專利名稱：滑坡監(jiān)控預(yù)報(bào)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于自然災(zāi)害的監(jiān)控預(yù)報(bào)領(lǐng)域，具體涉及滑坡的監(jiān)控預(yù)報(bào)方法。
技術(shù)背景斜坡上的土體或者巖體由于受河流沖刷、地下水活動(dòng)、地震及人工切坡等因素的影響， 在重力的作用下沿著一定的軟弱面或者軟弱帶整體或分散順坡向下滑動(dòng)的自然現(xiàn)象，稱為滑 坡?；率且环N嚴(yán)重的自然災(zāi)害?；伦冃芜^程一般可分為初始變形、平緩變形和加速變形 三個(gè)階段。在初始變形階段，開始出現(xiàn)邊坡變形現(xiàn)象，地表出現(xiàn)斷續(xù)的裂縫，但整個(gè)滑坡變 形體的位移量較少；進(jìn)入平緩變形階段后，地表出現(xiàn)了較多的變形裂縫，并沿滑坡周邊形成 連續(xù)分布的裂縫，產(chǎn)生明顯的下挫現(xiàn)象，單位時(shí)間內(nèi)滑坡變形體的位移量基本相等，日位移 量可達(dá)數(shù)毫米或數(shù)厘米；進(jìn)入加速變形階段后，地表出現(xiàn)了較大的位移，滑坡變形體單位時(shí) 間內(nèi)位移量逐漸增大，日位移量可達(dá)數(shù)厘米或數(shù)十厘米?；伦冃尉哂袕?fù)雜性、隨機(jī)性和不確定性的特點(diǎn)，因此要想準(zhǔn)確進(jìn)行滑坡的時(shí)間預(yù)報(bào)非 常困難。迄今為止，國內(nèi)外對滑坡準(zhǔn)確預(yù)報(bào)的實(shí)例仍十分少見。現(xiàn)有滑坡預(yù)報(bào)系統(tǒng)，大多是 根據(jù)臨滑現(xiàn)象做出的經(jīng)驗(yàn)性預(yù)報(bào)，或是已發(fā)生滑坡后的檢驗(yàn)性預(yù)報(bào)?；骂A(yù)報(bào)問題還未得到 很好的解決。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所解決的技術(shù)問題是提供一種預(yù)報(bào)結(jié)果準(zhǔn)確的滑坡監(jiān)控預(yù)報(bào)方法。 解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是滑坡監(jiān)控預(yù)報(bào)方法，包括如下步驟(1) 對發(fā)現(xiàn)邊坡變形現(xiàn)象的區(qū)域進(jìn)行地質(zhì)勘察；(2) 建立滑坡變形體的地表位移監(jiān)測網(wǎng)；(3) 記錄監(jiān)測數(shù)據(jù)，生成滑坡變形體的累計(jì)位移S與時(shí)間t的序列數(shù)據(jù)點(diǎn)曲線；(4) 對序列數(shù)據(jù)點(diǎn)曲線進(jìn)行數(shù)學(xué)擬合，建立滑坡變形體的累計(jì)位移s與時(shí)間t的預(yù)報(bào)模型；(5) 根據(jù)預(yù)報(bào)模型做出預(yù)報(bào)。進(jìn)一步的是，滑坡變形體進(jìn)入加速變形階段后，根據(jù)序列數(shù)據(jù)點(diǎn)曲線上所出現(xiàn)的位移異 常特征點(diǎn)做出臨滑預(yù)報(bào)。進(jìn)一步的是，滑坡變形體進(jìn)入加速變形階段后，對滑坡變形體的監(jiān)測周期為0.5小時(shí) 2小時(shí)/每次。進(jìn)一步的是，通過地表位移監(jiān)測網(wǎng)對滑坡變形體變形失穩(wěn)的關(guān)鍵部位進(jìn)行監(jiān)測。 進(jìn)一步的是，地表位移監(jiān)測網(wǎng)采用地表巡視與紅外測量儀監(jiān)測相結(jié)合的方法進(jìn)行監(jiān)測。 進(jìn)一步的是，紅外測量儀設(shè)置在滑坡變形體以外穩(wěn)定的具有通視的地段上。 本發(fā)明的有益效果是經(jīng)試驗(yàn)表明，本發(fā)明的滑坡監(jiān)控預(yù)報(bào)方法不僅能夠準(zhǔn)確監(jiān)測滑坡 變形的全過程，而且可以提前幾天，甚至可以提前幾小時(shí)，對滑坡做出準(zhǔn)確預(yù)報(bào)；此外，該 方法還具有簡潔、快速的優(yōu)點(diǎn)，適用于對多種地形、地質(zhì)條件上的滑坡進(jìn)行監(jiān)控和預(yù)報(bào)。


圖l為采用本發(fā)明滑坡監(jiān)控預(yù)報(bào)方法對某一滑坡變形體進(jìn)行監(jiān)測后所得到的滑坡變形體 的累計(jì)位移S與時(shí)間t的序列數(shù)據(jù)點(diǎn)曲線。
具體實(shí)施方式
下面通過附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。 本發(fā)明的滑坡監(jiān)控預(yù)報(bào)方法，包括如下步驟；(1) 對發(fā)現(xiàn)邊坡變形現(xiàn)象的區(qū)域進(jìn)行地質(zhì)勘察；(2) 建立滑坡變形體的地表位移監(jiān)測網(wǎng)；(3) 記錄監(jiān)測數(shù)據(jù)，生成滑坡變形體的累計(jì)位移s與時(shí)間t的序列數(shù)據(jù)點(diǎn)曲線；(4) 對序列數(shù)據(jù)點(diǎn)曲線進(jìn)行數(shù)學(xué)擬合，建立滑坡變形體的累計(jì)位移s與時(shí)間t的預(yù)報(bào)模型；(5) 根據(jù)預(yù)報(bào)模型做出預(yù)報(bào)。在步驟(1)中發(fā)現(xiàn)邊坡變形現(xiàn)象后，進(jìn)行地質(zhì)勘察可調(diào)査出裂縫的分布情況，査清滑 坡變形體的平面分布范圍、厚度、物質(zhì)組成、體積等邊界條件，分析研究滑坡變形體的形成 機(jī)制。在進(jìn)行地質(zhì)勘察的基礎(chǔ)上才能夠正確建立滑坡變形體的地表位移監(jiān)測網(wǎng)。地質(zhì)勘察工 作是認(rèn)識滑坡變形體的基礎(chǔ)，通過地質(zhì)勘察工作可確定滑坡變形體的物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、滑坡 變形體的范圍、成因，位移監(jiān)測只有布置在坡體可能產(chǎn)生變形的范圍才有實(shí)際意義。地表位 移監(jiān)測網(wǎng)由多個(gè)分布在滑坡變形體上的監(jiān)測點(diǎn)組成，每個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的設(shè)置設(shè)應(yīng)具有代表性，最 好布置在滑坡變形體變形失穩(wěn)的關(guān)鍵部位，這樣才能取得更為詳實(shí)可靠的變形資料，提取有 效控制信息，充分了解坡體動(dòng)態(tài)規(guī)律?；伦冃误w變形失穩(wěn)的關(guān)鍵部位是指能代表滑坡變形 體的變形情況的部位，該關(guān)鍵部位通過步驟(1)中地質(zhì)勘察的結(jié)果來確定。地表位移監(jiān)測網(wǎng)可采用地表巡視與紅外測量儀監(jiān)測相結(jié)合的方法進(jìn)行監(jiān)測。這種監(jiān)測方 法具有簡潔、快速的優(yōu)點(diǎn)，可以減少建立地表位移監(jiān)測網(wǎng)的時(shí)間和成本。紅外測量儀以及進(jìn)行地表巡視時(shí)所使用的觀測設(shè)備最好設(shè)置在滑坡變形體以外穩(wěn)定的具有通視的地段上，具有 通視的地段是指指前方無遮擋物，能用肉眼或測量儀器直接觀測到的地段。紅外測量儀監(jiān)通 過從遠(yuǎn)處發(fā)射紅外線對所監(jiān)測點(diǎn)的位移進(jìn)行周期性的測量。將紅外測量儀設(shè)置在滑坡變形體 以外穩(wěn)定的具有通視的地段上可以保證監(jiān)測人員的安全，并且提高監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性。當(dāng)然 ，地表位移監(jiān)測網(wǎng)還可以采用其它的監(jiān)測手段進(jìn)行監(jiān)測，比如在滑坡變形體中設(shè)置位移傳感 器進(jìn)行監(jiān)測。步驟(2)建立滑坡變形體的地表位移監(jiān)測網(wǎng)完成后，就可對滑坡變形體進(jìn)行周期性的 監(jiān)測。對每個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的監(jiān)測時(shí)是同時(shí)進(jìn)行的，從每個(gè)監(jiān)測點(diǎn)都可以得到所監(jiān)測部位在不同監(jiān) 測時(shí)間相對應(yīng)的位移量。然后將每個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，就可以生成滑坡變形體的 累計(jì)位移s與時(shí)間t的序列數(shù)據(jù)點(diǎn)曲線。監(jiān)測數(shù)據(jù)可采用累加生成的方式來建立累計(jì)位移s與 時(shí)間t的序列數(shù)據(jù)點(diǎn)曲線。累加生成是灰色理論中一種數(shù)據(jù)預(yù)處理方法。如圖l，滑坡變形體的累計(jì)位移s與時(shí)間t的序列數(shù)據(jù)點(diǎn)曲線是由多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)串連形成的 。相鄰數(shù)據(jù)點(diǎn)在橫坐標(biāo)t上的間距為監(jiān)測的間隔時(shí)間。如圖中所示，曲線的開始一段為平緩 向上的直線，該段直線的斜度很小。這段時(shí)期為滑坡變形的初始變形階段和平緩變形階段。 這兩個(gè)階段滑坡變形體的位移量較小，因此監(jiān)測數(shù)據(jù)可每天采集一次。在經(jīng)過初始變形階段 和平緩變形階段以后，滑坡變形體開始進(jìn)入加速變形階段。此時(shí)滑坡變形體出現(xiàn)較大位移， 曲線突然變陡，曲線上不同數(shù)據(jù)點(diǎn)的斜率逐漸增大，說明滑坡變形體的位移變化率加大?；?坡變形體進(jìn)入加速變形階段后，對滑坡變形體的監(jiān)測周期縮短為O. 5小時(shí) 2小時(shí)/每次，曲 線上體現(xiàn)為數(shù)據(jù)點(diǎn)緊密靠攏。在生成滑坡變形體的累計(jì)位移s與時(shí)間t的序列數(shù)據(jù)點(diǎn)曲線后，根據(jù)步驟(4)對曲線進(jìn) 行數(shù)學(xué)擬合，建立滑坡變形體的累計(jì)位移s與時(shí)間t的預(yù)報(bào)模型。步驟(4)中可采用多種數(shù) 學(xué)方式對曲線進(jìn)行擬合，以圖1為例，可分別采用多項(xiàng)式、乘冪、指數(shù)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行擬合 ，并根據(jù)擬合精度選擇最合適的預(yù)報(bào)模型。以下是對上述三種數(shù)學(xué)模型的具體說明1、多項(xiàng)式模型滑坡變形具有明顯的時(shí)效性，其變形量S可以看成是時(shí)間t的單變量函數(shù)，SPS=f(t)，因 此任何單變量的連續(xù)函數(shù)，總可由Taylor展式表示成冪級數(shù)的形式 S=f (t) =ao+ait +a2t + a3t ++ ant 式中，ao， ai，…an為待定系數(shù)， S—累積變形量， t一時(shí)間。對上述方程求一階導(dǎo)數(shù)，可求出位移速率V，表達(dá)式為=ai +2a2t+ 3a3t2 ++ nantn 1 式中，ao， ai，…an為待定系數(shù)。式中待定系數(shù)和相關(guān)系數(shù)可通過回歸分析求得，實(shí)際分析中，可分析不同階數(shù)的多項(xiàng)式 模型，對具有一定趨勢規(guī)律的時(shí)間序列，階數(shù)越高，精度愈高。2、 指數(shù)模型e btS = a 6式中，a為待定系數(shù)， S—累積變形量， t一時(shí)間。對上述方程求一階導(dǎo)數(shù)，可求出位移速率V，表達(dá)式為 kb(t—1)式中，a， b為待定系數(shù)。3、 乘冪模型 S = a tb式中，a， b為待定系數(shù)， S—累積變形量， t一時(shí)間。在建立滑坡變形體的累計(jì)位移s與時(shí)間t的預(yù)報(bào)模型后，就可以對滑坡變形體最終失穩(wěn)的 時(shí)間做出預(yù)報(bào)。為了提高預(yù)報(bào)的精確度，滑坡變形體進(jìn)入加速變形階段后，根據(jù)序列數(shù)據(jù)點(diǎn)曲線上所出 現(xiàn)的位移異常特征點(diǎn)做出臨滑預(yù)報(bào)。異常特征點(diǎn)是序列數(shù)據(jù)點(diǎn)曲線上的拐點(diǎn)，是單位時(shí)間內(nèi) 位移的突變點(diǎn)，該點(diǎn)可從序列數(shù)據(jù)點(diǎn)曲線上觀測到。如圖l，圖中P點(diǎn)即為異常特征點(diǎn)。當(dāng)滑 坡變形體進(jìn)入加速變形階段后，曲線突然變陡，位于P點(diǎn)之下的這段曲線仍近似為一段光滑 的曲線。曲線經(jīng)過P點(diǎn)時(shí)，累計(jì)位移s對時(shí)間t的變化率突然增大，說明滑坡變形體開始進(jìn)一步加速變形，臨近大滑動(dòng)。此時(shí)應(yīng)發(fā)出臨滑預(yù)報(bào)，可以達(dá)到提前幾小時(shí)準(zhǔn)確預(yù)報(bào)的效果。通過研究表明，序列數(shù)據(jù)點(diǎn)曲線上出現(xiàn)的位移異常特征點(diǎn)是滑坡變形過程的客觀事實(shí)， 具有重要的物理意義，是土體失穩(wěn)的前兆反映。由于滑坡變形過程具有復(fù)雜性、非等速性， 位移異常就一定能出現(xiàn)，并反映在累計(jì)位移s與時(shí)間t的序列數(shù)據(jù)點(diǎn)曲線上出現(xiàn)的異常特征點(diǎn)
權(quán)利要求
1. 滑坡監(jiān)控預(yù)報(bào)方法，包括如下步驟(1)對發(fā)現(xiàn)邊坡變形現(xiàn)象的區(qū)域進(jìn)行地質(zhì)勘察；(2)建立滑坡變形體的地表位移監(jiān)測網(wǎng)；(3)記錄監(jiān)測數(shù)據(jù)，生成滑坡變形體的累計(jì)位移s與時(shí)間t的序列數(shù)據(jù)點(diǎn)曲線；(4)對序列數(shù)據(jù)點(diǎn)曲線進(jìn)行數(shù)學(xué)擬合，建立滑坡變形體的累計(jì)位移s與時(shí)間t的預(yù)報(bào)模型；(5)根據(jù)預(yù)報(bào)模型做出預(yù)報(bào)。
2.如權(quán)利要求l所述的滑坡監(jiān)控預(yù)報(bào)方法，其特征是滑坡變形體進(jìn) 入加速變形階段后，根據(jù)序列數(shù)據(jù)點(diǎn)曲線上所出現(xiàn)的位移異常特征點(diǎn)做出臨滑預(yù)報(bào)。
3.如權(quán)利要求2所述的滑坡監(jiān)控預(yù)報(bào)方法，其特征是滑坡變形體進(jìn) 入加速變形階段后，對滑坡變形體的監(jiān)測周期為O. 5小時(shí) 2小時(shí)/每次。
4.根據(jù)1 3中任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的滑坡監(jiān)控預(yù)報(bào)方法，其特征 是通過地表位移監(jiān)測網(wǎng)對滑坡變形體變形失穩(wěn)的關(guān)鍵部位進(jìn)行監(jiān)測。
5.根據(jù)1 3中任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的滑坡監(jiān)控預(yù)報(bào)方法，其特征 是地表位移監(jiān)測網(wǎng)采用地表巡視與紅外測量儀監(jiān)測相結(jié)合的方法進(jìn)行監(jiān)測。
6.如權(quán)利要求5所述的滑坡監(jiān)控預(yù)報(bào)方法，其特征是紅外測量儀設(shè) 置在滑坡變形體以外穩(wěn)定的具有通視的地段上。
全文摘要
本發(fā)明公開了自然災(zāi)害的監(jiān)控預(yù)報(bào)領(lǐng)域一種預(yù)報(bào)結(jié)果準(zhǔn)確的滑坡監(jiān)控預(yù)報(bào)方法。該方法包括如下步驟(1)對發(fā)現(xiàn)邊坡變形現(xiàn)象的區(qū)域進(jìn)行地質(zhì)勘察；(2)建立滑坡變形體的地表位移監(jiān)測網(wǎng)；(3)記錄監(jiān)測數(shù)據(jù)，生成滑坡變形體的累計(jì)位移s與時(shí)間t的序列數(shù)據(jù)點(diǎn)曲線；(4)對序列數(shù)據(jù)點(diǎn)曲線進(jìn)行數(shù)學(xué)擬合，建立滑坡變形體的累計(jì)位移s與時(shí)間t的預(yù)報(bào)模型；(5)根據(jù)預(yù)報(bào)模型做出預(yù)報(bào)。經(jīng)試驗(yàn)表明，該方法不僅能夠準(zhǔn)確監(jiān)測滑坡變形的全過程，而且可以提前幾天，甚至可以提前幾小時(shí)，對滑坡做出準(zhǔn)確預(yù)報(bào)；此外，該方法還具有簡潔、快速的優(yōu)點(diǎn)，適用于對多種地形、地質(zhì)條件上的滑坡進(jìn)行監(jiān)控和預(yù)報(bào)。
文檔編號G01V8/00GK101266301SQ20081030144
公開日2008年9月17日 申請日期2008年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月6日
發(fā)明者宋彥剛, 彭仕雄, 建 楊 申請人:中國水電顧問集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院