一种台阶状跳跃变形的边坡稳定性评价方法
阅读：678发布：2020-05-13
专利汇可以提供一种台阶状跳跃变形的边坡稳定性评价方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 一种台阶状跳跃 变形 的边坡 稳定性 评价方法，该方法根据变形‑时间曲线确定曲线中各个“跳跃段”的变形量与相应的时间并求解其平均速度，绘制出跳跃段平均速度‑时间的曲线图并准确 定位 拐点的 位置 ，根据拐点后期“跳跃段”平均速度大小的变化趋势判识此类边坡的稳定性，同时根据稳定性情况与边坡裂缝发展和变形破坏特征做出准确预警预报。本发明提供的一种基于地表变形‑时间曲线的边坡稳定性评价方法不仅计算方法简单，概念清楚，结果准确，而且还克服了现有计算方法要么计算繁琐冗长要么只能给出近似的评价结果的缺点。，下面是一种台阶状跳跃变形的边坡稳定性评价方法专利的具体信息内容。
1.一种台阶状跳跃变形的边坡稳定性评价方法，该方法的步骤是：
第一步：根据监测数据，采用绘图软件绘制出地表变形-时间曲线，并得到该边坡的空间演化特征；根据曲线特点确定各个“跳跃段”位置；
第二步：在第一步的基础上计算出所有各个“跳跃段”的变形量和相应的时间段；
第三步：利用各个“跳跃段”的变形量和相应的时间段计算出各个“跳跃段”的平均速度；
第四步：以平均速度为纵轴，以时间为横轴，以第三步计算出来的各个“跳跃段”的平均速度及该平均速度所对应的年份为点，绘制散点图，然后经过平滑处理得到平均速度-时间曲线图，并准确定位捕捉拐点的位置；
第五步：在第四步的基础上，根据拐点后期的平均速度大小及其变化趋势准确判断边坡稳定性；
第六步：由第五步确定边坡稳定性较差时，再结合边坡的裂缝空间演化特征进行预警级别划分；
第五步中，若拐点后期，平均速度逐渐增大甚至骤然上升，具有突变的特征，则表现边坡的稳定性较差，极有可能发生破坏；若拐点后期，平均速度逐渐减少并最终以0为中心作上下振荡，则说明边坡的稳定性较好；
第六步中，在拐点前期，若边坡出现断续分布的张拉裂缝，则边坡的预警级别为注意级，预警颜色为蓝色，边坡较稳定；在拐点后期结合平均速度的增大趋势、边坡裂缝的发展与贯通、分布情况将预警级别划分为警示级和警戒级，相应的预警颜色为黄色和橙色，警示级时裂缝扩大、加深、趋于连接，警戒级时裂缝互相贯通，圈闭边界形成；若拐点后期平均速度骤然上升，表现出突变的特征，同时边坡圈闭边界完全形成，圈闭边界与滑面完全贯通，则边坡预警级别为警报级，相应的预警颜色为红色。
一种台阶状跳跃变形的边坡稳定性评价方法
技术领域
[0001] 本发明涉及地质灾害防治领域，具体涉及一种台阶状跳跃变形的边坡稳定性评价方法。
背景技术
[0002] 边坡的稳定性判识和预警预报一直是地质工程界研究的热点，也是目前还没有得到很好解决的一个难点。具有“台阶状”变形特点的边坡其曲线形状一般是“跳跃段”与“平缓段”交替出现，同时“跳跃段”的加速变形不会持续很久但其平均速度较大，然后快速转变为缓慢的近似蠕滑变形得“平缓段”同时持续时间较长。此类边坡的变形特征与常规边坡稳定性检测及预警判据存在较大矛盾，如常用的变形曲线切线角速率法和变形突变模型稳定性状态判识及预警方法显然不适合具有“台阶状”跳跃变形特征的边坡。而大多数情况下现今政府及工程单位常将边坡变形台阶状阶跃误判为边坡失稳的前兆，进而采取相应的预警措施，造成严重的经济损失和社会恐慌。加之边坡变形监测数据时空分布存在较大差异，更加增加了此类边坡的稳定状态识别难度，在大多数情况下，对边坡变形稳定性和灾害预警只能处于观望的被动状态，严重影响治理方案及治理时机的选择。
[0003] 已有研究表明，边坡累计位移-时间曲线并不能很好的反应边坡的稳定性情况，有时甚至会误导设计者、决策者。现有的评价边坡稳定性的方法和手段有多元时间序列分析法、尖点突变分析法以及极限平衡计算法等,上述方法或者计算繁琐,或者具有较多人为主观性特点以及结论不够准确等缺点。 此外一些评价边坡稳定性的中国专利或者没有结合实际现场情况,或者紧紧依赖于数值软件等不足,如中国专利201410043002.9的《边坡稳定性精细化评价方法》、201110120594.6 的《一种边坡岩体稳定性评价方案》，“台阶状”变形边坡具有快速变形的“跳跃段”和缓慢蠕滑的“平缓段”交替出现的特点，一般情况下边坡的失稳破坏常常是由快速变形而导致的，而上述分析方法在具有此类变形特点的边坡的稳定性分析中具有较大局限性。为综合利用监测曲线与现场勘查的优势，避免计算繁琐，理解困难以及结果不准确等劣势，本申请提出了采用“台阶状”变形边坡中“跳跃段”的平均速度的变化趋势与滑坡空间演化规律相结合的分析方法，该方法不仅丰富了边坡稳定性评价方法，也为此类边坡的设计和治理提供科学根据，具有重要的工程应用意义。
发明内容
[0004] 为解决上述问题本发明提出了一种台阶状跳跃变形的边坡稳定性评价方法，其根本特点在于根据变形-时间曲线确定曲线中各个“跳跃段”的变形量与相应的时间并求解其平均速度，绘制出跳跃段平均速度-时间的曲线图并准确定位拐点的位置，根据拐点后期“跳跃段”平均速度大小的变化趋势判识此类边坡的稳定性，同时根据稳定性情况与边坡裂缝发展和变形破坏特征做出准确预警预报；本发明提供的一种基于地表变形-时间曲线的边坡稳定性评价方法不仅计算方法简单，概念清楚，结果准确，而且还克服了现有计算方法要么计算繁琐冗长要么只能给出近似的评价结果的缺点。
[0005] 本发明的技术方案是：
[0006] 一种台阶状跳跃变形的边坡稳定性评价方法，该方法的步骤是：
[0007] 第一步：根据监测数据，采用绘图软件绘制出地表变形-时间曲线，并得到该边坡的空间演化特征；根据曲线特点确定各个“跳跃段”位置；
[0008] 第二步：在第一步的基础上计算出各个“跳跃段”的变形量和相应的时间段；
[0009] 第三步：利用各个“跳跃段”的变形量和相应的时间段计算出各个“跳跃段”的平均速度；
[0010] 第四步：以平均速度为纵轴，以时间为横轴，以第三步计算出来的各个“跳跃段”的平均速度及该平均速度所对应的年份为点，绘制散点图，然后经过平滑处理得到平均速度-时间曲线图，并准确定位捕捉拐点的位置；
[0011] 第五步：在第四步的基础上，根据拐点后期的平均速度大小及其变化趋势准确判断边坡稳定性；
[0012] 第六步：由第五步确定边坡稳定性较差时，再结合边坡的裂缝空间演化特征进行预警级别划分。
[0013] 本发明相对现有技术产生的有益效果是：
[0014] 1.本发明方法鉴于水动力或开挖边坡的变形-时间监测曲线常呈现“台阶状”跳跃的特点，根据变形监测数据，确定曲线每一个跳跃段的变形量及其所经历的相应时间，进而计算出各个跳跃段的平均变形速度，绘制出跳跃段平均速度-时间的曲线图。通过分析跳跃段平均速度-时间曲线的变化趋势与边坡空间演化规律(裂缝发展情况及变形破坏特征等)，可很好地判识此类边坡的稳定性及监测预警。
[0015] 2.本发明方法简单实用，结果可靠，为科研提供便利，且适用于所有变形-时间曲线具有“台阶状”跳跃特点的边坡稳定性评价，适用范围广，具有良好的应用前景。
[0016] 3.本发明采用分析“跳跃段”平均速度趋势与边坡裂缝空间演化规律相结合的方法判识边坡稳定性并做出准确预警预报是一种创新之举，跳出常规滑坡稳定性检测及预警预判的范围，丰富了边坡预警预报方法。附图说明
[0017] 图1为边坡地表累计变形-时间曲线图；
[0018] 图2为边坡平均速度-时间曲线图。
具体实施方式
[0019] 下面结合实施例及附图进一步解释本发明，但并不以此作为对本申请保护范围的限定。
[0020] 本发明台阶状跳跃变形的边坡稳定性评价方法(简称方法)，包括以下步骤：
[0021] 第一步：根据监测数据，采用绘图软件绘制出地表变形-时间曲线，并得到该边坡的空间演化特征；根据曲线特点确定各个“跳跃段”位置；
[0022] 第二步：在第一步的基础上计算出各个“跳跃段”的变形量Δdi(i＝1,2,3.....n)和相应的时间段Δti(i＝1,2,3....n)；
[0023] 第三步：在第二步的基础上计算出各个“跳跃段”的平均速度其计算公式为
[0024] 第四步：以平均速度为纵轴，以时间为横轴，以第三步计算出来的各个“跳跃段”的平均速度及该平均速度所对应的年份为点，绘制散点图，然后经过平滑处理得到平均速度-时间曲线图，并准确定位捕捉拐点的位置；
[0025] 第五步：在第四步的基础上，根据拐点后期的平均速度大小及其变化趋势准确判断边坡稳定性；若拐点后期，平均速度逐渐增大甚至骤然上升，具有突变的特征，则表现边坡的稳定性较差，极有可能发生破坏；若拐点后期，平均速度逐渐减少并最终以0为中心作上下振荡，则说明边坡的稳定性较好；
[0026] 第六步：由第五步确定边坡稳定性较差时，再结合边坡的裂缝空间演化特征进行预警级别划分：在拐点前期，若边坡出现断续分布的张拉裂缝，则边坡的预警级别为注意级，预警颜色为蓝色，边坡较稳定；在拐点后期结合平均速度的增大趋势、边坡裂缝的发展与贯通、分布等情况将预警级别划分为警示级和警戒级，相应的预警颜色为黄色和橙色，即当边坡出现裂缝扩大、加深、趋于连接时，则边坡的预警级别为警示级，当边坡出现裂缝相互贯通、圈闭边界形成时，则边坡预警级别为警戒级；若拐点后期平均速度骤然上升，表现出突变的特征，同时边坡圈闭边界完全形成，圈闭边界与滑面完全贯通，则边坡预警级别为警报级，相应的预警颜色为红色。
[0027] 本发明中预警级别划分中在拐点前期，如果没有出现明显裂缝，一般情况下工程界和科研界都认为此滑坡是稳定的，在拐点后期，将平均速度变化趋势与现场实际裂缝发育、发展及其演化情况相结合，精准做出相应的预警级别及预警颜色.。本发明方法简单实用，能用于所有变形-时间曲线具有“台阶状”跳跃特点的边坡稳定性评价，不仅适用于地下与露天复合开挖影响下边坡稳定性分析，同样适用于受周期性库水涨落和降雨影响的库区边坡预警预报分析，特别是受库水涨落及大规模开挖影响的边坡。
[0028] 实施例1
[0029] 本实施例以三峡库区某古滑坡为研究对象，该古滑坡的后缘高程为350m，相对高差为225～240m，古滑坡大小约30x106m3。自三峡水库蓄水以来，出现了较多的表征古滑坡复活的迹象，包括地表裂缝、房屋开裂，抗滑桩变形等。同时地质队也对该滑坡进行了大量长时间的位移监测，相关部门也采取了相应的治理措施，包括排水沟的挖设和抗滑桩的布置等。为保护当地居民以及游客的生命财产安全，给管理者与决策者提供有利可靠的信息，因此正确的判定该古滑坡稳定性情况尤为重要。而运用常规滑坡稳定性分析方法鉴别此类具有“台阶段”跳跃变形特点的边坡的稳定性具有很大困难，其结果往往精度不高，本发明评价方法能攻克了这一难点。
[0030] 具体评价方法的步骤是：
[0031] 第一步：根据已有的监测数据，采用绘图软件绘制出地表变形- 时间曲线，并得到该边坡的空间演化特征。根据曲线特点确定各个“跳跃段”位置；
[0032] 第二步：计算出各个“跳跃段”的变形量Δdi(i＝1,2,3.....n)和相应的时间Δti(i＝1,2,3....n)；i表示第i年；
[0033] 第三步：计算出各个“跳跃段”的平均速度 其计算公式为本发明专利中各个“跳跃段”的平均速度计算方法均一样，因此本专利就其中某一“跳跃段段”进行详细说明(见图 1)。第i段的变形量Δdi计算公式为：
[0034] Δdi＝di末-di始 (1)
[0035] 式中：di末为第i个“跳跃段”的终止时的累计变形量，di始为第i个“跳跃段”的起始时的累计变形量。
[0036] 第i段的变形量Δdi所经历的时间Δti计算公式为：
[0037] Δti＝ti末-ti始 (2)
[0038] 式中：ti末为第i个“跳跃段”的终止时的时刻，ti始为第i个“跳跃段”的起始时的时刻。
[0039] 该第i个“跳跃段”平均速度 的计算公式为：
[0040]
[0041] 根据式(3)，得出整条曲线的每个“跳跃段”的平均速度
[0042] 第四步：以平均速度为纵轴，以时间为横轴，以第三步计算出来的各个“跳跃段”的平均速度及该平均速度所对应的年份为点，绘制散点图，然后经过平滑处理得到平均速度-时间曲线图(参见图2)，并准确定位捕捉拐点的位置；
[0043] 根据图2可知：在AB段边坡正在加速变形(平均速度逐年增加)； BC段边坡变形速度大幅下降并且在CD段边坡以较小的速度匀速变形，因此边坡的稳定性逐渐趋于好转；但是自D点(拐点)后边坡的稳定性便遭到恶化，且DE段边坡变形速度显著增加，说明边坡正处于不利状态，各单位和相关部门需要引起足够重视，做好相关排险工作和预警措施等防范未然，如布置抗滑桩，排水沟或者削方减重等防灾减灾措施。若是“跳跃段”平均速度变化趋势沿图2中E点以后继续且陡然增加，那么边坡的稳定性越来越差，极有可能发生滑坡；若是其变化趋势沿图2中DF段变化则表明边坡稳定性越来越好。
[0044] 结合图2的初步判断结果，在拐点D前期即AD段，若边坡出现断续分布的张拉裂缝，则边坡的预警级别为注意级，预警颜色为蓝色；在拐点后期结合平均速度的增大趋势(DE段)、边坡裂缝的发展与贯通情况等将预警级别划分为警示级和警戒级，相应的预警颜色为黄色和橙色；若拐点后期平均速度骤然上升即E点以后，表现出突变的特征，同时边坡边界完全形成，滑面完全贯通则边坡预警级别为警报级，相应的预警颜色为红色。
[0045] 具体预警等级划分见表1。
[0046] 表1
[0047]
[0048]
[0049] 最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，均在本发明所限定的范围之内。
[0050] 本发明未述及之处适用于现有技术。
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