一种基于改进斋藤曲线切线角原理的边坡预警方法技术

本发明专利技术公开了一种基于改进斋藤曲线切线角原理的边坡预警方法，包括在边坡布设若干个GNSS位移监测点，采用回归模型进行地表位移与降雨量之间的回归模拟；在DEC中建立滑坡三维地质模型，并模拟得到累积位移模拟值；根据监测数据得到累积位移监测值，与累积位移模拟值进行对比，校正滑坡三维地质模型；根据监测数据获得变形监测曲线，并将变形监测曲线转化为横坐标和纵坐标量纲保持一致的位移时间纲量T

【技术实现步骤摘要】
一种基于改进斋藤曲线切线角原理的边坡预警方法


[0001]本专利技术涉及一种基于改进斋藤曲线切线角原理的边坡预警方法，属于地质灾害防治


技术介绍

[0002]滑坡是频繁发生、破坏最严重的全球自然灾害之一，滑坡灾害隐蔽性强、破坏性大，特别是我国西南地区，复杂的地质条件、频繁的构造活动、多见的暴雨和持续降雨天气以及日益频繁的人类活动等导致该区域滑坡地质灾害频发，对人民生命财产和基础设施安全造成巨大威胁，因此，开展有效的滑坡预警对于防灾减灾尤为重要。
[0003]目前国内的滑坡预警主要针对降雨临界值进行研究。降雨临界值是确定滑坡降雨临界值的重要因素，不同机理的滑坡需要不同的降雨临界值。目前的研究趋势是对雨量、雨强、雨时—土体渗流场动态变化—土体抗剪强度变化的耦合关系进行研究。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术中存在的缺陷，本专利技术旨在提供一种基于改进斋藤曲线切线角原理的边坡预警方法，该方法通过改进切线角方法得出边坡不同变形演化阶段的数值模拟初始条件，进而研究了不同变形阶段的位移趋势。
[0005]本专利技术解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种基于改进斋藤曲线切线角原理的边坡预警方法，包括以下步骤：
[0006]S1、在边坡布设若干个GNSS位移监测点，对边坡的降雨及位移情况进行监测并获得监测数据；
[0007]S2、采用回归模型进行地表位移与降雨量之间的回归模拟，获得回归模拟数据，建立降雨量与地表位移的关系式；
[0008]S3、获取不同含水率下的边坡岩土体物理力学参数，并建立含水率与边坡岩土体物理力学参数的关系式；
[0009]S4、根据监测数据建立含水率与降雨量的关系式；
[0010]S5、在DEC中建立滑坡三维地质模型，并模拟得到累积位移模拟值；
[0011]S6、根据监测数据得到累积位移监测值，并与累积位移模拟值进行对比，校正滑坡三维地质模型；
[0012]S7、根据监测数据获得变形监测曲线，并将变形监测曲线转化为横坐标和纵坐标量纲保持一致的位移时间纲量T
‑
监测时间t曲线；
[0013]S8、分别计算出横坐标和纵坐标量纲保持一致的位移时间纲量T
‑
监测时间t曲线中改进切线角45
°
、80
°
、85
°
对应的三个监测时间；
[0014]S9、分别计算出步骤S8中三个监测时间的数值模拟初始条件，并通过校正后的滑坡三维地质模型模拟不同变形阶段的边坡位移趋势。
[0015]进一步的技术方案是，所述GNSS位移监测点的个数至少20个。
[0016]进一步的技术方案是，所述回归模型为指数曲线模型、二次曲线模型、对数曲线模型和线性模型中的一种。
[0017]进一步的技术方案是，所述步骤S2中通过多种回归模型进行对比，选择最为合适的模型进行本次模拟，模型的可靠性通过R2和Anova显著性判别。
[0018]进一步的技术方案是，所述步骤S7的具体过程为：
[0019]S71、依据变形监测曲线，结合边坡变形迹象，划分初始变形阶段、等速变形阶段、加速变形阶段；
[0020]S72、计算等速变形阶段内各时间段的变形速率算术平均值，得到等速变形阶段的位移速率；
[0021]S73、用等速变形阶段的累计位移除以位移速率，使得变形监测曲线S
‑
t的纵横坐标具有相同的时间量纲，T表示变换后与时间相同量纲的纵坐标值，用T替换S，即转化为横坐标和纵坐标量纲保持一致的位移时间纲量T
‑
监测时间t曲线。
[0022]进一步的技术方案是，所述步骤S72中的计算公式为：
[0023][0024]式中：m为监测次数；v
i
为等速变形阶段不同时间段的变形速率。
[0025]进一步的技术方案是，所述步骤S73中的计算公式为：
[0026][0027]式中：v为等速变形阶段的位移速率；T(i)为变换后与时间相同量纲的纵坐标值；ΔS(i)为单位时间内边坡的位移变化。
[0028]进一步的技术方案是，所述步骤S8中的计算公式为：
[0029][0030]式中：ΔT为单位时间内T(i)的变化量；Δt为ΔS对应的单位时间段；t
i
为某一监测时间；α
i
为改进切线角。
[0031]进一步的技术方案是，所述步骤S9中计算出步骤S8中三个监测时间对应的地表位移，再根据降雨量与地表位移的关系式、含水率与边坡岩土体物理力学参数的关系式、含水率与降雨量的关系式计算出边坡重要变形阶段的模型初始赋值条件，通过校正后的滑坡三维地质模型模拟边坡变形趋势，对滑坡进行有效预警。
[0032]本专利技术具有以下有益效果：本专利技术以监测数据与三维地质计算模型耦合分析的方式对单体边坡进行了预警预报；通过监测数据的分析不仅为数值模拟提供了初始条件，还验证了模拟质量；同时，模拟结果解决了监测数据在位移分析时缺乏连通性与一致性的问题。另外在降雨位移数学关系的基础上，通过改进切线角方法得出边坡不同变形演化阶段的数值模拟初始条件，进而研究了不同变形阶段的位移趋势；改善了边坡数值模拟多数仅研究影响因素这一现状，拓展了数值模拟的研究思路。
附图说明
[0033]图1为GB18点地表位移与降雨的8种曲线回归模型图；
[0034]图2为坡表层土体积含水量与降雨量关系图；
[0035]图3为实际监测累积位移与模拟累积位移变化关系图；
[0036]图4为边坡改进切线角85
°
下的应变位移云图。
[0037]实施方式
[0038]下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0039]本专利技术的一种基于改进斋藤曲线切线角原理的边坡预警方法，包括以下步骤：
[0040]S1、布设23个GNSS位移监测点，对于边坡的降雨及位移情况进行监测，监测点数据如下表1；
[0041]表1降雨数据与23个GNSS监测点数据的变量相关性
[0042][0043][0044][0045]S2、以相关性最高的GB18点的地表位移数据及降雨数据为准，进行多种数学模型的曲线回归，最后确定次方模型为本次的回归模型，从而进行地表位移与降雨量之间的回归模拟，获得回归模拟数据，建立降雨量与地表位移的关系式。
[0046]其中地表位移与降雨的8种曲线回归模型如图1。
[0047]S3、获取不同含水率下的边坡岩土体物理力学参数如下表2所示，并建立含水率与边坡岩土体物理力学参数的关系式；
[0048]表2不同含水率下第四系岩土体物理力学参数指标
[0049][0050]S4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于改进斋藤曲线切线角原理的边坡预警方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、在边坡布设若干个GNSS位移监测点，对边坡的降雨及位移情况进行监测并获得监测数据；S2、采用回归模型进行地表位移与降雨量之间的回归模拟，获得回归模拟数据，建立降雨量与地表位移的关系式；S3、获取不同含水率下的边坡岩土体物理力学参数，并建立含水率与边坡岩土体物理力学参数的关系式；S4、根据监测数据建立含水率与降雨量的关系式；S5、在DEC中建立滑坡三维地质模型，并模拟得到累积位移模拟值；S6、根据监测数据得到累积位移监测值，并与累积位移模拟值进行对比，校正滑坡三维地质模型；S7、根据监测数据获得变形监测曲线，并将变形监测曲线转化为横坐标和纵坐标量纲保持一致的位移时间纲量T
‑
监测时间t曲线；S8、分别计算出横坐标和纵坐标量纲保持一致的位移时间纲量T
‑
监测时间t曲线中改进切线角45
°
、80
°
、85
°
对应的监测时间；S9、分别计算出步骤S8中三个监测时间的数值模拟初始条件，并通过校正后的滑坡三维地质模型模拟不同变形阶段的边坡位移趋势。2.根据权利要求1所述的一种基于改进斋藤曲线切线角原理的边坡预警方法，其特征在于，所述GNSS位移监测点的个数至少20个。3.根据权利要求1所述的一种基于改进斋藤曲线切线角原理的边坡预警方法，其特征在于，所述回归模型为指数曲线模型、二次曲线模型、对数曲线模型和线性模型中的一种。4.根据权利要求3所述的一种基于改进斋藤曲线切线角原理的边坡预警方法，其特征在于，所述步骤S2中通过多种回归模型进行对比，选择最为合适的模型进行本次模拟，模型的可靠性通过R2和Anova显著性判别。5.根据权利要求1所述的一种基于改进斋藤曲...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴小军，张华英，吴晨威，肖江鸿，邵永波，刘宇涛，明茜，李斌，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：