[发明专利]边坡失稳的综合逐渐逼近预警方法

说明书

本发明涉及一种边坡预警方法，尤其涉及一种边坡失稳的综合逐渐逼近预警方法，其属于利用选点法确定曲线模型对人工开挖边坡整体失稳进行监测和预测预报的技术领域。一种边坡失稳的综合逐渐逼近预警方法，包括如下步骤：一、选取边坡初步勘察与监测点，二、监测设备布置与安装，三、变形量监测与监测数据初处理，四、确定边坡线性等速变形阶段时长，五、确定边坡位移时序曲线预测模型，六、确定边坡位移时序曲线预测模型基本参数，七、边坡位移时序预测模型参数的循环优化选点法，八、边坡位移时序预测曲线拐点及失稳预警时间的循环优化确定方法。本发明的有益效果是观测与研究发现斜坡失稳破坏的发展过程曲线与描述生物成长过程曲线相类似。

技术领域

本发明涉及一种边坡预警方法，尤其涉及一种边坡失稳的综合逐渐逼近预警方法，其属于利用选点法确定曲线模型对人工开挖边坡整体失稳进行监测和预测预报的技术领域。

背景技术

由于高速公路、铁路等交通工程以及山区城镇建设，不可避免的需要在山区进行大量边坡开挖、削坡及切坡坡形改造工程，而这些开挖工程必然会对边坡坡体结构与坡体强度及滑坡边界条件等产生不同程度的扰动与破坏，从而降低和破坏了原始边坡的稳定性，极大增加了滑坡灾害的风险。据不完全统计，我国已发现新老滑坡近30万处，其中灾害性滑坡1.5万处。每年由崩落等灾害造成的直接损失约为200亿元人民币，由其带来的间接损失更是无法估量。因此，对人工开挖边坡灾害发生的可能性和发生的时间做出合理的评价和科学的预测对保障人民生命财产安全和国家经济建设顺利进行具有重要意义。

边坡的稳定性评价与分析是边坡预测与控制研究的首要问题之一，也是所有边坡预测预报方法的基础。综合国内外研究现状可以看出，目前关于边坡的评价与预测预报理论方法中，包含有极限平衡分析法和位移时序预测法等。极限平衡理论是一种经典的确定性分析方法，建立在失稳机制和受力条件明确的基础上。以极限平衡理论为代表的机理型模型预测方法一般是基于极限平衡理论建立起线性或线性化模型，是无时间参数的静态评价模型，由于需要引入各种物理力学参数(实际很难确定这些参数)，设定繁琐的约束条件，看似客观的定量化方法却受人为的主观影响极大，从而会使某些评价结果失真。而且边坡本身是动态的非线性系统，其静态、线性的预测方法很难达到理想效果。位移时序预测法是根据监测到的边坡系统演化的位移-时间序列，运用位移量、位移速率或位移加速度来预测和评价边坡稳定性及失稳时间的一种方法。由于位移(变形)监测具有精度高、易实施，且该类方法是包含时间变化关系的动态预测模型，因此该方法在某种程度上克服了极限力学平衡法的不足，但所有位移时序预测法所监测和评价的参数仅是位移或位移速率及其变化规律，但监测和评价不了边坡位移或位移速率变化的动因，因此该类预测方法必然存在以下局限：(1)所建立的仅为数学表观模型，不是物理机制预测模型，一般只能解释滑坡的变形位移过程与规律，而解释不了引起滑坡变形与失稳的形成机理与力学动因；(2)位移预测参数没有统一失稳判据，所以很难对边坡灾害的发生时间做出准确判别与预测。

发明内容

为了克服传统滑坡预测预报方法的局限与不足，根据生物成长阶段与斜坡发展的一一对应关系提出一种利用选点法确定曲线模型判定滑坡趋势位移与人工开挖边坡的整体失稳预警点的方法：斜坡失稳破坏的发展过程与生物成长规律相类似，斜坡的缓慢变形和变形发展阶段对应生物成长的发生阶段；斜坡的急剧变形阶段对应生物成长的发展阶段；斜坡的失稳破坏发生到慢慢趋于平稳的阶段对应生物成长的成熟阶段，因此曲线模型中生物成长的发展阶段与成熟阶段的转折点(拐点)即为人工开挖边坡整体失稳的预报点。

依据实时监测和数理统计的相关原理提出一种判定边坡线性等速变形阶段时长的方法，以此将滑坡的剧烈变形分为两个阶段即线性等速变形阶段和非线性加速变形阶段；此外，提出一种新的选点法循环优化曲线模型中的待求参数：在监测数据(t_n,Y_n)中的线性等速变形阶段选取两点，非线性加速变形阶段选取一点，用循环逼近的方式确定求解曲线模型所需的三组数据(0,Y₀),优化生物成长规律曲线中的待求参数；依据生物成长规律曲线模型求二次导数确定不同拐点，在此基础上循环优化边坡的拐点及整体失稳预警点。