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作者及机构
本研究的作者包括Cheng Qian、Yajun Li、Philip J. Vardon、Wei Shao、Jiahe Song、Bin Zhang和Nengxiong Xu。他们分别来自中国地质大学（北京）工程技术学院、自然资源部重大工程地质灾害风险防控工程技术创新中心、荷兰代尔夫特理工大学土木工程与地球科学学院、南京信息工程大学水文与水资源学院以及水利部水文气象灾害机理与预警重点实验室。该研究于2025年发表在《Engineering Geology》期刊上，卷号为347，文章编号为107895。

学术背景
本研究属于工程地质学领域，主要关注降雨条件下非饱和土坡的时空稳定性与风险分析。降雨引发的滑坡是全球范围内常见的地质灾害，对生命财产构成严重威胁。非饱和土坡的稳定性受到内部因素（如土壤性质）和外部因素（如降雨、地震）的共同影响。尽管已有大量研究探讨了降雨对土坡稳定性的影响，但关于滑动机制转变时间、失稳/破坏时间以及将滑动后果纳入定量风险评估的研究仍较为有限。因此，本研究旨在通过随机有限元方法（RFEM）研究水力性质（与孔隙率相关）的空间变异性对降雨条件下土坡时空稳定性和风险的影响，为滑坡预警系统和应急措施的制定提供科学依据。

研究流程
本研究主要包括以下几个步骤：
1. 模型建立与参数设置：研究采用COMSOL Multiphysics软件，结合固体力学和流体力学，建立了一维耦合的水力-力学模型。通过局部平均细分法（LAS）生成具有空间变异性的孔隙率随机场，并将其输入有限元模型中。
2. 瞬态渗流分析：利用Richards方程描述非饱和土中的水流，通过Monte Carlo模拟（包括500次随机实现）完成随机渗流分析，获得孔隙压力和有效饱和度的分布。
3. 边坡稳定性分析：采用强度折减法（SRM）计算安全系数（FOS），并通过谱聚类方法量化滑动面积。每个时间步长均进行边坡稳定性分析，获得FOS、地下水位高度、滑动面积等数据。
4. 失稳/破坏时间与风险评估：通过定义临界安全系数（CFOS）作为预警阈值，量化失稳/破坏时间、失稳概率和风险。风险定义为失稳概率与滑动后果的乘积，滑动后果以滑动面积作为代理指标。
5. 案例验证：以印度Chibo地区Malin滑坡为例，验证所提出方法的有效性。

主要结果
1. 湿润锋推进速度：研究表明，低孔隙率区域的湿润锋推进速度高于高孔隙率区域。随着降雨的持续，边坡的滑动机制从深层滑动转变为浅层滑动。
2. 安全系数与滑动面积：FOS随降雨持续下降，且均质模型往往高估边坡稳定性。滑动面积在降雨初期变化较大，后期分布较为集中。均质模型可能低估滑动后果，导致不安全的估计。
3. 地下水位变化：地下水位上升与FOS呈负相关，相关系数为-0.750。在无渗流边界条件下，地下水位上升对边坡稳定性的影响更为显著。
4. 失稳/破坏时间：均质模型预测的失稳时间可能晚于实际情况，可能导致错过实施应急措施的时机。
5. 失稳概率与风险：随着降雨持续，失稳概率和风险均增加。考虑内摩擦角的空间变异性时，失稳概率和风险水平进一步提高。

结论
本研究通过随机有限元方法，系统分析了孔隙率空间变异性对降雨条件下非饱和土坡时空稳定性和风险的影响。研究结果表明，孔隙率分布是湿润锋推进速度的主要影响因素，而滑动机制转变时间对应急措施的制定至关重要。均质模型可能高估边坡稳定性，低估滑动后果，导致不安全的工程设计。风险分析能够综合考虑边坡稳定性和滑动规模，为决策者提供更全面的信息。此外，本研究提出的框架在Malin滑坡案例中得到了有效验证，进一步证明了其在实际工程中的应用价值。

研究亮点
1. 创新性方法：本研究首次将随机有限元方法与谱聚类方法结合，用于量化边坡滑动面积和滑动机制转变时间。
2. 综合风险评估：研究不仅量化了失稳概率，还通过滑动面积评估了滑动后果，为滑坡预警和应急措施的制定提供了更全面的依据。
3. 案例验证：通过Malin滑坡案例，验证了所提出方法的有效性和实用性。

其他价值
本研究为复杂边坡的稳定性分析和风险评估提供了通用工具，可扩展应用于其他类型的土壤和工程场景。未来的研究可进一步减少水力参数和力学参数的不确定性，提高模型的预测精度。