一種降雨型滑坡臨界失穩(wěn)啟動降雨量的測定方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種運(yùn)用監(jiān)測方式確定降雨型滑坡臨界失穩(wěn)啟動降雨量的測定方法，具體涉及基于降雨量和位移實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)綜合分析和確定降雨誘發(fā)滑坡臨界失穩(wěn)啟動降雨量的一種測定方法。本發(fā)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(shù)，將滑坡位移或位移速率變化作為滑體對于外動力變化的響應(yīng)參數(shù)，以滑坡的加卸載動力參數(shù)和位移響應(yīng)參數(shù)為依據(jù)，確定滑坡的降雨加卸載位移響應(yīng)比耦合預(yù)測參數(shù)和模型；以滑坡的降雨加卸載位移響應(yīng)比耦合動力參數(shù)為判據(jù)，確定邊坡出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)時對應(yīng)的臨界降雨量?；碌谋O(jiān)測預(yù)警降雨量即為其臨界失穩(wěn)啟動降雨量，該滑坡臨界啟動降雨量的確定可為降雨誘發(fā)滑坡監(jiān)測預(yù)警與防治提供有效的監(jiān)測預(yù)警與防治依據(jù)。
【專利說明】一種降雨型滑坡臨界失穩(wěn)啟動降雨量的測定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種運(yùn)用監(jiān)測方式確定降雨型滑坡臨界失穩(wěn)啟動降雨量的測定方法，具體涉及基于降雨量和位移實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)綜合分析和確定降雨誘發(fā)滑坡臨界失穩(wěn)啟動降雨量的一種測定方法。
【背景技術(shù)】
[0002]滑坡作為最具破壞與危險性的地質(zhì)災(zāi)害之一，對其進(jìn)行及時有效地評價與防治是其減災(zāi)防災(zāi)的關(guān)鍵。其中，選擇和確定切實(shí)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(wù)。在滑坡災(zāi)害中降雨誘發(fā)滑坡占有較大的比例，而且具有很強(qiáng)的突發(fā)性和巨大的破壞性，因此，如何對該類滑坡進(jìn)行科學(xué)有效地防治具有極為重要的減災(zāi)防災(zāi)意義與價值。大量的工程實(shí)踐證明，降雨誘發(fā)滑坡的臨界失穩(wěn)啟動降雨量是該類滑坡監(jiān)測預(yù)警和防治的最為關(guān)鍵預(yù)警和防治指標(biāo)與參數(shù)。
[0003]目前確定降雨型滑坡的臨界啟動降雨量一般采用極限平衡法和經(jīng)驗(yàn)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(qiáng)度參數(shù)的弱化效應(yīng)轉(zhuǎn)化為坡體的下滑力和抗滑力的變化，進(jìn)而運(yùn)用極限平衡法的基本原理確定滑坡的穩(wěn)定系數(shù)。根據(jù)穩(wěn)定系數(shù)與地下水的對應(yīng)關(guān)系，確定《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》中滑坡的安全系數(shù)Fs所對應(yīng)的臨界啟動地下水位，最后依據(jù)邊坡坡度和降雨入滲條件以及降雨量與地下水位的關(guān)系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(jìn)行取樣，獲得坡體的物理力學(xué)參數(shù)，并需測定其地下水位，建立地質(zhì)模型進(jìn)行計(jì)算。由于滑坡地下水位與降雨量的關(guān)系極為復(fù)雜多變，要準(zhǔn)確確定上述二者定量關(guān)系極為困難。此外，滑坡取樣是一個非常復(fù)雜過程，特別對堆積層滑坡進(jìn)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(zhì)很難進(jìn)行室內(nèi)測試，極易產(chǎn)生測試誤差。因此，運(yùn)用上述方法確定滑坡失穩(wěn)臨界啟動降雨量存在很大的不確定性。
[0004]經(jīng)驗(yàn)類比法是運(yùn)用其他類似降雨誘發(fā)滑坡測定的臨界降雨量，并以此為依據(jù)并運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)類比法確定待評價和防治滑坡的失穩(wěn)臨界啟動降雨量，如Capparelli G.等(2012)在《Nat Hazards》發(fā)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(guān)系為基礎(chǔ)，并通過校準(zhǔn)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ徒⒘嘶陆涤觐A(yù)報模型，以此獲得誘發(fā)滑坡的降雨量臨界值。但由于該類方法確定依據(jù)是通過經(jīng)驗(yàn)類比，往往需要通過多個滑坡工程不同降雨條件統(tǒng)計(jì)對比分析才能估算適合待評價滑坡的失穩(wěn)臨界降雨量值，而且該失穩(wěn)臨界降雨量值受不同滑坡地質(zhì)條件的影響和控制，因此，該類方法存在較大的盲目性、隨機(jī)性和不確定性。
[0005]另外，確定臨界啟動降雨量還有數(shù)值模擬方法。該方法是運(yùn)用有限元或有限差分方法模擬確定降雨誘發(fā)型滑坡的安全系數(shù)及其所對應(yīng)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(gòu)關(guān)系和準(zhǔn)確的土層物理力學(xué)參數(shù)明確已知的條件下，但是由于取樣和試驗(yàn)條件的限制很難獲取準(zhǔn)確的巖土體物理力學(xué)參數(shù)，難以真實(shí)反映滑坡坡體實(shí)際情況，其結(jié)果容易受到上述因素及有限元軟件“黑箱子”和人為因素影響而產(chǎn)生較大誤差，并且還存在計(jì)算過程繁瑣、計(jì)算量大和計(jì)算時間長等局限性問題。因此，尋求一種突破現(xiàn)有傳統(tǒng)技術(shù)的新方法，即尋求一種具有明確判據(jù)且僅運(yùn)用對滑坡變形和降雨量監(jiān)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(zāi)害的監(jiān)測預(yù)警與減災(zāi)防治工程的優(yōu)化設(shè)計(jì)中具有重要的應(yīng)用價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的是為了克服上述現(xiàn)有傳統(tǒng)方法確定降雨誘發(fā)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(jiān)測確定降雨誘發(fā)滑坡的臨界啟動降雨量的便捷快速測定方法。具體發(fā)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(shù)，將滑坡位移或位移速率變化作為滑體對于外動力變化的響應(yīng)參數(shù)，以滑坡的加卸載動力參數(shù)和位移響應(yīng)參數(shù)為依據(jù)，確定滑坡的降雨加卸載位移響應(yīng)比耦合預(yù)測參數(shù)和模型；以滑坡的降雨加卸載位移響應(yīng)比耦合動力參數(shù)為判據(jù)，確定邊坡出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)時對應(yīng)的臨界降雨量。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種降雨型滑坡臨界失穩(wěn)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(jiān)測點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)選取
[0009]對待測定滑坡，分析滑坡主滑區(qū)及后緣拉張裂縫、剪出口等關(guān)鍵位置，確定滑坡體尺寸與分布范圍等特征，選取滑坡的位移監(jiān)測點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)；
[0010]第二步:監(jiān)測設(shè)備的布置與安裝
[0011]監(jiān)測設(shè)備包括降雨量 監(jiān)測設(shè)備和位移監(jiān)測設(shè)備，其中降雨量監(jiān)測設(shè)備在邊坡監(jiān)測點(diǎn)處布設(shè)；位移監(jiān)測設(shè)備在坡體監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)；
[0012]第三步:降雨量及位移的實(shí)時監(jiān)測與監(jiān)測數(shù)據(jù)處理
[0013]根據(jù)滑坡的降雨與位移的變化規(guī)律，確定其監(jiān)測時間間隔與監(jiān)測方式，以一定時間間隔同步同周期對滑坡區(qū)的降雨量及位移速率進(jìn)行監(jiān)測，并通過邊坡場地?cái)?shù)據(jù)信號收集器將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān)測室對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分類預(yù)處理，并詳細(xì)錄入Excel表格；
[0014]第四步:單位統(tǒng)計(jì)分析周期與均值降雨量(Qtl)及均值位移速率(Vtl)的確定:根據(jù)滑坡降雨變化和監(jiān)測時間間隔，確定單位統(tǒng)計(jì)分析與評價周期；根據(jù)單位監(jiān)測時間間隔，可確定m個單位監(jiān)測時間(或天或小時等)作為一個單位統(tǒng)計(jì)分析與評價周期，并以此可確定年或月的單位統(tǒng)計(jì)分析與評價周期數(shù)。在單位統(tǒng)計(jì)分析與評價周期內(nèi)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(shù)與加卸載量的確定
[0018]計(jì)算單位統(tǒng)計(jì)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(yīng)參數(shù)與位移響應(yīng)量的確定
[0022]計(jì)算單位統(tǒng)計(jì)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(yīng)差值序列，即
[0023]Δ Vi = V1-V0 (i=l, 2,......,η)公式 4
[0024]如響應(yīng)差值序列Λ Vi > 0，則判定為滑坡的加載位移響應(yīng)參數(shù)V+ ;相反，如響應(yīng)差值序列AVi < 0，則判定為滑坡的卸載位移響應(yīng)參數(shù)V_ ；
[0025]第七步:滑坡位移速率與降雨加卸載響應(yīng)比參數(shù)與數(shù)值的確定
[0026]在單位統(tǒng)計(jì)分析與評價周期內(nèi)分別對AQi序列進(jìn)行加卸載正負(fù)值統(tǒng)計(jì)并取其均
值，可分別得到降雨的加卸載統(tǒng)計(jì)量均值和7q_ ；分別對滑坡位移速率響應(yīng)差值序列
進(jìn)行加卸載響應(yīng)正負(fù)值統(tǒng)計(jì)并取均值，可分別得到位移速率響應(yīng)統(tǒng)計(jì)量均值和σ> —;
[0027]以加卸載統(tǒng)計(jì)量和加卸載響應(yīng)統(tǒng)計(jì)量為依據(jù)，可確定邊坡降雨與位移速率的加卸載響應(yīng)比參數(shù):
【權(quán)利要求】
1.一種降雨型滑坡臨界失穩(wěn)啟動降雨量的測定方法，包括以下步驟:第一步:滑坡位移監(jiān)測點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)選取 對待測定滑坡，分析滑坡主滑區(qū)及后緣拉張裂縫、剪出口等關(guān)鍵位置，確定滑坡體尺寸與分布范圍等特征，選取滑坡的位移監(jiān)測點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)； 第二步:監(jiān)測設(shè)備的布置與安裝 監(jiān)測設(shè)備包括降雨量監(jiān)測設(shè)備和位移監(jiān)測設(shè)備，其中降雨量監(jiān)測設(shè)備在邊坡監(jiān)測點(diǎn)處布設(shè)；位移監(jiān)測設(shè)備在坡體監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)； 第三步:降雨量及位移的實(shí)時監(jiān)測與監(jiān)測數(shù)據(jù)處理 根據(jù)滑坡的降雨與位移的變化規(guī)律，確定其監(jiān)測時間間隔與監(jiān)測方式，以一定時間間隔同步同周期對滑坡區(qū)的降雨量及位移速率進(jìn)行監(jiān)測，并通過邊坡場地?cái)?shù)據(jù)信號收集器將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān)測室對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分類預(yù)處理，并詳細(xì)錄入Excel表格； 第四步:單位統(tǒng)計(jì)分析周期與均值降雨量(Qtl)及均值位移速率(Vtl)的確定:根據(jù)滑坡降雨變化和監(jiān)測時間間隔，確定單位統(tǒng)計(jì)分析與評價周期；根據(jù)單位監(jiān)測時間間隔，可確定m個單位監(jiān)測時間作為一個單位統(tǒng)計(jì)分析與評價周期，并以此可確定年或月的單位統(tǒng)計(jì)分析與評價周期數(shù)。在單位統(tǒng)計(jì)分析與評價周期內(nèi)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(jù)權(quán)利要求1所述的降雨型滑坡臨界失穩(wěn)啟動降雨量的測定方法，其特征在于:第一步所述位移監(jiān)測點(diǎn)選在邊坡的主滑面的坡體、張拉裂縫或剪出口部位，并設(shè)定若干個位移監(jiān)測點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降雨型滑坡臨界失穩(wěn)啟動降雨量的測定方法，其特征在于:第一步所述位移監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)選在監(jiān)測滑坡體以外穩(wěn)定的基巖或無變形的區(qū)域，形成控制網(wǎng)，保證自我校核和控制邊 坡監(jiān)測點(diǎn)全面監(jiān)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(yōu)先權(quán)日:2013年11月11日
【發(fā)明者】賀可強(qiáng), 袁西龍, 劉曉紅, 陳洪翠 申請人:青島理工大學(xué)