[發(fā)明專利]基于有限元模擬的滑坡監(jiān)測與預(yù)警方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110630011.8
• 申請日: 2021-06-07
• 公開（公告）號: CN115508543A
• 公開（公告）日: 2022-12-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 湯曉勇;王鴻捷;胡耀義;劉雅琪;彭劉麗;孔祥煥;馬艷琳;程樹;李剛;郭艷林;安源;馮琦;李佳;杜俠玲;張玉明;趙華萊
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油集團(tuán)工程股份有限公司;中國石油工程建設(shè)有限公司;中國石油天然氣集團(tuán)有限公司
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G08B21/10
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51214
• 代理人: 何祖斌

本發(fā)明屬于滑坡監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于有限元模擬的滑坡監(jiān)測與預(yù)警方法。其技術(shù)方案為：基于有限元模擬的滑坡監(jiān)測與預(yù)警方法，包括如下步驟：S1：根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)勘察確定滑坡范圍，根據(jù)實驗現(xiàn)場測得土壤抗剪強度隨土壤含水率的變化情況、測得土壤力學(xué)參數(shù)和邊坡地形參數(shù)；S2：代入f、φ和ω的數(shù)值，根據(jù)公式lg f＝A+Bω和lgφ＝C+Dω，計算系數(shù)A、B、C、D；S3：選定邊坡土壤含水率實時監(jiān)測站位置，并開展監(jiān)測站建設(shè)；S4：擬合出邊坡土體穩(wěn)定系數(shù)計算公式；S5：將步驟S2中的lg f＝A+Bω和lgφ＝C+Dω代入步驟S4中的邊坡土體穩(wěn)定系數(shù)計算公式；S6：根據(jù)不同的等級進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)警指標(biāo)。本發(fā)明提供了一種基于有限元模擬的多因素滑坡監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于滑坡監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于有限元模擬的滑坡監(jiān)測與預(yù)警方法。

背景技術(shù)

滑坡是我國山區(qū)常見地質(zhì)災(zāi)害，具有破壞性強、影響范圍廣、難預(yù)防等特點。目前、滑坡預(yù)警采用的方法主要有兩類包括基于數(shù)學(xué)模型預(yù)警；基于閾值預(yù)警。

數(shù)學(xué)模型主要采用的是極限平衡法對邊坡穩(wěn)定性分析計算，該方法僅是數(shù)學(xué)物理方法，計算的時候需要假設(shè)滑動面位置，不能很好的符合具體滑坡的實際情況。

閾值預(yù)警主要包括變形速率閾值和降雨強度閾值。目前關(guān)于降雨閾值，學(xué)者提出了很多模型，但降雨僅僅只是誘發(fā)因素，并不能完全左右滑坡的發(fā)生。且基于降雨開展的預(yù)警模型，對于不同的地質(zhì)條件其閾值有很大的差別，因為其忽略了巖土體的物理性質(zhì)，不具有推廣性。而基于變形速率閾值的預(yù)警與降雨預(yù)警一樣存在指標(biāo)單一、沒能很好的與滑坡內(nèi)因相結(jié)合、不具有推廣性等問題。

從根本上來說，無論是降雨、還是變形，滑坡的發(fā)生是因為土體的強度發(fā)生變化，導(dǎo)致剪切力大于抗剪力，從而發(fā)生滑坡。而降雨、變形都是導(dǎo)致土壤強度發(fā)生變化的原因之一。

公開號CN 101598721，公開日為2009.12.09提出了一種11個變量的土邊坡穩(wěn)定性控制因素綜合表，基于這11個變量建立了回歸方程。通過分析降雨與區(qū)域滑坡與降雨之間的關(guān)系，建立有效雨量統(tǒng)計表，并結(jié)合抗洪能力表，做出相應(yīng)的滑坡預(yù)警。該專利文獻(xiàn)綜合考慮了土邊坡穩(wěn)定性的控制性，但其控制因素是定性的，在實際預(yù)測中需專業(yè)人員對邊坡進(jìn)行定性分析，導(dǎo)致其實際預(yù)測較困難。

公開號CN 105788180，公開日為2018.03.27的中國專利文獻(xiàn)耦合非飽和土理論、水文學(xué)理論、滑坡穩(wěn)定性分析理論建立了一個滑坡穩(wěn)定性計算公式，然后根據(jù)穩(wěn)定性狀態(tài)劃分不同的預(yù)警等級。該專利文獻(xiàn)做到了與滑坡內(nèi)因很好的結(jié)合，但其參數(shù)過多，且僅是數(shù)學(xué)物理方法，不能很好的與實際結(jié)合，防災(zāi)適用性較差。

公開號CN 105761436，公開日為2018.06.29的中國專利文獻(xiàn)同時考慮了引發(fā)滑坡的地形因子和降雨因子兩大因素，構(gòu)造了出了基于綜合地形因子和降雨因子的滑坡臨界值計算公式。該專利文獻(xiàn)避免了預(yù)警指標(biāo)單一，但前提是在相同的地質(zhì)條件，僅僅只考慮到了誘發(fā)因素，沒能做到與滑坡內(nèi)因相結(jié)合，防災(zāi)適用性不好。

公開號CN 109919234，公開日為2019.06.21的中國專利文獻(xiàn)提出了基于系統(tǒng)聚類的加權(quán)馬爾科夫滑坡預(yù)警方法，運用了統(tǒng)計學(xué)的方法，建立了滑坡預(yù)警模型。其缺點是需要大量的歷史數(shù)據(jù)，防災(zāi)適用性差。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于有限元模擬的多因素滑坡監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)方法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

基于有限元模擬的滑坡監(jiān)測與預(yù)警方法，包括如下步驟：

S1：根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)勘察確定滑坡范圍，根據(jù)實驗現(xiàn)場測得土壤抗剪強度隨土壤含水率的變化情況、測得土壤力學(xué)參數(shù)和邊坡地形參數(shù)；其中，土壤力學(xué)參數(shù)包括土壤粘聚力f、土壤內(nèi)摩擦角φ、土壤含水率ω、土壤容重γ，邊坡底薪參數(shù)包括邊坡坡度h和邊坡坡高θ；