地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警

滑坡動態(tài)預(yù)報理論概述

地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報模型

監(jiān)測目的、監(jiān)測內(nèi)容、監(jiān)測方法預(yù)報監(jiān)測點

監(jiān)測點的選擇

滑坡臨滑判據(jù)滑坡動態(tài)預(yù)報理論

引言

滑坡預(yù)測預(yù)報的研究歷史與現(xiàn)狀滑坡預(yù)測預(yù)報的具體含義滑坡災(zāi)害空間預(yù)測預(yù)報滑坡災(zāi)害時間預(yù)測預(yù)報滑坡預(yù)測預(yù)報的發(fā)展前景一、概述1地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報模型確定性預(yù)報模型：極限分析模型；齋藤迪孝模型；HOEK模型；流變試驗預(yù)報模型。非確定性預(yù)報模型：灰色系統(tǒng)預(yù)報模型；協(xié)同預(yù)報模型；突變理論預(yù)報模型。綜合信息模型：黃金分割類比分析等。2監(jiān)測目的（1）監(jiān)測為校核評價地質(zhì)災(zāi)害體的活動性或穩(wěn)定性提供依據(jù)；（2）動力監(jiān)測可以提供變形塊體的運動學(xué)與動力學(xué)（破壞機制）特征，為建立地質(zhì)力學(xué)模型，正確進行穩(wěn)定性評價和防治工程設(shè)計提供依據(jù)；（3）動態(tài)監(jiān)測可以為勘察施工安全提供預(yù)警預(yù)報，及時反饋勘探施工對山體的擾動作用，為確定合理的勘察施工部位或防治工程施工強度服務(wù)；（4）勘察期的動態(tài)監(jiān)測可為治理工程施工監(jiān)測和竣工后長期的工程效果檢驗監(jiān)測奠定基礎(chǔ)。（1）氣象因素：氣溫、濕度、蒸發(fā)量、降雨量等等；（2）地下水：水溫、水流量、地下水位、水化學(xué)及其酸堿性；（3）地質(zhì)力學(xué)動態(tài)：位移、應(yīng)變、應(yīng)力、聲發(fā)射、區(qū)域地殼活動背景；

其中應(yīng)力與位移監(jiān)測是重點。3監(jiān)測內(nèi)容4監(jiān)測方法（1）在勘察階段，一般以簡易監(jiān)測或觀測為主；

（2）對于位置重要，危害較大，必然要開展治理工程的地質(zhì)災(zāi)害體，應(yīng)相繼投入多種相互補充驗證的監(jiān)測技術(shù)方法；（3）根據(jù)技術(shù)的可行性，應(yīng)及時開展數(shù)據(jù)實時處理數(shù)學(xué)建模研究；

（4）利用勘探工程（孔、平洞等）進行巖土體深部位移監(jiān)測；

（5）監(jiān)測技術(shù)選擇應(yīng)考慮其工作環(huán)境（通視條件、地形條件、氣候條件、洞內(nèi)濕度、化學(xué)腐蝕性等）；（6）電測與機測相結(jié)合；

（7）監(jiān)測周期；二、預(yù)報監(jiān)測點1監(jiān)測點的選擇主要依據(jù)：根據(jù)預(yù)報階段需要、預(yù)報點的代表性、滑坡的運動機制三方面，且三方面必須兼顧，才能做好。

選點工作必須依賴于滑坡失穩(wěn)機制的分析研究。不僅一開始就要選擇合適的點，而且隨著變形發(fā)展，有必要做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以提高預(yù)報精度。2滑坡臨滑判據(jù)（1）臨滑變形值判據(jù)：滑前變形量、速度或加速度可以間接用于判斷滑坡臨滑狀態(tài)的數(shù)據(jù)包括變形協(xié)調(diào)性（變形方向，不同部位量值）、降水敏感性（啟動降雨量、降水敏感性系數(shù)）以及未來一定時段內(nèi)的降水量等。（2）臨滑綜合判斷可從以下五方面著手分析：2滑坡臨滑判據(jù)（1）變形速度（u）：小于1mm/d，1-51mm/d，5-101mm/d，大于101mm/d；（2）外動力地質(zhì)現(xiàn)象（dy）：不明顯；剪出口成形；有滾石現(xiàn)象；前緣小滑塌時有出現(xiàn)；（3）邊界切割貫通性（Bd）：有裂縫出現(xiàn)；后緣有弧形裂縫；邊界切割基本貫通；后緣嚴重下座；（4）水文異常性（Hy）：無異常；泉點增加或減少；地下水渾濁或前緣出現(xiàn)濕地；噴水冒砂；（5）變形協(xié)調(diào)性（Un）：一致的不到50%；一致的占50-70%；一致的占70-85%；一致的大于85%。

相應(yīng)的，將臨滑穩(wěn)定性分成四類：尚有余度；安全度快速衰減；整體滑動發(fā)展形成；滑動在即。三、滑坡動態(tài)預(yù)報理論1引言2滑坡預(yù)測預(yù)報的研究歷史與現(xiàn)狀滑坡理論的發(fā)展階段：（2）位移—時間統(tǒng)計分析預(yù)報階段：進入80年代后，許多學(xué)者大量引入數(shù)學(xué)方法和理論模型，用于擬合不同滑坡的位移—時間曲線，根據(jù)所建的模型作外推預(yù)報。（3）綜合預(yù)報模型及預(yù)報判據(jù)研究階段：20世紀90年代，逐步形成了跟蹤預(yù)報的思想。（1）現(xiàn)象預(yù)報和經(jīng)驗式預(yù)報階段：這一階段處于20世紀60~70年代，滑坡預(yù)報主要以現(xiàn)象預(yù)報和經(jīng)驗預(yù)報為主。3滑坡預(yù)測預(yù)報的具體含義空間預(yù)測：區(qū)域性或區(qū)域段預(yù)測；

場地性的滑坡空間預(yù)測時間預(yù)報災(zāi)害范圍及程度預(yù)測：災(zāi)害范圍及程度預(yù)測即預(yù)測滑坡災(zāi)害的影響范圍及可能產(chǎn)生的危害程度三、滑坡動態(tài)預(yù)報理論4滑坡災(zāi)害空間預(yù)測預(yù)報

空間預(yù)測：主要是通過滑坡條件分析，確定出對滑坡作用有利的因素組合，根據(jù)這些有利因素組合來預(yù)測區(qū)域上某斜坡段將來產(chǎn)生滑坡的可能性，圈定出可能產(chǎn)生滑坡變形的范圍。

空間預(yù)測的理論基礎(chǔ)——工程地質(zhì)類比法：類似的工程地質(zhì)環(huán)境可能發(fā)生類似的滑坡。

迄今見于報道的預(yù)測方法可歸納為：統(tǒng)計學(xué)方法、信息量法以及各種確定性模型計算。

各種方法的共同之處：充分考慮各種地質(zhì)環(huán)境因素的疊加作用來評價某特定地質(zhì)環(huán)境中產(chǎn)生滑坡的可能性，以期在研究區(qū)圈出相對不安全的“危險區(qū)段”。預(yù)測結(jié)果一般都采用預(yù)測分區(qū)圖的形式來表達。不同之處：預(yù)測評價過程中所采用的疊加方式不同而已。4.1傳統(tǒng)的穩(wěn)定系數(shù)預(yù)測法當(dāng)Fs<1.0時，邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)Fs=1.0時，邊坡處于臨界狀態(tài)；當(dāng)Fs>1.0時，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

4.2神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對斜坡穩(wěn)定性空間預(yù)測是用研究程度較高的斜坡地段作為已知樣本對網(wǎng)絡(luò)進行訓(xùn)練，直到網(wǎng)絡(luò)掌握數(shù)據(jù)間的非線性映射關(guān)系為止，然后用該地區(qū)其它穩(wěn)定性未知的地段作為預(yù)測樣本，輸入已經(jīng)學(xué)習(xí)好的網(wǎng)絡(luò)，通過網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)想記憶功能直接預(yù)測穩(wěn)定性。4.3信息模型法信息模型法把各種滑坡因素在滑坡作用過程中所起作用的大小程度用信息量表達。殷坤龍認為滑坡現(xiàn)象受多種因素的影響，且各種因素的作用性質(zhì)不相同，對某一具體滑坡而言，總會存在“最佳因素組合”，基于此理論，信息模型主要研究“滑坡因素組合”，而不是停留在單個因素上，所以預(yù)測精度較高。殷坤龍等用此方法成功地對重慶市的斜坡穩(wěn)定性進行了預(yù)測。4.4災(zāi)變模型預(yù)測法假定系統(tǒng)在任何時刻的狀態(tài)都可完全由給定的幾個狀態(tài)內(nèi)部量的值來確定，同時系統(tǒng)還受到ｍ個獨立的控制量的控制，通過數(shù)學(xué)方法，研究系統(tǒng)狀態(tài)的穩(wěn)定與否與各量值的關(guān)系。該方法綜合考慮了各種邊坡要素對邊坡穩(wěn)定性的不同程度的影響，能較真實地描繪邊坡系統(tǒng)的狀態(tài)。吳文德等運用尖點災(zāi)變模型對某一中型露天礦山的穩(wěn)定性進行了預(yù)測，得出了與現(xiàn)場實際相吻合的結(jié)果。4.5模糊綜合評判法邊坡的穩(wěn)定性受諸多因素的影響，很難用一個確定的結(jié)論來表述其穩(wěn)定還是不穩(wěn)定，往往用模糊概念來表述，如把邊坡的穩(wěn)定等級分為“危險區(qū)”、“不穩(wěn)定區(qū)”、“較不穩(wěn)定”、“穩(wěn)定區(qū)”等。模糊綜合評判方法就是對邊坡穩(wěn)定性等級進行分類，并通過專家評分或構(gòu)造隸屬函數(shù)確定對同一等級各因素以及某一因素在不同等級中對邊坡穩(wěn)定性的影響程度(隸屬度)，建立模糊評判矩陣，確定邊坡的穩(wěn)定性對各等級的隸屬程度，最后按擇優(yōu)原則預(yù)測邊坡的穩(wěn)定性。該方法的最終結(jié)果是否可靠，受單因素的選擇和隸屬度的確定影響較大。5滑坡災(zāi)害時間預(yù)測預(yù)報（1）長期預(yù)報：對滑坡未來的穩(wěn)定性演化趨勢做出預(yù)測（2）短期預(yù)報：分析推斷滑坡災(zāi)害的近期演化趨勢（3）臨滑預(yù)報：滑坡位移已明顯進入加速段時，對劇滑

時間做出的準確預(yù)報5滑坡災(zāi)害時間預(yù)測預(yù)報滑坡時間預(yù)報的主要方法：5.1宏觀前兆判別預(yù)報①整體切割邊界的形成②整體滑移前的局部小崩小滑的發(fā)生，且趨頻現(xiàn)象③位移監(jiān)測資料表現(xiàn)為加速趨勢④地下水的變化⑤地?zé)岙惓?，剪出口處熱氣及熱浪現(xiàn)象發(fā)生⑥地聲現(xiàn)象，往往有聲發(fā)射強度及頻度的增加⑦巖粉散溢，剪出口由于摩擦剪切而有巖粉的散溢現(xiàn)象⑧滑體上動物異常5.2齋藤模型由日本學(xué)者齋藤迪孝于1968年提出，其指導(dǎo)思想的核心即破壞三階段理論。巖土體蠕變（流變）理論：第1蠕變階段－－減速蠕變階段減速發(fā)展，斜率逐漸減小

第2蠕變階段－－穩(wěn)定蠕變階段等速發(fā)展，斜率大體不變第3蠕變階段－－加速蠕變階段

CD段：變形迅速增大，但巖土體尚未破壞

DE段：巖土體變形速率劇增，巖土體很快破壞5.2齋藤模型由日本學(xué)者齋藤迪孝于1968年提出，其指導(dǎo)思想的核心即破壞三階段理論。均質(zhì)土坡的滑坡時間與蠕變速率之間有如下經(jīng)驗公式：當(dāng)坡體進入加速蠕變階段，可根據(jù)位移-時間曲線作預(yù)報。取曲線上三個點t1、t2、t3使其t1-t2和t2-t3兩段之間的位移量相等，所發(fā)生破壞時間為：齋滕預(yù)報經(jīng)驗公式：齋滕預(yù)報實例：某滑坡位移曲線上t1、t2、t3所對應(yīng)的日期為：t1：1963年1月20日t2：1963年1月26日t3：1963年1月30日則：t2－t1＝6天

t3－t1＝10天

tr-t1=18天

tr＝1963年2月7日5.3Verhulst模型晏同珍教授（1988）引用如下Verhulst模型描述滑坡位移過程：滑坡發(fā)生時間預(yù)測值為：當(dāng)ｄｘ/ｄｔ為極大值時，滑坡發(fā)生至初始時刻的時間間隔為：ａ，ｂ是待定參數(shù)，用灰色求解。x0，t0為初始位移值及初始時間。5.4非線性動力學(xué)模型預(yù)測1993年，秦四清博士以非線性動力學(xué)理論為基礎(chǔ)，提出滑坡孕育過程的非線性動力學(xué)模型，進而預(yù)測滑坡發(fā)生時間。非線性動力學(xué)模型是按照非線性動力學(xué)的觀點并運用耗散結(jié)構(gòu)理論和協(xié)同學(xué)的宏觀研究方法從時間序列數(shù)據(jù)中建立的邊坡系統(tǒng)動力學(xué)模型。非線性動力學(xué)觀點和方法將滑坡發(fā)生時間的預(yù)報研究從以前的經(jīng)驗預(yù)報和統(tǒng)計預(yù)報引入物理預(yù)報，從理論上看，這是認識上的一個飛躍。但是，由于滑坡演變的復(fù)雜性及外界環(huán)境的多變性，要建立滑坡孕育過程的非線性動力學(xué)方程決非易事。5.5多參數(shù)預(yù)報法選取多種參數(shù)，預(yù)測滑坡發(fā)生時間。美國學(xué)者B.Voight于1989年提出多參數(shù)預(yù)報經(jīng)驗公式：式中：Ω——任意參數(shù)，位移，剪應(yīng)力，地面傾角等。——初始值，——預(yù)報值，α，Ａ——經(jīng)驗常數(shù)。5.6神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)報法5.7黃金分割法張倬元教授等于1988年提出。系統(tǒng)非線性非穩(wěn)定變形階段的歷時是線性平穩(wěn)變形階段歷時的0.618倍，具有相對不變性。根據(jù)前期線性平穩(wěn)變形階段的歷時，求出將要經(jīng)歷的非線性變形階段的歷時，從而得出巖體失穩(wěn)破壞的時間。5.6神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)報法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于空間預(yù)測預(yù)報中一樣，時間預(yù)報是用監(jiān)測到的原始位移建立網(wǎng)絡(luò)模型，屬于一種非參數(shù)預(yù)報方法。該預(yù)報方法無須事先假設(shè)邊坡的破壞模型，避免事先假設(shè)模型所帶來的誤差。5.7黃金分割法張倬元教授等于1988年提出的黃金分割預(yù)報方法，又稱0.618法。他們通過對十余個有完整系統(tǒng)狀態(tài)歷時曲線的巖體失穩(wěn)實例的總結(jié)，認為系統(tǒng)非線性非