【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种滑坡监测预警技术，特别是涉及一种基于斜坡地下水物理特征监测实现的降雨型滑坡监测预警方法与系统，属于地质灾害防治、地质灾害监测预警。
技术介绍
1、滑坡是三大地质灾害类型之一，是山区环境安全建设的重要监控防治对象。滑坡的诱发因素多样，但统计数据显示，90％以上的滑坡属降雨型滑坡。
2、现有研究降雨型滑坡的普遍认识是：雨水渗入斜坡中引起土体含水率上升的同时也可能引起地下水位的上升，一方面，土体容重的增大导致滑移面剪应力的增加，另一方面，土体中负孔隙水压力的上升导致抗剪强度下降。当超过极限平衡状态，则引起斜坡失稳滑动。这意味着，对于降雨型滑坡，最理想且有效的监测预警方案应当将预警模型的输入变量设计在地下水位监测层面，即以地下水位参数、土体孔隙水压力、土体容重等参数的动态监测值作为输入数据。在此基础上，更为优选的是以动态地下水位参数作为最基础的输入，利用动态地下水位参数测算动态的土体孔隙水压力，作为二级输入。然而，现有的降雨型滑坡监测预警方案尚未实现此技术构思。
3、现有技术之所以无法实现以地下水位或孔隙水压力动态数据作为输入变量对滑坡灾害实施监测预警的最主要原因在于无法很好地解决地下水位动态监测的技术问题。目前对地下水位的监测一般都是以“埋深”方式进行，即钻孔并安装各类传感器，在地面上读取传感器数据。这种测量方式在野外受限较多，难以支持现场方案实况运行。为在监测预警方案中绕开这一环节，现有技术采用的思路主要是基于降雨强度与地下水关系模型(如rosso模型)，首先通过模拟实验建立不同降雨类型对浅
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是针对现有技术的不足，提供一种基于地下水动态特征的降雨型滑坡监测预警技术。
2、为实现上述目的，本专利技术首先提供一种降雨型滑坡监测预警方法，其技术方案如下：
3、一种降雨型滑坡监测预警方法，其特征在于：获取监测对象坡体s的坡体本底数据，沿坡体s内地下水位线布置监测位点pi，i＝1，2，...,n，构建以滑坡滑面为下底面的坡体s的条分法模型，使每一点pi对应一个土条si，将坡体本底数据匹配至各土条si，监测采集各点pi的地下水物理特征动态监测数据d，所述动态监测数据d包括孔隙水压力ui，测算边坡s在时间t的安全系数fos(t)，根据fos(t)判断坡体s在时间t的安全稳定性；fos(t)依式1表达，
4、
5、式中，fos(t)-边坡s在时间t的安全系数，
6、pθi-计算中间量，
7、ci、一点pi土体的粘聚力/kpa、摩擦角/°，边坡本底数据，
8、wi、bi、hi-土条si的自重/kn、宽度/m、平均高度/m，边坡本底数据，
9、uit-点pi土体在时间t的孔隙水压力，kpa，动态监测数据d，
10、θi-土条si底面点pi的法线与竖直线的交角，°，边坡本底数据。
11、上述降雨型滑坡监测预警方法，是在边坡土条模型基础上，建立由边坡监测位点地下水孔隙水压力表达的边坡稳定性系数计算模型，利用孔隙水压力动态数据测算边坡稳定性系数的动态特征，由此评估边坡安全稳定性。监测位点土体的孔隙水压力动态数据是上述方法的重要输入变量，利用现有方法，可采用原位的钻孔仪器监测手段采集，也可结合经验值与模拟实验数据确定。
12、由于现有技术实时监测采集地下位点土体孔隙水压力动态数据的效果不够理想，易成为依式1模型计算精度的限制条件。因而，上述方法进一步优化是，提供利用监测位点地下水高程测算孔隙水压力的方法，具体采用式2方程组实施。其中，γw-边坡s地下水重度(kn/m3)、bit-监测位点地下水在时间t的压力水头高度(m)、g2it-监测位点地下水在时间t的高程(m)、hi-土条si在时间t的滑面高程(m)。
13、uit＝γwbit 式2-1
14、bit＝g2it-hi 式2-2
15、上述优化方案，将监测位点土体孔隙水压力的实时监测问题转换为监测位点地下水高程实时监测问题，能够有效利用现有监测测量技术中，地下水高程实时监测手段较之土体孔隙水压力实时监测手段更丰富多样的特点，提升依式1模型计算边坡安全系数的精度。
16、现有地下水高程实时监测技术中，连通器原理排水测量法，即基于连通器原理，用导水管将点pi透水筒地下水引至地面以上排水，并利用排水口水流运动特征指标反算pi地下水水位特征的测量方法，具有多方面技术优势。本专利技术上述降雨型滑坡监测预警方法的进一步优化是，提供一种利用连通器原理排水测量法监测位点地下水高程的测量方法。具体依式3方程组测算监测位点地下水高程。
17、g2＝min(g2a，g2b) 式3-1
18、
19、式中，g2-监测位点地下水高程(m)，g2a，g2b-g2计算中间量(m)，v-地面排水口流速(m/s)，λ-导水管沿程阻力系数，cup-点pi处钻孔长度(m)，z-导水管内径(m)，ηup-导水管在透水筒内部分的局部水头损失系数，ymax-测量地自然大气压所能提供的最大提水高度(m)，g3-导水管顶部最大高程(m)，η一导水管局部水头损失系数，g1-排水口水位高程(m)，g一重力加速度常数(m/s2)。其中，v属于动态监测数据d，λ、cup、z、ηup、ymax、g3、η、g1属于测量设计操作参数，即在采集动态监测数据d之前可以根据本底数据、工程环境、设备仪器、前期实验等确定的设计参数或操作参数。
20、式3方程组是利用地下监测位点地下水在地面排水口形成稳定水流时的瞬时流速反演计算地下监测位点地下水高程。与现有的同类地下水高程测量方法相比，该方法的改进是基于长久室内试验研究数据，对计算模型的自变量加以细化，主要在两方面，一是引入钻孔长度作为计算模型的自变量影响因素，二是将导水管水头损失因素加以区分，分解为导水管在透水筒内部分的局部水头损失系数∑ηup与全程局部水头损失系数∑η两部分，使得监测流速结果对地下水位高程的反演计算所得数据值更加精确，计算误差更小。
21、上述优化方案中，确定导水管沿程阻力系数λ有多种现有方式，如经典方程(darcy-weisbach公式、colebrook公式)、实验法、经验公式、经验图表等。本专利技术进一步提供测算导水管沿程阻力系数λ的方案。具体是依式4计算确定。其中，re-雷诺数，δ-导水管材料的绝对粗糙度(mm)，d-导水管特征长度参数，取值导水管内径z(mm)。
22、
23、上述优化方案中，∑ηup与本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.降雨型滑坡监测预警方法，其特征在于：获取监测对象坡体S的坡体本底数据，沿坡体S内地下水位线布置监测位点Pi,i＝1,2,…,n，构建以滑坡滑面为下底面的坡体S的条分法模型，使每一点Pi对应一个土条si，将坡体本底数据匹配至各土条si，监测采集各点Pi的地下水物理特征动态监测数据D，所述动态监测数据D包括孔隙水压力ui，测算边坡S在时间t的安全系数FOS(t)，根据FOS(t)判断坡体S在时间t的安全稳定性；FOS(t)依式1表达，
2.根据权利要求1所述监测预警方法，其特征在于：所述孔隙水压力ui是利用动态监测数据D依式2方程组测算孔隙水压力uit，
3.根据权利要求2所述监测预警方法，其特征在于：采用连通器原理排水测量法监测采集各点Pi的动态监测数据D，所述连通器原理排水测量法是基于连通器原理，用导水管(2)将点Pi透水筒(1)地下水引至地面以上排水，并利用排水口(22)水流运动特征指标反算Pi地下水水位特征的测量方法；点Pi地下水高程依式3方程组测算，
4.根据权利要求3所述监测预警方法，其特征在于：所述导水管(2)沿程阻力系数λ依式4
5.根据权利要求3所述监测预警方法，其特征在于：所述导水管(2)在透水筒(1)内部分的局部水头损失系数∑ηup、导水管(2)局部水头损失系数Ση依式5方程组测算，
6.降雨型滑坡监测预警系统，其特征在于：监测对象坡体S现场调查，获取坡体本底数据，利用坡体本底数据，沿坡体S内地下水高程线布置监测位点Pi,i＝1,2,…,n，构建坡体S的条分法模型，使每一点Pi对应一个土条si，将坡体本底数据匹配至各土条si；在各点Pi处钻孔并置入透水筒(1)，保证地下水进入透水筒(1)，导水管(2)进水口(21)伸入透水筒(1)内液面以下，导水管(2)排水口(22)引至地面以上；待排水口(22)稳定出水，监测端(3)测量采集各点Pi的地下水物理特征动态监测数据D；利用权利要求1～5任一所述降雨型滑坡监测预警方法测算边坡S在时间t的安全系数FOS(t)，并判断坡体S安全稳定性。
7.根据权利要求6所述监测预警系统，其特征在于：对于采用连通器原理排水测量法监测采集各点Pi的动态监测数据D的技术方案，根据基础数据确定判断坡体S安全稳定性的FOS(t)阈值，构建依式6表达的坡体S安全稳定模型，解算判断坡体S安全稳定性的v阈值，根据动态监测数据D中地面排水口(22)流速v动态值与v阈值，判断坡体S安全稳定性；
8.根据权利要求1～5任一所述监测预警方法或权利要求6～7任一所述监测预警系统，其特征在于：若坡体S为均质土体，监测位点Pi采用缺省设置，所述缺省设置是邻近土条si共设一个监测位点P，匹配相同的动态监测数据D。
9.根据权利要求8所述监测预警方法或监测预警系统，其特征在于：所述缺省设置是，对于沿坡体S内地下水位线布置的监测位点Pi，仅以其中少数监测位点为采样点Pj，采集采样点Pj的地下水动态高程数据，利用采样点Pj在时间t的地下水动态高程数据拟合坡体S在时间t的地下水高程曲线，再利用曲线方程求解非采样点Pj的监测位点Pi在时间t的地下水高程数据。
10.根据权利要求1～5任一所述监测预警方法或权利要求6～7任一所述监测预警系统，其特征在于：在监测预警期间内，保持导水管(2)进水口(21)在透水筒(1)内液面以下。
...【技术特征摘要】
1.降雨型滑坡监测预警方法，其特征在于：获取监测对象坡体s的坡体本底数据，沿坡体s内地下水位线布置监测位点pi,i＝1,2,…,n，构建以滑坡滑面为下底面的坡体s的条分法模型，使每一点pi对应一个土条si，将坡体本底数据匹配至各土条si，监测采集各点pi的地下水物理特征动态监测数据d，所述动态监测数据d包括孔隙水压力ui，测算边坡s在时间t的安全系数fos(t)，根据fos(t)判断坡体s在时间t的安全稳定性；fos(t)依式1表达，
2.根据权利要求1所述监测预警方法，其特征在于：所述孔隙水压力ui是利用动态监测数据d依式2方程组测算孔隙水压力uit，
3.根据权利要求2所述监测预警方法，其特征在于：采用连通器原理排水测量法监测采集各点pi的动态监测数据d，所述连通器原理排水测量法是基于连通器原理，用导水管(2)将点pi透水筒(1)地下水引至地面以上排水，并利用排水口(22)水流运动特征指标反算pi地下水水位特征的测量方法；点pi地下水高程依式3方程组测算，
4.根据权利要求3所述监测预警方法，其特征在于：所述导水管(2)沿程阻力系数λ依式4测算，
5.根据权利要求3所述监测预警方法，其特征在于：所述导水管(2)在透水筒(1)内部分的局部水头损失系数∑ηup、导水管(2)局部水头损失系数ση依式5方程组测算，
6.降雨型滑坡监测预警系统，其特征在于：监测对象坡体s现场调查，获取坡体本底数据，利用坡体本底数据，沿坡体s内地下水高程线布置监测位点pi,i＝1,2,…,n，构建坡体s的条分法模型，使每一点pi对应一个土条si，将坡体本底数据匹配至各土条si；在各点pi处...
【专利技术属性】
技术研发人员：王旭，孙红月，王天龙，汤人杰，罗睿，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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