一種降雨作用下的滑坡預測方法
2023-11-06 18:50:22 3
專利名稱：一種降雨作用下的滑坡預測方法
技術領域：
本專利涉及一種降雨作用下的滑坡預測方法，通過將基於物理概念的水文模型和畢肖普邊坡穩定分析方法相結合，對研究位置滑坡災變過程進行時空預測，是一種將土力學、水力學與計算機數值模擬相結合的滑坡預測方法。
背景技術：
我國是地質災害多發區，每年造成巨大的經濟損失和人員傷亡。滑坡作為一種地質災害，嚴重地危害當地居民的生產生活。滑坡的預警預報一直是工程界研究的重點之一，其分析理論越來越豐富，但由於滑坡災害的突發特徵及其在運動規律上所表現出的不確定性，有關滑坡預測方面的研究仍沒有達到較高預測精度和通用性。滑坡的產生受多種自然因素以及人類活動的影響，其中降雨是誘發滑坡最重要也是最廣泛的因素。降雨對滑坡的作用主要表現在，雨水的大量下滲，導致斜坡上的土石層含水量增大，地下水位線抬升，甚 至在斜坡下部的隔水層上擊水，從而增加了滑體的重量，降低土石層的抗剪強度。因此，如何準確地獲取土石層含水量及地下水位線的時空變化，是求解滑坡體穩定性的基礎。目前，滑坡的預測方法主要集中在簡單邊坡如道路邊坡、水庫邊坡領域，在流域尺度邊坡穩定性時空分布規律的影響相對較少。根據滑坡體穩定性計算方法的不同，滑坡預測模型主要可分為確定性模型與非確定性模型兩類。確定性模型通過力學極限平衡原理來求解不同位置不同深度下穩定性係數，非確定性模型主要通過數理統計方法對相關參數進行分析。根據所採用的水文模型類型的不同，滑坡預測模型可分為基於經驗概念水文模型和基於物理概念水文模型兩大類。基於經驗概念的水文模型相對簡單，發展較早，以此基礎建立的滑坡預測模型已經廣泛應用。相比之下，基於物理概念的水文模型模擬信息量豐富，能捕捉多種水文要素的時空變化過程，但由於求解複雜，對計算要求較高，以此基礎建立的滑坡預測模型發展相對較晚。不同的滑坡體穩定計算方法與水文模型相結合，產生了多種類型的滑坡預測模型。這些模型均有各自的優缺點，如非確定性模型一般適用於特定的研究地區，很難提取與滑坡體地質、力學及其他外界條件有關的信息，不能進行很好的物理力學解釋，現有的確定性模型主要缺點在於很難找到一個適合於具有多種不確定因素的複雜介質模型。傳統的經驗水文模型，在求解時需要對地形進行窪地填充預處理，以滿足水文模型的正常產匯流以及滑坡方向等要求，在運用得當的前提下，能夠提供具有相對精度的結果，適用於某些對過程細節沒有要求的科學研究及工程實踐。
發明內容
本發明要解決的技術問題是，克服現有技術中的不足，提供一種降雨作用下的滑坡預測方法。為解決技術問題，本發明的解決方案是提供一種降雨作用下的滑坡預測方法，包括以下步驟
(I)根據流域的DEM地形數據及土層厚度建立三維網格，向參數輸入模塊輸入不同位置的土壤、植被、氣象數據，生成InHM水文模型所需的邊界條件；(2)根據其邊界條件計算流域內的水文要素時空變化，使用InHM水文模型模擬地表水二維流動和地下水三維流動、任意位置土壤含水量變化和任意位置水力坡度變化的水文要素；(3)採用畢肖普簡化法作為滑坡計算模塊；根據InHM水文模型生成的水文要素，使用滑坡計算模塊計算流域內任意位置的安全係數FS ;若安全係數FS小於1，則為潛在的滑坡位置；記錄該位置的深度、時間和體積；所述任意點的安全係數FS表示為
權利要求
1.一種降雨作用下的滑坡預測方法，包括以下步驟 (1)根據流域的DEM地形數據及土層厚度建立三維網格，向參數輸入模塊輸入不同位置的土壤、氣象數據，生成InHM水文模型所需的邊界條件； (2)根據其邊界條件計算流域內的水文要素時空變化，使用InHM水文模型模擬地表水二維流動和地下水三維流動、任意位置土壤含水量變化和任意位置水力坡度變化的水文要素； (3)採用畢肖普簡化法作為滑坡計算模塊；根據InHM水文模型生成的水文要素，使用滑坡計算模塊計算流域內任意位置的安全係數FS ;若安全係數FS小於1，則為潛在的滑坡位置；記錄該位置的深度、時間和體積； 所述任意點的安全係數FS表示為
2.根據權利要求I所述的一種降雨作用下的滑坡預測方法，其特徵在於，所述步驟(I)中，建立三維網格時，DEM數據無需進行窪地處理，保留地形的原始特徵。
3.根據權利要求I所述的一種降雨作用下的滑坡預測方法，其特徵在於，步驟(2)中，使用裡查茲方程描述地下水在飽和或非飽和土體及孔洞中的流動
4.根據權利要求I所述的一種降雨作用下的滑坡預測方法，其特徵在於，步驟(3)中，對於任意地點，安全係數的計算從表層逐層計算到底層，選取安全係數最小的層位作為潛在的滑動位置。
5.根據權利要求I所述的一種降雨作用下的滑坡預測方法，其特徵在於，步驟(5)中，還包括選擇不同降雨特性下流域首次進入不穩定狀態的時間以及完全恢復穩定狀態的時間作為判定標準，通過指數函數擬合降雨過程中和降雨結束後流域安全係數臨界曲線，將預測區域分為無條件穩定，穩定以及不穩定區域。
全文摘要
本專利涉及一種滑坡時空預測方法，通過將基於物理概念的水文模型和畢肖普邊坡穩定分析方法相結合，對研究位置滑坡災變過程進行時空預測，是一種將土力學、水力學與計算機數值模擬相結合的滑坡預警預報方法。本發明的有益效果是將滑坡確定性模型與基於物理概念的水文模型進行了有效的集成，分析了在降雨作用下流域邊坡穩定性的時空分布規律以及相互間的定性定量關係，實現對流域滑坡進行快速有效的分析和預測。採用畢肖普邊坡穩定分析方法，同時考慮到土體含水量的空間分布差異，提高了模型的精度和適用性。本發明的滑坡預測方法適用於簡單邊坡、複雜邊坡及流域尺度的滑坡預測。
文檔編號G06F19/00GK102799756SQ20121018721
公開日2012年11月28日 申請日期2012年6月8日 優先權日2012年6月8日
發明者冉啟華, 阮哲偉 申請人:冉啟華, 阮哲偉