地应力对岩质滑坡发育的影响研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 孔维林 |
| 答辩日期 | 2025-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 崔鹏 |
| 关键词 | 地应力 岩质滑坡 库仑应力 滑坡易发性 机器学习 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 英文摘要 | 我国山区岩质滑坡具有分布广、频率高的显著特征，已成为严重制约山区重大工程建设与经济社会可持续发展的重大地质安全问题。岩质滑坡孕灾机制研究既是国际地质灾害领域亟待突破的科学前沿课题，更是关乎防灾减灾国家战略实施的重大社会需求。地应力作为内动力地质作用最直接、最本质、可量化的因子，其长期累积效应与瞬时扰动效应协同驱动岩质滑坡渐进性破坏与突发性滑移的演化过程，然而，在具有“三极三高”特征的西部特殊地质环境（构造格架极复杂、深大断裂极活跃、地震活动极频繁、高地应力-高烈度-高形变速率）中，地应力对岩质滑坡发育的影响机制仍未明晰。因此，开展西部特殊地质区地应力驱动滑坡机制研究不仅有助于深化内外动力耦合致灾理论的认识，也是实现滑坡灾害从被动防治向主动调控转变的工程实践亟需。 本文基于中国大陆地壳应力环境数据库与多源滑坡数据库，采用区域地壳岩体结构调查、应力场数值模拟、空间统计和机器学习等多学科交叉方法，总结了青藏高原区域应力场与岩质滑坡分布关系特征，提出了基于物理力学机制的滑坡易发性评估新指标，重点归纳了地应力场长期累积与瞬时扰动效应对岩质滑坡发育的影响机制。主要研究成果及结论如下： （1）区域地应力场与岩质滑坡分布的关系及临界阈值：浅层应力积累水平（川滇、祁连山-河西走廊应力区埋深100m）主导滑坡数量分布（占比13%-16%），而深部应力骤增（昌都-墨脱应力区1km深度）驱动大型滑坡发育（占比2.22%）。最大水平主压应力方向与滑坡主滑方向呈现锐角相交或一致性（如川滇应力区NW-SE主压应力对应NW滑向），揭示构造应力通过定向剪切带调控滑坡空间分异。无论是地震诱发还是非地震因素诱发的岩质滑坡，其分布密度和规模均与区域应力场紧密相关，且破坏潜力（FP）、最大剪应力与岩质滑坡的面积上限和面密度之间存在显著的正相关关系。受地形与断层扰动的应力场控制岩体结构面发育，逾90%岩质滑坡发生于破坏潜力（FP）>0.41~0.43阈值区间，指示岩石最大主应力需达最小主应力的2.4~2.5倍。在此围压下，表征岩体抗剪强度与正应力比值的内摩擦系数需达0.38~0.4临界值。FP增大促使岩体趋近抗剪强度临界状态，导致沿预存破裂面或软弱结构面发生剪切滑动的概率骤增。 （2）同震库仑应力对滑坡规模优势控制规律：基于确定性系数分析，同震正库仑应力区内极易发生滑坡。岩质滑坡对同震应力扰动的响应存在显著尺度依赖性，当滑坡面积超过临界阈值10000m2时，库仑应力变化正值（ΔCFS）与滑坡规模呈现强正相关性（r＞0.85, p＜0.05），显示出大型滑坡滑动面延伸至受同震应力扰动控制的结构优势面。对比逆冲型（汶川地震）与走滑型（泸定地震）事件，发现震源参数显著影响库仑应力分布模式，尽管触发机制不同，两类地震均表现出应力-滑坡规模的强化关联，验证了同震库仑应力扰动对大型滑坡的优势控制规律。 （3）地应力对岩质滑坡发育的控制机制可归纳为“三途径-两阶段”耦合作用：在空间维度上，地应力通过地形势能梯度驱动（势能条件）、岩体时效劣化（物质条件）及断裂活动扰动（能量条件）三大途径的协同作用；在时间维度上则体现为长期累积效应与瞬时扰动效应的动态耦合过程，二者共同控制着滑坡从渐进性破坏到突发性滑移的演化进程。在长期累积阶段，构造应力场通过地形势能梯度驱动及断裂带应力集中作用，对斜坡岩体施加持续性静力荷载。通过多期次构造应力加载-松弛循环作用，形成控制岩体力学行为的“先天缺陷”——由先存构造结构面构成的潜在滑动面体系；在瞬时扰动阶段，在突发性地震等局部构造活动触发下，斜坡体内应力场发生动态重分布，导致潜在滑动面处剪切应力显著超越其长期累积的抗剪强度阈值。这种应力状态的突变使得滑动面库伦应力增量突破临界阈值，诱发突发性滑坡失稳。 （4）地应力指标的引入显著优化了滑坡易发性评估模型的预测效能与力学机理解释能力：地应力指标（FP、最小主应力、最大剪应力）相较传统因子具有显著预测优势，其重要性在不同机器学习模型中保持稳定；地应力指标的引入系统性优化了风险分区：同震/震前场景下高风险区减少3.1%~9.1%，低风险区增加5.3%~14.9%，其中随机森林（RF）与支持向量机（SVM）模型表现最佳，验证了方法的跨场景稳健性；地应力指标显著提升模型性能：总体精度（OA）提高3~6%，召回率（Recall）提升0.5~1.6%，AUC值增长2~4%，其中地应力指标FP与随机森林（RF）和支持向量机（SVM）的耦合模型判别能力最优（AUC达0.898/0.858）。 |
| 学科主题 | 自然地理学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 191 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/217305]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 孔维林. 地应力对岩质滑坡发育的影响研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2025. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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