一种基于斜坡单元的区域性滑坡预报方法

本发明属于区域滑坡评估与预警的，具体是一种基于斜坡单元的区域性滑坡预报方法。

背景技术：

1、降雨诱发的滑坡具有区域群发的特点，每年汛期均给山区交通干线、居民聚集区造成严重威胁。准确科学的针对这类滑坡进行预报是有效的防灾减灾途径。目前，区域性滑坡的预报方法可分为统计方法和物理方法两类：

2、1、统计方法依赖于滑坡及降雨编录数据构建相应统计分析模型或机器学习模型，进而构建预警阈值判据；

3、2、物理方法通过滑坡稳定分析求解斜坡体的安全系数或失稳概率，发布滑坡发生的预报信息。

4、物理方法中，预报单元的合理选择是重要的步骤之一。目前常用的预报单元为栅格单元和斜坡单元两类。栅格单元在计算机处理上具有较高优势，但却不能准确表征滑坡地形特征。一个实际斜坡体可能被划分为若干栅格单元，或者一个栅格单元内包含多个斜坡体，单个栅格单元失稳并不意味着滑坡即将发生。因此，栅格单元的预报结果存在指向明确性不高，容易造成防御工作量过大的问题。与栅格单元相比，斜坡单元具有能够准确反映实际斜坡体的地形特征的优势，基于斜坡单元发布的预警结果有助于判明滑坡即将发生的坡体位置。

5、物理方法中，斜坡单元内部土体力学参数的取值精度对于预报结果具有不可忽视的影响。目前，预报单元内部岩土体力学参数取值大多基于蒙特卡洛随机取值思想，这类随机取值方法虽然能在一定程度上反映预报单元内部土体力学参数的空间不确定性，但是却不能反映降雨入渗对预报单元内部不同深度处土体力学参数的差异性影响。在实际降雨入渗过程中，斜坡单元内部不同深度处土体的含水量不同。根据土力学理论，随着含水量的增加，原本干燥的土体，其物理状态将出现“固态—半固态—可塑状态—流动状态”的转化。土体物理状态的变化同时伴随着力学参数的弱化，由于降雨的持续入渗，斜坡单元内部不同深度处土体将具有不同的力学参数，从而影响斜坡单元整体的稳定状态。

6、因此，如何准确反映降雨入渗过程对斜坡单元内部不同深度处土体力学参数差异化响应，进而反映力学参数的差异化响应对物理预报结果的影响，是亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种基于斜坡单元的区域性滑坡预报方法，可以精准反映降雨入渗过程对斜坡单元内部不同深度处土体力学参数差异化影响，进而分析斜坡单元内部力学参数的差异化取值对物理预报结果的影响。

2、本申请的技术方案为：

3、一种基于斜坡单元的区域性滑坡预报方法，包括以下步骤：

4、s1:提取斜坡单元；

5、s2：获取斜坡单元在液限含水率和塑限含水率下的力学参数；

6、s3:拟合每个斜坡单元的“力学参数-含水率”变化趋势线方程；

7、s4:在斜坡单元内部划分若干土层di；

8、s5:在每个降雨入渗时刻内，通过水文分析求解各土层di含水量wi，进而利用v-g模型求解各土层基质吸力usi；

9、s6:根据s3拟合的趋势线方程，将wi代入，分别得到各土层的力学参数(ci,φi)；

10、s7:根据各土层力学参数(ci,φi)和基质吸力usi，获取各土层的最小安全系数fsmin，以fsmin作为判据，判定该入渗时刻下的斜坡单元稳定性；

11、s8:对于每个入渗时刻，重复步骤s6-s8，得出斜坡单元不同入渗时刻的稳定状态；

12、s9:对于每个斜坡单元，重复步骤s5-s9，建立基于斜坡单元内部力学参数差异化取值的区域性滑坡预报模型。

13、进一步地，s2的具体步骤如下：

14、s2.1:对研究区进行野外采样，并获取若干个采样点；

15、s2.2:土工试验；

16、s2.3:arcgis空间分析。

17、进一步地，所述s2.2中的土工试验通过室内直剪试验获取液限含水率及塑限含水率下的力学参数。

18、进一步地，所述s2.3中的arcgis空间分析包括在arcgis软件环境中，对离散采样点的力学参数数据进行空间分析，获取研究区力学参数空间分布栅格数据。

19、进一步地，所述力学参数空间分布栅格数据包括：塑限含水率下的粘聚力(kpa)空间分布栅格数据、塑限含水率下内摩擦角(°)空间分布栅格数据、液限含水率下的粘聚力(kpa)空间分布栅格数据、液限含水率下内摩擦角(°)空间分布栅格数据。

20、进一步地，所述s2在空间力学参数空间分布栅格数据基础上，利用arcgis工具箱提供的分区统计工具获取。

21、进一步地，所述力学参数包括：塑限含水率下wp的粘聚力cp(kpa)、内摩擦角φp(°)，液限含水率wl下的粘聚力cl(kpa)、内摩擦角φl(°)。

22、进一步地，s3的具体步骤如下：

23、s3.1:以含水率为横坐标，黏聚力为纵坐标，利用（wp, cp）、（wl,cl）两组数据，拟合出黏聚力随含水率变化的趋势线方程l1；

24、s3.2:以含水率为横坐标，内摩擦角为纵坐标，利用（wp,φp）、（wl,φl）两组数据，拟合出内摩擦角随含水率变化的趋势线方程l2。

25、进一步地，所述s4中，若干土层di的厚度相同或不同。

26、进一步地，所述s7中，结合极限平衡理论求解斜坡单元内部各土层的安全系数fsi。

27、本发明具体的有益效果包括：

28、与现有技术相比，本发明提供的基于斜坡单元的区域性滑坡预报方法，包括野外取样与试验、斜坡单元液限与塑限含水率下力学参数的求解、斜坡单元含水率-力学参数趋势线方程拟合、降雨入渗水文过程模拟、斜坡单元内部不同深度处土体力学参数的求解、斜坡单元安全系数的计算等内容；本发明通过野外取样和试验、空间分析等手段构建区域尺度每个斜坡单元的“含水率-力学参数”趋势线方程，将力学参数取值这一物理问题转化为数学问题，这一思路突破了目前斜坡单元力学参数随机取值的缺陷，准确反映了降雨入渗过程中斜坡单元不同深度处土体力学参数差异性的客观事实。在斜坡单元内部不同深度处土力学参数差异化取值的基础上，建立更为准确、科学的区域性滑坡预报方法。本发明从提高关键输入参量取值精度的角度降低区域性滑坡预报的误报及漏报率，减少群众生命财产损失和地方应急部门的防御工作量，有效防灾减灾。

技术特征：

1.一种基于斜坡单元的区域性滑坡预报方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于斜坡单元的区域性滑坡预报方法，其特征在于：s2的具体步骤如下：

3.根据权利要求2所述的基于斜坡单元的区域性滑坡预报方法，其特征在于：所述s2.2中的土工试验通过室内直剪试验获取液限含水率及塑限含水率下的力学参数。

4.根据权利要求2所述的基于斜坡单元的区域性滑坡预报方法，其特征在于：所述s2.3中的arcgis空间分析包括在arcgis软件环境中，对离散采样点的力学参数数据进行空间分析，获取研究区力学参数空间分布栅格数据。

5.根据权利要求4所述的基于斜坡单元的区域性滑坡预报方法，其特征在于：所述力学参数空间分布栅格数据包括：塑限含水率下的粘聚力(kpa)空间分布栅格数据、塑限含水率下内摩擦角(°)空间分布栅格数据、液限含水率下的粘聚力(kpa)空间分布栅格数据、液限含水率下内摩擦角(°)空间分布栅格数据。

6.根据权利要求4或5所述的基于斜坡单元的区域性滑坡预报方法，其特征在于：所述s2在力学参数空间分布栅格数据基础上，利用arcgis工具箱提供的分区统计工具获取。

7.根据权利要求1所述的基于斜坡单元的区域性滑坡预报方法，其特征在于：所述力学参数包括：塑限含水率下wp的粘聚力cp(kpa)、内摩擦角φp(°)，液限含水率wl下的粘聚力cl(kpa)、内摩擦角φl(°)。

8.根据权利要求1所述的基于斜坡单元的区域性滑坡预报方法，其特征在于：s3的具体步骤如下：

9.根据权利要求1所述的基于斜坡单元的区域性滑坡预报方法，其特征在于：所述s4中，若干土层di的厚度相同或不同。

10.根据权利要求1所述的基于斜坡单元的区域性滑坡预报方法，其特征在于：所述s7中，结合极限平衡理论求解斜坡单元内部各土层的安全系数fsi。

技术总结
本发明提出一种基于斜坡单元的区域性滑坡预报方法，包括以下步骤：S1：提取斜坡单元；S2：获取斜坡单元在液限含水率和塑限含水率下的力学参数；S3：拟合每个斜坡单元的“力学参数‑含水率”变化趋势线方程；S4:在斜坡单元内部划分若干土层D<subgt;i</subgt;；S5：求解各土层D<subgt;i</subgt;含水量w<subgt;i</subgt;、基质吸力us<subgt;i</subgt;；S6：根据S3拟合的趋势线方程，将w<subgt;i</subgt;代入，得到各土层的力学参数(c<subgt;i</subgt;,φ<subgt;i</subgt;)；S7：根据各土层力学参数(c<subgt;i</subgt;,φ<subgt;i</subgt;)和基质吸力us<subgt;i</subgt;，获取各土层的最小安全系数Fs<subgt;min</subgt;，以Fs<subgt;min</subgt;作为判据，判定该入渗时刻下的斜坡单元稳定性；S8：对于每个入渗时刻，重复步骤S6‑S8，得出斜坡单元不同入渗时刻的稳定状态；S9：对于每个斜坡单元，重复步骤S5‑S9，建立基于斜坡单元内部力学参数差异化取值的区域性滑坡预报模型。

技术研发人员：王凯,张少杰,朱琳,谢帅龙,王志留,刘敦龙,杨红娟
受保护的技术使用者：中原工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/4/29