[發明專利]一種滑坡災害多源數據一體化綜合實時監測方法

有效

• 申請號: 201910974547.4
• 申請日: 2019-10-14
• 公開（公告）號: CN110795832B
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發明（設計）人: 孟慶祥;謝一涵;賴新果
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F111/10
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 魯力

1.一種滑坡災害多源數據一體化綜合實時監測方法，其特征在于，包括：

步驟1、輸入采集的巖體屬性數據，包括坡高H、坡角β、容重γ、粘聚力c、摩擦角降雨、地震影響因子數據，或者滑坡數據；

步驟2、根據輸入獲取的巖體屬性數據，進行建模；具體是：

輸入數據包括坡高H、坡角β、土的容重γ、粘聚力c、摩擦角降雨量、地震峰值加速度PGA時，選擇直線破裂面模型；

輸入數據中，當時選擇瑞典圓弧模型，以獲得更加準確的結果；

輸入數據包括水平地震力Q_i，Q_i到圓弧圓心的豎向距離e_i時選擇畢肖普模型；

輸入數據包括滑坡變形模式、滑坡方量、滑坡長度、滑坡坡度、滑體厚度、滑體物質組成時，選擇滑坡臨界位移預警模型；

輸入數據包括巖性、高程、地形地貌、坡度、水系數據、與公路距離此類基礎數據時，選擇地震滑坡危險性評價模型進行較為初步的危險性估計，

具體是：

模型一、建立直線破裂面模型基于：

計算邊坡安全系數Fs，值越小發生滑坡的可能性越大，即可顯示對應的滑坡點；

F_s的計算方法：直線破裂面法：

直線破裂面是指邊坡破壞時其破裂面近似平面，在斷面近似直線；為了簡化計算這類邊坡穩定性分析采用直線破裂面法；

如果傾角α的平面AC面為土坡破壞時的滑動面，則可分析該滑動面 的穩定性；沿邊坡長度方向截取一個單位長度作為平面問題分析；已知滑體ABC重W，滑面的傾角為α，顯然，滑面AC上由滑體的重量W＝γ(ΔABC)產生的下滑力T和由土的抗剪強度產生的抗滑力Tˊ分別為：

T＝W·sina (1)

則此時邊坡的穩定程度或安全系數F_s可用抗滑力與下滑力來表示，即

W：滑體ABC重力，W＝γ(ΔABC)

α：滑面的傾角

T：由滑體的重量產生的下滑力

Tˊ：由土的抗剪強度產生的抗滑力

模型二、建立瑞典圓弧模型基于：

相較于直線面破裂法，只對Fs的計算方法做修改；

Fs的計算方法：瑞典圓弧法：

根據大量的觀測表明，粘性土自然山坡、人工填筑或開挖的邊坡在破壞時，破裂面的形狀多呈近似的圓弧狀；粘性土的抗剪強度包括摩擦強度和粘聚強度兩個組成部分；由于粘聚力的存在，粘性土邊坡不會像無粘性土坡一樣沿坡面表面滑動；根據土體極限平衡理論，可以導出均質粘這坡的滑動面為對數螺線曲面，形狀近似于圓柱面；因此，在工程設計中常假定滑動面為圓弧面；

以AC表示可能的滑動面，O為圓心，R為半徑；假定邊坡破壞時，滑體ABC在自重W作用下，沿AC繞O點整體轉動；滑動面AC上的力系有：促使邊坡滑動的滑動力矩Ms＝W·d；抵抗邊坡滑動的抗滑力矩，它應該包括由粘聚力產生的抗滑力矩Mr＝c·AC·R，此外還應有由摩擦力所產生的抗滑力矩，這里假定邊坡沿AC的安全系數Fs用作用在AC面上的抗滑力矩和下滑力矩之比表示：

C:粘聚力

AC:滑動面

R:半徑

W：滑體ABC自重

d：滑體力臂

這就是整體圓弧滑動計算邊坡穩定的公式，它只適用于的情況；

模型三、建立畢肖普模型基于：

畢肖普模型是土坡穩定分析考慮土條間相互作用力的圓弧滑動分析法；此法仍然是基于極限平衡原理，把滑裂土體當作剛體繞圓心旋轉，并分條計算其滑動力與抗滑力，最后求出穩定安全系數，計算時考慮了土條之間的相互作用力，是一種改進的圓弧滑動法；此方法考慮了條間力的作用，并假定土條之間的合力是水平的，導得的安全系數表達式為：

其中Q_i為水平地震力，Q_i到圓滑圓心的豎向距離為e_i，其余字母含義同上述方法；

模型四、建立地震滑坡危險性評價模型；

地震滑坡危險性評價數學模型是通過B層各個影響因子權重與影響因子分級賦值來構建；地震滑坡危險性指標即評價單元上的各種影響因子對地震滑坡災害產生的疊加影響的綜合；地震滑坡危險性評價模型表達式如下：

其中：R為評價單元的地震滑坡危險性指標；

W_i為第i個影響因子的權重

X_i為評價單元的第i個影響因子的分級賦值；

n為影響因子的數量；

選取的9類滑坡影響因子中，巖性、高程、地形地貌、坡度、水系數據、與公路距離是常用的基礎數據；烈度影響場的快速評估結果和斷裂在地震后一小時內即可獲得；坡向數據雖然震前已知，但對地震滑坡的影響作用與震中和破裂方向密切相關，震后才能確定；降水量數據在降雨后才能獲得；在震前與降雨前，將巖性、高程、地形地貌、坡度、水系數據、與公路距離數據按照本研究上述處理方法處理后得到量化賦值的柵格數據，引入滑坡地形影響指標R_T，R_T為這組柵格數據的加權和，其表達式如下：

R_T＝w₃x₃+w₄x₄+w₅x₅+w₆x₆+w₈x₈+w₉x₉ (13)

其中：R_T為評價單元的地震滑坡地形影響指標；

w₃、w₄、w₅、w₆、w₈和w₉分別為影響因子巖性、高程、地形地貌、坡度、水系數據、與公路距離的權重；

x₃、x₄、x₅、x₆、x₈和x₉分別為影響因子巖性、高程、地形地貌、坡度、水系數據、與公路距離的量化值；

此時，評價模型可等價于以下公式：

R＝w₁x₁+w₂x₂+w₇x₇+R_T (9)

其中：R_T為評價單元的地震滑坡地形影響指標；

w₁、w₂和w₇分別為影響因子地震烈度、降雨量、坡向的權重；

x₁、x₂和x₇分別為影響因子地震烈度、降雨量、坡向的量化值；

步驟3、建立評價模型：

直線破裂面模型、瑞典圓弧模型、畢肖普模型均為計算邊坡安全系數；評價模型是安全系數與滑坡概率的擬合函數：

根據擬合函數可推算出滑坡概率；

地震滑坡危險性評價模型的評價模型基于：

在地震與降雨發生前，將計算好的各個地區的地震滑坡地形影響指標R_T數據存入滑坡應急數據庫中；當地震或者強降雨發生時，直接從數據庫中調出R_T數據，只需處理震后或降雨后的數據，可以大大節省數據處理時間；滑坡危險性指標R值越高，意味著該評價單元發生地震滑坡的概率越大；R值的理論取值范圍為1-5之間，對R值進行歸一化處理；

其中：R_n為評價單元歸一化后的地震滑坡危險性指標；

Rn即為計算所得的滑坡概率；

步驟4、根據步驟3對輸入數據的處理后，得到計算結果，并將計算結果進行分級顯示；即將結果數據依據數值大小分為3級；等級Ⅰ：當滑坡概率90％％說明邊坡必然發生滑坡；等級Ⅱ：70％滑坡概率90％，極有可能發生滑坡；等級Ⅲ：50％滑坡概率70％，較有可能發生滑坡；等級Ⅳ：10％滑坡概率50％，有發生滑坡的可能；等級Ⅴ：滑坡概率10％，較為安全，發生滑坡的可能性低。