本发明专利技术公开了一种基于地下水位变化和位移监测数据，测定该类边坡动态稳定性系数的方法与技术，将滑坡形成的动因和机理与位移响应信息变化及其评价方法进行耦合交叉，通过建立非线性卸加载响应比参数预测模型进而建立一种基于地下水位与位移变化的边坡稳定性系数测定方法，该滑坡位移预测方法改变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思路，提出将滑坡地下水位与位移或位移速率进行同时监测和整合，以此确定滑坡地下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；该方法不仅可克服静态极限力学评价法无法分析和评价边坡稳定性随时间的变化规律的局限，同时又可克服传统位移时序预测方法无法分析和评价滑坡形成机理与动因的弊端。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于水诱发型滑坡动态稳定性定量评价与防治领域，具体涉及一种基于地下水位变化和位移监测数据，测定该类边坡动态稳定性系数的方法与技术。
技术介绍
滑坡是当前自然灾害与环境科学领域中的重要研究内容，从地质灾害的角度看，滑坡是一种常见频发、分布广泛且具有极大危害的地质灾害，常常给国民经济建设和人民生命财产都带来巨大的损失。众所周知，地下水环境变化是触发滑坡的最主要形成机理与动因。据统计，由降雨引起地下水环境变化诱发的滑坡占滑坡总数的70％。近年来，随着水利工程的发展，特别是长江三峡工程的建设与蓄水，库水位的变化引起地下水环境变化而形成的滑坡也备受关注，因此，如何科学有效对该类水诱发型边坡进行准确的稳定性评价及预警将具有重要的科学意义和工程应用价值。 边坡稳定性评价的核心问题是评价方法的选取与稳定性判据的确定。目前，在边坡稳定性评价和滑坡地质灾害监测预警与防治方法中，最广泛采用的预测评价方法为极限平衡力学评价法和位移时序预测法。极限平衡评价方法是建立在边坡失稳机理与受力条件清晰明确基础上的力学评价模型，具有明确的失稳判据，即稳定系数Fs＝1，用边坡实际稳定系数是否大于等于1或大于1的程度来判别边坡是否稳定和稳定程度。但极限平衡的评价方法所建立的模型是无时间参数的静态评价模型，而且该类方法需要首先准确确定各种物理力学参数与滑移边界条件，因此无法运用静态评价方法对降雨型滑坡的稳定性进行动态评价与监测预警，而且在边坡稳定性评价中，特别在大型复杂坡体结构与物质组成的边坡稳定性评价中要准确量测出这些物理力学参数与滑移边界条件还存在很大困难，或者根本做不到，从而易使其评价结果失真或引起误判。与极限平衡评价法相比，位移时序预测方法是以滑坡位移监测为基础、以位移参数(位移、位移速率、位移加速率)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。其位移(变形)监测具有精度高、易实施，且反映边坡稳定性状态综合直观等优点，所以该类方法在某种程度克服了极限平衡力学法的不足与局限，并已在我国重大工程滑坡区域得到了广泛的应用且发挥了重要作用。但位移时序预测方法反映了滑坡变形随时间的变化趋势与规律，多数是基于数理统计规律的位移表观数学评价模型，所 以该类评价模型一般只能解释滑坡变形位移过程与规律，而解释不了引起滑坡的变形与失稳的形成机理与力学动因，且没有稳定统一的失稳判据，虽有成功监测的案例，但由于时间序列分析的所得规律不是基于机理，其预测结果往往带有很大的或然性。
技术实现思路
为了克服现有
存在的上述问题，本专利技术的目的在于，提供一种基于地下水位与位移监测的边坡动态稳定性系数测定方法，特提出将滑坡地下水位与位移或位移速率进行同时监测和整合，以此确定和建立滑坡地下水位与位移或位移速率的耦合集成动力预测参数，并运用损伤力学的基本原理，找到该动力预测参数与传统稳定性评价方法中稳定性系数的定量关系。 本专利技术提供的一种基于地下水位与位移监测的边坡动态稳定性系数测定方法，它包括以下具体步骤： (1)监测边坡地下水位与位移基本数据 ①监测仪器：地下水位监测设备：a、压力式水位计，b、气压补偿装置；边坡位移监测设备：无线GPS位移监测设备(见图2)； ②在监测边坡的主滑面对应坡面布置监测点，按照坡面实际地形在后缘破裂壁到前缘剪出口坡面等距离布设坡面位移变化的N个监测点，N为大于或等于1的整数；在监测滑坡体以外稳定的基岩或无变形的区域布置位移监测基准点，不少于3个，形成控制网； ③地下水位监测方法：在边坡选定的监测点位置进行钻孔，钻孔深度应到达基岩面或者历年地下水位以下，在钻孔底部设置压力式水位计，并在坡面上同时设置额外的气压补偿装置，共同监测地下水位的变化； ④边坡位移监测方法：在位移监测基准点位置和边坡钻孔监测点位置布设无线GPS位移监测设备；保证埋设的边坡位移变化监测设备与滑坡体表层紧密结合，对监测点水平、垂直位移变化值进行监测； ⑤以一定时间间隔精度对滑坡地下水位与位移进行实时监测，同时记录地下水位与位移监测数据，并通过边坡场地数据信号收集器对监测数据传输到远程监测室，对监测数据进行分类预处理。 (2)滑坡地下水动力卸加载参数和位移响应参数的确定 ①地下水位卸加载参数的确定 根据监测数据确定滑坡的统计分析与预测周期，并以统计分析与预测周期为基础预测单位统 计滑坡某月地下水位Hi和前月地下水位Hi-1的差值ΔH： ΔH＝Hi-Hi-1 公式(1) 将公式(1)中ΔH作为水动力卸加载标准。当ΔH＞0时，判定对滑坡是加载；当ΔH＜0时，判定对滑坡是卸载；将ΔH分别按每个卸加载周期的卸加载正负值进行统计并取其平均值，可分别得到卸加载序列的地下水位卸加载参数和.②位移卸加载响应参数的确定 在单位统计分析与预测周期内，其滑坡的卸加载位移响应参数则是以位移加速度a等于零为基准，小于零的为卸载响应值，大于零为加载响应值，将边坡位移加速度分别按卸加载响应正负值进行统计并取均值，可得到卸加载序列的位移加速度响应均值和(3)滑坡地下水动力卸加载位移响应比参数的确定 ①滑坡卸加载响应率的确定 基于现代非线性科学理论，将边坡位移加速度卸载响应均值与其相应的地下水位卸载均值之比确定为边坡动力卸载位移响应率χ-，将边坡位移加速度加载响应均值与其相应的地下水位加载均值之比确定为边坡动力加载位移响应率χ+，即： χ-=ΔR-ΔM-=a‾-ΔH‾-]]> 公式(2) χ+=ΔR+ΔM+=a‾+ΔH‾+]]> 公式(3) ②滑坡地下水动力卸加载位移响应比参数的确定 根据公式(2)和公式(3)及卸加载响应比的定义，可确定边坡地下水位动力卸加载位移响应比参数为： γ=χ-χ+=(ΔR-ΔM-)/(ΔR+ΔM+)=(a‾-ΔH‾-)/(a‾+ΔH‾+)]]> 公式(4) (4)水诱发型滑坡动态稳定性系数的确定 ①边坡损伤变量与卸加载响应比参数定量关系的确定 依据本专利技术原理(2)，其损伤变量D和卸加载响应比参数的定量关系如下： Dt＝1-γt 公式(5) 公式(5)表明岩土体材料的卸加载响应比γ与其损伤变量D之间存在一一对应的定量关 系。 ②水诱发型滑坡动态稳定性系数的确定 根据边坡工程中损伤变量与极限平衡评价法确定的稳定性系数的定量关系和公式 (5)可以确定水诱发型滑坡动态稳定性系数为： Ft=11-γt]]> 公式(6) 式(6)表明，卸加载响应比与边坡稳定系数之间存在着一一的对应关系。 (5)水诱发型滑坡失稳预警判据的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于地下水位与位移监测的边坡动态稳定性系数测定方法，其特征在于：它包括以下具体步骤：一、监测边坡地下水位与位移基本数据①监测仪器：地下水位监测设备：a、压力式水位计,b、气压补偿装置；边坡位移监测设备：无线GPS位移监测设备；②在监测边坡的主滑面对应坡面布置监测点，按照坡面实际地形在后缘破裂壁到前缘剪出口坡面等距离布设坡面位移变化的N个监测点，N为大于或等于1的整数；在监测滑坡体以外稳定的基岩或无变形的区域布置位移监测基准点，不少于3个，形成控制网；③地下水位监测方法：在边坡选定的监测点位置进行钻孔，钻孔深度应到达基岩面或者历年地下水位以下，在钻孔底部设置压力式水位计，并在坡面上同时设置额外的气压补偿装置，共同监测地下水位的变化；④边坡位移监测方法：在位移监测基准点位置和边坡钻孔监测点位置布设无线GPS位移监测设备；保证埋设的边坡位移变化监测设备与滑坡体表层紧密结合，对监测点水平、垂直位移变化值进行监测；⑤以一定时间间隔精度对滑坡地下水位与位移进行实时监测，同时记录地下水位与位移监测数据，并通过边坡场地数据信号收集器对监测数据传输到远程监测室，对监测数据进行分类预处理；二、滑坡地下水动力卸加载参数和位移响应参数的确定①地下水位卸加载参数的确定根据监测数据确定滑坡的统计分析与预测周期，并以统计分析与预测周期为基础,预测单位统计滑坡某月地下水位和前月地下水位的差值：公式（1）将式（1）中作为水动力卸加载标准;当时，判定对滑坡是加载；当时，判定对滑坡是卸载；将分别按每个卸加载周期的卸加载正负值进行统计并取其平均值，可分别得到卸加载序列的地下水位卸加载参数和；②位移卸加载响应参数的确定在单位统计分析与预测周期内，其滑坡的卸加载位移响应参数则是以位移加速度等于零为基准，小于零的为卸载响应值，大于零为加载响应值，将边坡位移加速度分别按卸加载响应正负值进行统计并取均值，可得到卸加载序列的位移加速度响应均值和；三、滑坡地下水动力卸加载位移响应比参数的确定①滑坡卸加载响应率的确定基于现代非线性科学理论，将边坡位移加速度卸载响应均值与其相应的地下水位卸载均值之比确定为边坡动力卸载位移响应率，将边坡位移加速度加载响应均值与其相应的地下水位加载均值之比确定为边坡动力加载位移响应率，即：公式（2）公式（3）②滑坡地下水动力卸加载位移响应比参数的确定根据公式（2）和公式（3）及卸加载响应比的定义，可确定边坡地下水位动力卸加载位移响应比参数为：公式（4）四、水诱发型滑坡动态稳定性系数的确定①边坡损伤变量与卸加载响应比参数定量关系的确定依据本专利技术原理（2），其损伤变量D和卸加载响应比参数的定量关系如下：公式（5）公式（5）表明岩土体材料的卸加载响应比与其损伤变量D之间存在一一对应的定量关系；②水诱发型滑坡动态稳定性系数的确定根据边坡工程中损伤变量与极限平衡评价法确定的稳定性系数的定量关系和公式（5）可以确定水诱发型滑坡动态稳定性系数为：公式（6）公式（6）表明，卸加载响应比与边坡稳定系数之间存在着一一的对应关系；五、水诱发型滑坡失稳预警判据的确定在滑坡防治及其工程勘察设计的实际工作中，通常给稳定性系数设定一个安全储备得到一个安全系数K作为其稳定性与否的判据,依据边坡稳定性重要程度和边坡地质条件复杂程度及《地质灾害防治工程勘察规范》( DB50/143－2003)和《水利水电工程边坡设计规范》（SL386‑2007）等规范，可综合确定坡的稳定性安全系数K，如K=1.3、1.25、1.15等；通过对上述步骤中确定的边坡动态稳定性系数与传统安全系数K比较，可以快速、准确的对水诱发型边坡进行稳定性的动态预警评价和治理设计，即当时，边坡处于稳定状态；当时，边坡处于不稳定状态。...
【技术特征摘要】
1.一种基于地下水位与位移监测的边坡动态稳定性系数测定方法，其特征在于：它包括以下具体步骤：
一、监测边坡地下水位与位移基本数据
①监测仪器：地下水位监测设备：a、压力式水位计,b、气压补偿装置；边坡位移监测设备：无线GPS位移监测设备；
②在监测边坡的主滑面对应坡面布置监测点，按照坡面实际地形在后缘破裂壁到前缘剪出口坡面等距离布设坡面位移变化的N个监测点，N为大于或等于1的整数；在监测滑坡体以外稳定的基岩或无变形的区域布置位移监测基准点，不少于3个，形成控制网；
③地下水位监测方法：在边坡选定的监测点位置进行钻孔，钻孔深度应到达基岩面或者历年地下水位以下，在钻孔底部设置压力式水位计，并在坡面上同时设置额外的气压补偿装置，共同监测地下水位的变化；
④边坡位移监测方法：在位移监测基准点位置和边坡钻孔监测点位置布设无线GPS位移监测设备；保证埋设的边坡位移变化监测设备与滑坡体表层紧密结合，对监测点水平、垂直位移变化值进行监测；
⑤以一定时间间隔精度对滑坡地下水位与位移进行实时监测，同时记录地下水位与位移监测数据，并通过边坡场地数据信号收集器对监测数据传输到远程监测室，对监测数据进行分类预处理；
二、滑坡地下水动力卸加载参数和位移响应参数的确定
①地下水位卸加载参数的确定
根据监测数据确定滑坡的统计分析与预测周期，并以统计分析与预测周期为基础,预测单位统计滑坡某月地下水位 和前月地下水位的差值：
公式（1）
将式（1）中作为水动力卸加载标准;当时，判定对滑坡是加载；当时，判定对滑坡是卸载；将分别按每个卸加载周期的卸加载正负值进行统计并取其平均值，可分别得到卸加载序列的地下水位卸加载参数和；
②位移卸加载响应参数的确定
在单位统计分析与预测周期内，其滑坡的卸加载位移响应参数则是以位移加速度等于零为基准，小于零的为卸载响应值，大于零为加载响应值，将边坡位移加速度分别按卸加载响应正...
【专利技术属性】
技术研发人员：贺可强，杨德兵，张嘉鑫，李晶，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东;37
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。