CN110514812A - 一种基于稳定性系数的滑坡推力监测与预警方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及地质灾害模型试验技术领域，具体涉及一种基于稳定性系数的滑坡推力监测与预警方法，包括以下步骤：步骤一，参数测定；步骤二，推力监测；步骤三，稳定性系数计算及预警；与传统的检测方法相比，本发明通过对滑坡推力的监测，建立监测数据与坡体稳定性的对应关系，从而直观、定量展示坡体的安全程度，提升监测对不同类型、不同状态坡体预警预报的适用性和可靠性。

Description

一种基于稳定性系数的滑坡推力监测与预警方法
技术领域
本发明涉及地质灾害模型试验技术领域，具体涉及一种基于稳定性系数的滑坡推力监测与预警方法。
背景技术
我国幅员辽阔，地质条件十分复杂，山区丘陵地貌广布，滑坡分布十分广泛，按滑坡受力特征可分为牵引式滑坡、推移式滑坡及混合式滑坡等，推移式滑坡是由于滑坡后缘的长期加载而导致滑坡的整体破坏。为了切实保障人民生命财产安全，及时的监测到滑坡的状态并及时预警就显得十分必要。
目前的滑坡监测主要以位移监测为主，主要通过累计位移量或变形速率来间接反映坡体的安全程度，预警预报仅依靠变形曲线，纯粹是对监测数据的分析，未考虑坡体岩土特性及形态特征，因此其对滑坡安全程度的反映仅能是间接的、定性的，同时由于滑坡的岩土结构、形态、影响因素等不同，导致不同坡体甚至同一坡体的不同部位，其在临近破坏时的变形量和变形速率也存在很大差异，从而使基于位移的滑坡预测预报准确率降低。
事实上，滑坡的稳定性系数是业界公认的反映滑坡安全程度最直观、有效的指标，通过稳定性系数与1的对比关系，可以很明确的反映坡体临界状态，同时坡体的稳定性系数，也与坡体的岩土特性及形态密切相关。因此，建立监测数据与坡体稳定性系数的关系，一方面可以使预警判据更加明确，另一方面实现了监测预警与勘查设计工作的融合，建立了预警预报与坡体地质背景条件的直接联系，从而摆脱了当前滑坡监测预警的技术困境。
根据钢体极限平衡理论，滑坡的稳定性系数最本质的特征就是对坡体内部力的关系的描述，因此本发明通过对滑坡推力的监测，建立监测数据与坡体稳定性的对应关系，从而直观、定量展示坡体的安全程度，提升监测对不同类型、不同状态坡体预警预报的适用性和可靠性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种对坡体进行检测预警的方法，以提升监测对不同类型、不同状态坡体预警预报的适用性和可靠性。
为了达到上述目的，本发明提供一种对坡体进行检测预警的方法，包括以下步骤：
步骤一，参数测定：
①通过岩土试验获取待测滑坡区域岩土的容重，粘聚力、内摩擦角的参数；
②选择待测滑坡的典型剖面，并通过工程勘查或者图切剖面获取其形态参数；
步骤二，推力监测：
①在典型剖面上布设多个钻孔；
②在钻孔内安装支架；
③将传感器固定在安装支架上，使得传感器受力面正对滑坡移动方向；
步骤三，稳定性系数计算及预警：
①结合待测滑坡的典型剖面的形态参数和钻孔数据建立主剖面几何模型；
②将剖面按照监测钻孔位置划分条块，相邻两个钻孔之间为一个条块，并按照从上到下的顺序进行条块编号，分别计算条块的滑面倾角αi和条块的面积；
③将不同条块前端同一断面不同传感器所测得的推力取平均值，并换算成线性分布，求出整个断面的滑坡推力；
④将待测滑坡的推力及各参数带入稳定性系数求解公式，求得不同时刻的稳定性系数值；
⑤通过稳定性系数与1的大小对比，当稳定性系数小于1.5时，发出预警。
进一步，所述步骤二中，推力监测包括：
①在典型剖面上布设8个钻孔，钻孔深入滑面以下不小于5m；
②采用两根直径10mm的钢筋平行放置，钢筋长度大于钻孔深度，钢筋间距小于钻孔孔径，隔1m焊接一段加强筋，制成传感器安装支架；
③在安装支架上、中、下三处分别等间距焊接传感器卡槽，用于安装传感器；
④将传感器固定在传感器开槽内，背面紧贴安装支架，做好传感器定位；
⑤将传感器导线用细铁丝或扎带捆绑在平行钢筋骨架上边，并将支架连同传感器放入钻孔内部，传感器受力面正对滑坡移动方向，平行钢筋支架紧贴钻孔壁；
⑥回填封孔，并在回填封孔过程中将岩土均匀压实。
本发明的原理在于：
在滑坡剖面形态及强度参数已知的条件下，坡体的稳定性系数仅与破坏条块的数量以及条块间的滑坡剩余推力有关，其中滑坡的几何形态条件可以通过工程勘查、图切剖面等方式获得，而岩土参数可以通过取样试验获得，只要通过监测获得不同条块间的滑坡推力，即可对稳定性系数进行计算。因此，通过对其稳定性系统的监测即可判断滑坡是否出现危险的状态，一旦检测结果为危险，则第一时间发出信息进行预警。
与传统的检测方法相比，本发明通过对滑坡推力的监测，建立监测数据与坡体稳定性的对应关系，从而直观、定量展示坡体的安全程度，提升监测对不同类型、不同状态坡体预警预报的适用性和可靠性。
本方案中，滑坡稳定性系数定义为所有条块滑动力之和与所有条块抗滑力之和的比值。
稳定性系数求解公式为：
式中，n1为未破坏块体的数量，n2为已破坏(产生推力)块体的数量，n＝n1+n2，n为条块总数。
附图说明
图1为本发明实施例中条块划分的的示意图；
图2为本发明实施例中条块受力计算示意图；
图3为本发明实施例中传感器安装示意图；
图4为本发明实施例中的流程图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
说明书附图中的附图标记包括：安装支架10、传感器20。
具体实施过程如下：
一种基于稳定性系数的滑坡推力监测与预警方法，包括以下步骤：
步骤一，参数测定：
①通过岩土试验获取待测滑坡区域岩土的容重，粘聚力、内摩擦角的参数；
②选择待测滑坡的典型剖面，并通过工程勘查或者图切剖面获取其形态参数；
步骤二，推力监测：
①在典型剖面上布设8个钻孔，钻孔深入滑面以下不小于5m；
②采用两根直径10mm的钢筋平行放置，钢筋长度大于钻孔深度，钢筋间距小于钻孔孔径，隔1m焊接一段加强筋，制成传感器20安装支架10；
③如图3所示，在安装支架10上、中、下三处分别等间距焊接传感器20卡槽，用于安装传感器20；
④将传感器20固定在传感器20开槽内，背面紧贴安装支架10，做好传感器20定位；
⑤将传感器20导线用细铁丝或扎带捆绑在平行钢筋骨架上边，并将支架连同传感器20放入钻孔内部，传感器20受力面正对滑坡移动方向，平行钢筋支架紧贴钻孔壁；
⑥回填封孔，并在回填封孔过程中将岩土均匀压实。
步骤三，稳定性系数计算及预警：
①结合待测滑坡的典型剖面的形态参数和钻孔数据建立主剖面几何模型；
②如图1所示，将剖面按照监测钻孔位置划分条块，相邻两个钻孔之间为一个条块，并按照从上到下的顺序进行条块编号，分别计算条块的滑面倾角αi和条块的面积；
③如图2所示，将不同条块前端同一断面不同传感器20所测得的推力取平均值，并换算成线性分布，求出整个断面的滑坡推力；
④将待测滑坡的推力及各参数带入稳定性系数求解公式，求得不同时刻的稳定性系数值；
⑤通过稳定性系数与1的大小对比，当稳定性系数小于1.1时，发出预警。
如图1所示，将滑坡体简化为平面应变问题，将主滑剖面从上往下依次划分为n个竖直条块，采用不平衡推力法的基本假定，即：条块间的力的合力与上一条块底面平行。则任意条块i的滑动力和抗滑力可以分别表示为：
Ni＝Wicosαi-Ei-1sin(αi-1-αi)
Ti＝Wisinαi+Ei-1cos(αi-1-αi)-Ei
Ni-为第i条块滑面上垂直滑面的反力，Ti-为第i条块滑面抗滑力，Wi—为第i滑块的自重，Ei-为第i条块的剩余推力。
显然，某一条块底部抗滑力尚未达到其剪切强度的时候，条块能够在自身抗滑力的作用下处于平衡状态，不会对下一条块产生推力，而滑坡中某一条块要对相邻条块产生滑坡推力，则说明该条块已经发生破坏，其下滑力必然大于抗滑力。此时，根据摩尔库伦准则，相应条块底面的抗滑力主要与条块自重(条块形态和容重)和抗滑强度参数所决定，即：
根据滑坡稳定性系数的经典定义，坡体稳定性系数可表示为滑坡的滑动力与抗滑力的比值。考虑到前面将滑体划分为若干相对独立的条块，则相应的滑坡稳定性系数定义为所有条块滑动力之和与所有条块抗滑力之和的比值，即：
由前面的分析，滑坡在发生整体滑动之前，其内部首先发生局部破坏，则在相应的部位的条块则对相邻的下一条块产生剩余推力，而未发生破坏的区域的条块则相邻条块间无推力，因此在稳定性系数的求解过程中，其抗滑力和滑动力的求解可分为两部分分别求解，即：
式中，n1为未破坏块体的数量，n2为已破坏(产生推力)块体的数量，n＝n1+n2，n为条块总数。
可见，在滑坡剖面形态及强度参数已知的条件下，坡体的稳定性系数仅与破坏条块的数量以及条块间的滑坡剩余推力有关，其中滑坡的几何形态条件可以通过工程勘查、图切剖面等方式获得，而岩土参数可以通过取样试验获得，因此只要通过监测获得不同条块间的滑坡推力，即可对稳定性系数进行计算，这即是本发明的基本技术原理所在。
与传统的检测方法相比，本发明通过对滑坡推力的监测，建立监测数据与坡体稳定性的对应关系，从而直观、定量展示坡体的安全程度，提升监测对不同类型、不同状态坡体预警预报的适用性和可靠性。
需要提前说明的是，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (7)

1.一种基于稳定性系数的滑坡推力监测与预警方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一，参数测定：
①通过岩土试验获取待测滑坡区域岩土的容重，粘聚力、内摩擦角的参数；
②选择待测滑坡的典型剖面，并通过工程勘查或者图切剖面获取其形态参数；
步骤二，推力监测：
①在典型剖面上布设多个钻孔；
②在钻孔内安装支架；
③将传感器固定在安装支架上，使得传感器受力面正对滑坡移动方向；
步骤三，稳定性系数计算及预警：
①结合待测滑坡的典型剖面的形态参数和钻孔数据建立主剖面几何模型；
②将剖面按照监测钻孔位置划分条块，相邻两个钻孔之间为一个条块，并按照从上到下的顺序进行条块编号，分别计算条块的滑面倾角αi和条块的面积；
③将不同条块前端同一断面不同传感器所测得的推力取平均值，并换算成线性分布，求出整个断面的滑坡推力；
④将待测滑坡的推力及各参数带入稳定性系数求解公式，求得不同时刻的稳定性系数值；
⑤通过稳定性系数与1的大小对比，当稳定性系数小于1.1时，发出预警。
2.根据权利要求1所述的一种基于稳定性系数的滑坡推力监测与预警方法，其特征在于：步骤二中，推力监测包括：
①在典型剖面上布设不少于5个钻孔，钻孔深入滑面以下不小于5m；
②采用两根直径10mm的钢筋平行放置，钢筋长度大于钻孔深度，钢筋间距小于钻孔孔径，
隔1m焊接一段加强筋，制成传感器安装支架；
③在安装支架上固定传感器卡槽，用于安装传感器；
④将传感器固定在传感器开槽内，背面紧贴安装支架，做好传感器定位；
⑤将传感器固定在平行钢筋骨架上边，并将支架连同传感器放入钻孔内部，传感器受力面正对滑坡移动方向，平行钢筋支架紧贴钻孔壁；
⑥回填封孔，并在回填封孔过程中将岩土均匀压实。
3.根据权利要求1所述的一种基于稳定性系数的滑坡推力监测与预警方法，其特征在于：步骤二中，在典型剖面上布设不少于8个钻孔。
4.根据权利要求1所述的一种基于稳定性系数的滑坡推力监测与预警方法，其特征在于：步骤三中，稳定性系数求解公式为：
5.根据权利要求1所述的一种基于稳定性系数的滑坡推力监测与预警方法，其特征在于：步骤二中，在定位传感器时，在安装支架上等间距焊接传感器卡槽，用于定位传感器。
6.根据权利要求5所述的一种基于稳定性系数的滑坡推力监测与预警方法，其特征在于：步骤二中，在定位传感器时，在安装支架上、中、下三处分别等间距焊接传感器卡槽，用于定位传感器。
7.根据权利要求6所述的一种基于稳定性系数的滑坡推力监测与预警方法，其特征在于：步骤二中，在固定传感器时，将传感器导线用细铁丝或扎带捆绑在平行钢筋骨架上边，并将支架连同传感器放入钻孔内部，传感器受力面正对滑坡移动方向，平行钢筋支架紧贴钻孔壁。
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