滑坡表面倾斜角转化为位移的方法与流程

本发明涉及的是一种滑坡监测仪器设备如何量化的方法，具体涉及滑坡灾害综合监测预警的方法。

背景技术：

目前，滑坡变形大都采用位移监测，应用较为广泛，主要包括：①.大地精密测量法(全站仪、水准仪、经纬仪)，其能观测滑坡体的绝对位移量，测量精度和效率都较高，适用于不同变形阶段的滑坡位移监测；但在地形条件(通视条件)和气象条件受限制的情况下，测量工作量大，周期长，自动化程度低。②.GPS监测法，操作简单方便，具有全天候、高精度、全自动等优点；但测量精度低，不适合于滑坡变形初期监测，且在高山地区，卫星信号易被遮挡，多路径效应较为严重时，对测量结果有一定影响，此外，GPS接收机价格昂贵，推广应用难度大。③.BOTDR监测法，测量精度高，适用性强，实时稳定性好；但价格昂贵，野外操作性差，维护难度大，且易扯断，难以用于滑坡监测中后期。④.INSAR等非接触法，获取数量大，精度高，获取数据快；但数据处理困难，受植被、土壤、含水量等环境影响因素大，且数据难以处理，适用性较差。⑤.测缝法，投入快，精度高，方法简易直观，资料可靠；但存在仪器安装困难，且不适用于滑坡变形中后期。而滑坡倾角监测作为一种精度高、易安装、价格便宜、自动化程度高，适用于滑坡变形各个阶段的新型地表监测方法逐渐被人们认可。然而，迄今为止其使用及预警方法还在探索当中。

发明人已于2012年6月申请了实用新型专利(专利号：ZL 2012 2 0266093.9)，并在十余处滑坡(泥石流物源区)地质灾害监测点得到了推广并应用。但在已经建立和正在建立的各类监测预警系统中，都存在如何使用地表测斜仪的问题，如何将实测地表倾斜角度转化为测点位移。但到目前为止都没有很好的解决这个问题。由于滑坡体变形破坏机理复杂，触发因素很多，而监测点监测倾斜角度数据与该点坡度、坡形、岩土体参数、地形环境等因素相关，且监测点处往往又没有设置位移计。因此，通过滑坡原位模型实验数据和监测实时反馈数据相结合的方法确定滑坡表面倾斜角转化为位移是比较容易突破技术难点的方案。

目前，滑坡变形大都采用位移监测，应用较为广泛，而滑坡倾角监测作为一种精度高、易安装、价格便宜、自动化程度高的新型地表监测方法逐渐被人们认可。然而，迄今为止其使用及预警方法还在探索当中。

技术实现要素：

针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种滑坡表面倾斜角转化为位移的方法，根据典型滑坡灾害的地形地质条件，以滑坡原位模型实验和监测实测数据为基础，通过人工降雨模拟斜坡多次破坏时地表倾斜角度与实际位移量之间的关系，提出倾斜角转化为地表位移的新方法，并结合具体的监测数据，及时进行监测信息反馈，对转化公式进行检验和修正，最终给出一种滑坡地表测斜仪倾斜角转化为位移的简易方法。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

滑坡表面倾斜角转化为位移的方法，其包括以下步骤：

(1)对已有勘查和地质资料统计分析，包括滑坡破坏时的位移数据，倾斜变形数据，滑坡变形破坏前后位置形态、破坏堆积范围、崩滑过程及岩土体物理力学参数等方面资料；

(2)结合典型滑坡现场监测数据，建立滑坡渗流变化与结构之间的关系，分析变形特点及灾害形成机理。

(3)针对监测数据的不足，利用监测点原位模型实验的方法，对人工降雨情况下斜坡的变形破坏机制进行模拟试验研究，并结合野外监测设备已有数据初步建立滑坡表面倾斜角与位移之间的关系；

(4)通过野外监测实时数据和数值模拟，及时进行监测信息反馈，对滑坡表面倾斜角与位移之间的关系进行检验和修正，最终给出一种滑坡地表测斜仪倾斜角与位移的简易公式。

其中，步骤(4)中对监测数据和模型试验数据进行综合分析，并用实测数据和数值模拟进行修正，建立表达式为：

ΔE＝α·d_s·sin(Δx)

式中：ΔE为滑坡发生时测点地表位移量；

α为修正系数，与坡度、坡形、岩土体参数、地形环境因素相关，通过实验和实测数据进行拟合；

d_s为地表测斜仪杆件入土深度；

Δx为滑坡发生时地表倾斜角度。

步骤(3)中的量化滑坡表面倾斜角与位移量之间的关系，从而确定修正系数α。

本发明提供的滑坡表面倾斜角转化为位移的方法，通过建立滑坡地表倾斜角与位移之间的关系，给出了倾斜角度转化为位移经验公式，弥补了对滑坡地表监测的倾斜角与滑坡实际位移之间关系认识的不足，形成用地表测斜仪监测滑坡灾害预警研究的基础学科理论，为地质灾害监测综合预警技术决策提供科学保障。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；

图1为本发明的方法流程图；

图2为本发明的实例中地表测斜仪变化图；

图3为本发明的实例中地表位移量变化图；

图4本发明的实例中地表测斜仪与位移量的关系图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

选取的试验场地位于滑坡体前部的自然斜坡，试验场地长4m，宽1.5m。通过重力触探试验对实验部分区域岩土体进行量测，简易型重力触探设备采用5kg的圆柱体，通过高50cm的自由落体下落，触及土体深度10cm的次数来表示。根据触探结果显示，绝大部分触探次数在十次以内，说明斜坡内部结构松散，个别位置次数30次以上甚至达到50次，说明局部地方有大块石。

根据触探试验和岩土体力学参数的测试结果显示，试验斜坡为松散滑坡堆积物，厚度大，达17-30m，物质组成主要为含有较多的碎石及充填物的粉质粘土，其中粘粒含量少，砾石沙粒和粉砂，结构非常松散，透水性强，符合火成岩等硬岩地区的地震滑坡、震裂坡地和不稳定斜坡的一般特征，具有一定的代表性。

具体实施方式采用的实验装置主要包括四部分：

(1)人工降雨系统

本次试验所使用的是Norton VeeJet80100型喷嘴式人工模拟降雨机，对于喷嘴式人工模拟降雨机的基本原理是将水喷射出来，然后采用一定的碎流措施，将喷出的水流破碎成为不同大小的雨滴，这些雨滴与天然降雨有一定的相似性，而对于喷出水流的破碎方式又分为有碎流板和无碎流板两种。Norton VeeJet80100型人工模拟降雨机为四喷头无碎流板型槽式人工模拟降雨机，该机器是美国普渡大学国家土壤侵蚀实验室(NSERL)的主要降雨设备，并经过地表集流系统主要由集流小区、隔流挡板、多次改进，其性能更好，运行更加稳定。

(2)地表集流系统

地表径流小区主要由自然斜坡，集流挡板和集流槽组成。整个径流小区长4m，宽1.5m，斜坡物质组成为碎石土；径流小区由不锈钢隔板分割开来，隔板长2m，宽30cm，径流小区下方即斜坡坡脚处设置嵌入式集流槽，集流槽长80cm，宽15cm，出水口水管管径3cm，并与容量为5L的量筒相连，用于测量地表径流。

(3)摄像记录系统

摄像记录系统主要由2台CCD摄像机和全天候监控系统组成。

摄像机采用分辨率为1024*768像素，30帧/秒，影像采用SD卡记录，分别放置于试验区的正前方和斜坡左侧前方，以便于观察整个试验过程。全天候监控系统主要由监控摄像头、影像采集仪和显示器组成，可全天候实时监控整个试验和工作过程。

(4)地表监测系统

地表位移监测系统主要由倾斜仪地表倾斜仪、伸缩仪和色玉组成。

具体实施方式的参数量测及分析：

①模型的物理力学参数

采用重力触探和土工三轴试验的方法对典型滑坡体及滑带土的天然含水量、密度、重度(天然、饱和)、孔隙比、塑限、液限、粘聚力、内摩擦角、弹性模量、泊松比等进行量测。用变水头试验的方法对土体的非饱和渗透系数进行测量。

②降雨量

采用全自动雨量计，对试验过程中的降雨量进行实时监测，且可通过无线实现近距离显示、人工置数及设备配置。

③位移

方法一：用地表倾斜仪测量测点破坏过程中坡体表面倾斜角的变化量；方法二：用伸缩仪监测坡体表面位移变化量。测试结果如图2和图3。

④资料分析整理

对实验数据进行整理，对降雨条件下滑坡破坏时的位移量和地表倾斜角度进行统计分析，结合野外典型滑坡监测资料数据，揭示地表位移及地表倾斜角之间的关系，初步建立滑坡表面倾斜角转化为位移的方法，并用实测数据和数值模拟进行修正，建立表达式为，本实例的修正公式，见图4所示：

ΔE＝1.1·d_s·sin(Δx)。

本具体实施方式的试验方法如图1所示：模型试验以典型滑坡为原型，进行降雨条件下滑坡变形破坏过程相似模型试验，揭示典型降雨型滑坡地下水位、孔隙水压力及坡体表面体积含水量与降雨量之间的动态变化规律，建立滑坡渗流水文模型，结合野外观测数据建立典型降雨滑坡临界降雨量。