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工程地质学

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走向下一代地震诱发滑坡研究：当前问题与未来挑战

Janusz Wasowski a,⁎, David K. Keefer b,c, Chyi-Tyi Lee d

1. 国家研究委员会，水文地质保护研究所，住意大利，巴里G.Amendola 122，70126

b、美国地质调查局( 荣誉退休者 )

c、美国缅因州大学气候变化研究所

d、应用地质研究所，国立中央大学，桃源市，32001，台湾，罗克

文章信息

摘要

虽然，由于调查技术、建模和数据分析等方面的新进展，我们对附带地震危险性的认识取得了很大进展，但从历史地震和近期地震中仍在吸取重要的新教训。通过参考本期特刊所附论文及其他近期文献，我们对地震触发滑坡研究的现状问题和未来挑战进行了概述。我们还对今后的研究重点提出了一些建议，作为下一代地震诱发边坡破坏研究的拟议起点。其中包括：1、编制了许多较完整的具有充分上下文信息的地震滑坡存货，以及回溯性存货；2、改进地震滑坡易发性和危险性区域尺度评估；3、发展大型灾难性滑坡灾害区域尺度分析的新方法；4、采用加速度计台阵对代表性试验边坡进行长期监测。

copy; 版权归2011 Elsevier B.V.所有

目录

1. 引言 1

2. 当前的问题和未来的挑战 2

2.1. 地震滑坡清单 2

2.2. 区域尺度分析及地震滑坡危险性评价 3

2.3. 边坡地震稳定性评价方法及边坡永久变形分析 4

2.4. 输入数据和变异性的地震诱发形变估计的不确定性 4

2.5. 地震场地反应 5

2.6. 灾变性滑坡、实验室试验和地震破坏机制的模拟 5

3. 建议和研究优先事项 6

致谢语 7

参考文献 7

1.引言

本工作简要回顾了地震滑坡研究的当前问题和未来挑战。本刊拟以2009年9月在台湾国立中央大学举行的纪念1999年台湾赤池地震10周年国际会议《地震诱发滑坡的下一代研究》的成果为基础，对目前的工程地质学专刊进行评述。这次地震( Mw = 7.6 )造成2400多人死亡，并引发约2.6万处山体滑坡( Wang等人 , 2002年 )。地震引起的滑坡效应在事件本身后很长一段时间内持续存在，灾区( Dadson等人 ,2003,2004,2005 ; Lin等人 , 2006 , 2008 ; Hovius等人 , 2011年 )滑坡的发生和沉积物的河流搬运水平显著增强，1999年Chi- Chi事件导致了世界上研究最广泛的地震触发滑坡数据集，极大地促进了我们对该地区的认识。

*滑坡相关效应对应作者。电话/传真： 39 0805929583。

0013-7952/$-请参考封面版权归copy;2011 Elsevier B.V所有。

Doi：10.1016/j.enggeo.2011.06.001

由于来自亚洲、欧洲、北美和大洋洲的国际专家( 工程地质学家 ,地质学家 ,岩土工程师 ,地震学家 )举行了一次独特的、多方位的集会，邀请了20多次主旨讲座，这次十周年大会包含了充足的讨论时间，是一个里程碑，可以启发人们就科学和社会经济上重要的地震滑坡问题提出新的想法和新的协作研究。我们相信，这个特别问题将向更广泛的科研界以及减轻地质灾害和灾害管理当局传达国际上在这一领域取得的进展。

地震滑坡灾害问题近年来得到了可考虑的重视( 例如 .工程地质学专题 ( 2000年 ,58卷3 - 4 和 2006年86卷 2 - 3 )，《地球物理勘察》( 2002年 23卷 6 )。然而，从1999年的赤池事件和最近发生的其他地震中，仍在吸取重要的新教训。此外，2008年5月12日中国汶川特大地震中地震诱发滑坡造成的死亡人数和破坏，其中据估计滑坡已造成2万多人死亡( 参见 Tang等 , 2011 -本期 )提醒我们，要减少滑坡等附带地震灾害造成的损失，还需要的工作。

本期特刊除与赤池地震有关的文章外，还包括作品讨论，1、地震滑坡研究，以2008年汶川(中国)和2004年日本岩手冢和2008年Iwate-Miyagi Inland (日本)事件中的地震诱发滑坡为例；2、区域尺度分析方法；3、边坡地震稳定性评价及永久变形分析方法；4、建模和边坡变形估算中输入数据的变异性和不确定性；5、边坡地震动力响应中的放大和指向性现象；6、地震诱发滑坡的室内试验与模拟。

滑坡地震触发研究是地震活动区减灾工作的重要组成部分，而减少地震造成的人员伤亡和经济损失是最终激励我们努力的方向。的确，滑坡和相关地面故障造成的地震损失可能非常高( 例如 . Keefer , 1984 ; 2004 ,Bird and Bommer )。参考本专刊的论文和其他近期文献，我们首先简要概述地震诱发滑坡研究的现状问题和未来挑战。在此概述后，对今后的研究重点提出建议，作为下一代地震诱发滑坡研究的拟议起点。

2.当前的问题和未来的挑战

本专刊的文章和近期有关地震诱发滑坡的文献综述表明，该领域目前存在的问题：

-编制地震后滑坡和相关地面故障的全面清单，新的高分辨率星载遥感图像的应用日益增加。

-采用物理模型、统计分析和地理信息系统技术，对地震滑坡分布进行区域尺度分析和地震滑坡灾害评估。

-用物理、数值和振动台模型分析地震诱发滑坡和引起斜坡永久变形的相关地面破坏的机理

-生成-测量和分析地震场地反应，包括影响地震动放大的地形和岩石地层(土壤)因素；地震动指向性，以及边坡动力响应。

-地震动输入和地震边坡稳定性分析输出的不确定性。

-地震对山坡演化和产沙的影响，包括地震后降水事件增强滑坡生成。

所有这些题目都被本专刊收录的论文所涵盖，以及从1999年Chi-chi地震会议10周年起的议事录所涵盖，其中包含了无数扩展的摘要( Lee , 2009 )。

2.1.地震滑坡清单

虽然滑坡清单代表了附带地震危险性评估的基本事实( 例如 . Keefer , 1984 ; Rodriacute;guez等 , 1999 ; Hancox等人 , 2002年 )，但完整或近乎完整的清单数量相对较少( 参见 Keefer , 2002进行全面综述 )。为了全面讨论与编制滑坡清单(和清单图)有关的问题，它们的局限性和完整性，以及它们的质量评估，感兴趣的读者被推迟到Malamud等人的工作中。( 2004 )。他们的工作还提出了一种基于完整库存量的滑坡规模频率分布的统计方法，可以从不完整的滑坡-事件库存量中获取有用信息，推断滑坡-事件的规模或严重程度。

Harp等. ( 2011年-本期)概述了与编制详细和准确的地震滑坡清单有关的问题。下面对其中的一些内容进行总结。

编制全面的清单需要提供适当的遥感图像。正如Harp等人所指出的。( 2011年-本期)，理想情况下，此类图像应满足以下要求：

-必须是连续的，复盖整个受滑坡影响的区域

-必须有足够的分辨率，能够识别和测绘甚至非常小的滑坡(跨越几米)。

-必须是立体的，或者，或者是单像管的，但适合在被数字高程模型( DEM )复盖后提供高质量的三维透视视图；这也意味着高质量的DEM是可行的

-必须在地震( 区分同震和震后故障 )后尽快获取，并可能在无云条件下获取。

及时获取遥感图像对于1、同震斜坡破坏与震后几小时或几天( 例如：Keefer，2002年 )启动或重新激活滑坡运动的所谓延迟破坏之间的区别至关重要，2、评估震后暴雨可能触发的增强滑坡活动。

虽然近年来利用极高分辨率卫星图像( 例如 . IKONOS , QuickBird , WorldView-1 )进行滑坡测绘( cf . van Westen等人 , 2008年 )的研究逐渐增多，但在实际利用这些卫星图像编制地震事件综合滑坡清单方面仍然存在重大挑战。这些包括：

-影像成本高，

-复盖不全，

-导致地理定位错误的正射纠正问题，

-耗时的手动图像解释比基于图像分类、变化检测或面向对象方法的更快但更容易出错的半自动映射。

以上问题在涉及影响地形陡峭的非常大区域( 例如 2008年中国汶川大地震 )的高震级地震事件的情况下可以加剧。

新的半自动滑坡探测方法利用高分辨率多光谱卫星影像，在震后早期( 例如 . Martha等 , 2010 ; Harp等 , 2011 -本期 )协助滑坡风险快速评估方面具有良好的潜力。然而，与全天候、昼夜运行的卫星雷达传感器不同，光学卫星需要太阳光照和相对无云的条件才能获得有用的图像。因此，例如，在热带和亚热带地区的潮湿季节，光学图像采集可能会出现相当大的延迟。

设想由于雷达卫星传感器分辨率的提高和更短的重访时间，通过合成孔径雷达( SAR )干涉测量技术( cf . Colesanti和 Wasowski , 2006 )的应用，地震后滑坡位移的检测和监测变得更加可行。此外，最近的研究( 例如 . McKean和 Roering , 2004 ;Schulz, 2007 ; Bull等人 , 2010年 )表明，高分辨率的DEM和机载激光雷达( LiDAR )影像将代表另一种类型的遥感数据，有望越来越多地用于滑坡调查。然而，在这种情况下，目前成本相对较高是一个重大限制。

Harp等人在文件中可以找到其他信息，包括必须满足的测绘标准，以获得详细可靠的地震滑坡清单。( 2011年-本期)，他也提供了此类库存的一些例子。显然，地震前滑坡分布良好质量信息的可获得性对于正确评价同震边坡破坏危险性( 例如 . Wasowski等人 , 2002年 )也很重要。

唐等人( 2011年-本期)利用震前和震后滑坡清单，更好地了解2008年汶川Mw 7.9级地震( 中国四川省 )对边坡稳定性的影响。2008年汶川大地震是我国记录的破坏性最强的地震之一，代表了研究地震震动对滑坡发生影响的重要契机( 例如 ：黄和李 , 2009年 )。到目前为止，广泛的测绘显示，地震造成5.6万馀处浅层、中断的滑坡、岩崩、深层滑坡和岩崩( 例如 ：戴等 , 2010 ; 齐等人 , 2010年 )。

唐等的工作。( 2011 -本期)提供了2008年汶川地震后几个月强降雨引发的灾害性同震滑坡以及许多泥石流的发生情况。作者将注意力集中在北川地区，可悲的是，北川地区因共同地震滑坡造成了巨大的人员伤亡。研究区( 414 km2 )位于同震地表破裂附近，地震活动强烈。它包括了引发汶川地震的近4 %的滑坡总数和戴等报道的约1 %的( 41 750 km2 )影响的整体面积的1 %左右。( 2010 ) .

此外，唐等人对比分析了地震和随后的强降水事件对滑坡演化的影响。( 2011 -本期)揭示暴雨使滑坡总面积增加了30 %。据推测，由于地震作用，边坡材料减弱，滑坡潜力增大。考虑到大地震对山区环境的长期影响( 例如 , 1999年 Chi-Chi事件 , Hovius等人 , 2011年 ,以及其中的提及 )，预计未来几年失稳的斜坡将继续带来破坏和人员伤亡。

2.2.区域尺度分析及地震滑坡

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