本发明涉及到人工削坡滑坡防治领域，尤其涉及一种板岩地区人工削坡的滑坡预警方法及应用。
背景技术：
人工削坡形成的新的边坡广泛分布在低山和丘陵地区，特别是在我国的东部低山和丘陵地区。由于人民收入增长，人均居住面积也不断增加，原有住房已经不能满足当地居民日益增长的生活需求，需要再盖新的楼房。但是我国耕地较少，要保护耕地，若要再盖新房，则只有另辟蹊径。在低山边削坡形成新的民居宅基地就是唯一可以考虑的办法。为了减少修建成本，增大削坡坡度是居民们的通常选择，但是大坡度又带来安全隐患：人工削坡本来就带来不稳定，很大的削坡坡度使边坡更不稳定，在较大降雨诱发下，往往会形成滑坡。
板岩地区的人工削坡的边坡滑坡的发生往往需要具备两个条件：
1、有利于发生浅层土质滑坡的地形条件。
2、充沛的降雨入渗进入土体并最终诱发滑坡的发生。
这些条件综合影响并决定坡面土体的稳定性。其中，地形条件对人工削坡的边坡滑坡的影响因素包括：潜在滑坡体的斜坡坡度、滑坡体上侧缓坡地形。潜在滑坡体两侧一般是平面，对滑坡没有影响；潜在滑坡体下侧一般无临空面，但是滑坡体仍然可以剪出形成滑坡。
目前，国内外学者对人工削坡的边坡滑坡还没有足够的研究。目前国内外对滑坡预报主要是建立在降雨对斜坡的影响上，并提出了许多模型，例如：green和ampt(1911)首先建立了积水条件下的降雨入渗模型、horton[1933]建立了经验入渗模型、philip(1957)提出了有名的richards方程，然而影响斜坡滑动的因素并非只是降雨条件，具有很大的局限性。在同样的地质条件下，地形条件同样具有不可替代的作用，所以对于滑坡的研究要系统的考虑降雨条件和地形条件，分析其规律，从而得出适用性的模型。
公开号为cn105701975a，公开日为2016年06月22日的中国专利文献公开了一种红层地区浅层土质滑坡预警方法，包括以下步骤：将红层地区滑坡体与未滑坡体作为调查对象，测量滑坡体与未滑坡体的坡度α、滑坡体面积a、上部坡度β、上部面积au、横向左侧坡度θ1、横向右侧坡度θ2、横向左侧面积al、横向右侧面积ar和滑坡体上的梯田面积a'；计算坡度因子s、上侧面因子u、两侧因子c、地形因子t、降雨因子r，计算红层地区诱发浅层土质滑坡的临界值cr并进行条件判别，确定滑坡等级，发出预警信号。
公开号为cn105761436a，公开日为2016年07月13日的中国专利文献公开了一种红层地区滑坡预警方法及其应用，包括以下步骤：将红层地区滑坡体与未滑坡体作为调查对象，测量滑坡体与未滑坡体的坡度α、滑坡体面积a、上部坡度β、上部面积au、左侧的横向坡度θ1、右侧的横向坡度θ2、左侧横向面积al、右侧横向面积ar和滑坡体上的梯田面积a'；计算坡度因子s、上侧面因子u和两侧因子c，通过地形条件对比确定临空面因子f；计算地形因子t，等效降雨量r*，降雨因子r和滑坡临界值cr，确定滑坡等级，发出预警信号。
以上述专利文献为代表的现有技术，主要是针对红层地区的滑坡预警，在其他地区不适用，且这些研究仅用于天然边坡，其潜在滑坡体的坡度往往在45度以下，基本不可能在50度以上。因为潜在滑坡体的坡度大于50度时，要么没有土层，要么都已经滑动。而板岩地区的人工削坡的坡度基本都在50度以上，没有临空面，两侧也没有汇水。人工削坡的边坡与天然的边坡有不同的地形特征，因此人工削坡的边坡更容易形成滑坡，其预警临界值更低。
技术实现要素：
本发明为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种板岩地区人工削坡的滑坡预警方法及应用，本发明针对板岩地区的人工削坡，通过研究地形因素和降雨因素对滑坡发生程度进行内部机理研究，并充分考虑到板岩地区的特殊性以及其土壤的渗透特点，建立了人工削坡的边坡滑坡的预警计算模型，以定量的方式判断滑坡预警等级，极大的提高了预警准确性。
本发明通过下述技术方案实现：
板岩地区人工削坡的滑坡预警方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、现场调查测绘板岩地区人工削坡的滑坡体坡度α、滑坡体面积a、滑坡体上侧面积au和滑坡体上侧面坡度β；
b、根据式1计算板岩地区人工削坡的地形综合判别因子t；
t＝s+1.7u式1
式中，t为地形综合判别因子；s为滑坡体坡度因子，根据式2计算确定；u为上缓地形因子，根据式3计算确定；
s＝tanα式2
u＝tan(α-β)au/a式3
式中，α为滑坡体坡度，单位°；au为滑坡体上侧面积，单位m2；a为滑坡体面积，单位m2；β为滑坡体上侧面坡度，单位°，β＜α；
当β≥α，设tan(α-β)au/a＝0；
c、根据式4计算等效降雨量r*；根据式5计算降雨因子r；
r*＝b+3.5i式4
式中，b为前期降雨量，i为1小时降雨量，b和i通过实时测量确定；
式中，r0为年平均降雨量，cv为1小时降雨变差系数，r0和cv通过查询当地水文手册确定；
d、综合地形综合判别因子t和降雨因子r，根据式6计算滑坡判断值p；
p＝rt1.5式6
e、将滑坡判断值p与滑坡临界值cr大小进行条件判别；
当滑坡判断值p＜2.6，可能性很小，为绿色预警等级，发出绿色安全信号；当滑坡判断值2.6≤p＜3.2，可能性小，为黄色预警等级，发出黄色预警信号；当滑坡判断值3.2≤p＜3.7，可能性中等，为橙色预警等级，发出橙色预警信号；当滑坡判断值p≥3.7，可能性大，为红色预警等级，发出红色预警信号。
本发明适用于滑坡体坡度60°≤α≤70°的板岩地区人工削坡的滑坡预警。
进一步，本发明适用于滑坡体上侧面坡度0°≤β≤50°的板岩地区人工削坡的滑坡预警。
本发明的基本原理如下：
人工削坡的边坡属于土质边坡，土层属于堆积层，是原岩风化并短距离搬运后形成的堆积层，因此土壤的特性主要受原岩的岩性控制。在土壤的特性中，渗透系数和黏土矿物对滑坡的影响最大。土壤的渗透系数越大，降雨引起的水流越容易进入土壤，水流在土壤中下渗到不透水的隔水层时，水位抬升增加土层的自重和下滑力，底部摩擦力减小，土层越容易发生滑坡。土壤的黏土矿物的粘性越强，粘粒含量越多，有降雨时就会吸水越多，干燥时就会收缩越多，形成更大的裂隙；裂隙越大，降雨的产流越容易顺裂隙进入土壤，水流在流到不透水的隔水层时，水位抬升增加土层的自重和下滑力，底部摩擦力减小，土层越容易发生滑坡。因此，原岩风化形成的堆积层土壤的颗粒越粗，其渗透系数越大，越容易发生滑坡；原岩风化形成的堆积层土壤的黏土矿物的粘性越强，粘粒含量越多，越容易发生滑坡。不同岩性区域的人工削坡滑坡的危险性、降雨诱发滑坡发生的临界值以及滑坡的治理方式等都是有很大区别的。
板岩是具有千枚状构造的低级变质岩石。原岩为泥质、粉质或中性凝灰岩。矿物成分为石英、绢云母、绿泥石等矿物晶粒及碳质、铁质粉末，黏土矿物含量较高。由板岩风化形成的堆积层土壤中的黏粒含量比千枚岩堆积层土壤的黏粒含量少，也属粗粒土；土壤渗透性较差，而吸水再收缩产生的裂隙比千枚岩堆积层土壤的裂隙少。这类人工削坡边坡比较容易发生滑坡。
在相同的地质条件前提下，诱发人工削坡边坡滑坡主要由地形条件和降雨条件决定，两个条件缺一不可，共同作用下诱发人工削坡边坡滑坡。本发明充分考虑了这两个条件的综合作用，并将两个条件的作用统一起来形成板岩地区诱发人工削坡边坡滑坡的预报模型；经大量的野外调查研究，分析确定对于既定人工削坡边坡滑坡和未滑坡而言，得到了地形条件与降雨条件的函数关系式6，通过滑坡判断值p大小进行条件判别，确定滑坡等级，并发出相应预警信号，完成整个预警工作。
本发明的有益效果主要表现在以下方面：
一、本发明，“a、现场调查测绘板岩地区人工削坡的滑坡体坡度α、滑坡体面积a、滑坡体上侧面积au和滑坡体上侧面坡度β；b、根据式1计算板岩地区人工削坡的地形综合判别因子t；c、根据式4计算等效降雨量r*；根据式5计算降雨因子r；d、综合地形综合判别因子t和降雨因子r，根据式6计算滑坡判断值p；e、将滑坡判断值p与滑坡临界值cr大小进行条件判别；当滑坡判断值p＜2.6，可能性很小，为绿色预警等级，发出绿色安全信号；当滑坡判断值2.6≤p＜3.2，可能性小，为黄色预警等级，发出黄色预警信号；当滑坡判断值3.2≤p＜3.7，可能性中等，为橙色预警等级，发出橙色预警信号；当滑坡判断值p≥3.7，可能性大，为红色预警等级，发出红色预警信号”，针对板岩地区的人工削坡，通过研究地形因素和降雨因素对滑坡发生程度进行内部机理研究，并充分考虑到板岩地区的特殊性以及其土壤的渗透特点，建立了人工削坡的边坡滑坡的预警计算模型，以定量的方式判断滑坡预警等级，极大的提高了预警准确性。
二、本发明，式1中地形综合判别因子t、滑坡体坡度因子s、上缓地形因子u和式5以及式6均为无量纲参数，在人工削坡的边坡滑坡条件下都可以使用，适用性更强。
三、本发明，适用于滑坡体上侧面坡度0°≤β≤50°的板岩地区人工削坡的滑坡预警，通过测量滑坡体坡度α以及滑坡体上侧面坡度β，并通过式1计算得出的上缓地形因子u，由于降雨入渗的作用，为滑坡提供了水源，上缓地形因子u为滑坡形成的次要诱发因子，当0°≤β≤50°时，并结合滑坡体坡度α，就能够更精准的划分滑坡预警等级，提高滑坡预警质量。
附图说明
下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的具体说明：
图1为地形因素正面示意图；
图2为地形因素侧面示意图；
其中：au、滑坡体上侧面积，a、滑坡体面积，l、滑坡体坡长，α、滑坡体坡度，β、滑坡体上侧面坡度。
具体实施方式
实施例1
板岩地区人工削坡的滑坡预警方法，包括以下步骤：
a、现场调查测绘板岩地区人工削坡的滑坡体坡度α、滑坡体面积a、滑坡体上侧面积au和滑坡体上侧面坡度β；
b、根据式1计算板岩地区人工削坡的地形综合判别因子t；
t＝s+1.7u式1
式中，t为地形综合判别因子；s为滑坡体坡度因子，根据式2计算确定；u为上缓地形因子，根据式3计算确定；
s＝tanα式2
u＝tan(α-β)au/a式3
式中，α为滑坡体坡度，单位°；au为滑坡体上侧面积，单位m2；a为滑坡体面积，单位m2；β为滑坡体上侧面坡度，单位°，β＜α；
当β≥α，设tan(α-β)au/a＝0；
c、根据式4计算等效降雨量r*；根据式5计算降雨因子r；
r*＝b+3.5i式4
式中，b为前期降雨量，i为1小时降雨量，b和i通过实时测量确定；
式中，r0为年平均降雨量，cv为1小时降雨变差系数，r0和cv通过查询当地水文手册确定；
d、综合地形综合判别因子t和降雨因子r，根据式6计算滑坡判断值p；
p＝rt1.5式6
e、将滑坡判断值p与滑坡临界值cr大小进行条件判别；
当滑坡判断值p＜2.6，可能性很小，为绿色预警等级，发出绿色安全信号；当滑坡判断值2.6≤p＜3.2，可能性小，为黄色预警等级，发出黄色预警信号；当滑坡判断值3.2≤p＜3.7，可能性中等，为橙色预警等级，发出橙色预警信号；当滑坡判断值p≥3.7，可能性大，为红色预警等级，发出红色预警信号。
“a、现场调查测绘板岩地区人工削坡的滑坡体坡度α、滑坡体面积a、滑坡体上侧面积au和滑坡体上侧面坡度β；b、根据式1计算板岩地区人工削坡的地形综合判别因子t；c、根据式4计算等效降雨量r*；根据式5计算降雨因子r；d、综合地形综合判别因子t和降雨因子r，根据式6计算滑坡判断值p；e、将滑坡判断值p与滑坡临界值cr大小进行条件判别；当滑坡判断值p＜2.6，可能性很小，为绿色预警等级，发出绿色安全信号；当滑坡判断值2.6≤p＜3.2，可能性小，为黄色预警等级，发出黄色预警信号；当滑坡判断值3.2≤p＜3.7，可能性中等，为橙色预警等级，发出橙色预警信号；当滑坡判断值p≥3.7，可能性大，为红色预警等级，发出红色预警信号”，针对板岩地区的人工削坡，通过研究地形因素和降雨因素对滑坡发生程度进行内部机理研究，并充分考虑到板岩地区的特殊性以及其土壤的渗透特点，建立了人工削坡的边坡滑坡的预警计算模型，以定量的方式判断滑坡预警等级，极大的提高了预警准确性。
实施例2
板岩地区人工削坡的滑坡预警方法，包括以下步骤：
a、现场调查测绘板岩地区人工削坡的滑坡体坡度α、滑坡体面积a、滑坡体上侧面积au和滑坡体上侧面坡度β；
b、根据式1计算板岩地区人工削坡的地形综合判别因子t；
t＝s+1.7u式1
式中，t为地形综合判别因子；s为滑坡体坡度因子，根据式2计算确定；u为上缓地形因子，根据式3计算确定；
s＝tanα式2
u＝tan(α-β)au/a式3
式中，α为滑坡体坡度，单位°；au为滑坡体上侧面积，单位m2；a为滑坡体面积，单位m2；β为滑坡体上侧面坡度，单位°，β＜α；
当β≥α，设tan(α-β)au/a＝0；
c、根据式4计算等效降雨量r*；根据式5计算降雨因子r；
r*＝b+3.5i式4
式中，b为前期降雨量，i为1小时降雨量，b和i通过实时测量确定；
式中，r0为年平均降雨量，cv为1小时降雨变差系数，r0和cv通过查询当地水文手册确定；
d、综合地形综合判别因子t和降雨因子r，根据式6计算滑坡判断值p；
p＝rt1.5式6
e、将滑坡判断值p与滑坡临界值cr大小进行条件判别；
当滑坡判断值p＜2.6，可能性很小，为绿色预警等级，发出绿色安全信号；当滑坡判断值2.6≤p＜3.2，可能性小，为黄色预警等级，发出黄色预警信号；当滑坡判断值3.2≤p＜3.7，可能性中等，为橙色预警等级，发出橙色预警信号；当滑坡判断值p≥3.7，可能性大，为红色预警等级，发出红色预警信号。
本发明适用于滑坡体坡度60°≤α≤70°的板岩地区人工削坡的滑坡预警。
进一步，本发明适用于滑坡体上侧面坡度0°≤β≤50°的板岩地区人工削坡的滑坡预警。
式1中地形综合判别因子t、滑坡体坡度因子s、上缓地形因子u和式5以及式6均为无量纲参数，在人工削坡的边坡滑坡条件下都可以使用，适用性更强。
通过测量滑坡体坡度α以及滑坡体上侧面坡度β，并通过式1计算得出的上缓地形因子u，由于降雨入渗的作用，为滑坡提供了水源，上缓地形因子u为滑坡形成的次要诱发因子，当0°≤β≤50°时，并结合滑坡体坡度α，就能够更精准的划分滑坡预警等级，提高滑坡预警质量。
下面通过具体实例对本发明预警方法进行验证：
江西省赣州市兴国县古龙岗镇忠田村在2015年5月19日发生了群发性人工削坡边坡滑坡，但并非所有人工削坡的边坡都发生了滑坡。该地区属于板岩地区。
参与计算的坡面单元包括选取发生滑坡的人工削坡边坡和没有滑坡的人工削坡边坡共21处，其中滑坡7处，未滑坡14处，土壤都属于板岩地区的堆积层。参见图1和图2，首先分别测量每个潜在滑坡体坡度α，测量滑坡体面积a，潜在滑坡体从上测量到底部，宽度到汇水宽度，滑坡体上侧面坡度β和滑坡体上侧面积面积au，由式2计算出滑坡体坡度因子s，式3计算出上缓地形因子u，最后由式1计算出地形综合判别因子t。再由前期降雨量b和1小时降雨量i，通过式4计算得到等效降雨量r*，根据当地年平均降雨量r0和1小时降雨变差系数cv，由式5计算得到降雨因子r。由式6计算得到滑坡判断值p。计算得到28处人工削坡边坡地形综合判别因子t值、降雨因子r值、滑坡判断值p值以及滑坡的实际发生情况如表1所示。
表1
由表1可见：判断为滑坡可能性大的人工削坡边坡有7个，都发生了滑坡；判断为滑坡可能性中等的人工削坡边坡有4个，都没有发生滑坡；判断为滑坡可能性小的人工削坡边坡有3个，都没有发生滑坡；判断为滑坡可能性很小的人工削坡边坡有7个，都没有发生滑坡。说明本发明对板岩地区人工削坡的滑坡预警很准确。