一種降雨型滑坡臨界失穩啟動降雨量的測定方法
2023-12-06 14:56:06
一種降雨型滑坡臨界失穩啟動降雨量的測定方法
【專利摘要】本發明涉及一種運用監測方式確定降雨型滑坡臨界失穩啟動降雨量的測定方法，具體涉及基於降雨量和位移實時監測數據綜合分析和確定降雨誘發滑坡臨界失穩啟動降雨量的一種測定方法。本發明的方法將滑坡降雨量的變化作為滑坡的加卸載動力參數，將滑坡位移或位移速率變化作為滑體對於外動力變化的響應參數，以滑坡的加卸載動力參數和位移響應參數為依據，確定滑坡的降雨加卸載位移響應比耦合預測參數和模型；以滑坡的降雨加卸載位移響應比耦合動力參數為判據，確定邊坡出現不穩定狀態時對應的臨界降雨量。滑坡的監測預警降雨量即為其臨界失穩啟動降雨量，該滑坡臨界啟動降雨量的確定可為降雨誘發滑坡監測預警與防治提供有效的監測預警與防治依據。
【專利說明】一種降雨型滑坡臨界失穩啟動降雨量的測定方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種運用監測方式確定降雨型滑坡臨界失穩啟動降雨量的測定方法，具體涉及基於降雨量和位移實時監測數據綜合分析和確定降雨誘發滑坡臨界失穩啟動降雨量的一種測定方法。
【背景技術】
[0002]滑坡作為最具破壞與危險性的地質災害之一，對其進行及時有效地評價與防治是其減災防災的關鍵。其中，選擇和確定切實可行和有效地防治方案與措施又是滑坡治理過程中面臨的首要任務。在滑坡災害中降雨誘發滑坡佔有較大的比例，而且具有很強的突發性和巨大的破壞性，因此，如何對該類滑坡進行科學有效地防治具有極為重要的減災防災意義與價值。大量的工程實踐證明，降雨誘發滑坡的臨界失穩啟動降雨量是該類滑坡監測預警和防治的最為關鍵預警和防治指標與參數。
[0003]目前確定降雨型滑坡的臨界啟動降雨量一般採用極限平衡法和經驗類比法。極限平衡評價法主要將降雨入滲改變地下水位值，由其所形成的動靜水壓力與強度參數的弱化效應轉化為坡體的下滑力和抗滑力的變化，進而運用極限平衡法的基本原理確定滑坡的穩定係數。根據穩定係數與地下水的對應關係，確定《建築邊坡工程技術規範》中滑坡的安全係數Fs所對應的臨界啟動地下水位，最後依據邊坡坡度和降雨入滲條件以及降雨量與地下水位的關係推出其臨界啟動降雨量。但該類方法存在以下不足和局限:首先該方法需要對滑坡坡體進行取樣，獲得坡體的物理力學參數，並需測定其地下水位，建立地質模型進行計算。由於滑坡地下水位與降雨量的關係極為複雜多變，要準確確定上述二者定量關係極為困難。此外，滑坡取樣是一個非常複雜過程，特別對堆積層滑坡進行水下取樣更難，容易形成塌孔，而且土石混雜的堆積層滑坡物質很難進行室內測試，極易產生測試誤差。因此，運用上述方法確定滑坡失穩臨界啟動降雨量存在很大的不確定性。
[0004]經驗類比法是運用其他類似降雨誘發滑坡測定的臨界降雨量，並以此為依據並運用經驗類比法確定待評價和防治滑坡的失穩臨界啟動降雨量，如Capparelli G.等(2012)在《Nat Hazards》發表「Modelling the rainfall-1nduced mobilization of a largeslope movement in northern Calabria」研究成果。該成果以邊坡位移與前期降雨之間的關係為基礎，並通過校準經驗模型建立了滑坡降雨預報模型，以此獲得誘發滑坡的降雨量臨界值。但由於該類方法確定依據是通過經驗類比，往往需要通過多個滑坡工程不同降雨條件統計對比分析才能估算適合待評價滑坡的失穩臨界降雨量值，而且該失穩臨界降雨量值受不同滑坡地質條件的影響和控制，因此，該類方法存在較大的盲目性、隨機性和不確定性。
[0005]另外，確定臨界啟動降雨量還有數值模擬方法。該方法是運用有限元或有限差分方法模擬確定降雨誘髮型滑坡的安全係數及其所對應的臨界降雨量。此類方法確定臨界啟動降雨量是建立在確定合理的本構關係和準確的土層物理力學參數明確已知的條件下，但是由於取樣和試驗條件的限制很難獲取準確的巖土體物理力學參數，難以真實反映滑坡坡體實際情況，其結果容易受到上述因素及有限元軟體「黑箱子」和人為因素影響而產生較大誤差，並且還存在計算過程繁瑣、計算量大和計算時間長等局限性問題。因此，尋求一種突破現有傳統技術的新方法，即尋求一種具有明確判據且僅運用對滑坡變形和降雨量監測便可檢測和確定滑坡臨界啟動降雨量的新方法，將在該類滑坡災害的監測預警與減災防治工程的優化設計中具有重要的應用價值。
【發明內容】
[0006]本發明目的是為了克服上述現有傳統方法確定降雨誘發滑坡臨界啟動降雨量的不足與缺陷，提供一種利用降雨量和位移監測確定降雨誘發滑坡的臨界啟動降雨量的便捷快速測定方法。具體發明思路是將滑坡降雨量的變化作為滑坡的加卸載動力參數，將滑坡位移或位移速率變化作為滑體對於外動力變化的響應參數，以滑坡的加卸載動力參數和位移響應參數為依據，確定滑坡的降雨加卸載位移響應比耦合預測參數和模型；以滑坡的降雨加卸載位移響應比耦合動力參數為判據，確定邊坡出現不穩定狀態時對應的臨界降雨量。
[0007]為了實現上述目的，本發明採用的技術方案是:一種降雨型滑坡臨界失穩啟動降雨量的測定方法，主要包括以下步驟:
[0008]第一步:滑坡位移監測點與基準點選取
[0009]對待測定滑坡，分析滑坡主滑區及後緣拉張裂縫、剪出口等關鍵位置，確定滑坡體尺寸與分布範圍等特徵，選取滑坡的位移監測點與基準點；
[0010]第二步:監測設備的布置與安裝
[0011]監測設備包括降雨量 監測設備和位移監測設備，其中降雨量監測設備在邊坡監測點處布設；位移監測設備在坡體監測點布設；
[0012]第三步:降雨量及位移的實時監測與監測數據處理
[0013]根據滑坡的降雨與位移的變化規律，確定其監測時間間隔與監測方式，以一定時間間隔同步同周期對滑坡區的降雨量及位移速率進行監測，並通過邊坡場地數據信號收集器將監測數據傳輸到遠程監測室對監測數據進行分類預處理，並詳細錄入Excel表格；
[0014]第四步:單位統計分析周期與均值降雨量(Qtl)及均值位移速率(Vtl)的確定:根據滑坡降雨變化和監測時間間隔，確定單位統計分析與評價周期；根據單位監測時間間隔，可確定m個單位監測時間(或天或小時等)作為一個單位統計分析與評價周期，並以此可確定年或月的單位統計分析與評價周期數。在單位統計分析與評價周期內降雨量序列為Qi (i=l, 2……η)，位移速率序列為Vi (i=l, 2……η)，則兩序列的均值降雨量(Qtl)及均值位移速率(V。)為:
I 11
[0015]Q0 - ~y] Qi (i=l, 2,......,η)公式 I
n /=1
I n
[0016]V0 =~Y,K (i=l, 2,......，n)公式 2
η Ι=ι
[0017]第五步:降雨量加卸載參數與加卸載量的確定
[0018]計算單位統計分析與評價周期的降雨量序列Qi與均值降雨量Qtl之加卸載差值序列，即
[0019]Δ Qi = Q1-Q0 (i=l, 2,......,η)公式 3
[0020]若差值序列Λ Qi > 0，則判定為對滑坡的加載Q+ ;相反，差值序列Δ Qi < 0，則判定為對滑坡的卸載Q-；
[0021]第六步:位移速率響應參數與位移響應量的確定
[0022]計算單位統計分析與評價周期的滑坡位移速率序列Vi與均值位移速率(Vtl)之加卸載響應差值序列，即
[0023]Δ Vi = V1-V0 (i=l, 2,......,η)公式 4
[0024]如響應差值序列Λ Vi > 0，則判定為滑坡的加載位移響應參數V+ ;相反，如響應差值序列AVi < 0，則判定為滑坡的卸載位移響應參數V_ ；
[0025]第七步:滑坡位移速率與降雨加卸載響應比參數與數值的確定
[0026]在單位統計分析與評價周期內分別對AQi序列進行加卸載正負值統計並取其均
值，可分別得到降雨的加卸載統計量均值和7q_ ；分別對滑坡位移速率響應差值序列
進行加卸載響應正負值統計並取均值，可分別得到位移速率響應統計量均值和σ> —;
[0027]以加卸載統計量和加卸載響應統計量為依據，可確定邊坡降雨與位移速率的加卸載響應比參數:
【權利要求】
1.一種降雨型滑坡臨界失穩啟動降雨量的測定方法，包括以下步驟:第一步:滑坡位移監測點與基準點選取 對待測定滑坡，分析滑坡主滑區及後緣拉張裂縫、剪出口等關鍵位置，確定滑坡體尺寸與分布範圍等特徵，選取滑坡的位移監測點與基準點； 第二步:監測設備的布置與安裝 監測設備包括降雨量監測設備和位移監測設備，其中降雨量監測設備在邊坡監測點處布設；位移監測設備在坡體監測點布設； 第三步:降雨量及位移的實時監測與監測數據處理 根據滑坡的降雨與位移的變化規律，確定其監測時間間隔與監測方式，以一定時間間隔同步同周期對滑坡區的降雨量及位移速率進行監測，並通過邊坡場地數據信號收集器將監測數據傳輸到遠程監測室對監測數據進行分類預處理，並詳細錄入Excel表格； 第四步:單位統計分析周期與均值降雨量(Qtl)及均值位移速率(Vtl)的確定:根據滑坡降雨變化和監測時間間隔，確定單位統計分析與評價周期；根據單位監測時間間隔，可確定m個單位監測時間作為一個單位統計分析與評價周期，並以此可確定年或月的單位統計分析與評價周期數。在單位統計分析與評價周期內降雨量序列為Qi (i=l，2……η)，位移速率序列為Vi(i=l，2……η)，則兩序列的均值降雨量(Qtl)及均值位移速率(Vtl)為:
2.根據權利要求1所述的降雨型滑坡臨界失穩啟動降雨量的測定方法，其特徵在於:第一步所述位移監測點選在邊坡的主滑面的坡體、張拉裂縫或剪出口部位，並設定若干個位移監測點。
3.根據權利要求1所述的降雨型滑坡臨界失穩啟動降雨量的測定方法，其特徵在於:第一步所述位移監測基準點選在監測滑坡體以外穩定的基巖或無變形的區域，形成控制網，保證自我校核和控制邊 坡監測點全面監測。
【文檔編號】G01N33/24GK103558360SQ201310556502
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月11日 優先權日:2013年11月11日
【發明者】賀可強, 袁西龍, 劉曉紅, 陳洪翠 申請人:青島理工大學