[发明专利]公路环境灾变可视监控治理一体化技术

说明书

技术领域

本发明涉及公路交通与环境生态领域，具体涉及公路环境灾变的可视、监控及治理一体化技术。

背景技术

我国是世界上发生地质灾害最为严重的国家之一，全国仅崩塌、滑坡灾害危险点就多达百万处以上，每年还会新增几万至十几万的危险点。历年来，地质灾害造成每年人员伤亡数以千计，经济损失达百亿元。这些灾害来势汹涌，首当其冲是公路交通与环境生态深受其害。因为，公路沿线状分布，跨越不同地域，与生态环境密不可分。在我国西部地区，尤其西南山地及库区，不可避免的高填深挖或水位剧变，自然生态稳定环境受到改变，加之洪水袭击、地震激荡，加剧了滑坡、崩塌、泥石流灾害的形成，严重危及生态环境和交通运输生命线，给人民财产和经济建设带来重大损失。

发明内容

本发明的目的，在于克服现有技术中之空白和不足，提供一种可将交通建设与生态环境保护有机融合于一体的公路环境灾变可视监控治理一体化技术。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明以西南山地公路交通环境生态灾损监控为依托背景，基于无线遥测台网监控手段，通过能量传输嵌套模型实施可视动态演绎，揭示灾损状态规律及破坏力度，为防治灾害、保护生态、维护交通安全拓展新一代产业成果，主要技术方案如下：

以灾变链式理论的“链式效应”为导向，鉴于灾变过程具有延续性的特征，因此，攻关目标着眼点放在“四个标志”上：即从源头是否成灾的“灾变标志”、崩滑体滑与不滑启动的“滑移标志”、灾害破坏力度大小的“破坏标志”以及治理效果跟踪的“可靠标志”。

“四个标志”将灾变及治理过程划分为“三个阶段”。

(1)从源头起因到启动警示的阶段判识，为第一阶段；

(2)从启动滑移到灾害破坏规律指标显示，含理论模型构建组及可视动态演绎，为第二阶段；

(3)从灾害破坏到灾后治理及其效果跟踪，含结构防灾技术，为第三阶段。

本发明的关键技术如下：

1.不同尺度灾害参数耦合：通过调研、搜集典型灾害类型资料，进行理论研究，以掌握在不同尺度灾害环境条件下灾害的启动条件，对灾害发育程度的识别和预警提供依据；通过神经网络、模糊、层次分析法等非线性手段，提供变尺度灾情参数耦合的启动条件确切范围指标，并通过系统便捷反映不同尺度环境因素耦合与启动参数的不同条件和效果，并为后续研究提供启动参数和协助灾后追溯提供条件。

首先对影响灾害因素的不同尺度进行特征描述与度量，然后研究了单一因素对滑坡灾变的影响，明确了单因素指标对源头灾害的影响。

不同尺度环境因素对灾变过程的耦合效应是灾害形成突变的重要环节，通过滑坡灾害的参数耦合指标的量化，为滑坡等灾害的灾前与启动条件和判别提供了参考依据。

总结出地质灾害联合作用链式规律，揭示灾害从孕育—发展—发生的演绎过程，为采用适当的断链措施提供了理论依据。

2.耦合参数运行系统

耦合参数运行系统是本子题的技术关键，通过参数分类、分级度量，以及内部机理研究，结合非线性预测、专家系统和滑坡基础资料数据库，编制程序进行耦合参数运行系统开发。基于库区大量滑坡统计参数数据库，建立滑坡环境影响因素同耦合参数间的映射关系，为启动滑移提供了警示判据。共包括三大模块，分别为“数据输入及耦合模块”、“查询模块”和“报表输出模块”。

3.构建滑坡的时间和空间预测模型

构建了二维和三维滑坡的空间预测模型，建立了以突变论为基础的滑坡稳定系数计算方法。并和传统的极限平衡分析方法比较，确定了快速滑坡和慢速滑坡的判别条件。

根据滑体在滑移过程的能量传输规律，得到滑体滑移各阶段的速度及能量计算公式，为灾情可视化及工程设防提供理论依据。考虑滑面介质的流变特性结合滑坡监测资料，利用开尔文流变模型，建立了滑坡的时间预测模型，由监测数据拟合出位移和时间的关系式，将该表达式代入尖点突变理论的分叉集方程，得到了预测滑坡突滑时间的计算公式。

4.构建危岩失稳力学模型

建立了危岩失稳的判据。考虑落石形状对落石运动轨迹的影响，为了更符合实际将落石近似为椭圆形，得到了落石运动轨迹及运动速度计算公式。

将危岩按受力破坏形式分为剪切破坏和拉伸破坏，将复杂受力情况下的危岩简化为纯剪切裂纹板和单轴拉伸裂纹板。根据裂纹线场原理得到了裂纹线上塑性区与荷载之间的关系及危岩失稳的判据。

根据落石碰撞前后落石对接触点的动量矩守恒，将落石运动分为自由落体、碰撞、抛体运动、滚动和滑动等不同阶段分别计算。