CN110189505A - 一种岩层层面滑动面岩质滑坡的预警方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种岩层层面滑动面岩质滑坡的预警方法，属于岩质滑坡防治领域，其特征在于，包括以下步骤：a、找到滑坡的滑动面位置，确定岩层层面滑动面摩擦角的值为18°；b、通过现场调查测绘确定滑坡体坡度α，滑坡体面积A，滑坡体上侧面积A_u，滑坡体上侧后缘陡坡坡度β；监测降雨；c、确定滑坡的预警判别因子P；d、当P＞5.6时，滑坡可能性很大；当4.4＜P≤5.6时，滑坡可能性大；当3.2＜P≤4.4时，滑坡可能性中等；当P≤3.2时，滑坡可能性小。本发明针对滑坡的发生作出综合判断，建立了精确的岩层层面滑动面的岩质滑坡的预警计算模型，提高了对岩层层面滑动面岩质滑坡的预警效果。

Description

一种岩层层面滑动面岩质滑坡的预警方法及其应用

技术领域

本发明涉及到岩质滑坡防治技术领域，尤其涉及一种岩层层面滑动面岩质滑坡的预警方法及其应用。

背景技术

根据岩质滑坡滑动面物质组成、成因、性质和破坏模式，将岩质滑坡滑动面分为软弱夹层滑动面、岩层层面滑动面和节理面滑动面。岩层层面滑动面表面比较平直光滑、略有起伏，岩层接触面较破碎。分析滑动面的形成原因，岩层层面滑动面是在成岩、构造和表生等综合作用下形成的。

岩层层面滑动面的岩质滑坡发生的可能性介于软弱夹层滑动面和节理面滑动面的岩质滑坡之间。一旦发生往往造成重大损失。岩质滑坡是一种发生在山区或公路边坡的自然现象。

公开号为CN 107476275A，公开日为2017年12月15日的中国专利文献公开了一种红层地区岩质滑坡的预警方法，其特征在于，包括以下步骤：a、通过现场调查测绘确定滑坡体的基本地形数据，包括滑坡体坡度α，滑坡体面积A，滑坡体上侧面积Au和滑坡体上侧面坡度β；b、监测降雨，获得降雨时间D和降雨平均强度I；c、由地形因子和降雨因子依式1计算滑坡的预警判别因子P；P＝TR^0.67；d、以滑坡的预警判别因子P对岩质滑坡的预警等级进行划分，当P≥1.85，可能性高，为红色预警等级，发出红色预警信号；当1.45≤P＜1.85，可能性中等，为橙色预警等级，发出橙色预警信号；当P＜1.45，可能性低，为绿色预警等级，发出绿色安全信号。

该专利文献公开的红层地区岩质滑坡的预警方法，描述了用于红层地区的岩质滑坡的预警模型与临界值，但是该模型仅仅能用于红层地区的软弱夹层滑动面，其他地区则不适用，也无法预警其他滑动面的滑坡。

发明内容

本发明为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种岩层层面滑动面岩质滑坡的预警方法及其应用，本发明针对岩层层面滑动面的岩质滑坡形成的滑动面特征、地形条件和降雨条件进行研究，并针对滑坡的发生作出综合判断，研究得出发生岩层层面滑动面的岩质滑坡的判断方式，建立了精确的岩层层面滑动面的岩质滑坡的预警计算模型，提高了对岩层层面滑动面岩质滑坡的预警效果。

本发明通过下述技术方案实现：

一种岩层层面滑动面岩质滑坡的预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、通过现场调查，找到滑坡的滑动面位置，确定为岩层层面滑动面后，再根据GB50330-2013建筑边坡工程技术规范中结构面摩擦角取值方法分析确定滑动面摩擦角具体是指岩层层面滑动面比较平整光滑，结合状况差，在降雨条件下，结构面浸水取较低值，岩层层面为硬性结构面，硬性结构面抗剪强度受结构面粗糙程度、结合状况、充填状态、连续性和外部环境影响，确定岩层层面滑动面摩擦角的值为18°；

b、通过现场调查测绘确定滑坡体坡度α，滑坡体面积A，滑坡体上侧面积A_u，滑坡体上侧后缘陡坡坡度β；监测降雨，获得降雨时间D和平均降雨强度I；

c、由滑动面摩擦角地形因子T、降雨因子R，通过式1计算确定滑坡的预警判别因子P；

P＝TR/G^0.5 式1

式中：

P——预警判别因子；

T——地形因子，依式2计算确定；

R——降雨因子，依式4计算确定；

G——地质因子，依式5计算确定；

T＝tan(α)+3.33U 式2

式中：

α——滑坡体坡度；

U——上陡地形因子，依式3计算确定；

U＝sin(β)A_u/A 式3

式中：

A_u——滑坡体上侧面积，m²；

A——滑坡体面积，m²；

β——滑坡体上侧后缘陡坡坡度；

R＝(I/I₀)(D/D₀)^0.8 式4

式中：

I——降雨平均强度，mm/h；

I₀——当地1小时最大降雨均值，由当地水文手册查得，mm/h；

D——降雨时间，h；

D₀——单位时间，1h；

式中：

——滑动面摩擦角；

d、以预警判别因子P对岩层层面滑动面的岩质滑坡的预警等级进行划分，当P＞5.6时，滑坡可能性很大；当4.4＜P≤5.6时，滑坡可能性大；当3.2＜P≤4.4时，滑坡可能性中等；当P≤3.2时，滑坡可能性小。

本发明适用于顺层滑坡类型中滑动面为岩层层面的岩质滑坡的预警，所述滑动面是由岩层层面之间经成岩作用、构造作用和表生作用后的岩层层面。

本发明的基本原理如下：

岩层层面滑动面是由岩层层面经成岩作用、构造作用和表生作用形成的。滑动面属于硬性结构面，滑动面倾角与岩层倾角相同，属于顺层滑坡，滑动面倾角较大，多发育在中倾层状斜坡中。滑面表面比较平直、光滑，略有起伏，结合程度差，所含亲水性矿物较少，只有少量黏土物质经水的搬运充填在层面裂隙中，抗剪强度较大，水的软化作用有限。

滑动面特征决定了滑坡的难易程度，而岩层层面滑动面的抗剪强度决定了滑动面特性。岩层层面滑动面岩质滑坡的发生受地形、降雨和软弱结构面控制。软弱结构面控制着斜坡的稳定性，滑动面抗剪强度参数粘聚力c、滑动面摩擦角值越大，斜坡越稳定。岩层层面的滑动面黏土矿物含量低，水对滑动面的软化作用较小，滑动面力学性质较好。抗剪强度可以反映岩层层面滑动面对滑坡的影响。抗剪强度的两个参数中，粘聚力c相对次要，对滑坡的影响不大，而滑动面摩擦角的变化对滑坡影响很大。因此粘聚力c可以忽略，仅考虑滑动面摩擦角的变化影响即可。滑坡失稳时滑动面摩擦角值能准确反映滑动面对滑坡的影响，式4将滑动面摩擦角值考虑在内，充分考虑了地质因素的作用，体现出各影响因子相互关系和重要性。上陡下缓的地形有利于雨水通过滑坡体上部裂隙进入潜在滑坡体，进而导致岩层软弱面逐渐饱和并软化，抗剪强度逐渐减小，软弱面局部出现剪切破坏并产生剪切裂隙，雨水不断进入这些裂隙使其饱水，孔隙水压力增大形成超孔隙水压力，剪切裂隙逐渐扩展连通形成剪切面，软弱面强度进一步降低，最终导致局部土体因剪切面抗剪强度低于剪应力而沿滑动带下滑。下侧临空面通常为滑坡体剪出口位置，雨水渗透进入土体顺坡而下形成剪切面后更易在临空面处贯通渗出，进而导致坡体下滑。式2将坡度和上陡地形条件完整地结合在一起，综合地考虑了地形因素的作用。降雨是滑坡的诱发因素，较长时间降雨使得雨水进入滑动面，并软化已经风化的滑动面，降低滑动面的强度和摩擦力，为滑坡的滑动减小了阻力；较大的平均降雨强度使得滑坡体的后缘裂隙水位上升，有较大的静水压力，为滑坡的滑动提供了动力。

本发明的有益效果主要表现在以下方面：

1、本发明，“a、通过现场调查，找到滑坡的滑动面位置，确定为岩层层面滑动面后，再根据GB 50330-2013建筑边坡工程技术规范中结构面摩擦角取值方法分析确定滑动面摩擦角具体是指岩层层面滑动面比较平整光滑，结合状况差，在降雨条件下，结构面浸水取较低值，岩层层面为硬性结构面，硬性结构面抗剪强度受结构面粗糙程度、结合状况、充填状态、连续性和外部环境影响，确定岩层层面滑动面摩擦角的值为18°；b、通过现场调查测绘确定滑坡体坡度α，滑坡体面积A，滑坡体上侧面积A_u，滑坡体上侧后缘陡坡坡度β；监测降雨，获得降雨时间D和平均降雨强度I；c、由滑动面摩擦角地形因子T、降雨因子R，通过式1计算确定滑坡的预警判别因子P；d、以预警判别因子P对岩层层面滑动面的岩质滑坡的预警等级进行划分，当P＞5.6时，滑坡可能性很大；当4.4＜P≤5.6时，滑坡可能性大；当3.2＜P≤4.4时，滑坡可能性中等；当P≤3.2时，滑坡可能性小”，本发明针对岩层层面滑动面的岩质滑坡形成的滑动面特征、地形条件和降雨条件进行研究，并针对滑坡的发生作出综合判断，研究得出发生岩层层面滑动面的岩质滑坡的判断方式，建立了精确的岩层层面滑动面的岩质滑坡的预警计算模型，提高了对岩层层面滑动面岩质滑坡的预警效果。

2、本发明，在步骤a中通过现场调查，找到滑坡的滑动面位置，确定为岩层层面滑动面后，再根据GB 50330-2013建筑边坡工程技术规范中结构面摩擦角取值方法分析确定滑动面摩擦角具体是指岩层层面滑动面比较平整光滑，结合状况差，在降雨条件下，结构面浸水取较低值，岩层层面为硬性结构面，硬性结构面抗剪强度受结构面粗糙程度、结合状况、充填状态、连续性和外部环境影响，确定岩层层面滑动面摩擦角的值为18°，通过研究地质因素对滑坡发生的影响程度进行内部机理研究，建立了岩层层面滑动面的岩质滑坡的地质因子计算式；全面考虑了岩层层面滑动面的岩质滑坡的地质、地形和降雨影响因素，以定量的方式精确划分滑坡发生可能性，进而保障预警效果。

3、本发明，式1中T、R、G均为无量纲参数，在岩层层面滑动面类型的岩质滑坡中，各种岩质滑坡条件下都可以使用，适用性更强。

具体实施方式

实施例1

一种岩层层面滑动面岩质滑坡的预警方法，包括以下步骤：

a、通过现场调查，找到滑坡的滑动面位置，确定为岩层层面滑动面后，再根据GB50330-2013建筑边坡工程技术规范中结构面摩擦角取值方法分析确定滑动面摩擦角具体是指岩层层面滑动面比较平整光滑，结合状况差，在降雨条件下，结构面浸水取较低值，岩层层面为硬性结构面，硬性结构面抗剪强度受结构面粗糙程度、结合状况、充填状态、连续性和外部环境影响，确定岩层层面滑动面摩擦角的值为18°；

b、通过现场调查测绘确定滑坡体坡度α，滑坡体面积A，滑坡体上侧面积A_u，滑坡体上侧后缘陡坡坡度β；监测降雨，获得降雨时间D和平均降雨强度I；

c、由滑动面摩擦角地形因子T、降雨因子R，通过式1计算确定滑坡的预警判别因子P；

P＝TR/G^0.5 式1

式中：

P——预警判别因子；

T——地形因子，依式2计算确定；

R——降雨因子，依式4计算确定；

G——地质因子，依式5计算确定；

T＝tan(α)+3.33U 式2

式中：

α——滑坡体坡度；

U——上陡地形因子，依式3计算确定；

U＝sin(β)A_u/A 式3

式中：

A_u——滑坡体上侧面积，m²；

A——滑坡体面积，m²；

β——滑坡体上侧后缘陡坡坡度；

R＝(I/I₀)(D/D₀)^0.8 式4

式中：

I——降雨平均强度，mm/h；

I₀——当地1小时最大降雨均值，由当地水文手册查得，mm/h；

D——降雨时间，h；

D₀——单位时间，1h；

式中：

——滑动面摩擦角；

d、以预警判别因子P对岩层层面滑动面的岩质滑坡的预警等级进行划分，当P＞5.6时，滑坡可能性很大；当4.4＜P≤5.6时，滑坡可能性大；当3.2＜P≤4.4时，滑坡可能性中等；当P≤3.2时，滑坡可能性小。

“a、通过现场调查，找到滑坡的滑动面位置，确定为岩层层面滑动面后，再根据GB50330-2013建筑边坡工程技术规范中结构面摩擦角取值方法分析确定滑动面摩擦角具体是指岩层层面滑动面比较平整光滑，结合状况差，在降雨条件下，结构面浸水取较低值，岩层层面为硬性结构面，硬性结构面抗剪强度受结构面粗糙程度、结合状况、充填状态、连续性和外部环境影响，确定岩层层面滑动面摩擦角的值为18°；b、通过现场调查测绘确定滑坡体坡度α，滑坡体面积A，滑坡体上侧面积A_u，滑坡体上侧后缘陡坡坡度β；监测降雨，获得降雨时间D和平均降雨强度I；c、由滑动面摩擦角地形因子T、降雨因子R，通过式1计算确定滑坡的预警判别因子P；d、以预警判别因子P对岩层层面滑动面的岩质滑坡的预警等级进行划分，当P＞5.6时，滑坡可能性很大；当4.4＜P≤5.6时，滑坡可能性大；当3.2＜P≤4.4时，滑坡可能性中等；当P≤3.2时，滑坡可能性小”，本发明针对岩层层面滑动面的岩质滑坡形成的滑动面特征、地形条件和降雨条件进行研究，并针对滑坡的发生作出综合判断，研究得出发生岩层层面滑动面的岩质滑坡的判断方式，建立了精确的岩层层面滑动面的岩质滑坡的预警计算模型，提高了对岩层层面滑动面岩质滑坡的预警效果。

实施例2

下面结合具体案例对本发明的实施方式进行详细说明：

重庆灰岩滑坡：2007年5月24日上午10点，重庆市彭水县城区沙子口地段发生滑坡。滑坡体岩性为灰岩。滑动面为灰岩岩层界面，表面比较平直光滑、略有起伏，结合程度差，局部有少量溶蚀裂隙，深度较浅，一般3-5cm，有粘土充填，抗剪强度较大，水的软化作用有限，滑面坡度为29°。

贵州白云岩滑坡：2015年8月27日，贵州省黔南州福泉市道坪镇英坪村发生滑坡。滑坡体岩性为粘土质粉砂岩、粉砂质板岩和白云岩。滑动面为粘土质粉砂岩与白云岩界面，表面比较平直光滑、略有起伏，结合程度差，抗剪强度较大，水的软化作用有限，滑面坡度为29°。

贵州灰岩滑坡：2014年7月18日，贵州省余庆县龙溪镇沙坝村发生滑坡。滑坡体岩性为灰岩。滑动面为灰岩岩层界面，表面比较平直光滑、略有起伏，结合程度差，抗剪强度较大，水的软化作用有限，滑面坡度为16°。

浙江熔岩滑坡：2016年9月28日17时28分，浙江省丽水市遂昌县北界镇苏村北东处发生滑坡。滑坡体岩性为玄武岩、中酸性熔岩。滑动面为中酸性熔岩层面，表面比较平直光滑、略有起伏，结合程度差，抗剪强度较大，水的软化作用有限，滑面坡度为25°。

采用本发明对这些山坡的岩质滑坡可能性进行计算划分。

参与计算的坡面单元包括选取潜在滑坡的区域6处。首先确定滑动面特征，确定为岩层层面滑动面后，确定滑动面摩擦角再分别测量每个小区域的滑坡体坡度α，再测量小区域的滑坡体面积A，小区域的滑坡体上侧后缘陡坡坡度β和滑坡体上侧面积Au；采用插值的方法计算各潜在滑坡的降雨时间D和平均降雨强度I，由式2计算出地形因子T，式4计算出R，式5计算出G。最后由式1计算出P。

6处地形因子T、降雨因子R、地质因子G、预警判别因子P计算及滑坡可能性划分表以及滑坡的实际发生情况如表1所示。

滑坡编号	T	R	G	P	可能性	滑坡	岩性及区域
								1	1.13	2.89	0.32	5.77	很大	是	重庆灰岩
2	1.41	2.34	0.32	5.83	大	是	贵州白云岩
								3	1.73	2.55	0.32	7.8	很大	是	贵州灰岩
4	2.47	1.81	0.32	7.9	很大	是	浙江熔岩
								5	1.41	1.27	0.32	3.17	小	否	贵州灰岩
6	1.73	0.86	0.32	2.63	小	否	贵州灰岩

表1

根据可能性划分标准：当P＞5.6时，可能性很大；当4.4＜P≤5.6时，可能性大；当3.2＜P≤4.4时，可能性中等；当P≤3.2时，可能性小。表1中P值计算结果显示：6处潜在滑坡体中，可能性很大的区域4处，可能性小的区域2处。

对比实际发生情况，所有4个可能性很大的坡面都发生了滑坡，见表1；2个可能性小的坡面，都没有发生滑坡，见表1。综上所述，应用本发明所述方法对岩层层面滑动面岩质滑坡的滑坡可能性划分准确性较高。

Claims (2)

1.一种岩层层面滑动面岩质滑坡的预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、通过现场调查，找到滑坡的滑动面位置，确定为岩层层面滑动面后，再根据GB50330-2013建筑边坡工程技术规范中结构面摩擦角取值方法分析确定滑动面摩擦角具体是指岩层层面滑动面比较平整光滑，结合状况差，在降雨条件下，结构面浸水取较低值，岩层层面为硬性结构面，硬性结构面抗剪强度受结构面粗糙程度、结合状况、充填状态、连续性和外部环境影响，确定岩层层面滑动面摩擦角的值为18°；

b、通过现场调查测绘确定滑坡体坡度α，滑坡体面积A，滑坡体上侧面积A_u，滑坡体上侧后缘陡坡坡度β；监测降雨，获得降雨时间D和平均降雨强度I；

c、由滑动面摩擦角地形因子T、降雨因子R，通过式1计算确定滑坡的预警判别因子P；

P＝TR/G^0.5 式1

式中：

P——预警判别因子；

T——地形因子，依式2计算确定；

R——降雨因子，依式4计算确定；

G——地质因子，依式5计算确定；

T＝tan(α)+3.33U 式2

式中：

α——滑坡体坡度；

U——上陡地形因子，依式3计算确定；

U＝sin(β)A_u/A 式3

式中：

A_u——滑坡体上侧面积，m²；

A——滑坡体面积，m²；

β——滑坡体上侧后缘陡坡坡度；

R＝(I/I₀)(D/D₀)^0.8 式4

式中：

I——降雨平均强度，mm/h；

I₀——当地1小时最大降雨均值，由当地水文手册查得，mm/h；

D——降雨时间，h；

D₀——单位时间，1h；

式中：

——滑动面摩擦角；

d、以预警判别因子P对岩层层面滑动面的岩质滑坡的预警等级进行划分，当P＞5.6时，滑坡可能性很大；当4.4＜P≤5.6时，滑坡可能性大；当3.2＜P≤4.4时，滑坡可能性中等；当P≤3.2时，滑坡可能性小。

2.根据权利要求1所述的一种岩层层面滑动面岩质滑坡的预警方法的应用，其特征在于：适用于顺层滑坡类型中滑动面为岩层层面的岩质滑坡的预警，所述滑动面是由岩层层面之间经成岩作用、构造作用和表生作用后的岩层层面。