条件下 研究区各栅格的安全系数，本文按照安全系数的 大小将稳定性等级分为 4 个等级 ，即不稳定区 （ Fs<1.00） ，基本稳定区 （ 1.00≤Fs<1.25） ，稳定区 （ 1.25≤Fs<1.50） ，极稳定区（ 1.50≤Fs） . 随后使用 GIS 软件对结果进行统计和分析，最后用 ROC 曲 线法和混淆矩阵法对各种条件下的预测结果进行 评价. 4    结果与讨论 4.1    降雨作用下的稳定性评价结果 降雨是诱发浅层黄土滑坡的关键因素. 根据 已有数据得到不同降雨条件下的稳定性评价结果 （图 6）. 无降雨条件下失稳面积为 0.20 km2 ，中雨 条件下失稳面积为 1.33 km2 ，暴雨条件下失稳面积 为 5.35 km2 . 根据图 6（a）可发现无雨条件下的研 究区的斜坡稳定性较好. 降雨发生后，大量斜坡在 降雨入渗的作用下出现失稳现象. 预测结果显示 降雨触发的浅层滑坡大多处于沟谷区域，中雨触 发的滑坡面积是无雨状态的 6.65 倍，暴雨触发的 滑坡面积是无雨状态的 26.75 倍. 可见，随着降雨 量的增加，滑坡发生的区域呈现增加的趋势，这与 其他学者得出的结论相吻合[28] . 研究区半干旱气 候导致天然黄土多数处于非饱和状态，但当降雨 发生后，随着降雨的入渗越来越多的黄土处于饱 和或接近饱和的状态，高含水率的黄土抗剪强度 显著降低，黄土斜坡的稳定性也随之降低. 结合敏 感性分析结果，TRIGRS 与 Scoops3D 的组合能考 虑到降雨入渗会增加滑动体质量和孔隙水压力， 从而导致土体强度降低，坡体的稳定性随之降低， 因此预测的滑坡发育程度与降雨量呈正相关. 4.2    地震作用下的稳定性评价结果 地震是诱发浅层黄土滑坡的又一重要外因， 根据已有数据得到地震情况下的稳定性评价结果 （图7）. 地震加速度系数为0.05 时失稳面积为0.39 km2 ， 地震加速度系数为 0.1 时失稳面积为 0.66 km2 ，地 震加速度系数为 0.2 时失稳面积为 2.26 km2 . 预测 结果表明失稳面积随地震加速度的增加而增加， 烈度越大的地震越容易诱发滑坡，这与敏感性分 析得出的结果相同. Scoops3D 模型通过预定水平 地震加速度的方式考虑地震对斜坡的影响，相当 于增加滑动体所受切应力，使坡体的易滑性增加. 实际情况中地震对坡体的影响不止是切应力的增 加，震动对黄土自身强度也有较大影响，所以预测 得出的结果比实际更保守. 4.3    降雨地震耦合作用下稳定性评价结果 结合降雨条件和地震条件，分别对中雨条件 和暴雨条件的研究区增加 3 个级别的地震加速 · 444 · 工程科学学报，第 44 卷，第 3 期