基于斋藤模型的滑坡临滑时间预报方法改进及应用

滑坡临滑时间预报可根据滑坡变形时间曲线来建立,但现有临滑时间预报模型并未统一计算区间,因此相同模型在不同计算区间得出时间预报值可能存在较大差异。以贵州省龙井村滑坡为例,通过分析滑坡精细化变形数据,以斋藤时间预报模型为基础,确定出进行临滑时间预报的变形计算区间为切线角70°~75°之间,并根据变形曲线在临滑时具有明显上翘特征,导致滑坡发生时间提前的特点,通过分析切线角斜率与计算区间斜率的比例关系,引入修正系数0.5对滑坡时间预报值进行修正。通过近年来甘肃黑方台多次黄土滑坡的精细化变形数据进行检验验证,结果表明,改进的滑坡变形临滑时间预报方法具有良好的准确性和一定的普适性,为滑坡时间预报提供了较为准确的新方法。     

速度倒数法滑坡预警模型流变试验研究

滑坡失稳的预测预报研究是地质工程领域中的一项重要课题,准确地确定预测预报理论模型的参数是实际应用中的难点。在实际滑坡监测中通常可以观察到位移曲线呈现阶梯形,这些阶梯形位移变化点就是滑坡的变形突变点。为研究滑坡变形突变点的变形特征,进行了不同荷载作用下的天然试样以及不同荷载、不同含水率作用下的浸水试样的流变试验,得到了累计位移-时间曲线以及变形速度-时间曲线。依据秦四清的锁固段理论以及速度倒数法滑坡预警模型对试验结果进行分析。研究结果表明：荷载和含水率的变化对模型参数没有影响,模型参数是关于材料属性的函数;变形过程中突变点的变形特征与破坏时的变形特征相似,并且速度倒数法预警模型在突变点和破坏点确定的模型参数基本一致。因此,滑坡监测曲线中早期位移突变点确定的模型参数可以用于确定滑坡破坏时的预警模型。     

基于斜率模型的突发型黄土滑坡失稳时间预测

突发型黄土滑坡灾前变形量小,加速阶段历时短,预警预报难度大。为探究该类滑坡失稳时间预测的新途径,降低滑坡造成的经济损失和人员伤亡,以2019年甘肃黑方台地区发生的4起滑坡为研究对象,基于改进的切线角模型确定滑坡变形阶段,提出以改进切线角为指标的简化累计计算方法;采用斜率模型（SLO模型）从滑坡各变形阶段起算进行失稳时间预测,从速度倒数变化趋势、滑坡成灾模式等方面分析预测结果差异。研究发现:（1）斜率模型在突发型黄土滑坡失稳时间预测方面具有一定的可行性,从80°切线角起算得到的预测精度最高;（2）以切线角为划分指标进行简化累计计算能降低数据波动对预测结果的影响,反映预测寿命变化趋势,提高预测精度;（3）速度倒数变化趋势呈“凹”型时提前预测概率大,速度倒数变化趋势呈“凸”型时滞后预测概率大,速度倒数变化趋势呈线性时模型预测精度较高;（4）该模型在黄土滑移崩塌型滑坡中的预测效果要优于静态液化型滑坡。     

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。     

多元时间序列分析的滑坡演化阶段划分

滑坡的时间-位移曲线一般具有3个阶段特征,即初始变形阶段、等速变形阶段和加速变形阶段,不同演化阶段加速度具有不同的变化特点.目前往往是依据对加速度曲线特征的分析来人为划分演化阶段,缺少相应的理论支持和定量计算.针对上述问题,选取月降雨量、月库水位高程变化量对滑坡的累计位移建立多因素的时间序列预测模型.然后利用Chow分割点检验理论,以所建模型中F和LR统计量最大值点作为分割点对滑坡演化阶段进行划分.以新滩滑坡和三峡库区白水河滑坡为例,利用累计位移、降雨及库水位变化数据进行计算验证.结果表明,对多元时间序列模型进行Chow分割点检验可对滑坡的演化阶段进行准确划分,为滑坡的临滑预警预报提供重要判据.      

三峡库区滑坡台阶状位移趋势预测的警戒速度方法

对不同类型的35个滑坡进行统计分析,发现滑坡临滑前加速度和速度符合Voight模型的幂函数关系。由于无法准确判断三峡库区具台阶状位移特征的滑坡何时处于最后加速失稳阶段,故不能直接应用该模型进行预报。根据台阶状位移特征的滑坡变形特征,本文采用了基于Voight模型的警戒速度方法。该方法是基于Voight模型采用非线性回归分析求得模型参数,按不同风险级别要求求得紧急状态、警戒状态、提前警戒状态的速度阀值,并与实际监测的速度对比去预报滑坡所处的危险等级。采用警戒速度方法对白水河滑坡和新滩滑坡进行了分析,发现预测结果与实际较为接近,预测效果较好。     

滑坡变形空间评价的位移速率比方法研究

实测数据表明,松散土质斜坡和具有时效变形特征的岩质斜坡的滑坡变形往往具有蠕变特点,即从开始出现变形到最终失稳破坏一般需经历初始变形、等速变形和加速变形3个阶段。基于典型的滑坡累积位移-时间曲线特征,提出了采用位移速率比作为通用指标来判定滑坡上各点变形阶段的方法：多个连续时段均为等速变形即相邻位移速率比位于0～2之间时,认为进入等速变形阶段;当位移速率比大于2时,初步认为,其进入加速变形阶段。结合典型实例建立了位移速率比判定滑坡上各点变形阶段的判定标准：在滑坡位移速率比大于2之后,滑坡体进入加速变形阶段,对加速变形阶段可再作进一步细分：位移速率比为2～6时,为滑坡体的初加速阶段,为6～8时,滑坡体进入中加速阶段,大于8则为临滑阶段。基于地理信息系统（Geographic information system,简称GIS）平台,建立了滑坡变形空间评价的位移速率比方法,并对金坪子滑坡的空间变形状态进行了评价,验证了该方法的可行性和合理性。     

滑坡预报的多元回归分析方法

在回顾了滑坡预报的概念、类型及已有滑坡预报的几种主要模型的基础上，利用多元回归分析方法，根据最小二乘法原理，建立了非线性回归预报模型，提出滑坡破坏的时间为位移．时间曲线的拐点，此方法一般适合于临滑预报。结合实例，利用黄龙西村滑坡位移．时间监测资料，采用该模型进行滑坡时间预报，和其他滑坡预报模型预报的结果接近，说明该模型具有一定的合理性。     

滑坡预报模型的质量检验研究

滑坡预报模型主要用来预报滑坡发生的时间,但是如何检验效果是滑坡预报者和决策者面临的一个重要课题。本文通过提出滑坡拟合效果指标(包括后验差指标、模型拟合效率指数和均方根误差)和试预报效果指标(包括试报效果指标和相关系数指标),初步建立了滑坡的预报质量检验模型。依据建立的检验模型,针对链子崖危岩体监测资料分别采用灰色GM(1,1)数学模型、三次指数平滑模型和时间序列模型进行预报。预报结果表明:三种模型中,综合指标GM(1,1)数值最高,建议该滑坡采用GM(1,1)进行预报。通过模型的综合分析评判,不仅分析了模拟效果,而且直接比较了模型间的拟合效果,并为建立模拟效果好的模型提供了充分的依据,从而表明滑坡预报质量检验模型是一种有效、实用的方法。     

斜坡临滑形变能释放与滑体起程速度关系的探讨

斜坡内聚集的巨大剪切形变能在临滑时释放,坡体能量释放率具有力的量纲,在坡体能量释放率幅值大于锁固段潜滑带抗剪强度幅值的情况下,坡体临滑释放的形变能将大于潜滑带岩体破裂需要的能量,所大于的部份将转变成滑体动能,滑动为剧动式滑坡;反之,则为缓动式滑坡。剧动式滑坡横截面上的弹冲速度与该点切应力的大小成正比。潜滑面附近坡体介质的切应力和切应变能密度最大,滑动时获得的弹冲速度也最大。导得蕴涵丰富信息量的斜坡弹性势能变化率曲线及其表达式,通过解析及Matlab图解形式对坡体的形变能聚集、临滑形变能释放量及其与滑体启动速度、启动方式进行了阐述。     

滑坡预测预报中改进的Pearl模型及其应用

针对选点法和变换法在求取Pearl模型参数时误差较大的缺陷,且预报判据缺乏足够论证,可能导致预测预报准确度较低问题,将非线性拟合确定参数的方法应用到Pearl模型的滑坡预测预报中,推导了Pearl模型速度和加速度最大值判据预报滑坡发生时间的计算公式。将非线性拟合确定参数的方法和推导的判据计算公式应用于一些滑坡实例的预报中,结果表明:滑坡实际发生时间介于Pearl模型速度最大值判据和加速度最大值判据的预报时间之间,用Pearl模型加速度最大值判据能起到提前预报的作用。     

优势流入渗与坡体变形关系研究及应用

部分降雨型滑坡的地表裂缝会随着变形的不断增加逐渐形成完整配套的裂缝体系，针对此类滑坡的降雨入渗过程，指出沿地表裂缝形成的优势通道而形成的优势流入渗主导着滑坡稳定性的恶化过程，促进变形的持续发展。系统分析了优势流入渗与地下水位升降、坡体变形之间的相互关系。在此基础上，以王家坡滑坡为典型案例，分析了优势流入渗通道形成的时空规律及对应的变形特征，发现滑坡累积位移曲线上的变形加速区间呈不规则阶跃状，并将加速区间的起点与终点定义为加速拐点和减速拐点。然后以W3监测点的实际监测资料对滑坡变形过程中的地下水升降特征进行反演并获取对应的稳定性演化规律，发现变形加速区间上的加速拐点和减速拐点与稳定性出现变化的起点和终点相吻合，依此可建立确定变形加速区间的方法，进而获取位移速率阈值。     

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。     

地理信息滑坡监测预报系统及其在抚顺西露天矿滑坡中的应用

为了能够准确有效地针对滑坡地质灾害进行监测和预报工作,给出一种新型的滑坡监测预报系统。该系统以GIS技术为基础,通过MapGIS软件形成图形文件的链接输入,实现与地理信息系统的融合。这种方法引入了滑坡空间滑动特征,可针对滑坡不同时段的特点采用多种预报模块实现对空间数据的处理,并通过VB6.0集成开发将结果还原至图形以可视化,来实现各类滑坡预报以及空间分析。将该监测预报系统应用到抚顺西露天矿地质灾害防治工作中,以GPS监测站等监测设施对抚顺西露天矿地质灾害开展的多类型的现场监测为依据, 对抚顺西露天矿地质灾害防治及预报进行分区模块处理;并以抚顺西露天矿E3200剖面滑坡为例,结合非线性回归分析及二次曲线拟合得到了X-3、X-5监测点的中短期预报数据和水平及竖直方向的速度、加速度等参量。根据竖直最大加速度为正值、竖直负向加速度小于10^-5 m/d²以及水平加速度均为负值等特点,得到该滑坡基本处于匀速变形阶段及位移变化有收敛趋势的结论。     

滑坡蠕变时效稳定性理论与滑坡预测(报)研究的基本构想

滑坡的形成过程显示出其时效特征,已有研究显示滑坡的时效特征有助于滑坡的精确预测预报研究。本文在马克斯韦尔、开尔文、斋滕迪孝等人的研究基础上引入了岩土体粘-弹性滞后系数,以岩土材料试件在各种受力状态下的实际监测轨迹曲线为依据,采用拟合法,遵循曲线拐点形变量和形变率连续性导出关于时间的二元非线性超越代数方程组,并求得时效共轭点时间和剧滑失稳时间,最后得到滑坡蠕变时效可预测性的结论。     

Verhulst滑坡预测预报模型的改进及其应用

Verhulst生物生长模型是一种统计型的滑坡预测预报模型,针对原始Verhulst模型中把第一个数据点作为已知条件的理论依据不存在,可能导致预报精度较低问题,将前人改进Verhulst模型的方法应用到滑坡预测预报中,推导出用改进模型和速度最大值判据预报滑坡发生时间的计算公式。通过分析表明,原始Verhulst模型中以速度最大值作为预报滑坡发生时间的判据缺乏合理性,以加速度和加加速度最大值作为预报判据应更合理,并推导出用加速度和加加速度最大值判据预报的计算公式。基于推导的公式,编写Matlab程序进行计算,将原始和改进的Verhulst模型以及3种判据应用于一些滑坡实例的预报中。结果表明,（1）与原始Verhulst模型相比,改进模型的预报效果较好,其预报滑坡发生的时间更早,且更准确;（2）与速度最大值判据相比,加速度和加加速度最大值判据的预报效果较好,其预报时间较早,且较准确;（3）可把原始模型中单一的时间预报值拓展为一段预报的时间范围,该预报时间范围的上限是加速度最大值时刻,下限是加加速度最大值时刻;（4）用改进模型和该时间段范围判据进行预报能起到提前预报的作用,且预报结果较准确。此外,经讨论认为临近破坏时,裂缝的增多以及动摩擦系数小于静摩擦系数导致抗滑力降低,剩余下滑力增大,是使滑体产生加速度逐渐增大运动的原因。