一种降雨型滑坡临界失稳启动降雨量的测定方法
【专利摘要】本发明涉及一种运用监测方式确定降雨型滑坡临界失稳启动降雨量的测定方法，具体涉及基于降雨量和位移实时监测数据综合分析和确定降雨诱发滑坡临界失稳启动降雨量的一种测定方法。本发明的方法将滑坡降雨量的变化作为滑坡的加卸载动力参数，将滑坡位移或位移速率变化作为滑体对于外动力变化的响应参数，以滑坡的加卸载动力参数和位移响应参数为依据，确定滑坡的降雨加卸载位移响应比耦合预测参数和模型；以滑坡的降雨加卸载位移响应比耦合动力参数为判据，确定边坡出现不稳定状态时对应的临界降雨量。滑坡的监测预警降雨量即为其临界失稳启动降雨量，该滑坡临界启动降雨量的确定可为降雨诱发滑坡监测预警与防治提供有效的监测预警与防治依据。
【专利说明】一种降雨型滑坡临界失稳启动降雨量的测定方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种运用监测方式确定降雨型滑坡临界失稳启动降雨量的测定方法，具体涉及基于降雨量和位移实时监测数据综合分析和确定降雨诱发滑坡临界失稳启动降雨量的一种测定方法。
【背景技术】
[0002]滑坡作为最具破坏与危险性的地质灾害之一，对其进行及时有效地评价与防治是其减灾防灾的关键。其中，选择和确定切实可行和有效地防治方案与措施又是滑坡治理过程中面临的首要任务。在滑坡灾害中降雨诱发滑坡占有较大的比例，而且具有很强的突发性和巨大的破坏性，因此，如何对该类滑坡进行科学有效地防治具有极为重要的减灾防灾意义与价值。大量的工程实践证明，降雨诱发滑坡的临界失稳启动降雨量是该类滑坡监测预警和防治的最为关键预警和防治指标与参数。
[0003]目前确定降雨型滑坡的临界启动降雨量一般采用极限平衡法和经验类比法。极限平衡评价法主要将降雨入渗改变地下水位值，由其所形成的动静水压力与强度参数的弱化效应转化为坡体的下滑力和抗滑力的变化，进而运用极限平衡法的基本原理确定滑坡的稳定系数。根据稳定系数与地下水的对应关系，确定《建筑边坡工程技术规范》中滑坡的安全系数Fs所对应的临界启动地下水位，最后依据边坡坡度和降雨入渗条件以及降雨量与地下水位的关系推出其临界启动降雨量。但该类方法存在以下不足和局限:首先该方法需要对滑坡坡体进行取样，获得坡体的物理力学参数，并需测定其地下水位，建立地质模型进行计算。由于滑坡地下水位与降雨量的关系极为复杂多变，要准确确定上述二者定量关系极为困难。此外，滑坡取样是一个非常复杂过程，特别对堆积层滑坡进行水下取样更难，容易形成塌孔，而且土石混杂的堆积层滑坡物质很难进行室内测试，极易产生测试误差。因此，运用上述方法确定滑坡失稳临界启动降雨量存在很大的不确定性。
[0004]经验类比法是运用其他类似降雨诱发滑坡测定的临界降雨量，并以此为依据并运用经验类比法确定待评价和防治滑坡的失稳临界启动降雨量，如Capparelli G.等(2012)在《Nat Hazards》发表“Modelling the rainfall-1nduced mobilization of a largeslope movement in northern Calabria”研究成果。该成果以边坡位移与前期降雨之间的关系为基础，并通过校准经验模型建立了滑坡降雨预报模型，以此获得诱发滑坡的降雨量临界值。但由于该类方法确定依据是通过经验类比，往往需要通过多个滑坡工程不同降雨条件统计对比分析才能估算适合待评价滑坡的失稳临界降雨量值，而且该失稳临界降雨量值受不同滑坡地质条件的影响和控制，因此，该类方法存在较大的盲目性、随机性和不确定性。
[0005]另外，确定临界启动降雨量还有数值模拟方法。该方法是运用有限元或有限差分方法模拟确定降雨诱发型滑坡的安全系数及其所对应的临界降雨量。此类方法确定临界启动降雨量是建立在确定合理的本构关系和准确的土层物理力学参数明确已知的条件下，但是由于取样和试验条件的限制很难获取准确的岩土体物理力学参数，难以真实反映滑坡坡体实际情况，其结果容易受到上述因素及有限元软件“黑箱子”和人为因素影响而产生较大误差，并且还存在计算过程繁琐、计算量大和计算时间长等局限性问题。因此，寻求一种突破现有传统技术的新方法，即寻求一种具有明确判据且仅运用对滑坡变形和降雨量监测便可检测和确定滑坡临界启动降雨量的新方法，将在该类滑坡灾害的监测预警与减灾防治工程的优化设计中具有重要的应用价值。
【发明内容】
[0006]本发明目的是为了克服上述现有传统方法确定降雨诱发滑坡临界启动降雨量的不足与缺陷，提供一种利用降雨量和位移监测确定降雨诱发滑坡的临界启动降雨量的便捷快速测定方法。具体发明思路是将滑坡降雨量的变化作为滑坡的加卸载动力参数，将滑坡位移或位移速率变化作为滑体对于外动力变化的响应参数，以滑坡的加卸载动力参数和位移响应参数为依据，确定滑坡的降雨加卸载位移响应比耦合预测参数和模型；以滑坡的降雨加卸载位移响应比耦合动力参数为判据，确定边坡出现不稳定状态时对应的临界降雨量。
[0007]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是:一种降雨型滑坡临界失稳启动降雨量的测定方法，主要包括以下步骤:
[0008]第一步:滑坡位移监测点与基准点选取
[0009]对待测定滑坡，分析滑坡主滑区及后缘拉张裂缝、剪出口等关键位置，确定滑坡体尺寸与分布范围等特征，选取滑坡的位移监测点与基准点；
[0010]第二步:监测设备的布置与安装
[0011]监测设备包括降雨量 监测设备和位移监测设备，其中降雨量监测设备在边坡监测点处布设；位移监测设备在坡体监测点布设；
[0012]第三步:降雨量及位移的实时监测与监测数据处理
[0013]根据滑坡的降雨与位移的变化规律，确定其监测时间间隔与监测方式，以一定时间间隔同步同周期对滑坡区的降雨量及位移速率进行监测，并通过边坡场地数据信号收集器将监测数据传输到远程监测室对监测数据进行分类预处理，并详细录入Excel表格；
[0014]第四步:单位统计分析周期与均值降雨量(Qtl)及均值位移速率(Vtl)的确定:根据滑坡降雨变化和监测时间间隔，确定单位统计分析与评价周期；根据单位监测时间间隔，可确定m个单位监测时间(或天或小时等)作为一个单位统计分析与评价周期，并以此可确定年或月的单位统计分析与评价周期数。在单位统计分析与评价周期内降雨量序列为Qi (i=l, 2……η)，位移速率序列为Vi (i=l, 2……η)，则两序列的均值降雨量(Qtl)及均值位移速率(V。)为:
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:降雨量加卸载参数与加卸载量的确定
[0018]计算单位统计分析与评价周期的降雨量序列Qi与均值降雨量Qtl之加卸载差值序列，即
[0019]Δ Qi = Q1-Q0 (i=l, 2,......,η)公式 3
[0020]若差值序列Λ Qi > 0，则判定为对滑坡的加载Q+ ;相反，差值序列Δ Qi < 0，则判定为对滑坡的卸载Q-；
[0021]第六步:位移速率响应参数与位移响应量的确定
[0022]计算单位统计分析与评价周期的滑坡位移速率序列Vi与均值位移速率(Vtl)之加卸载响应差值序列，即
[0023]Δ Vi = V1-V0 (i=l, 2,......,η)公式 4
[0024]如响应差值序列Λ Vi > 0，则判定为滑坡的加载位移响应参数V+ ;相反，如响应差值序列AVi < 0，则判定为滑坡的卸载位移响应参数V_ ；
[0025]第七步:滑坡位移速率与降雨加卸载响应比参数与数值的确定
[0026]在单位统计分析与评价周期内分别对AQi序列进行加卸载正负值统计并取其均
值，可分别得到降雨的加卸载统计量均值和7q_ ；分别对滑坡位移速率响应差值序列
进行加卸载响应正负值统计并取均值，可分别得到位移速率响应统计量均值和σ> —;
[0027]以加卸载统计量和加卸载响应统计量为依据，可确定边坡降雨与位移速率的加卸载响应比参数:
【权利要求】
1.一种降雨型滑坡临界失稳启动降雨量的测定方法，包括以下步骤:第一步:滑坡位移监测点与基准点选取 对待测定滑坡，分析滑坡主滑区及后缘拉张裂缝、剪出口等关键位置，确定滑坡体尺寸与分布范围等特征，选取滑坡的位移监测点与基准点； 第二步:监测设备的布置与安装 监测设备包括降雨量监测设备和位移监测设备，其中降雨量监测设备在边坡监测点处布设；位移监测设备在坡体监测点布设； 第三步:降雨量及位移的实时监测与监测数据处理 根据滑坡的降雨与位移的变化规律，确定其监测时间间隔与监测方式，以一定时间间隔同步同周期对滑坡区的降雨量及位移速率进行监测，并通过边坡场地数据信号收集器将监测数据传输到远程监测室对监测数据进行分类预处理，并详细录入Excel表格； 第四步:单位统计分析周期与均值降雨量(Qtl)及均值位移速率(Vtl)的确定:根据滑坡降雨变化和监测时间间隔，确定单位统计分析与评价周期；根据单位监测时间间隔，可确定m个单位监测时间作为一个单位统计分析与评价周期，并以此可确定年或月的单位统计分析与评价周期数。在单位统计分析与评价周期内降雨量序列为Qi (i=l，2……η)，位移速率序列为Vi(i=l，2……η)，则两序列的均值降雨量(Qtl)及均值位移速率(Vtl)为:
2.根据权利要求1所述的降雨型滑坡临界失稳启动降雨量的测定方法，其特征在于:第一步所述位移监测点选在边坡的主滑面的坡体、张拉裂缝或剪出口部位，并设定若干个位移监测点。
3.根据权利要求1所述的降雨型滑坡临界失稳启动降雨量的测定方法，其特征在于:第一步所述位移监测基准点选在监测滑坡体以外稳定的基岩或无变形的区域，形成控制网，保证自我校核和控制边 坡监测点全面监测。
【文档编号】G01N33/24GK103558360SQ201310556502
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年11月11日 优先权日:2013年11月11日
【发明者】贺可强, 袁西龙, 刘晓红, 陈洪翠 申请人:青岛理工大学