复合水动力库岸边坡稳定性预测方法与流程

本发明涉及一种复合水动力库岸边坡稳定性预测方法，属于边坡稳定性评价与滑坡灾害监测预警
技术领域：
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背景技术：
：重大水利工程特殊的工程特点与复杂的水环境条件决定了水库型滑坡具有潜在巨大的危害性。对于水库型滑坡，在库水位波动过程中，若遭遇强降雨，将增大其失稳的概率。因此，库水与降雨耦合作用必然会破坏库区原地下水运行环境，并形成三峡工程库区特殊的复合水环境动力效应，极大影响和控制库区滑坡灾害发生的频率与规模，其所形成的复合水动力效应及可能对库区边坡稳定性所产生的影响更成为国内外防灾减灾领域关注的焦点。因此，研究和建立复合水动力条件下水库型边坡的灾变预警预测方法，对三峡工程库区以及类似复合水动力条件的水库型滑坡预测预报和防治都将具有重要的理论意义与应用价值。目前，国内外最广泛应用的水库型滑坡预测评价方法是极限平衡法与位移时序预测法及位移动力学方法。极限平衡法是将滑坡体假设为刚体，分析其沿滑动面的力学平衡状态，通过下滑力、抗滑力的比值作为滑坡的安全系数k来评价边坡的稳定性。但该类方法建立的力学评价模型为不含时间因素的静态模型且建模的假设条件与限制条件较多，使得预测评价结果易受上述因素的影响具有很强的不确定性，更无法预测滑坡发生的时间；位移时序预测法是运用滑坡位移量、位移速率或位移加速度作为滑坡预测参数，分析其变化规律来预测滑坡稳定性及其失稳时间。该方法虽在某种程度上克服了极限平衡法的不足，但其评价的参数仅是滑坡演化过程中的位移或位移速率及其变化规律，解释不了滑坡位移或位移速率变化的动因，且该方法所采用的位移预测参数易受外界因素干扰而出现多期加速阶梯状振荡变化，而这种位移加速阶梯状振荡变化并不一定能代表滑坡的整体失稳，而且该类方法位移预测参数没有统一失稳判据，因而无法对滑坡灾害的发生时间做出准确判别与预测。位移动力学方法多提出将滑坡降雨(库水位)与位移或位移速率进行同时监测和整合，以此确定滑坡降雨(库水位)与位移或位移速率的耦合集成动力预测参数与评价方法。该预测方法克服了传统位移时序预测法仅仅选取滑坡位移或位移速率作为监测和评价参数的局限性，同时也克服了极限平衡法无法对边坡稳定性进行动态评价的缺陷。然而当前研究都是以降雨或库水等单一水动力变量作为滑坡的诱发因子进行加卸载响应比计算，而对于水库型滑坡而言，滑坡的变形和破坏往往受到库水位变化和降雨形成的复合水动力影响，滑坡的动力加载、卸载参数应包括这两种因子的叠加作用，只考虑单一的水动力因子对滑坡的作用，很可能导致对滑坡稳定性的误判。如何根据水库型滑坡复合水动力条件与位移变化规律对其稳定性进行有效的评价与预测还有待于进一步研究。技术实现要素：针对上述传统复合水滑坡稳定性评价及预测方法的局限与不足，本发明根据弹塑性力学基本原理，综合考虑了降雨、库水波动对水库型滑坡的复合水动力效应，通过不同水动力作用下剩余下滑推力增量的推导，建立了水库型滑坡复合水动力增载位移响应比模型，并建立了水库型滑坡复合水动力增载位移响应比参数与滑坡稳定性系数的对应关系及其判据准则，以此为依据对水库型边坡稳定性演化规律进行分析与评价。本发明所述的复合水动力库岸边坡稳定性预测方法，包括如下步骤：步骤一：水库型滑坡初步勘察与位移监测点选取，包括如下小步：(1)根据库水位调度方案在最高库水位接触的坡体至后缘拉张裂缝范围内设置n个位移监测点，n≥3；(2)位移监测基准点，数量不少于3个，选在监测滑坡体以外稳定的基岩或无变形的区域，形成位移监测控制网，保证自我校核和控制边坡监测点全面监测；步骤二：监测设备的布置与安装及监测数据的处理，包括如下小步：(1)监测设备的布置与安装；(2)边坡位移与降雨量、库水位实时监测及数据处理；步骤三：滑坡基本物理力学性质参数及坡体条分方法的确定；步骤四：降雨作用下水位线以上坡体整体剩余下滑推力增量的确定，包括如下小步：(1)降雨作用下滑坡平均地下水位的确定：有效降雨量与平均地下水位变化量的关系：ht＝ajt+b(a、b与岩土体性质有关，a＞0)；提出运用工程地质类比法，将该区域其他滑坡降雨量与地下水的历史监测数据进行线性拟合，可综合确定待评价滑坡坡体岩土体性质参数a和b，进而根据式(1)可确定t时刻降雨引起的平均地下水位增量δht；δht＝(ht-ht-1)＝a(jt-jt-1)＝aδjt(1)(2)降雨作用下第i条块剩余下滑推力增量的确定：对于库水位线以上的条块，在不考虑条间力的传递作用下，其第i个条块剩余下滑推力变化量为：考虑条间力传递作用，地下水变化下第1个条块剩余下滑推力增量为:第i条块前端至边坡后缘的整体剩余下滑推力增量为:式中：步骤五：库水位下降过程中边坡浸润线的确定，包括如下小步：依据大量水库滑坡实际监测数据统计可确定库水位实际波动情况下渗流浸润面位置最高点为：式中：k为坡体的渗透系数；μ为给水度；v为水位的降速；δh为库水的最大降距；从最高点f到渗出点e之间坡身段的渗流量为:从渗出点e到坡角c的坡面流量为:式中：hi为计算时水面水深，m；m1为坡率；l为计算浸润线最高点到坡脚的水平距离，m；令式(6)等于式(7)，求得he，进而求得再利用式(8)可以求得对应水平距离x处的浸润面最高点f的高度hx：步骤六：库水位作用下水位变动范围内坡体剩余下滑推力增量的确定，包括如下小步：对于库水位调控范围内的条块，在不考虑条间力的传递作用下，根据式(9)可确定其库水位下降引起的第j条块剩余下滑推力增量：式中:考虑条间力传递作用，库水位变化δh条件下库水位调控范围内第1个条块剩余下滑推力增量为:库水波动范围内坡体剩余下滑推力增量为:式中:步骤七：水库型滑坡复合水加载及其响应参数的确定，包括如下小步：(1)单位统计分析周期的确定；(2)降雨量及库水位加载及其响应参数的确定；步骤八：复合水动力增载位移响应比预测模型的确定：以复合水动力增载与其位移响应统计量为依据，可确定边坡复合水动力增载位移响应比模型，即：步骤九：复合水边坡稳定性评价及监测预警，包括如下小步：(1)根据步骤八计算得出的边坡不同周期复合水动力增载位移响应比值，可对边坡稳定性进行评价及监测预警：当η＝1或η在1附近波动时，判定该边坡处于稳定阶段；当η＞1且η不断变大，判定该边坡处于不稳定发展阶段；(2)对于处于不稳定发展阶段的边坡，提出根据动力增载位移响应比随复合水动力变化的关系曲线，确定复合水动力增载响应比变化率λ为：当动力增载响应比变化率λt为一常数，判定边坡处于加速变形阶段；当动力增载响应比变化率λt逐渐增大，判定边坡处于整体滑移阶段，此时应及时对边坡失稳进行预警。优选地，所述步骤一中，对待评价的水库型滑坡进行初步勘察与测绘，确定滑坡分布范围与尺寸特征，从而选择边坡位移监测点的合理布设方式。优选地，所述步骤二第(1)步中，监测设备包括降雨量监测设备、库水位监测设备和位移监测设备，其中降雨量监测设备选用全自动水文监测系统，在边坡监测区域覆盖式监测，使所测降雨量具有代表性；库水位监测设备选用gprs远程水库水位监测系统，并在边坡监测点处按照安装要求进行布设安装；位移监测设备选用无线gps位移监测系统，在坡体的监测点位置布设位移变形监测点及位移监测基准点并安装无线监测设备，并保证埋设的监测设备与滑坡体表层紧密结合，设备之间相互独立、互不干涉，每个监测点位移变化值能得到有效监测。优选地，所述步骤二第(2)步中，边坡位移与降雨量、库水位实时监测及数据处理，以月为单位同步对待测滑坡区的降雨量j、库水位h及位移s进行监测，并通过边坡场地数据信号收集器将上述监测数据传输到远程监测室并进行分类预处理，进而将预处理得到的月降雨量δj、月库水位变化量δh及n个位移监测点月位移变化量的平均值详细录入excel表格。优选地，所述步骤三中，包括如下小步：(1)滑坡基本物理力学性质参数的确定：根据水库滑坡的地质与地形地貌资料，采用地质调查、勘探与物探等手段综合确定堆积层边坡下伏基岩整体滑移面倾角θi、坡体垂直埋深hi的变化规律；运用原位测试或室内土工试验综合测定坡体及下伏基岩面的物理力学性质参数(γ，c，)；(2)滑坡坡体条分方法的确定：根据边坡下伏基岩整体滑移面倾角θi的变化，在下伏基岩滑移面倾角θi发生较大变化部位作向下的垂直线，将坡体进行条分成n个垂直条块；由于各个条块自身范围内的滑移面倾角θi均无明显变化，所以可假定滑坡的每一个计算条块的滑动面为直线，即整个滑动面在剖面上为折线。优选地，所述步骤五中，对于沿基岩面滑动的水库型边坡来说，边坡浸润面最高点沿着基岩面随库水位下降而下降，根据大量实际监测数据统计，浸润线的降落快慢与k/μv及最大降距δh有关。优选地，所述步骤六中，根据库水位下降过程中边坡的浸润线方程式(8)可确定任意位置处浸润线高度，将水位波动范围内坡体条块j的两端浸润线高度的平均值作为该条块的浸润线计算高度δhj。优选地，所述步骤七第(1)步中，根据水库型滑坡降雨及库水位变化规律，本发明选取库水位下降月份的降雨、库水、位移监测数据进行计算分析，将每月作为一个单位统计分析与预测周期，并以此可确定统计分析与预测周期数。优选地，所述步骤七第(2)步中，根据步骤二得到的监测数据，分别读取边坡前期t个周期累计月降雨量δjt、月库水位下降值δht及月位移变化量均值将由步骤四计算的前t个周期累计降雨引起的坡体库水位线以上坡体整体剩余下滑推力增量δe′jt作为滑坡的降雨加载参数；将由步骤六计算的前t个周期累计库水位下降引起的库水位波动范围内坡体整体剩余下滑推力增量δe′ht作为滑坡的库水加载参数；将δe′ht与δe′jt之和作为水库型滑坡第t个周期复合水动力加载参数；将前t个周期监测的滑坡累计位移变化量均值作为滑坡在降雨与库水耦合动力作用下的位移响应参数。优选地，所述步骤八中，以初始周期库水位稳定条件下，降雨引起的水位线以上条块整体剩余下滑推力增量δe′j0作为复合水初始动力加载量，其对应的位移作为初始动力加载位移响应量；以前t个周期降雨引起的水位线以上条块整体剩余下滑推力增量δe′jt与库水引起的库水波动范围内条块整体剩余下滑推力增量δe′ht之和作为t周期复合水动力加载量，其对应的累计位移作为t周期动力加载位移响应量。本发明的有益效果是：本发明所述的复合水动力库岸边坡稳定性预测方法，在综合分析水库型滑坡剩余下滑推力及位移变形特征与降雨量及库水位变化等动力因素关系的基础上，对降雨、库水单因子的动力增载位移响应比模型进行改进，建立了水库型滑坡复合水动力增载位移响应比模型，揭示了水库型滑坡复合水动力增载位移响应比参数与滑坡稳定性的对应关系，以此为依据对水库型边坡稳定性演化规律进行分析与评价。附图说明图1是本发明的工艺流程示意图。图2是本发明的滑坡监测点布置示意图。图3是本发明的土条剖分图。图4是本发明的降雨影响边坡单位条块受力示意图。图5是本发明的坡体浸润线位置图。图6是本发明的库水影响边坡坡体条块受力示意图。图中：01、坡体、；02、位移监测点；03、后缘拉张裂缝。具体实施方式为了使本发明目的、技术方案更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步详细说明。实施例1：如图1至图6所示，本发明所述的复合水动力库岸边坡稳定性预测方法，步骤如下：步骤一：水库型滑坡初步勘察与位移监测点选取对待评价的水库型滑坡进行初步勘察与测绘，确定滑坡分布范围与尺寸等特征，从而选择边坡位移监测点02的合理布设方式：①根据库水位调度方案在最高库水位接触的坡体01至后缘拉张裂缝03范围内设置n个位移监测点(n≥3)；②位移监测基准点(不少于3个)选在监测滑坡体以外稳定的基岩或无变形的区域，形成位移监测控制网，保证自我校核和控制边坡监测点全面监测。步骤二：监测设备的布置与安装及监测数据的处理(1)监测设备的布置与安装本发明监测设备包括降雨量监测设备、库水位监测设备和位移监测设备，其中降雨量监测设备选用全自动水文监测系统，在边坡监测区域覆盖式监测，使所测降雨量具有代表性；库水位监测设备选用gprs远程水库水位监测系统，并在边坡监测点处按照安装要求进行布设安装；位移监测设备选用无线gps位移监测系统，在坡体的监测点位置布设位移变形监测点及位移监测基准点并安装无线监测设备，并保证埋设的监测设备与滑坡体表层紧密结合，设备之间相互独立、互不干涉，每个监测点位移变化值能得到有效监测，见图2。(2)边坡位移与降雨量、库水位实时监测及数据处理以月为单位同步对待测滑坡区的降雨量j、库水位h及位移s进行监测，并通过边坡场地数据信号收集器将上述监测数据传输到远程监测室并进行分类预处理，进而将预处理得到的月降雨量δj、月库水位变化量δh及n个位移监测点月位移变化量的平均值详细录入excel表格。步骤三：滑坡基本物理力学性质参数及坡体条分方法的确定(1)滑坡基本物理力学性质参数的确定根据水库滑坡的地质与地形地貌资料，采用地质调查、勘探与物探等手段综合确定堆积层边坡下伏基岩整体滑移面倾角θi、坡体垂直埋深hi的变化规律；运用原位测试或室内土工试验综合测定坡体及下伏基岩面的物理力学性质参数(γ，c，)。(2)滑坡坡体条分方法的确定根据边坡下伏基岩整体滑移面倾角θi的变化，在下伏基岩滑移面倾角θi发生较大变化部位作向下的垂直线，将坡体进行条分成n个垂直条块；由于各个条块自身范围内的滑移面倾角θi均无明显变化，所以可假定滑坡的每一个计算条块的滑动面为直线，即整个滑动面在剖面上为折线(图3)。步骤四：降雨作用下水位线以上坡体整体剩余下滑推力增量的确定(1)降雨作用下滑坡平均地下水位的确定由原理1及图4可知有效降雨量与平均地下水位变化量的关系：ht＝ajt+b(a、b与岩土体性质有关，a＞0)。本发明提出运用工程地质类比法，将该区域其他滑坡降雨量与地下水的历史监测数据进行线性拟合，可综合确定待评价滑坡坡体岩土体性质参数a和b。进而根据式(1)可确定t时刻降雨引起的平均地下水位增量δht。δht＝(ht-ht-1)＝a(jt-jt-1)＝aδjt(1)(2)降雨作用下第i条块剩余下滑推力增量的确定根据原理1，对于库水位线以上的条块，在不考虑条间力的传递作用下，其第i个条块剩余下滑推力变化量为：考虑条间力传递作用，地下水变化下第1个条块剩余下滑推力增量为:第i条块前端至边坡后缘的整体剩余下滑推力增量为:式中：步骤五：库水位下降过程中边坡浸润线的确定对于沿基岩面滑动的水库型边坡来说，边坡浸润面最高点沿着基岩面随库水位下降而下降。根据大量实际监测数据统计，浸润线的降落快慢与k/μv(k为坡体的渗透系数；μ为给水度；v为水位的降速)及最大降距δh有关。因此，本发明依据大量水库滑坡实际监测数据统计可确定库水位实际波动情况下渗流浸润面位置最高点为：式中：k为坡体的渗透系数；μ为给水度；v为水位的降速；δh为库水的最大降距。由原理2及图5可得，从最高点f到渗出点e之间坡身段的渗流量为:从渗出点e到坡角c的坡面流量为:其中，hi为计算时水面水深，m；m1为坡率；l为计算浸润线最高点到坡脚的水平距离，m；令式(6)等于式(7)，求得he，进而求得再利用式(8)可以求得对应水平距离x处的浸润面最高点f的高度hx：步骤六：库水位作用下水位变动范围内坡体剩余下滑推力增量的确定根据库水位下降过程中边坡的浸润线方程式(8)可确定任意位置处浸润线高度，本发明将水位波动范围内坡体条块j的两端浸润线高度的平均值作为该条块的浸润线计算高度δhj。对于库水位调控范围内的条块，依据原理(3)及图6，在不考虑条间力的传递作用下，根据式(9)可确定其库水位下降引起的第j条块剩余下滑推力增量：式中:考虑条间力传递作用，库水位变化δh条件下库水位调控范围内第1个条块剩余下滑推力增量为:库水波动范围内坡体剩余下滑推力增量为:式中:步骤七：水库型滑坡复合水加载及其响应参数的确定(1)单位统计分析周期的确定根据水库型滑坡降雨及库水位变化规律，本发明选取库水位下降月份的降雨、库水、位移监测数据进行计算分析，将每月作为一个单位统计分析与预测周期，并以此可确定统计分析与预测周期数。(2)降雨量及库水位加载及其响应参数的确定根据步骤二得到的监测数据，分别读取边坡前期t个周期累计月降雨量δjt、月库水位下降值δht及月位移变化量均值将由步骤四计算的前t个周期累计降雨引起的坡体库水位线以上坡体整体剩余下滑推力增量δe′jt作为滑坡的降雨加载参数；将由步骤六计算的前t个周期累计库水位下降引起的库水位波动范围内坡体整体剩余下滑推力增量δe′ht作为滑坡的库水加载参数；将δe′ht与δe′jt之和作为水库型滑坡第t个周期复合水动力加载参数；将前t个周期监测的滑坡累计位移变化量均值作为滑坡在降雨与库水耦合动力作用下的位移响应参数。步骤八：复合水动力增载位移响应比预测模型的确定以初始周期库水位稳定条件下，降雨引起的水位线以上条块整体剩余下滑推力增量δe′j0作为复合水初始动力加载量，其对应的位移作为初始动力加载位移响应量。以前t个周期降雨引起的水位线以上条块整体剩余下滑推力增量δe′jt与库水引起的库水波动范围内条块整体剩余下滑推力增量δe′ht之和作为t周期复合水动力加载量，其对应的累计位移作为t周期动力加载位移响应量。以复合水动力增载与其位移响应统计量为依据，可确定边坡复合水动力增载位移响应比模型，即：式中：δe′ht+δe′jt—t周期复合水动力加载量；δe′j0—初始周期库水位稳定条件下，降雨水动力加载量；—t周期复合水加载引起的位移响应量；—初始周期库水位稳定条件下，降雨水动力加载引起的位移响应量。步骤九：复合水边坡稳定性评价及监测预警(1)根据步骤八计算得出的边坡不同周期复合水动力增载位移响应比值，可对边坡稳定性进行评价及监测预警：当η＝1或η在1附近波动时，判定该边坡处于稳定阶段；当η＞1且η不断变大，判定该边坡处于不稳定发展阶段。(2)对于处于不稳定发展阶段的边坡，本发明提出根据动力增载位移响应比随复合水动力变化的关系曲线，确定复合水动力增载响应比变化率λt为：当动力增载响应比变化率λt为一常数，判定边坡处于加速变形阶段；当动力增载响应比变化率λt逐渐增大，判定边坡处于整体滑移阶段，此时应及时对边坡失稳进行预警。原理1:降雨是滑坡发生的主要诱发因素，其影响滑坡的稳定性通常是经过转化为地下水来实现的。因此，地下水是影响滑坡稳定性的直接因素，地下水位的变化必然引起滑坡动力改变与位移变化。现以充水均匀等厚边坡条块为例(图4)，对该类边坡地下水位与其下滑动力及其稳定性变化规律进行分析。首先选取边坡滑动土体中的土骨架条块作为研究对象，在地下水动力变化下其坡体条块的受力情况见图4。地下水浸润线随时间的变化是边坡动力变化的主要因素，浸润线以下和以上的条块重力分别采用浮重度和天然重度计算。条块的下滑力和抗滑力分别表示如下：t＝wsinθ+pw(14)其中，w＝vuγ+vdγ′(16)pw＝γwvdsinθ(17)式中：t为条块下滑力，r为条块抗滑力，w为条块重力，pw为渗透力，c为滑面内聚力，l为条块底面长度，vu为浸润线以上体积,vd为浸润线以下体积，θ为坡角，为滑面内摩擦角，γ为天然重度，γ′为浮重度，γw为水的重度。浸润线由gf位置平行变化到ij位置(ij位置条块的受力用增加下脚标1来表示，gfij的面积用s表示，s＝lh(t))，条块重力的变化表示为：(w1-w)＝(γsijce+γ′sabji)-(γsecfg+γ′sabfg)＝(γ′-γ)s＜0(18)渗透力的变化表示为：pw1-pw＝γwssinθ＞0(19)条块剩余下滑推力随时间的变化：其中，所以，条块剩余下滑推力恒大于0，即：δe(t)＞0。原理2：根据边坡库水位调控方案，将库水位下降阶段等效为匀速下降，根据式(1)确定边坡渗流浸润面位置最高点的经验计算公式：式中：k为坡体的渗透系数，μ为给水度；v为库水位降速；δh为库水的最大降距。由图5可得，从最高点f到渗出点e之间坡身段的渗流量为:从渗出点e到坡角c的坡面流量为:其中，hi为计算时水面水深，m；m1为坡率；l为计算浸润线最高点到坡脚的水平距离，m；令式(2)等于式(3)，求得he，进而求得再利用式(2)可以求得对应水平距离x处的浸润面最高点f的高度hx:原理3：库水升降对边坡的影响是间接通过库水入渗导致地下水位升降引起的，因而地下水位的变化是诱发滑坡的直接动力因素。因此，可运用库水位与浸润线之间的转化关系研究库水变化对边坡的动力影响。设水库边坡为均质及各向同性，且具有固定倾角以及坡体厚度呈均一变化，在库水动力作用下发生变形与失稳。选取边坡滑动土体中的土骨架条块作为研究对象，其边坡模型及在库水动力变化下其坡体条块的受力情况见图6。图6中，wi为滑动土体的总重力；ri为滑面上的抗滑力；ni为土体受到的有效应力；a为库水位最高时对应的浸润线；b为库水位最低时对应的浸润线；θ为滑面倾角；h为滑块竖向高度；h1为浸润线a至坡顶的垂直高度；hi为最高库水位与最低库水位间的高程差；h2i为浸润线b至浸润线a的垂直高度；h3i为最低库水位hb至浸润线b的垂直高度；h4为坡底至最低库水位hb的垂直高度。用“代替法”即用浸润线以下、坡外水位线以上包围滑体内水重对坡体的下滑动力，代替渗透力对坡体的下滑动力，其坡外水位线以下滑体部分重量按静水浮力作用考虑，除土坡水位线以下滑体重量按浮重度考虑外，仅在稳定性系数公式中计算滑动力时将浸润线以下、坡外水位以上部分土体按饱和容重计算；而计算抗滑力时这部分土体重度用浮容重计算。得出如下滑动土体的下滑力和抗滑力表达式：库水位最高时：下滑力：ta＝[γh1+γ′(h2i+h3i+h4)]sinθ(26)抗滑力：库水位最低时：下滑力：tb＝[γ(h1+h2i)+γsaht3i+γ′h4]sinθ(28)抗滑力：式中：ta为浸润线为a时土体滑面上的下滑力；ra为浸润线为a时土体滑面上的抗滑力；tb为浸润线为b时土体滑面上的下滑力；rb为浸润线为b时土体滑面上的抗滑力；c为滑面内聚力；为滑面内摩擦角；l为条块底面长度；γ为天然重度，γsat为饱和重度，γ′为浮重度。所以，对某一特定水库边坡，库水位由最高下降至最低引起的边坡下滑动力增量为：式中：δei为库水位下降引起的边坡下滑动力增量；ea为库水位最高时滑动土体受到的滑动力，eb为库水位最低时滑动土体受到的滑动力。由图6可知，对于某一特定边坡，假设每年库水位下降过程中其浸润线形状均匀变化，则hi、h2i、h3i在库水位下降过程中始终保持固定的比例不变，即hi:h2i:h3i＝1:b2:b3，(其中，b2、b3为比例系数，分别代表库水位下降过程中浸润线距离最高水位与最低水位高度占库水位最大水位差的比例，由于h2i+h3i＝hi，即b2+b3＝1，因此b2、b3均大于0小于1)。再结合式(16)，δei可简化为只含未知量hi的如下函数：其中，式中:b3＝δhj/δhj(t),b2＝1-b3。假设任一条块j浸润线的中点δhj为h3i,则可以求出b2、b3；hi为库水位下降变化量。实施例2：下面以某水库型复合水滑坡为例进行详细说明。该滑坡为长江沿岸堆积层滑坡，为典型的水库型滑坡，库水位每年5-9月下降，本实例监测时间为2012年5月至9月。如图1所示，本发明所述的复合水动力库岸边坡稳定性预测方法，具体的实施步骤如下：步骤一：水库型滑坡初步勘察与位移监测点选取对待评价的水库型滑坡进行初步勘察与测绘，确定滑坡分布范围与尺寸等特征，从而选择边坡位移监测点的合理布设方式：①根据库水位调度方案在最高库水位接触的坡体至后缘拉张裂缝范围内设置3个位移监测点；②位移监测基准点3个选在监测滑坡体以外稳定的基岩或无变形的区域，形成位移监测控制网，保证自我校核和控制边坡监测点全面监测。步骤二：监测设备的布置与安装及监测数据的处理(1)监测设备的布置与安装本发明监测设备包括降雨量监测设备、库水位监测设备和位移监测设备，其中降雨量监测设备选用全自动水文监测系统，在边坡监测区域覆盖式监测，使所测降雨量具有代表性；库水位监测设备选用gprs远程水库水位监测系统，并在边坡监测点处按照安装要求进行布设安装；位移监测设备选用无线gps位移监测系统，在坡体的监测点位置布设位移变形监测点及位移监测基准点并安装无线监测设备，并保证埋设的监测设备与滑坡体表层紧密结合，设备之间相互独立、互不干涉，每个监测点位移变化值能得到有效监测，见图2。(2)边坡位移与降雨量、库水位实时监测及数据处理以月为单位同步对待测滑坡区的降雨量j、库水位h及位移s进行监测，并通过边坡场地数据信号收集器将上述监测数据传输到远程监测室并进行分类预处理，进而将预处理得到的月降雨量δj、月库水位变化量δh及n个位移监测点月位移变化量的平均值详细录入excel表格，见表1。表1：月降雨量、月库水位变化量、位移监测点月位移变化量记录表步骤三：滑坡基本物理力学性质参数及坡体条分方法的确定(1)滑坡基本物理力学性质参数的确定根据水库滑坡的地质与地形地貌资料，采用地质调查、勘探与物探等手段综合确定堆积层边坡下伏基岩整体滑移面倾角θi、坡体垂直埋深hi的变化规律；运用原位测试或室内土工试验综合测定坡体及下伏基岩面的物理力学性质参数(γ，c，)，见表2。(2)滑坡坡体条分方法的确定根据边坡下伏基岩整体滑移面倾角θi的变化，在下伏基岩滑移面倾角θi发生较大变化部位作向下的垂直线，将坡体进行条分成10个垂直条块；由于各个条块自身范围内的滑移面倾角θi均无明显变化，所以可假定滑坡的每一个计算条块的滑动面为直线，即整个滑动面在剖面上为折线(图3)，其计算参数见表2。表2：滑坡坡体条10个垂直条块的计算参数表步骤四：降雨作用下水位线以上坡体整体剩余下滑推力增量的确定(1)降雨作用下滑坡平均地下水位的确定由原理1及图4可知有效降雨量与平均地下水位变化量的关系：ht＝ajt+b(a、b与岩土体性质有关，a＞0)。本发明提出运用工程地质类比法，将该区域其他滑坡降雨量与地下水的历史监测数据进行线性拟合，可综合确定待评价滑坡坡体岩土体性质参数a＝0.8和b＝7.5。进而根据式(1)可确定t时刻降雨引起的平均地下水位增量δht，见表3。δht＝(ht-ht-1)＝a(jt-jt-1)＝aδjt(1)表3：有效降雨量与平均地下水位变化量记录表(2)降雨作用下第i条块剩余下滑推力增量的确定根据原理1，对于库水位线以上的条块(条块1-5)，在不考虑条间力的传递作用下，其第i个条块剩余下滑推力变化量为：考虑条间力传递作用，地下水变化下第1个条块剩余下滑推力增量为：第i条块前端至边坡后缘的整体剩余下滑推力增量为：式中：其条块1-5剩余下滑推力变化量，见表4。表4：垂直条块1-5剩余下滑推力变化量表条块12345δehi(kn)28.8437.2230.5918.3313.44δe′hi(kn)28.8464.0092.54102.60114.15步骤五：库水位下降过程中边坡浸润线的确定对于沿基岩面滑动的水库型边坡来说，边坡浸润面最高点沿着基岩面随库水位下降而下降。根据大量实际监测数据统计，浸润线的降落快慢与k/μv(k为坡体的渗透系数；μ为给水度；v为水位的降速)及最大降距δh有关。因此，本发明依据大量水库滑坡实际监测数据统计可确定库水位实际波动情况下渗流浸润面位置最高点为：经实测，坡体的渗透系数k＝0.01m/d；给水度μ＝0.025；水位的降速v＝0.2m/d；5、6、7、8、9月份库水的最大降距δh分别为6m、12m、18m、24m、30m，根据式(5)分别确定5、6、7、8、9月份水位下降条件下的h0分别为4.2m、8.4m、12.6m、16.8m、21m。由原理2及图5可得，从最高点f到渗出点e之间坡身段的渗流量为:从渗出点e到坡角c的坡面流量为:以5月份水面下降δh为6m为例，hi为计算时水面水深hi＝175-6＝159m；坡率m1＝0.5；计算浸润线最高点到坡脚的水平距离l＝460m；令式(6)等于式(7)，求得he＝173.2m，进而求得再利用式(8)可以求得5月份对应水平距离x处的浸润面最高点f的高度步骤六：库水位作用下水位变动范围内坡体剩余下滑推力增量的确定根据库水位下降过程中边坡的浸润线方程式(8)可确定任意位置处浸润线高度，本发明将水位波动范围内坡体条块j的两端浸润线高度的平均值作为该条块的浸润线计算高度δhj。表5：浸润线计算高度计算表对于库水位调控范围内的条块，依据原理(3)及图6，在不考虑条间力的传递作用下，根据式(9)可确定其库水位下降引起的第j条块剩余下滑推力增量：式中:考虑条间力传递作用，库水位变化δh条件下库水位调控范围内第1个条块剩余下滑推力增量为:库水波动范围内坡体剩余下滑推力增量为:式中:根据表5中数据，结合公式(9)5月份库水降至169m波动范围内坡体6-10条块剩余下滑推力增量见表6：表6：垂直条块6-10剩余下滑推力变化量表条块678910δehi(kn)51.7647.9444.0630.256.68δe′hi(kn)51.7699.71143.77174.01180.69因此，5月份时库水波动范围内坡体剩余下滑推力增量为299.63kn,同理可根据步骤五和步骤6计算出6、7、8、9月份库水波动范围内坡体剩余下滑推力增量分别为590.2kn、901kn，1203.2kn、1508.5kn。步骤七：水库型滑坡复合水加载及其响应参数的确定(1)单位统计分析周期的确定根据水库型滑坡降雨及库水位变化规律，本发明选取库水位下降月份的降雨、库水、位移监测数据进行计算分析，将每月作为一个单位统计分析与预测周期，并以此可确定统计分析与预测周期数。(2)降雨量及库水位加载及其响应参数的确定根据步骤二得到的监测数据，分别读取边坡前期t个周期累计月降雨量δjt、月库水位下降值δht及月位移变化量均值将由步骤四计算的前t个周期累计降雨引起的坡体库水位线以上坡体整体剩余下滑推力增量δe′jt作为滑坡的降雨加载参数；将由步骤六计算的前t个周期累计库水位下降引起的库水位波动范围内坡体整体剩余下滑推力增量δe′ht作为滑坡的库水加载参数；将δe′ht与δe′jt之和作为水库型滑坡第t个周期复合水动力加载参数；将前t个周期监测的滑坡累计位移变化量均值作为滑坡在降雨与库水耦合动力作用下的位移响应参数。步骤八：复合水动力增载位移响应比预测模型的确定以初始周期库水位稳定条件下，降雨引起的水位线以上条块整体剩余下滑推力增量δe′j0作为复合水初始动力加载量，其对应的位移作为初始动力加载位移响应量。以前t个周期降雨引起的水位线以上条块整体剩余下滑推力增量δe′jt与库水引起的库水波动范围内条块整体剩余下滑推力增量δe′ht之和作为t周期复合水动力加载量，其对应的累计位移作为t周期动力加载位移响应量。以复合水动力增载与其位移响应统计量为依据，可确定边坡复合水动力增载位移响应比模型，即：其5-9月份复合水动力加载及加载响应参数见表7。表7：5-9月份复合水动力加载及加载响应参数表式中：δe′ht+δe′jt—t周期复合水动力加载量；δe′j0—初始周期库水位稳定条件下，降雨水动力加载量；—t周期复合水加载引起的位移响应量；—初始周期库水位稳定条件下，降雨水动力加载引起的位移响应量。步骤九：复合水边坡稳定性评价及监测预警(1)根据步骤八计算得出的边坡不同周期复合水动力增载位移响应比值，可对边坡稳定性进行评价及监测预警：表8：边坡稳定性进行评价及监测预警记录表月份56789ηt1.001.021.392.3116.91由于该边坡η＞1且η不断变大，因此判定该边坡处于不稳定发展阶段。(2)对于处于不稳定发展阶段的边坡，本发明提出根据动力增载位移响应比随复合水动力变化的关系曲线，见表9，确定复合水动力增载响应比变化率λ为：表9：复合水动力增载响应比变化率记录表月份6789λt0.0000440.0008420.0019720.033896由于动力增载响应比变化率λ逐渐增大，因此判定边坡处于整体滑移阶段，此时应及时对边坡失稳进行预警。本发明广泛运用于边坡稳定性评价与滑坡灾害监测预警场合，特别涉及水库型复合水动力滑坡的预测参数和稳定性评价方法。以上所述仅为本发明的较佳实施例而己，并不以本发明为限制，凡在本发明的精神和原则之内所作的均等修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的专利涵盖范围内。当前第1页12