基于运动角差的滑坡监测点相似性评判方法研究

在相同或相似的外界条件下,滑坡位移监测点运动的相似性极大程度地表明了滑坡内部结构和外在表现的相似程度。因此,采用合适的相似性评价方法具有较大的理论价值和实际意义。本文提出了一种基于运动角差的滑坡监测点相似性评价方法。将不同滑坡的变形速度的数值转换为角度,将变形加速度转换为角度差。通过比较角度差的差异,更准确地对滑坡不同监测点的相似性进行评价。针对监测点数据充足的情况下,提出了更为精确的三维运动角差。运用该方法不仅突出了针对相同外界因素下监测点位移的不同响应,而且在很大程度上消除了不同规模滑坡的尺度效应。通过实验认证,将该方法运用到同一滑坡上不同监测点相似性评价后进行分区、三峡库区不同滑坡的相似度评价、以及相似滑坡监测点的位移预测等方面都取得了良好的效果。     

滑坡监测点多信息相似性度量方法研究

滑坡监测点在一段时间内对外界影响因素的响应可以看作滑坡在当前时刻的状态。滑坡监测点在相似的状态下受到相似的外界激励时会表现出相似的响应。据此,可以对相似的状态进行类比,从而将相似状态运用于滑坡的稳定性分析、数据修正和预测预报等。提出一种基于多信息的状态单元矩阵的相似性度量方法,运用该方法同时对滑坡的外界影响因素和运动状态进行相似性匹配,既保证了外界影响因素的相似性,也保证了滑坡当前运动状态的相似性。为验证该方法的有效性,运用三峡库区4个滑坡34个监测点的1 770个状态作为状态单元集,对白水河滑坡2015年1月至2016年6月的位移数据进行预测。预测结果显示,该方法优于现有的BP神经网络、支持向量回归等经典预测方法。     

基于状态划分的滑坡位移预测方法研究

滑坡位移预测是滑坡灾害研究中的一个重要内容,然而现有研究将滑坡视为一个对外界响应稳定的系统,即相同的外界条件下,滑坡的位移变化是相同的。实际上,随着时间的推移,滑坡所处状态不断变化,相同的外界激励下的位移响应相差甚远。从滑坡状态与位移的响应规律出发,提出了一种基于状态划分的滑坡位移预测方法以实现更高精度的滑坡位移预测。采用K均值聚类法对滑坡变形速度和加速度进行了聚类分析,获取了表征滑坡变形程度和变形趋势的状态标签。根据状态标签对监测数据进行了划分,对每一类数据均单独构造一个BP神经网络,并依据上一时刻的状态标签选择对应的预测器来完成滑坡位移预测。将该方法运用到白水河滑坡的工程实例研究中,结果表明此方法具有较高的预测精度。     

降雨型滑坡垂直位移方向率及其位移监测预警判据研究

针对降雨型滑坡位移量预测参数失稳判据的局限和不足,并根据滑坡全息论的基本原理,提出和确定了滑坡垂直位移方向率预测参数,且指出该参数是边坡稳定性演化分析与评价的一个有效位移动力参数,具有位移量或位移速率不可替代的评价和预测作用。同时,系统分析了降雨型滑坡位移与地下水位变化规律及其相互作用关系,对该类边坡稳定性的不同演化阶段的表层垂直位移方向率形成机制与变化规律进行了弹塑性力学分析与评价,分别确定了边坡压缩稳定变形阶段和塑性失稳变形阶段的表层垂直位移方向率与其稳定性演化的定量关系,并依此运用数理统计均方差基本原理,建立了该类滑坡垂直位移方向率的整体失稳监测预警判据。最后运用新滩滑坡A_3、B_3监测点垂直位移方向率对该滑坡稳定性演化过程与失稳规律进行了后验分析与评价,其分析预测结果与边坡实际变形失稳规律基本相吻合,表明该参数在该类滑坡预测预报与监测预警中具有一定的有效性与实用性。     

水库型滑坡复合水动力增载位移响应比物理预测模型及其应用

众所周知,库水位变化和降雨复合动力往往是水库型滑坡的变形和破坏主因。本文在系统分析水库型边坡位移、库水位及降雨变化规律基础上,提出与确定了降雨与库水动力转换系数k的计算方法,并通过转换系数k将降雨动力与库水动力这两种不同的水动力增载效应进行了有机耦合叠加,建立了复合水动力增载参数的计算方法。并将复合水动力变化量及其位移变化量作为动力增载及其响应参数,建立了水库型滑坡复合水动力增载位移响应比物理预测参数与模型。同时,运用该模型对白水河滑坡复合水动力作用下的稳定性演化规律进行了系统分析与评价,结果表明该滑坡复合水动力增载位移响应比的变化规律与其稳定性动态演化规律相吻合,表明复合水动力增载位移响应比参数是一种水库型滑坡有效的物理评价参数,可运用该物理评价参数与预测模型对该类滑坡稳定性进行分析与评价。     

基于密集多点变形监测的公路滑坡主滑方向动态判别

滑坡主滑方向是研究滑坡形成机理和确定抗滑防治方案的重要依据。滑坡随着时间的演化,其主滑方向也是一个动态变化的过程。滑坡主滑方向是滑坡位移状态的综合反映,在滑坡体上布设密集多点变形监测系统,根据小样本监测数据服从t分布的规律,使用肖维勒准则剔除监测数据中的异常值,运用区间估计的方法来求取所有监测点位移方向的均值,通过主滑方向-时间过程曲线来动态判别滑坡主滑方向。将该方法运用到某公路滑坡工程实例研究中,在滑坡体上布设由53个地表位移监测点和19个深部位移监测点组成的密集多点变形监测系统,运用由全站仪和GPS组成的监测仪器系统,对该滑坡开展为期25个月的地表水平位移监测。通过地表位移数据分析对比,采用此方法估计的主滑方向和滑坡体宏观变形体现的滑动方向基本一致。经过误差分析和显著性检验,表明此方法可以较好地对滑坡主滑方向进行了动态判别。将此结果与深部测斜监测到的滑动方向进行了对比,结果基本保持一致,再次说明运用上述方法来动态判别滑坡主滑方向是可行的。在防治工程中,确定了准确的滑坡主滑方向后,指导抗滑桩长轴布设方向和锚索主要受力方向均沿此确定的主滑方向实施,经过长达8个月的持续监测表明,防治措施起到了良好的控制作用,体现了该方法的工程应用价值。     

白家包滑坡变形与库水位、降雨相关性定量化分析研究

白家包滑坡是具有滞后性“阶跃型”变形的滑坡代表,通过定性分析初步认为,库水位下降是白家包滑坡变形的主要影响因素,其影响程度大于降雨。为了进一步明确白家包滑坡变形对库水位波动和降雨的响应程度,本文根据库水位每年波动情况,将其划分为5个阶段,运用皮尔逊相关系数法对白家包滑坡变形与库水位、降雨的相关性进行定量计算,计算结果为各监测点变形与库水位、降雨都在5~6月份综合计算中相关程度最高,且变形与库水位最大相关性系数绝对值为0.75左右,大于变形与降雨的最大相关性系数(0.45左右)。为了充分消除库水位与降雨之间的相互影响,运用皮尔逊相关系数分别计算白家包滑坡变形与库水位、降雨的净相关性系数,最后将得到的净相关性系数与新建GPS自动监测点在2017~2018年的日变形位移和库水位、降雨对比分析,进行相关性验证。结果表明:白家包滑坡的变形对库水位下降的响应程度大于变形对降雨的响应程度,在库水位快速下降阶段响应程度最高,且与新建的GPS自动监测点监测结果吻合度较高。此结果与定性分析结果和皮尔逊相关系数法分析结果一致,该研究可对滑坡变形影响因素的定量分析提供科学的依据。     

基于滑坡等速变形速率的临滑预报判据研究

前人根据滑坡的变形监测曲线,分别提出了以位移速率、位移切线角、改进切线角等参数作为滑坡预警判据的方法,但因滑坡个性特征差异明显,采用统一固定判据是不充分的。在改进切线角和岩土体材料蠕变强度特征点的基础上,提出了T-t曲线转换的适用范围。以西原模型为基础,研究了蠕变参数在等速变形阶段发展至恒定值或稳定值,等速变形速率可看作滑坡蠕变过程中各参数的综合外在表现,与临滑切线角存在相关性,并呈反比关系。通过对16个典型蠕变滑坡进行阶段划分和T-t曲线转换,获得滑坡等速变形速率和临滑切线角,并建立两者之间关系,相关系数较高,同时结合未破坏滑坡变形过程的最大切线角,以下限作为滑坡预警判据,保证了预测预报的可靠度。     

典型滑坡监测点优化布置

利用数值模拟技术与模糊模式识别算法提出了滑坡监测点优化布置的基本方法。以链子崖危岩体为例,以Ⅳ-Ⅳ′剖面作为滑坡监测点优化布置的典型剖面,根据监测变量（位移）对外界干扰因素作用下的灵敏度大小与监测信息量获取大小之间的关系,对该危岩体的监测变量（位移）进行了灵敏度分区研究,进而对该典型剖面的监测点进行了优化设计。研究结果表明,链子崖危岩体地表位移监测点宜布置在位移量明显和状态变化灵敏度较高的部位,深部位移监测钻孔宜穿越所有水平位移变化的灵敏区域。     

三峡库区白家包滑坡变形特征与影响因素分析

针对三峡库区阶跃型滑坡,以白家包滑坡为例,统计分析滑坡位移、变形速率和裂缝监测数据。显示滑坡在2007年6月之前为蠕动变形初期,受降雨和库水位等外界因素的作用,6月滑坡发生剧烈变形,之后一直保持约75°方向滑动。滑坡体中前部位移速率大于后缘,其变形具有牵引式特点。滑体上裂缝与变形位移具有一致性,位移量越大的区域裂缝越发育。将位移速率与降雨、库水位和地下水进行影响机制分析,建立滑坡变形与外界动态影响因素之间的响应关系。结果表明降雨量和库水位变化是引起滑坡季节性变形的主要因素,其中降雨强度、库水位下降及下降速率是导致滑坡位移速率波动大小的关键因子。     

由树坪滑坡自动监测曲线分析滑坡诱因与预警判据

以三峡库区秭归县树坪滑坡为研究对象,通过远程全自动变形监测系统获取的滑坡监测曲线,结合历年专业监测和库水位、降雨等资料,分析了该滑坡的变形特征,找出了滑坡变形的主要诱发因素,并通过分析滑坡位移曲线、计算实测数据,得出了以变形位移速率和切线角为预警阀值的该滑坡四级预警定量划分标准。研究结果表明:库水位下降是诱发树坪滑坡变形的主要因素,降雨等仅起到雪上加霜的辅助作用;库水位下降速率大,树坪滑坡的变形速率也相应增大;引起树坪滑坡变形加速的关键因素实际上是地下水与库水位间的水位差形成向外的动水压力引起;切线角和变形位移速率的预警阀值仅为定量判定树坪滑坡的预警级别提供了依据,滑坡发展演化阶段的判定还应结合其宏观变形破坏迹象等综合判断。     

重庆市万州区付家岩滑坡监测与变形分析

付家岩滑坡是三峡库区地质灾害专业监测预警工程二期专业监测点,监测方法有地表位移监测和钻孔深部位移监测。通过对3年的监测资料进行对比分析,结果表明各GPS变形监测点在水平向和垂向均有明显变形,其中纵Ⅱ、纵Ⅲ剖面GPS监测点变形尤为突出;各钻孔监测点变形明显,监测主纵剖面中下部钻孔变形突出。目前滑坡处于匀速变形阶段,为不稳定状态。     

滑坡位移分解预测中的平滑先验分析方法

目前在滑坡位移预测研究中,先将滑坡位移数据分解为趋势项及周期项后再分别进行预测已成为普遍做法。平滑先验分析法(Smoothness Priors Approach,SPA)是一种计算过程简单、计算量极小,且能快速分离原始数据趋势项和周期项的数据处理方法。在介绍SPA基本原理基础上,以三峡库区白家包滑坡典型监测点位移数据为例,对通过调节SPA正则化参数而获得的不同趋势项及周期项进行特征分析;进而结合对滑坡变形演化机制过程的先验分析,根据位移分解特征确定合理的参数取值;最后针对不同参数SPA位移分解数据,采用支持向量机进行位移预测对比分析。结果表明,SPA是一种适用于滑坡位移预测的位移分解方法,通过调节正则化参数并结合滑坡变形机制先验分析,能够获得较为合理的位移分解结果,进而提高滑坡位移预测精度。     

基于非平稳时间序列分析的滑坡变形预测

滑坡的位移监测资料通常可用来预测滑坡的变形发展趋势,位移的发展反映了滑坡的变形过程.为了预测在现有条件持续情况下的滑坡变形趋势,将滑坡位移监测数据视为非平稳时间序列,应用时间序列分析方法,建立了滑坡变形趋势的预测模型.以三峡库区秭归县白水河滑坡为例,通过对变形预警区监测点位移实测时间序列的分析,取监测点ZG93和XD-04为代表,建立了时间序列预测模型,从第17个月开始向前做6步预测,分析预测曲线与实测曲线之间的关系,并计算预测误差,结果显示除个别数据点之外,预测误差均在±9%以内,曲线吻合较好,说明所建模型效果良好,从而为判断白水河滑坡未来的变形发展趋势提供了可靠的理论依据.     

一种改进的切线角及对应的滑坡预警判据

斜坡位移一时间曲线具有三阶段演化特征,即可划分为初始变形阶段、等速变形阶段和加速变形阶段.前人根据斜坡不同变形阶段的累计位移一时间曲线斜率的特点提出了位移切线角的概念,并据此建立了滑坡预警判据.但因斜坡位移一时间曲线纵横坐标量纲不同,位移切线角实际上存在定义不严密、数值不确定的缺点.现提出一·种通过对斜坡累计位移一时间曲线进行坐标变换,实现纵横坐标同量纲化,进而获得确定切线角的新方法.利用改进的切线角,给出了斜坡加速变形阶段进一步细分为3个亚阶段的定量划分标准和滑坡临滑预警判据.已有的一些滑坡实例检验结果表明,改进的切线角及滑坡预警判据在滑坡监测预警中具有较大的实用价值.     

三维激光扫描技术在滑坡物理模型试验中的应用

大型滑坡物理模型试验中常采用高精度的特征点监测,缺少整体变形资料;而三维激光扫描技术可以高精度、快速、完整地扫描实物,获得海量的点云数据,构建实物的数字化模型,从而详细描述表面细部状况。将三维激光扫描技术引入到滑坡物理模型试验坡体表面整体变形监测中,通过数字仿真试验对点云数据4种变形测量方式进行了对比和评价,推导了点云数据单个扫描点的空间位置精度的评价模型,对点云密度进行了理论分析。通过滑坡物理模型试验实例,采用点云比较、重心法、点云叠加方法测量模型的整体变形和单个监测点的位移,对滑坡不同演化阶段变形特征进行了综合分析。研究表明:空间位置精度的评价模型、点云密度模型为三维激光扫描变形监测的测量成果评定,测量方案的优化设计提供了必要的理论基础。点云叠加、点云比较为面测量,可以获得整个模型坡面的变形和位移情况,测量模型的变形趋势和变形量级,重心法、拟合法则属于点测量,可以获得单个监测点准确的位移量。基于三维激光扫描技术坡面监测是结合点测量和面测量的优势,在保证高精度特征点监测同时,获得模型坡面的整体变形和位移。     

昔格达滑坡破坏模式及稳定性评价

使用昔格达地层文献,分析滑坡的地形地貌、地质条件和变形特征。从运动的角度,分析出该滑坡的破坏模式为渐进后退式。运用正交试验设计方法,分析滑坡稳定性影响因素的敏感性,确定孔隙水压力对滑坡稳定性影响最大,并评价该滑坡稳定性现状,为未来工作提供参考。     

三峡水库区巫山县淌里滑坡监测与变形分析

淌里滑坡是三峡水库区地质灾害防治监测预警工程Ⅱ期专业监测点。监测方法为地表位移监测及滑体深部位移监测,同时开展长期地表宏观变形迹象监测调查。通过3a来监测资料的对比分析,各GPS变形监测点均在水平及垂直方向上有变形。即2007年2月位于滑坡前缘的WS-74、WS-75点水平位移分别达到726.91mm及170.88mm,平均年变形速率分别为340mm和80mm;位于滑体下部的WS-75钻孔滑带位置变形明显。该钻孔在2005年5月由于深部位移变形超出测试量程而无法继续监测。在2003年10月至2005年5月20个月内,该钻孔滑带位置累计位移量达46mm以上,月平均变形率达2.3mm。以此变形速率发展,至2006年12月,滑带累计位移变形量将在100mm左右。滑坡的变形集中在滑坡的前缘地带及次级滑坡,从2003年至今,宝子滩崩滑体附近已有将近20×10^4m^3的崩塌堆积层滑入江中。目前滑坡处于匀速变形阶段,为不稳定状态,滑坡区内的4户18人和宝子滩民用码头的安全受到威胁。     

切线角及GM(1,1)模型在滑坡预警中的应用

根据位移切线角在斜坡演化过程中不同阶段的变形特点,可以快速地对滑坡所处演化阶段作出判断,但无法对未来的发展情况作出有效预测。针对此缺陷,本文采用灰色理论GM(1,1)模型与位移切线角相结合的方法对山西某滑坡的滑动趋势作出了预警预报。预测结果表明,利用此预测方法可以判断滑坡不同位置的滑动情况,有效预测滑坡未来的发展趋势。根据预测结果可以提前采取有效整治措施,避免滑坡灾害带来的巨大经济损失。