滑坡灾害监测预警地表测斜仪阈值判定方法技术

本发明专利技术公开了滑坡灾害监测地表测斜仪阈值判定方法，它涉及一种降雨诱发滑坡临界值预警的方法。以大量斜坡破坏时的监测数据、原位实验和模型实验实例为基础，结合岩土体蠕变(流变)理论，建立滑坡蠕动变形过程模型，解析降雨滑坡蠕变(流变)三阶段与斜坡地表倾斜角度之间的关系，获得降雨滑坡地表测斜仪三阶段预警临界参考值，并通过项目组已建立的野外滑坡远程监测预警系统和数值模拟的方法进行检验,给出四阶段变形标准及预警要求，为地质灾害监测综合预警技术决策提供科学依据。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种降雨诱发滑坡地表测斜仪临界值的方法，具体涉及一种滑坡灾害监测预警地表测斜仪阈值判定方法。
技术介绍
汶川地震以后，松散堆积体在降雨的作用下诱发了数以千万计的崩塌滑坡体，给地震灾区的灾后重建和人民生命财产安全带来巨大威胁。当前在国家还不能拿出足够的经费对地震灾区每一处滑坡进行工程治理的前提下，因此开展监测预警成为减少人员伤亡和财产损失的重要措施。早期的滑坡灾害监测方法主要以人工巡视、钢尺、测量水井等进行宏观现象的观察、观测，精度低、稳定性差；随着电子技术、计算机技术、测量技术的发展，极大地推动了新型监测仪器仪表的研发和应用，滑坡监测方法也由定性观察到定量的精密仪器观测的发展过程。目前，滑坡监测仍然依靠上述两种方法：一、简易观测法，它具有获取的信息直观，简单经济，实用性较强，效果也较好等优点；但存在观测内容单一、精度低和劳动强度大等缺点。二、精密设备监测法，虽具有精度高，操作简单，直观性强，劳动强度低等优点；但也受到仪器设备费用较高、安装维护复杂及预警临界值难以确定等诸多因素困扰。就地表设备而言，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。⑥.地表测斜仪，其观测的绝对精度高、监测数据可靠、易保护、安装方便、价格便宜、自动化程度高，适用于滑坡变形各个阶段。综上所述，目前各种滑坡地表监测方法及其仪器都有不同的使用条件和局限性，尤其是使用及维护成本以及监测精度等问题，野外条件下监测仪器和通信、供电电缆的保护等问题也限制了远程监测预警技术的推广应用。然而，地表测斜仪作为一种新式的滑坡地表监测设备，避免了以上问题，且易于推广使用。本专利申请团队已于2012年6月申请了技术专利(专利号：ZL201220266093.9)(图2所示)，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，都存在一个严重滞后的问题，即“实时预警方式”中的地表测斜仪的预警临界值(阈值)判别。该系统中实时预警临界值判定是实现可靠性预警的关键核心问题。但到目前为止，无论已有的空间预警系统，还是时间预警系统都没有很好的解决这个问题。因此使这些预警系统的可靠性、准确性在一定程度上都会受到很大的影响。预警临界值是早已公认的世界性学科和技术难题，地表测斜仪临界值的确定国内外研究者鲜有涉足。由于滑坡体变形破坏机理复杂，触发因素很多。因此，通过各种类型滑坡监测实例反馈数据和室内外模型实验相结合的方法确定滑坡地表测斜仪的临界值是比较容易突破技术难点的方案。
技术实现思路
针对现有技术上存在的空白，本专利技术目的是在于提供一种滑坡灾害监测预警地表测斜仪阈值判定方法，以大量斜坡破坏时的监测数据、原位实验和模型实验实例为基础，针对不同滑坡类型，建立破坏地质模型，结合蠕变(流变)理论，解析降雨滑坡蠕变(流变)三阶段与斜坡地表倾斜角度之间的关系，获得降雨滑坡预警临界参考值。获得降雨滑坡地表测斜仪(0.01°/小时、0.1°/小时、1.0°/小时)三阶段预警临界参考值，并通过项目组已建立的野外滑坡远程监测预警系统和数值模拟的方法进行检验,给出四阶段变形标准及预警要求。为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：一种滑坡灾害监测预警地表测斜仪阈值判定方法，其包括以下步骤：①已有勘查和地质资料统计分析：主要包括滑坡破坏时的位移数据，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建立滑坡破坏三阶段过程模型：基于典型降雨滑坡现场监测数据和室内外模型实验方法，结合岩土体蠕变(流变)理论，建立滑坡地表倾斜角变化与地表位移之间的关系模型，分析各阶段变形特点，建立三阶段滑坡破坏地质模型。③测斜仪预警临界值的确定：针对野外监测数据的不足，须利用室内外模型试验的方法，对不同类型的滑坡变形破坏机制进行模拟试验研究，并大量斜坡破坏时地表倾斜角变形速率初步给出滑坡的地表测斜仪临界阈值，并通过野外监测反馈数据及数值模拟进行检验；④变形速率四等级划分及预警要求：综合运用工程地质学、土力学等理论方法对降雨滑坡变形破坏过程及机理进行综合分析；结合大量监测破坏实例和室内外模型现场监测数据，建立变形速率分级标准及预警要求。所述的步骤(3)、步骤(4)包括以下过程：利用二次快速破坏型滑坡、长期蠕变型滑坡、水库滑坡及开挖导致斜坡变形破坏监测实例，结合室内外模型实验数据，获得丰富的滑坡变形直至破坏的完整过程，从而深入研究滑坡地表倾斜角与岩土体应力应变状态、滑坡变形发展、应变局部化形成及其与斜坡破坏过程的关系；通过各变形阶段滑坡变形状态，给出地表倾斜角变形速率预警临界值；初始变形阶段0.01°/小时，等速变形阶段0.1°/小时，加速变形阶段1.0°/小时；再通过野外监测数据和数值模拟的方法加以检验，建立变形速率分级标准及预警要求，如表1。表1滑坡角度变形速率预警等级本专利技术既涉及到滑坡发生机理和触发因素等多种学科问题，还与滑坡模拟实验方法和监测技术设备相关。通过用地表测斜仪监测滑坡变形的监测数据和模型实验数据，给出了地表测斜仪监测滑坡破坏时的预警临界值，弥补了对滑坡地表监测的倾斜角与滑坡稳定性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依据。附图说明下面结合附图和具体实施方式来详细说明本专利技术；图1为本专利技术的方法流程图；图2为实施例的岩土体蠕变(流变)三阶段过程模型；图3为实施例的三阶段滑坡破坏地质模型图；图4为实施例的典型库岸边坡降雨性破坏模型实验测斜仪数据变化图；图5为实施例的典型粘土滑坡破坏模型实验测斜仪数据变化图；图6为实施例的典型堆积层滑坡原位实验测斜仪数据变化图；图7为实施例的典型公路边坡监测测斜仪数据变化图；图8为实施例的典型水库滑坡野外监测测斜仪数据变化图；图9为实施例的典型开挖斜坡监测测斜仪数据变化图；图10为实施例的典型滑坡监测测斜仪数据变化图；图11为实施例的地表测斜仪预警临界值判定图。具体实施方式为使本专利技术实现的技术手段、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，进一步阐述本专利技术。本具体实施方式的方法流程图如图1所示，具体实施方式采用以下技术方案：岩土体蠕变(流变)理论中的位移一时间(变形速率)曲线的三阶段过程被视本文档来自技高网...

【技术保护点】
滑坡灾害监测预警地表测斜仪阈值判定方法，其特征在于，其包括以下步骤：(1)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，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资料；(2)建立滑坡破坏三阶段过程模型：基于典型降雨滑坡现场监测数据和室内外模型实验方法，结合岩土体蠕变、流变理论，建立滑坡地表倾斜角变化与地表位移之间的关系模型，分析各阶段变形特点，建立三阶段滑坡破坏地质模型；(3)测斜仪预警临界值的确定：针对野外监测数据的不足，利用室内外模型试验的方法，对不同类型的滑坡变形破坏机制进行模拟试验研究，并大量斜坡破坏时地表倾斜角变形速率初步给出滑坡的地表测斜仪临界阈值，并通过野外监测反馈数据及数值模拟进行检验；(4)变形速率四等级划分及预警要求：对降雨滑坡变形破坏过程及机理进行综合分析；结合大量监测破坏实例和室内外模型现场监测数据，建立变形速率分级标准及预警要求。

【技术特征摘要】
1.滑坡灾害监测预警地表测斜仪阈值判定方法，其特征在于，其包括以下步骤：(1)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，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资料；(2)建立滑坡破坏三阶段过程模型：基于典型降雨滑坡现场监测数据和室内外模型实验方法，结合岩土体蠕变、流变理论，建立滑坡地表倾斜角变化与地表位移之间的关系模型，分析各阶段变形特点，建立三阶段滑坡破坏地质模型；(3)测斜仪预警临界值的确定：针对野外监测数据的不足，利用室内外模型试验的方法，对不同类型的滑坡变形破坏机制进行模拟试验研究，并大量斜坡破坏时地表倾斜角变形速率初步给出滑坡的地表测斜仪临界阈值，并通过野外监测反馈数据及数值模拟进行检验；(4)变形速率四等级划分及预警要求：对降雨滑坡变形...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄栋，乔建平，田宏岭，杨宗佶，姜元俊，王萌，
申请(专利权)人：中国科学院，水利部成都山地灾害与环境研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51