一种边坡稳定性的多指标综合评价与预警方法技术

本发明专利技术涉及一种边坡稳定性的多指标综合评价与预警方法，包括滑坡位移、降雨及地下水位数据的监测并对获取的数据进行预处理；滑坡后缘变形裂缝连通率与垂直位移方向率的确定；滑坡稳定性评判指标与稳定性阶段的划分及定性与定量判据；滑坡稳定性各评判指标敏感率的确定；滑坡整体稳定性综合评判值的确定；滑坡稳定性阶段划分及监测预警等级的确定。本发明专利技术方法综合考虑边坡主滑区位移监测点变形、边坡隆起与沉陷特征等宏观地质变形情况，选取能反映边坡整体稳定性的多个定性、定量指标，通过加权评判方法建立边坡整体稳定性的定量评价模型，确定反映滑坡整体动态演化过程，综合对边坡整体稳定性进行阶段划分及监测预警，提高预测模型的准确性。

A multi index comprehensive evaluation and early warning method for slope stability

The invention relates to a multi-index comprehensive evaluation and early-warning method for slope stability, including monitoring and pretreatment of landslide displacement, rainfall and groundwater level data, determination of deformation crack connectivity and vertical displacement direction ratio at the rear edge of landslide, division of landslide stability evaluation index and stability stage. And the qualitative and quantitative criteria; the determination of sensitivity rate of each evaluation index of landslide stability; the determination of comprehensive evaluation value of landslide stability; the division of landslide stability stages and the determination of monitoring and early warning level. The method of the invention comprehensively considers macroscopic geological deformation such as deformation of displacement monitoring points in the main slide area of the slope, characteristics of slope uplift and subsidence, selects multiple qualitative and quantitative indexes which can reflect the overall stability of the slope, establishes quantitative evaluation model of the overall stability of the slope through weighted evaluation method, and determines the overall dynamic state of the slope. Evolution process, the overall stability of the slope stage division and monitoring early warning, improve the accuracy of the prediction model.

【技术实现步骤摘要】
一种边坡稳定性的多指标综合评价与预警方法
本专利技术涉及滑坡监测预警与防治领域，涉及一种基于边坡整体稳定性的宏观地质变形迹象，特别涉及对一种边坡整体稳定性进行综合评价及监测预警的方法。
技术介绍
滑坡是危害性和破坏性较为严重的地质灾害之一，滑坡稳定性的科学监测与预测预报是滑坡灾害监测预警与防灾减灾工程的基础与前提。目前，在边坡稳定性评价和滑坡地质灾害监测预警与防治领域，广泛采用的主要预测评价方法为极限平衡法和位移监测法。极限平衡法，是将滑坡体视为刚体，通过计算滑面上抗滑力与下滑力的比值作为安全系数，评价边坡的稳定性。该方法虽是物理力学模型且有明确的稳定性判据，但该模型是一种与时间无关的静态物理力学模型，因此，该方法评价不了边坡稳定性随时间的变化规律，因而无法对滑坡进行监测预警。位移监测法是以滑坡位移监测为基础、以位移参数及其变化作为边坡稳定与否和稳定程度的预测参数与评价准则，所以其在某种程度克服了极限平衡法的不足与局限。由于边坡稳定性状态能通过位移监测直观反映，且位移监测方法具有实施容易、计算精度高等特点，因此，该类方法在我国重大工程滑坡区域已得到了普遍应用。应当承认，位移监测方法在坡体物质组成和动力因素单一以及滑移边界条件简单的土层滑坡或堆积层滑坡预测评价和防治中得到了普遍重视并发挥了重要作用。然而对于边界与动力条件复杂的大型滑坡而言，其滑坡的发展过程是其许多方面的综合发展演化过程，如临滑速率、后缘坐落量、前缘位移量、滑体四周裂隙扩展情况及地下水位变化情况等，所以对其成功预报往往并非仅依据某一点位移监测数据来判断的，而是根据上述宏观地质变形情况综合预报的。由此决定了位移监测方法所依据的位移监测数据仅能代表监测点所在区域的边坡局部稳定性，无法反映边坡整体稳定性。因此应该将地下水位观测、滑体地表位移观测、滑体四周裂隙扩展情况等所观测的结果综合起来，根据它们与实际监测结果的贴近程度，相应地赋予不同的权值，建立组合模型预报滑坡，方能提高预测模型的准确性。如果忽略上述宏观地质变形特征，仅依据监测点的位移监测数据判定边坡整体稳定性很容易导致误判。而且该类方法所依据的位移预测参数没有统一的失稳判据，其临界位移参数因滑坡的规模、边界、动力等条件的不同而有显著变化，因而无法仅依据位移监测数据对边坡稳定性阶段进行划分及对滑坡的发生时间做出及时预警。综上所述，在边坡稳定性评价与监测预警中如何综合考虑边坡主滑区位移监测点变形、边坡隆起与沉陷特征、前缘变形量，以及滑体四周裂隙扩展等宏观地质变形情况，确定能反映滑坡整体动态演化过程的定量模型是当前滑坡防灾领域亟待解决的问题。针对上述传统边坡稳定性评价方法的不足与局限性，本专利技术旨在寻求一种突破现有传统的新方法，即系统的考虑边坡稳定性的宏观地质表现，选取能反映边坡整体稳定性的多个定性、定量指标，通过加权评判方法建立边坡整体稳定性的定量评价模型，综合对边坡整体稳定性进行阶段划分及监测预警。
技术实现思路
本专利技术针对上述不足，提供一种能反映边坡稳定性的多个宏观地质表现作为评价指标，以这些评价指标为基本依据，运用数理统计原理确定各指标稳定性敏感率，进而建立评判对象的指标集与评判集，采用加权评判方法建立了边坡整体稳定性评价与监测预警方法。为达到上述目的，本专利技术包括以下步骤：(1)滑坡位移、降雨及地下水位数据的监测并对获取的数据进行预处理；(2)滑坡后缘变形裂缝连通率与垂直位移方向率的确定；(3)滑坡稳定性评判指标与稳定性阶段的划分：根据滑坡稳定性评判指标变化特征，将滑坡分为4个不同的稳定性阶段，即蠕变阶段，匀速变形阶段，加速变形阶段及临滑阶段；(4)为了实现基于各评判指标对滑坡稳定性程度进行定量判别，依据步骤(3)确定的各评判指标不同稳定性阶段划分的定性与定量判据，提出对各评判指标在蠕变阶段、匀速变形阶段、加速变形阶段、临滑阶段分别赋予特征值0.1、0.2、0.3、0.4；(5)滑坡稳定性各评判指标敏感率的确定：对待评价滑坡区进行大量滑坡地质条件详细调查与监测的基础上，采用编码取值方法表示各评价指标对滑坡稳定性影响的效果，编码取值依据步骤(4)中评判指标特征值取值(0.1、0.2、0.3、0.4)，进而确定各评判指标对滑坡稳定性的敏感率；(6)滑坡整体稳定性综合评判值的确定：根据滑坡稳定性评价敏感率集与其评价指标集，采用加权平均法计算得到滑坡当前整体稳定性综合评判值S；(7)滑坡稳定性阶段划分及监测预警等级的确定：根据滑坡整体稳定性综合评判值S的大小判断边坡变形破坏的发展阶段，并根据其变形发展阶段将滑坡监测预警等级分为3个预警等级，即黄色预警、橙色预警、红色预警。进一步地，步骤(1)具体包括以下步骤：1)对待评价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，在滑坡主滑区及后缘引张拉裂缝区、前缘剪出口区选定监测点并设立监测基桩，在距离监测点周边稳定区域设置基准点，然后安装降雨监测系统、地下水位监测系统与位移监测系统，在基准点处利用位移监测系统定期监测并记录监测基桩的滑坡位移数据或位移速率；利用降雨及地下水位监测系统实时开展降雨量与地下水位的监测并记录监测数据；2)滑坡位移、降雨及地下水位监测数据的预处理：将监测的滑坡位移、降雨量及地下水位数据传输至远程监测室按照监测周期分类预处理，录入Excel表格。进一步地，步骤(2)通过以下步骤确定：1)后缘变形裂缝连通率的确定：观测后缘变形裂缝发展情况，根据式(1)计算出滑坡后缘变形裂缝连通率δ：式中：为后缘侧裂面上裂隙所占面积；S为整个侧裂面面积。2)垂直位移方向率的确定:分别记录主滑区监测点垂直位移量与水平位移量的监测数据，根据式(2)确定出主滑区监测点的垂直位移方向率ηi：式中：Dy与Dx分别为主滑区监测点的垂直位移量与水平位移量。为分析和检测主滑区监测点的垂直位移方向率在监测时间内是否出现突变或发生趋势性降低变化，先统计和确定某一监测点垂直位移方向率的平均值和序列均方差σ：根据数理统计原理，将垂直位移方向率平均值与垂直位移方向率序列均方差σ的3倍之和作为其稳定性的判据，即：进一步地，步骤(3)以滑坡前缘变形特征、后缘变形裂缝连通率、隆起与沉陷、月变形量、变形量与降雨量的关系、地下水动态以及垂直位移方向率作为滑坡稳定性评判指标，并建立评判指标集：x＝{前缘变形特征(x1)，后缘变形裂缝连通率(x2)，隆起与沉陷(x3)，月变形量(x4)，变形量与降雨量的关系(x5)，地下水动态(x6)，垂直位移方向率(x7)}；根据滑坡稳定性评判指标变化特征，将滑坡分为4个不同的稳定性阶段，即蠕变阶段，匀速变形阶段，加速变形阶段及临滑阶段，即V＝{蠕变阶段，匀速变形阶段，加速变形阶段，临滑阶段}。各评判指标稳定性阶段的定性与定量判据见表1。表1各评判指标稳定性阶段定性与定量判据进一步地，步骤(5)中的γi根据公式(7)确定，编码取值及各评判指标敏感率计算结果记入表2中；其中：Bi＝X1i+X2i+X3i+······+XmiXmi为第m个滑坡样本第i个指标评判表2滑坡样本中各滑坡评判指标特征值及其敏感率进一步地，步骤(5)依据表1依次确定出待评价滑坡当前各判别指标Xi的稳定性阶段特征值Qi，进而确定其评价指标特征值集Q为：Q＝(Q1,Q2,Q3,Q本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种边坡稳定性的多指标综合评价与预警方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)滑坡位移、降雨及地下水位数据的监测并对获取的数据进行预处理；(2)滑坡后缘变形裂缝连通率与垂直位移方向率的确定；(3)滑坡稳定性评判指标与稳定性阶段的划分：根据滑坡稳定性评判指标变化特征，将滑坡分为4个不同的稳定性阶段，即蠕变阶段，匀速变形阶段，加速变形阶段及临滑阶段；(4)为了实现基于各评判指标对滑坡稳定性程度进行定量判别，依据步骤(3)确定的各评判指标不同稳定性阶段划分的定性与定量判据，提出对各评判指标在蠕变阶段、匀速变形阶段、加速变形阶段、临滑阶段分别赋予特征值0.1、0.2、0.3、0.4；(5)滑坡稳定性各评判指标敏感率的确定：对待评价滑坡区进行大量滑坡地质条件详细调查与监测的基础上，采用编码取值方法表示各评价指标对滑坡稳定性影响的效果，编码取值依据步骤(4)中评判指标特征值取值(0.1、0.2、0.3、0.4)，进而确定各评判指标对滑坡稳定性的敏感率γi；(6)滑坡整体稳定性综合评判值的确定：根据滑坡稳定性评价敏感率集与其评价指标集，采用加权平均法计算得到滑坡当前整体稳定性综合评判值S；(7)滑坡稳定性阶段划分及监测预警等级的确定：根据滑坡整体稳定性综合评判值S的大小判断边坡变形破坏的发展阶段，并根据其变形发展阶段将滑坡监测预警等级分为3个预警等级，即黄色预警、橙色预警、红色预警。...

【技术特征摘要】
1.一种边坡稳定性的多指标综合评价与预警方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)滑坡位移、降雨及地下水位数据的监测并对获取的数据进行预处理；(2)滑坡后缘变形裂缝连通率与垂直位移方向率的确定；(3)滑坡稳定性评判指标与稳定性阶段的划分：根据滑坡稳定性评判指标变化特征，将滑坡分为4个不同的稳定性阶段，即蠕变阶段，匀速变形阶段，加速变形阶段及临滑阶段；(4)为了实现基于各评判指标对滑坡稳定性程度进行定量判别，依据步骤(3)确定的各评判指标不同稳定性阶段划分的定性与定量判据，提出对各评判指标在蠕变阶段、匀速变形阶段、加速变形阶段、临滑阶段分别赋予特征值0.1、0.2、0.3、0.4；(5)滑坡稳定性各评判指标敏感率的确定：对待评价滑坡区进行大量滑坡地质条件详细调查与监测的基础上，采用编码取值方法表示各评价指标对滑坡稳定性影响的效果，编码取值依据步骤(4)中评判指标特征值取值(0.1、0.2、0.3、0.4)，进而确定各评判指标对滑坡稳定性的敏感率γi；(6)滑坡整体稳定性综合评判值的确定：根据滑坡稳定性评价敏感率集与其评价指标集，采用加权平均法计算得到滑坡当前整体稳定性综合评判值S；(7)滑坡稳定性阶段划分及监测预警等级的确定：根据滑坡整体稳定性综合评判值S的大小判断边坡变形破坏的发展阶段，并根据其变形发展阶段将滑坡监测预警等级分为3个预警等级，即黄色预警、橙色预警、红色预警。2.根据权利要求1所述的一种边坡稳定性的多指标综合评价与预警方法，其特征在于，所述步骤(1)具体包括以下步骤：1)对待评价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，在滑坡主滑区及后缘引张拉裂缝区、前缘剪出口区选定监测点并设立监测基桩，在距离监测点周边稳定区域设置基准点，然后安装降雨监测系统、地下水位监测系统与位移监测系统，在基准点处利用位移监测系统定期监测并记录监测基桩的滑坡位移数据或位移速率；利用降雨及地下水位监测系统实时开展降雨量与地下水位的监测并记录监测数据；2)滑坡位移、降雨及地下水位监测数据的预处理：将监测的滑坡位移、降雨量及地下水位数据传输至远程监测室按照监测周期分类预处理，录入Excel表格。3.根据权利要求1所述的一种边坡稳定性的多指标综合评价与预警方法，其特征在于，所述步骤(2)通过以下步骤确定：1)后缘变形裂缝连通率的确定：观测后缘变形裂缝发展情况，根据式(1)计算出滑坡后缘变形裂缝连通率δ：式中：为后缘侧裂面上裂隙所占面积，S为整个侧裂面面积；2)垂直位移方向率的确定:分别记录主滑区监测点垂直位移量与水平位移量的监测数据，根据式(2)确定出主滑区监测点的垂直位移方向率ηi：式中：Dy与Dx分别为主滑区监测点的垂直位移量与水平位移量。为分...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺可强，郭璐，郭媛媛，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东,37