基于恒阻大变形锚索的滑坡监测预警系统研发及应用

随着人类建设活动的日益频繁,天然边坡人工扰动诱发的滑坡灾害逐渐增多,已经严重威胁到人员和工程构筑物的安全与稳定,滑坡监测变得越来越重要。介绍了一种经过改进后的滑坡监测预警系统,该装置基于北斗卫星和通用分组无线服务技术（GPRS）双路通讯平台,采用zigbee技术构建多跳自组织无线传感器网络,利用具有能量吸收特性的恒阻大变形锚索替换原来的常规锚索作为传力装置,保证边坡岩体变形2 m锚索不被拉断,实现了对大变形滑坡灾害的全过程监测预警目标。另外,按照红、橙、黄、蓝4个颜色等级,建立了临滑、近滑、次稳定和稳定4级预警准则,并开发出3D自动搜索和处理软件系统,嵌入监测区地形地貌遥感图、地质断面图、监测点分布图等矢量地图,具有自动搜索、监测数据智能处理、监测曲线自动显示和监测信息快速查询等功能。该系统已在南芬露天铁矿推广应用,根据预警准则成功对2011年10月5日发生的滑坡灾害提前5 d发出预警信息,并结合降雨量和累计采矿量监测数据,耦合对比分析滑坡前、后各参数的演变特征,证明滑动力监测参数是滑坡超前预警的惟一有效参数。该系统的成功应用为其他类似边坡的超前监测预警提供了理论和实践依据。     

贵州兴义滑坡特征及过程预警研究

由于滑坡岩土体结构的复杂性和破坏机制的多样性,滑坡预警一直以来都是全球性难题,极具挑战性。本文论述了贵州省兴义滑坡特征及其成功预警,并分析了滑坡成功预警的关键因素。在对滑坡现场进行地质调查的基础上,综合应用卫星遥感、无人机航拍、LiDAR、地表位移监测等技术手段,初步分析结果认为,兴义滑坡属于典型的含软弱夹层的顺层岩质滑坡,滑源区坡体为2014年首次滑动后形成的不稳定斜坡,在不利的坡体结构加之与软弱夹层组合的地质条件下,受到长期重力及地下水作用,最终演变成滑坡地质灾害。兴义滑坡至2014年第一次滑动后,后缘山体对前缘公路和居民就产生了威胁,2019年2月17日凌晨5时53分,贵州省兴义市马岭镇龙井村兴-马大道旁约96×104 m3的山体再次发生顺层滑动。在滑坡发生前,研究人员就在滑坡体上安装了全球导航卫星系统(GNSS)和自适应性裂缝计两种位移监测传感器,对滑坡变形进行持续监控。现场监测数据实时传输到研究人员自主研发的“地质灾害监测预警系统”中,系统通过多种阈值综合预警模型自动计算监测数据并发布预警结果,在滑坡进入临滑阶段后,系统提前53 min发出了红色预警,完全避免了人员和经济损失。该滑坡的成功预警体现了自主研发的地质灾害监测预警系统、预警模型、监测仪器三者的适用性,可为今后类似滑坡的监测预警研究及应用提供借鉴。     

GNSS监测数据在滑坡预警中的处理与应用 ——以王家台滑坡为例

由于受外界因素的影响,GNSS自动化监测设备在滑坡位移监测应用中监测数据存在波动性,采用未经检验、处理的监测数据进行滑坡趋势分析会产生偏差影响,因此采用"四分位数法"对GNSS监测数据进行整理,划分内限,"甄别"异常值后,将进一步降噪后的GNSS监测数据进行处理、曲线拟合,进行长期趋势项与周期性趋势分析,并将拟合长期趋势函数曲线与规范变形曲线进行对比,进而判断滑坡体处于的变形阶段,而且通过对比不同GNSS监测数据的周期性函数曲线,可用以判断同一区域周期性影响因素对GNSS监测数据变化情况是否存在相似性,有助于提高监测预警分析的准确性.通过实例验证,通过上述方法对GNSS监测数据进行处理、曲线拟合,综合分析出滑坡体的变形趋势与周期因素的影响情况,取得不错的效果,为后续监测分析提供了参考价值.     

基于MACD指标的渐变型滑坡临滑预报模型研究

滑坡的临滑预警预报研究一直以来都是热点也是难点。速度倒数模型是目前广泛使用的临滑预报模型,选择恰当的拟合曲线起始点将提高预报模型的精度。利用经济学上非常成熟的平滑异同平均线指标（MACD）快速寻找速度倒数模型拟合曲线的起始点,也就是滑坡临滑加速变形阶段开始加速（Onset of Acceleration,OOA）点,并以云南省会泽县的区布嘎滑坡为例,使用该指标对滑坡体进行临滑预报,并对该模型准确性进行了评估。结果表明:当变形速度的MACD值在?1~1的区间时,代表滑坡变形速度虽然有所增加,但变形趋势并未整体改变;当MACD值超过?1~1的区间,代表滑坡变形趋势整体发生改变,可将此阶段短期平均线上穿长期平均线的点（同时也是MACD值由负转正的点）,作为滑坡OOA点。利用MACD指标能够快速有效的寻找拟合曲线起始点,利用指数平滑函数（ESF）处理的监测数据,拟合曲线的确定系数最高,误差率最低,误差率低于2%,模型预测结果随着数据的更新,将不断逼近真实结果,具有较高的准确率。     

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。     

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.     

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。     

基于GPS的山区水库边坡滑坡体变形监测

水库边坡滑坡体的变形监测,不仅为监测库区安全提供有效手段,还为沿江的居民的生活提供安全保障。随着GPS技术的快速发展,本文结合白亚滑坡体监测实践,对2016年1月白亚滑坡体监测数据进行数据处理并结合以往各期监测数据进行综合变形分析。结果表明:滑坡体各监测点的平面合位移和平均变形速率呈现从坡顶向下游逐渐减小的趋势分布。因此,GPS用于该滑坡体长期的变形监测具有高效和实时等优点。     

基于监测曲线特征点分析的阶跃型滑坡预警方法

在三峡库区专业监测滑坡中,部分滑坡受到库水或者降雨等外界因素影响,其累计位移-时间曲线表现出明显的“阶跃型”特征。直接使用改进切线角对阶跃型滑坡位移监测曲线进行预警分析,其改进切线角预警值可能在变形曲线陡增阶段高于实际预警级别,增加虚警率。为了准确判别阶跃型滑坡的变形阶段及发展趋势,本文以白家包滑坡和谭家湾滑坡为例,分析滑坡监测历史数据及其影响因素,采用斜率单变点分析法和AMPD法对“阶跃型”累计位移-时间曲线进行特征点提取,结合Hill函数形成特征点拟合曲线,在此基础上利用改进切线角对拟合曲线进行滑坡变形阶段划分及预警分析。结果表明,当前白家包滑坡总体上处于蠕滑变形阶段,预警级别为无预警;谭家湾滑坡处于中加速变形阶段,预警级别为橙色预警。研究表明,本文方法可以很好抑制变形曲线的阶跃特征对预警级别判定带来的影响,更准确地判定滑坡变形阶段。     

土质边坡滑移面(带)的确定及参数的选取

依据滑坡勘察资料，提出了土质边坡滑移面 (带 )的确定方法。并通过安徽某地滑坡滑带土强度参数选取及滑坡体稳定性评价实例，进一步阐述了滑带土强度参数是滑坡体评价中一项最重要指标，必须予以重视。     

滑坡对降雨响应的多指标监测及综合预警探析:以赣南罗坳滑坡为例

降雨量和位移是当前降雨型滑坡监测预警最常用的指标。然而,降雨量和位移监测结果只能反映降雨作用下滑坡的变形情况,不能揭示滑坡内在物理力学性状对降雨的响应。因此,除降雨量和位移监测之外,建立包括体积含水率、基质吸力等反映滑坡动态演化过程的关键指标监测体系必将成为今后更真实地把握滑坡内在演化趋势、更准确地建立滑坡综合预警判据的最有效手段。笔者对赣南地区典型降雨型滑坡进行了多指标监测及综合预警示范研究。结果表明:(1)在降雨条件下滑坡土体内部体积含水率、基质吸力和温度等多指标均产生有规律的动态响应;(2)随着降雨的持续,滑体体积含水率与基质吸力的变化均具有显著的滞后现象;(3)体积含水率和基质吸力变化速率与滑体位移具有显著的正相关性;(4)滑体温度分布变化规律受大气温度和体积含水率的共同影响。以实测数据的滑坡稳定性分析为基准,在考虑实际降雨入渗深度与滑坡稳定性的关联度上,建立了包括日降雨量、体积含水率增加速率、基质吸力减小速率以及位移速度多元指标预警方法体系,提出了基于关键指标综合预警体系及确定方法,旨在为降雨滑坡准确预警提供新模式。     

Evolution Mechanism and Rainfall Warning Criteria for Maijianwo Slope in Henan Province,China

In this study, two different research methods are applied to investigate the evolution mechanism and rainfall warning criteria for Maijianwo slope located in Henan Province, China. On the one hand, an indoor-model test is performed under artificial rainfall and based on similarity theory. A set of monitoring system is utilized to track the moisture content, deformation and cracks of critical points of the model during the test. On the other hand, the numerical simulation is carried out to provide an insight into the variation of unstable zone and factor of safety for the landslide with the increasing cumulative rainfall. Results indicate that the evolution process of Maijianwo slope is composed of three stages of initiating, accelerating and failure respectively, and stability of slope decreases gradually as cumulative rainfall increases. Based on the evolution mechanism of retrogressive landslide verified by both model test and numerical simulation, cracking time of critical positions on the slope prior to each stage were set as the initiating time of each stage and the cumulative rainfall associated with each initiating time (E₁ = 75 mm, E₂ = 180 mm) has been defined as the warning criteria for the Maijianwo slope. As the cumulative rainfall in Maijianwo slope reaches 75 and 180 mm, the landslide orange and red warning codes are issued, respectively. Otherwise, the slope is in a safe condition when the cumulative rainfall is less than 75 mm.     

降雨诱发堆积体滑坡水土响应与稳定性时空演化试验研究

降雨在松散堆积土中入渗引起内部水土力学的变化是影响稳定性的关键。目前研究多侧重考虑颗粒粒径、含量等因素对斜坡破坏的影响,但是针对斜坡体内部水土响应及稳定性时空演化方面的研究存在不足。基于野外滑坡案例,通过室内降雨滑坡模型试验、土力学试验和理论分析手段,研究了降雨触发松散堆积体斜坡变形破坏过程及模式,采用Van Genuchten模型（VG模型）重构了土体的土-水特征曲线,重点探究了斜坡内部水土力学变化以及稳定性时空演化规律。结果表明：（1）堆积体斜坡破坏经历了微裂隙发育-局部破坏-整体破坏3个阶段,呈现出“初期拉裂-坡面坍塌-塑性滑动”的破坏模式;（2）入渗过程斜坡体积含水率以及孔隙水压力急速增加,而土颗粒之间基质吸力下降甚至消散,促进了斜坡破坏发展;（3）土体力学强度随体积含水率升高呈指数下降,体积含水率为36.3%时,有效黏聚力和有效内摩擦角仅为0.27 kPa、3.39°;（4）基于极限平衡理论和斜坡土水特征监测数据,构建了斜坡稳定性时空演化图谱,与模型试验破坏特征有较好的一致性。研究结果对降雨作用下的堆积层斜坡监测预警与防灾减灾提供理论支撑。     

基于一元线性回归模型八字门滑坡累积位移预测

我国滑坡灾害发生频繁,但滑坡的变形预测预报一直是难题,因此每年都因滑坡的变形破坏导致重大的人员伤亡和财产损失。以三峡库区八字门滑坡为研究对象,基于十多年的监测数据分析,研究分析了该滑坡的变形特征:八字门滑坡变形的主要影响因素为降雨和库水位下降,并且累积位移曲线具有"阶跃型"的变形特征。当外界因素去除或者减小的情况下,累积位移-时间曲线将变得平稳。根据此特性,选取每年变形曲线"阶跃段"（6~8月份）的监测数据,以累积位移为目标函数,基于一元线性回归模型,对八字门滑坡2004年到2017年同期的滑坡监测数据进行分析。结果表明:一元线性回归模型能够很好地模拟八字门滑坡"阶跃段"的变形过程,此变形阶段累积位移与时间呈线性关系,直线斜率基本相同。根据此线性关系,对滑坡的累积位移进行了预测,结果表明与实际监测数据相比较,预测误差在±5 mm以内,相对误差在1%以下,精度可以满足滑坡监测预警要求,可以为八字门滑坡的防治工作提供参考。     

有限元法分析降雨条件下斜坡稳定性——以邻水县马鞍坪滑坡为例

通过对华蓥市马鞍坪滑坡现有变形监测情况表明,斜坡变形位移与降雨的关系十分密切,马鞍坪滑坡的后部强变形区,斜坡位移与50mm以上持续降雨几乎呈对应关系。研究人员采用工程地质条件分析与有限元分析法相结合,对马鞍坪滑坡进行了滑坡体在降雨条件下饱和一非饱和渗流分析与坡体稳定性分析。分析结果表明,降雨量是华蓥山地区斜坡失稳下滑的主要引发因素,不同雨量决定斜坡演化成滑坡的不同阶段,其影响作用也不近相同。计算结果表明,当日降雨量达到150mm左右且累积降雨量超过300mm的情况下,斜坡土体将出现变形,出现滑坡可能性大。该分析结果为今后华蓥山地区地质灾害监测预警示范中的地质灾害单体预警预报,提供了可靠预警参数。     

基于失效概率的边坡降雨阈值曲面探讨

降雨是诱发边坡变形失稳的主要因素,而针对降雨型边坡的预警预报也一直是工程领域的核心问题。本文将蒙特卡罗方法引入降雨型滑坡的预警预报,首先基于正态分布的岩土体物理力学参数,建立了边坡的有限元数值计算模型,并分析了9种不同型式降雨下边坡稳定性系数的变化情况。结果显示递增型降雨对边坡的稳定性尤为不利,均匀型降雨次之,递减型降雨影响最小。其次,将降雨过程划分为前期降雨+当期降雨,并确定了前期降雨对于当期降雨的有效时间为6 d。最后,论文结合可靠度理论,选取失效概率P_f=10%作为预警指标,通过把前期降雨引入降雨强度-降雨历时关系曲线并作为第三坐标轴,最终将该曲线扩展成为前期降雨(A)-当期降雨(I)-降雨历时(D)曲面(A-I-D阈值曲面),研究结果对于降雨型边坡的预警预报具有一定的指导意义。     

降雨诱发滑坡阶跃型变形的预测分析及应用

滑坡进入蠕动变形阶段之后,往往难以及时开展勘察治理工作,合理的临灾预警是有效减少滑坡灾害损失的重要手段。首先确定降雨诱发“阶跃型”滑坡的预警关键判据为前期降雨、当次降雨、位移速率,并引入“一个降雨过程”定义滑坡监测的降雨区间,将预警过程分为当次降雨和前期降雨+当次降雨两种模式。然后运用最小二乘法确定滑坡“阶跃”变形曲线上的“破坏拐点”和“稳定拐点”用以确定变形加速区间,以此求解前期降雨、当次降雨以及移速率阈值。最后以王家坡滑坡为例,设计了两种模式下的5级递进式分级预警模型。研究表明：（1）前期降雨与当次降雨组成“一个降雨过程”的时间间隔为7 d;（2）王家坡滑坡的位移速率阈值为20 mm/d;（3）前期降雨+当次降雨模式下王家坡滑坡的前期降雨、当次降雨阈值分别为10、15 mm,当次降雨模式下王家坡滑坡的降雨阈值为25 mm。     

突发型黄土滑坡监测预警理论方法研究——以甘肃黑方台为例

灌溉诱发的黄土滑坡大多数具有明显的突发性特征;斜坡破坏过程变形量小,历时短,具有较大的危险性。由于此类黄土滑坡加速变形阶段经历时间较短,GNSS系统和裂缝计等传统监测手段难以获取加速变形阶段系统完整的监测数据,更难以提前预警。针对这一难题,自主研发了自适应智能变频裂缝仪,它能够根据滑坡变形快慢自动调整采样频率。基于获取的黑方台多个突发型黄土滑坡的全过程变形-时间曲线,对这些变形曲线特征和规律进行分析研究,建立了针对性的黄土滑坡综合预警模型。将变形速率阈值和改进切线角作为滑坡预警的重要指标,建立了4级预警判据,通过自主研发的"地质灾害实时监测预警系统"实现滑坡的实时自动预警,并将预警信息与当地的群防群测信息平台对接,为防灾应急避让提供直接依据。2017年以来已先后6次对黑方台黄土滑坡实施成功预警,避免了重大人员伤亡,取得显著的防灾减灾效果。