本发明涉及到地质灾害防治工程
技术领域：
，尤其涉及一种喀斯特地区崩塌最大运动距离计算方法及其应用。
背景技术：
：崩塌是指较陡斜坡上的岩土体在重力作用下突然脱离母体崩落、滚动、堆积在坡脚或沟谷的地质现象。崩塌是山区较为常见的地质灾害之一，尤其是在喀斯特地区，地形陡峭，外部风化和溶蚀作用强烈，岩体裂隙发育，加之地下采矿等人类工程活动频繁，崩塌灾害最为突出。喀斯特地区崩塌灾害的发生很难避免，但准确预测出潜在崩塌灾害最远运动距离，划定崩塌灾害危险范围，可以极大降低崩塌灾害风险。目前，国内外学者对于崩塌的最大危险距离常用计算方法有：数值模拟、理论求解、经验方法等。比如贵州大学焦为(焦为.典型危岩崩塌停积范围及影响因素分析[d]，贵州大学，2015)利用rockfall作为数值模拟软件，在已知危岩体的最大影响范围的前提下，采用反分析的方法，得到rockfall参数值，选取参数值进行预测，得到其最大影响范围，从而划出安全区。唐红梅和易朋莹(唐红梅，易朋莹.危岩落石运动路径研究[j]，土木建筑与环境工程.2003，25(l):17-23.)将崩塌的运动过程分为初始运动过程、碰撞过程、滚动过程和滑动过程，并给出了崩塌落石的运动轨迹方程。国外地质灾害运动距离研究中，常常采用运动高差h和运动距离l之比h/l来作为判断其崩塌运动距离的依据。jordicorominas在theangleofreachasamobilityindexforsmallandlargelandslides一文中研究了崩塌的运动距离与体积和高差的关系，并利用统计学的方法拟合出崩塌最大运动距离的计算公式。但是该文中公式拟合主要利用的是国外案例数据，经验算法，应用于我国喀斯特地区崩塌最大运动距离计算误差较大。公开号为cn106952000a，公开日为2017年07月14日的中国专利文献公开了一种喀斯特区域滑坡灾害风险动态评估方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：选取降雨量、位移矢量和沉降量作为致灾因子；s2：对致灾因子、山体稳定度进行量化、归一化处理和权重确定；s3：以大量区域灾害统计及人工降雨侵蚀试验结果为训练样本，采用bp人工神经网络方法，给定bp网络层数及相应层之间的权重向量，采用改进bp网络计算方法对神经网络进行训练直至达到误差要求，获得致灾因子与山体稳定度安全系数的映射关系；s4：使用激光扫描技术对山体的实貌图像进行处理获取山体的三维几何坐标，根据获得的三维几何坐标进行逐层三维建模得到三维模型，再对三维模型进行网格划分；s5：将所述映射关系和所述致灾因子输入到三维模型进行数值模拟评估，得到评估结果。该专利文献公开的喀斯特区域滑坡灾害风险动态评估方法，能够预测发生滑坡的可能性，以便对危险区域进行防治。但是，不能针对喀斯特地区崩塌的最大运动距离进行准确计算，不能有效避免崩塌风险和崩塌造成的危害。技术实现要素：本发明为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种喀斯特地区崩塌最大运动距离计算方法及应用，本发明能够准确的计算喀斯特地区崩塌的最大运动距离，有效避免崩塌风险和崩塌造成的危害，极大的提高了防灾效果。本发明通过下述技术方案实现：一种喀斯特地区崩塌最大运动距离计算方法，其特征在于，包括以下步骤：a、通过调查测绘确定崩塌体的基本数据，包括崩塌后端裂缝的位置、崩塌的前端位置、崩塌的平均长度和崩塌的宽度，计算崩塌面积a，单位m2，通过式1计算崩塌体积v，单位m3；v＝0.146a1.332式1；b、测量高程差h，单位m，根据高程差h及崩塌体积v确定崩塌的最大运动距离lmax，单位m；当崩塌体积v>100000m3时，崩塌的最大运动距离lmax通过式2计算；lmax＝h/10-0.109logv+0.17式2；当崩塌体积v<100000m3时，崩塌的最大运动距离lmax通过式3计算；lmax＝h/10-0.109logv+0.22式3。所述步骤b中，崩塌的最大运动距离lmax为崩塌体顶部到最大动距离端点的水平面距离；高程差h为崩塌体顶部到崩塌体底部的海拔高程之差，高程差h通过现场利用三维激光测距仪直接测量或在高精度地形图上进行量测。本发明适用于喀斯特地区不同体积崩塌的最大运动距离计算。进一步，本发明适用于坡体地形陡峭且坡体下部地形开阔的喀斯特地区崩塌最大运动距离计算。本发明的基本原理如下：崩塌最大运动距离的准确计算是对崩塌灾害风险进行合理规避的重要依据。崩塌一般发生于地形高陡位置，启动之后，重力势能转化为动能，在运动过程中，由于摩擦作用，动能逐渐消耗，直至停止运动。而崩塌体势能ep主要与其质量和高差有关。ep＝mgh，m为质量，g为重力加速度，h为高差。而崩塌质量与体积线性相关，所以崩塌体的运动能力，即最大运动距离也与体积和高差有直接相关。目前国内外并没有获得普适性崩塌最大运动距离计算模型，本发明在充分考虑崩塌体运动特征的前提下，忽略崩塌运动过程中障碍物的阻挡作用，得到了喀斯特地区崩塌最大运动距离计算模型。本发明的有益效果主要表现在以下方面：一、本发明，“a、通过调查测绘确定崩塌体的基本数据，包括崩塌后端裂缝的位置、崩塌的前端位置、崩塌的平均长度和崩塌的宽度，计算崩塌面积a，单位m2，通过式1计算崩塌体积v，单位m3；b、测量高程差h，单位m，根据高程差h及崩塌体积v确定崩塌的最大运动距离lmax，单位m；当崩塌体积v>100000m3时，崩塌的最大运动距离lmax通过式2计算；当崩塌体积v<100000m3时，崩塌的最大运动距离lmax通过式3计算”，通过调查测绘确定崩塌体的基本数据，计算崩塌面积a及崩塌体积v，并根据高程差h和崩塌体积v以定量的方式精确计算出崩塌的最大运动距离，计算准确度高，使得崩塌灾害危险区划定更加准确，普适性强，能够有效避免崩塌风险和崩塌造成的危害，极大的提高了防灾效果。二、本发明，区分了不同体积崩塌的最大运动距离的计算模型，特定的以中型崩塌100000m3为分界点，能够更加准确的计算崩塌的最大运动距离，更准确地划分崩塌的危险范围，为增强防灾效果提供重要依据。三、本发明，只需要获取高程差h和崩塌体积v两个参数便可进行崩塌的最大运动距离计算，参数获取简单快捷，其中高程差h可现场利用三维激光测距仪直接测量或在高精度地形图上进行量测，崩塌体积v可以通过现场计算的崩塌面积a，利用式1进行计算，再通过式2或者式3地质调查人员就可以在现场快速计算出崩塌的最大运动距离并划定危险范围，为崩塌威胁区地质灾害防治和土地利用规划提供科学支撑。四、本发明，基于大量历史已发生崩塌灾害数据的统计分析，提供了崩塌体积v的计算公式，通过现场准确计算的崩塌面积a便可较准确的计算出崩塌体积v，克服了目前崩塌体积v对调查人员主观经验依赖性高、计算结果差异性大的问题，为准确圈定崩塌威胁范围提供了数据基础。具体实施方式实施例1一种喀斯特地区崩塌最大运动距离计算方法，包括以下步骤：a、通过调查测绘确定崩塌体的基本数据，包括崩塌后端裂缝的位置、崩塌的前端位置、崩塌的平均长度和崩塌的宽度，计算崩塌面积a，单位m2，通过式1计算崩塌体积v，单位m3；v＝0.146a1.332式1；b、测量高程差h，单位m，根据高程差h及崩塌体积v确定崩塌的最大运动距离lmax，单位m；当崩塌体积v>100000m3时，崩塌的最大运动距离lmax通过式2计算；lmax＝h/10-0.109logv+0.17式2；当崩塌体积v<100000m3时，崩塌的最大运动距离lmax通过式3计算；lmax＝h/10-0.109logv+0.22式3。“a、通过调查测绘确定崩塌体的基本数据，包括崩塌后端裂缝的位置、崩塌的前端位置、崩塌的平均长度和崩塌的宽度，计算崩塌面积a，单位m2，通过式1计算崩塌体积v，单位m3；b、测量高程差h，单位m，根据高程差h及崩塌体积v确定崩塌的最大运动距离lmax，单位m；当崩塌体积v>100000m3时，崩塌的最大运动距离lmax通过式2计算；当崩塌体积v<100000m3时，崩塌的最大运动距离lmax通过式3计算”，通过调查测绘确定崩塌体的基本数据，计算崩塌面积a及崩塌体积v，并根据高程差h和崩塌体积v以定量的方式精确计算出崩塌的最大运动距离，计算准确度高，使得崩塌灾害危险区划定更加准确，普适性强，能够有效避免崩塌风险和崩塌造成的危害，极大的提高了防灾效果。实施例2一种喀斯特地区崩塌最大运动距离计算方法，包括以下步骤：a、通过调查测绘确定崩塌体的基本数据，包括崩塌后端裂缝的位置、崩塌的前端位置、崩塌的平均长度和崩塌的宽度，计算崩塌面积a，单位m2，通过式1计算崩塌体积v，单位m3；v＝0.146a1.332式1；b、测量高程差h，单位m，根据高程差h及崩塌体积v确定崩塌的最大运动距离lmax，单位m；当崩塌体积v>100000m3时，崩塌的最大运动距离lmax通过式2计算；lmax＝h/10-0.109logv+0.17式2；当崩塌体积v<100000m3时，崩塌的最大运动距离lmax通过式3计算；lmax＝h/10-0.109logv+0.22式3。所述步骤b中，崩塌的最大运动距离lmax为崩塌体顶部到最大动距离端点的水平面距离；高程差h为崩塌体顶部到崩塌体底部的海拔高程之差，高程差h通过现场利用三维激光测距仪直接测量或在高精度地形图上进行量测。特定的以中型崩塌100000m3为分界点，能够更加准确的计算崩塌的最大运动距离，更准确地划分崩塌的危险范围，为增强防灾效果提供重要依据。只需要获取高程差h和崩塌体积v两个参数便可进行崩塌的最大运动距离计算，参数获取简单快捷，其中高程差h可现场利用三维激光测距仪直接测量或在高精度地形图上进行量测，崩塌体积v可以通过现场计算的崩塌面积a，利用式1进行计算，再通过式2或者式3地质调查人员就可以在现场快速计算出崩塌的最大运动距离并划定危险范围，为崩塌威胁区地质灾害防治和土地利用规划提供科学支撑。下面采用本发明的计算方法分别对贵州省纳雍县普洒村和贵州省威宁县猴场镇的崩塌进行分析：1、2017年8月28日，贵州省纳雍县普洒村发生大规模崩塌。首先，通过调查测绘确定崩塌体的基本数据，包括崩塌后端裂缝的位置、崩塌的前端位置、崩塌的平均长度和崩塌的宽度，计算崩塌面积a，单位m2，通过式1，v＝0.146a1.332计算崩塌体积v为800000m3；其次，根据测量的高程差h及计算的崩塌体积v确定崩塌的最大运动距离lmax，由于该崩塌体体积v>100000m3，故通过式2计算崩塌的最大运动距离lmax，lmax＝h/10-0.109logv+0.17。计算出的崩塌的最大运动距离lmax与该崩塌点的实际最大运动距离l计算误差值e(％)由式4计算；e＝|l－lmax|/l式4。最终计算参数与计算结果如表1所示：a(m2)v(104m3)h(m)l(m)lmax(m)e(％)80270800803.20.4表1从表1可见，计算出的崩塌的最大运动距离lmax与该崩塌点的实际最大运动距离l的计算误差值e(％)为0.4％，在0.4-6.0％之间，说明本发明计算结果具有非常高的准确度。2、2006年1月27日，贵州省威宁县猴场镇街上村2组后坡处发生崩塌。首先，通过调查测绘确定崩塌体的基本数据，包括崩塌后端裂缝的位置、崩塌的前端位置、崩塌的平均长度和崩塌的宽度，计算崩塌面积a，单位m2，通过式1，v＝0.146a1.332计算崩塌体积v为32000m3；其次，根据测量的高程差h及计算的崩塌体积v确定崩塌的最大运动距离lmax，由于该崩塌体体积v<100000m3，故通过式3计算崩塌的最大运动距离lmax，lmax＝h/10-0.109logv+0.22。计算出的崩塌的最大运动距离lmax与该崩塌点的实际最大运动距离l计算误差值e(％)由式4计算；e＝|l－lmax|/l式4。最终计算参数与计算结果如表2所示：a(m2)v(104m3)h(m)l(m)lmax(m)e(％)3.270125130.64.4表2从表2可见，计算出的崩塌的最大运动距离lmax与该崩塌点的实际最大运动距离l的计算误差值e(％)为4.4％，在0.4-6.0％之间，说明本发明计算结果具有非常高的准确度。表3为贵州省喀斯特地区近年来发生的典型崩塌灾害基于本发明计算崩塌的最大运动距离lmax与该崩塌点的实际最大运动距离l的结果对比表。表3从表3可见，计算出的崩塌的最大运动距离lmax与该崩塌点的实际最大运动距离l的计算误差值e(％)在0.4-6.0％之间，说明本发明计算结果具有非常高的准确度，适合在喀斯特地区进行推广应用。当前第1页12