李泊良等：降雨和地震条件下浅层黄土滑坡三维稳定性评价 443. maij =cossi.j+sinai.jtandi.j/Fs (6) 293.3mm,降雨主要集中在7~9月.研究区出露 模型输人参数敏感性分析可直接地反映各 地层主要为第四系马兰黄土，研究区内新构造运 参数对模型影响程度的大小，从而确定每个参数 动较为强烈，以垂直升降运动为主，具有明显的继 的重要性0.本文基于稳定性系数计算公式，开展 承性、差异性特点.基于1：5000地形图，通过详 参数的敏感性分析，目的是分析各输入参数对 细的现场调查和GPS现场测量，绘制了61处浅层 Scoops3D模型影响程度程度，更重要的是指导在 滑坡点，如图4.根据王恭先滑坡滑动面分类标准 试验测试基础上确定输入参数的取值.根据研究 B别，这些滑坡厚度均小于10m,属于浅层黄土滑 区的实际地层分布和试验测试的结果，确定了输 坡.据历史地震资料记载，兰州市历史上曾多次遭 入参数的标准值和取值范围（表1），保持其他参数 到地震破坏，地震基本烈度为Ⅷ度，地震动峰值加 为标准值，在取值范围内改变待分析参数，得到系 速度系数为0.2B2 数变化率，得到F对输入变量的相对敏感性变化 规律（图3）. 表1敏感性分析参数变化范围 Table 1 Variation range of sensitivity analysis parameters Item R/m C/kPa WIN /Kea ukPa Range3-1510-5010-2.0×10100-2.0×1010-300-0.2-50-100 Standard 9 30 1.0x×104 1.1×105 200.1 25 100 60 Pore water pr 40 20 Slope,a 0 -20 Landslide points -40 2023m -60 -80 1575m 100-80-60 -40-20020406080.100 Parameter change rate/% 图4研究区的数字高程模型和滑坡分布图 图3参数敏感性分析结果 Fig.4 Study area digital elevation model and landslide distribution map Fig.3 Sensitivity analysis results of parameter 3材料和方法 安全系数随黏聚力、内摩擦角、滑动面面积、 球体半径、坡度的增大而增大，随地震加速度、孔 3.1数据和参数 隙水压力、滑块重量的增大而减小，这表明地形地 Scoops3D模型和TRIGRS需要研究区的强度 貌和土体性质共同控制着斜坡稳定性（图3）.在土 参数，本文参考了wen和YanB对马兰黄土强度 体性质和地形条件基本确定的情况下，孔隙水压 的研究，两个模型所需的黄土参数设置如下表2 力和地震加速度在更大程度的控制斜坡的稳定 性.而降雨和地震也是触发滑坡最常见的要素.因 表2土参数取值表 此，下文重点分析了研究区降雨、地震及两者耦合 Table 2 Soil parameter value table Permeability coefficient,Hydraulic diffusivity, 条件下斜坡的稳定性 kPa (kN'm)( k/(m's) ha /(m3s 1) 30 15 29 2.4×10t 2.4×104 2研究区概况 选择甘肃省兰州市大沙沟流域作为研究区 降雨增加土体含水量，从而降低土体强度，斜 它处于黄土高原，地貌单元复杂，坡体坡度在0°到 坡稳定性随之降低.土的抗剪强度在斜坡中起着 61°之间，海拔在1575m到2023m之间，区域面积 重要作用，而非饱和黄土的基质吸力对抗剪强度 100km2.研究区属于半干旱气候，平均年降水为 有重要影响，Scoops.3D中通过含水率与土水特征mai j = cosεi, j +sinαi, j tanϕi, j/Fs （6） 模型输入参数敏感性分析可直接地反映各 参数对模型影响程度的大小，从而确定每个参数 的重要性[30] . 本文基于稳定性系数计算公式，开展 参数的敏感性分析 ，目的是分析各输入参数对 Scoops3D 模型影响程度程度，更重要的是指导在 试验测试基础上确定输入参数的取值. 根据研究 区的实际地层分布和试验测试的结果，确定了输 入参数的标准值和取值范围（表 1），保持其他参数 为标准值，在取值范围内改变待分析参数，得到系 数变化率，得到 Fs 对输入变量的相对敏感性变化 规律（图 3）. 表 1 敏感性分析参数变化范围 Table 1 Variation range of sensitivity analysis parameters Item R /m C/kPa A/m2 W/N ϕ /(°) Keq u/kPa Range 3–15 10–50 10–2.0×104 100–2.0×106 10–30 0–0.2 −50–100 Standard 9 30 1.0×104 1.1×106 20 0.1 25 100 80 60 40 20 0 −20 −40 −60 −80 −100 −80 −60 −40 −20 0 Parameter change rate/% 20 40 60 80 100 Safety factor change rate/ % Cohesion, C Slide surface area, A Internal friction angle, ϕ Sphere radius, R Pore water pressure, U Earthquake acceleration, Keq Slide mass gravity, W Slope, α 图 3 参数敏感性分析结果 Fig.3 Sensitivity analysis results of parameter 安全系数随黏聚力、内摩擦角、滑动面面积、 球体半径、坡度的增大而增大，随地震加速度、孔 隙水压力、滑块重量的增大而减小，这表明地形地 貌和土体性质共同控制着斜坡稳定性（图 3）. 在土 体性质和地形条件基本确定的情况下，孔隙水压 力和地震加速度在更大程度的控制斜坡的稳定 性. 而降雨和地震也是触发滑坡最常见的要素. 因 此，下文重点分析了研究区降雨、地震及两者耦合 条件下斜坡的稳定性. 2    研究区概况 选择甘肃省兰州市大沙沟流域作为研究区. 它处于黄土高原，地貌单元复杂，坡体坡度在 0°到 61°之间，海拔在 1575 m 到 2023 m 之间，区域面积 100 km2 . 研究区属于半干旱气候，平均年降水为 293.3 mm，降雨主要集中在 7～9 月. 研究区出露 地层主要为第四系马兰黄土. 研究区内新构造运 动较为强烈，以垂直升降运动为主，具有明显的继 承性、差异性特点. 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 61 处浅层 滑坡点，如图 4. 根据王恭先滑坡滑动面分类标准 [31] ，这些滑坡厚度均小于 10 m，属于浅层黄土滑 坡. 据历史地震资料记载，兰州市历史上曾多次遭 到地震破坏，地震基本烈度为Ⅷ度，地震动峰值加 速度系数为 0.2 [32] . 2023 m Landslide points 1575 m 0 1 2 km N 图 4 研究区的数字高程模型和滑坡分布图 Fig.4 Study area digital elevation model and landslide distribution map 3    材料和方法 3.1    数据和参数 Scoops3D 模型和 TRIGRS 需要研究区的强度 参数，本文参考了 Wen 和 Yan[33] 对马兰黄土强度 的研究，两个模型所需的黄土参数设置如下表 2. 表 2 土参数取值表 Table 2 Soil parameter value table C / kPa γ / (kN·m−3) ϕ/ (°) Permeability coefficient, k /(m·s−1) Hydraulic diffusivity, hd /(m3 ·s−1) 30 15 29 2.4×10−6 2.4×10−4 降雨增加土体含水量，从而降低土体强度，斜 坡稳定性随之降低. 土的抗剪强度在斜坡中起着 重要作用，而非饱和黄土的基质吸力对抗剪强度 有重要影响，Scoops3D 中通过含水率与土水特征 李泊良等： 降雨和地震条件下浅层黄土滑坡三维稳定性评价 · 443 ·