相关计算方法在求解滑坡形变场中的应用——以树坪滑坡为例

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三峡工程是迄今为止最大的水利工程,对库区滑坡灾害的监测和机制研究一直是重要的研究课题。本文结合高分辨率和短重返周期的空间遥感TerraSAR-X数据、合成孔径雷达干涉测量InSAR技术和相关计算方法,对三峡树坪滑坡地区的地形、滑坡形变场和滑坡动力学机制进行了探讨研究,得到一些有价值的结果。   本文首先对TerraSAR-X数据进行InSAR处理,计算出该地区的高精度高分辨率的数字高程模型,进一步使用该数据做差分干涉,求解树坪滑坡在雷达视线向的形变场,结果显示因为各种去相干因素的影响和位移向量与视线向垂直的原因,使用差分干涉难以求解出该滑坡位移场。   论文的第二部分工作发展了TerraSAR-X的SAR强度图的相关计算方法,求解出2009年树坪滑坡的形变场,追踪了该滑坡体在2009年2月21日到10月10日期间的发展过程。根据相关计算结果,该滑坡进程相应地被划分为孕育期(2月21日至5月20日)、活跃期(5月20日到8月5日)和平静期(8月5日到10月10日)。在孕育期末尾,观测到滑坡体上局部小区域的初始滑动。在活跃期,滑坡体的活动总体上可看作是块体滑移,形变呈现区域特性。在靠近滑坡上部形变比较明显,是形变集中地区,最大位移在55厘米左右,方向为北北西。在滑坡体的中部地区,位移相对较小,大小在20-30厘米左右,方向微调为北北东。滑坡体临近长江的下部,位移大小稍微有所增大,超过30厘米,方向产生了分叉,西边的位移场方向主要为北北西,东边主要为北北东方向位移。活跃期的形变场特征和树坪滑坡体的地形特征吻合甚好,位移大小和方向与三峡大学对滑坡体的野外观测结果基本吻合。在数据的时间、空间分辨率和相关计算的精度允许的条件下,本文又进一步深入研究滑坡体在活跃期的形变发展,求解出的形变场显示该滑坡体在这三个月的活动并非均匀平稳地发展,而是以5-6月期间的活动为剧烈,6-7月其次,7-8月期间活动强度最弱。树坪滑坡在8月之后进入了平静期,没有显著的位移形变。从以上可以看出,相关计算结果完整地记录了该滑坡体的发展历程。   最后本文在以上高精度的位移场求解基础上,结合野外对滑坡体的分类和边界条件的选取,利用有限元方法对滑坡的活跃滑动阶段进行动力学计算模拟,计算过程中对滑坡体的滑动面形状、因降雨引起材料参数变化和三峡水库水位等因素分别反演和调整,得出符合其变形和发展过程的滑坡动力学特征,发现软弱带的物性参数决定总体的滑动量,滑坡体的物性参数决定了位移分布的峰值位置。在确定了滑坡动力学特征之后,进一步探讨降雨和库水位下降对滑坡产生的贡献权重,降雨是树坪滑坡活动的决定因素。   从本文的研究可以看出,对TerraSAR-X的SAR强度图像进行相关计算不仅能求解出滑坡引起的形变场,而且能探测地面形变的早期信号,追踪滑坡活动期的发展过程,可以用它作为三峡库区未来滑坡观测的重要技术手段。这个观测结果为数值模拟探索滑坡机制和成因分析提供了高精度的形变约束,对滑坡形变场的动力学模拟作了有益探索。
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