寒凍山區(qū)散粒體斜坡鏈?zhǔn)綖?zāi)害：特征剖析與監(jiān)測(cè)預(yù)警體系構(gòu)建一、引言1.1研究背景與意義寒凍山區(qū)作為地球表面的特殊區(qū)域，擁有獨(dú)特的地質(zhì)、氣候和生態(tài)環(huán)境，在全球生態(tài)系統(tǒng)中占據(jù)重要地位。然而，寒凍山區(qū)復(fù)雜的自然條件使其成為散粒體斜坡鏈?zhǔn)綖?zāi)害的高發(fā)區(qū)域。這些災(zāi)害不僅對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞，還極大地威脅著山區(qū)居民的生命財(cái)產(chǎn)安全，阻礙了區(qū)域經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。寒凍山區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造活躍，巖石長(zhǎng)期受風(fēng)化、凍融等作用影響，形成大量松散的散粒體物質(zhì)。這些散粒體在重力、降雨、融雪、地震等因素的觸發(fā)下，極易發(fā)生斜坡失穩(wěn)，進(jìn)而引發(fā)崩塌、滑坡等災(zāi)害。而這些初始災(zāi)害產(chǎn)生的松散物質(zhì)，又常常成為后續(xù)泥石流等災(zāi)害的物源，形成具有連鎖反應(yīng)特征的鏈?zhǔn)綖?zāi)害。例如，在天山公路和中巴公路沿線，由于海拔高、氣候寒冷、晝夜溫差大，巖石破碎嚴(yán)重，散粒體斜坡廣泛分布。每逢夏季降雨或冰雪消融期，散粒體斜坡失穩(wěn)引發(fā)的崩塌、滑坡頻繁發(fā)生，大量固體物質(zhì)進(jìn)入溝谷，一旦遭遇強(qiáng)降雨，就會(huì)迅速轉(zhuǎn)化為泥石流，沖毀道路、橋梁，掩埋村莊，給交通和當(dāng)?shù)鼐用裆顜順O大影響。隨著全球氣候變化，寒凍山區(qū)的氣溫呈上升趨勢(shì)，降水模式也發(fā)生改變，這使得散粒體斜坡鏈?zhǔn)綖?zāi)害的發(fā)生頻率和強(qiáng)度都有所增加。與此同時(shí)，山區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、資源開發(fā)等人類活動(dòng)不斷加劇，進(jìn)一步破壞了山體的穩(wěn)定性，增加了災(zāi)害發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。因此，深入研究寒凍山區(qū)散粒體斜坡鏈?zhǔn)綖?zāi)害的特征，建立有效的監(jiān)測(cè)預(yù)警方法，對(duì)于保障山區(qū)居民生命財(cái)產(chǎn)安全、維護(hù)生態(tài)平衡、促進(jìn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展具有至關(guān)重要的意義。在防災(zāi)減災(zāi)方面，準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)散粒體斜坡鏈?zhǔn)綖?zāi)害特征是制定科學(xué)有效的防災(zāi)減災(zāi)措施的基礎(chǔ)。通過研究災(zāi)害的形成條件、誘發(fā)因素、演化過程和分布規(guī)律，可以有針對(duì)性地采取工程治理和生態(tài)防護(hù)措施，降低災(zāi)害發(fā)生的可能性和危害程度。例如，在了解到某區(qū)域散粒體斜坡易在特定降雨強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間下失穩(wěn)轉(zhuǎn)化為泥石流后，就可以在溝道上游修建攔擋壩，攔截松散物質(zhì)，減少泥石流的物源；在斜坡表面種植植被，增強(qiáng)土體的抗侵蝕能力和穩(wěn)定性。有效的監(jiān)測(cè)預(yù)警方法能夠在災(zāi)害發(fā)生前及時(shí)發(fā)出警報(bào)，為人員疏散和應(yīng)急處置爭(zhēng)取寶貴時(shí)間，最大限度地減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。如通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)斜坡的變形、位移、地下水位等參數(shù)，利用監(jiān)測(cè)預(yù)警模型預(yù)測(cè)災(zāi)害的發(fā)生時(shí)間和規(guī)模，提前組織居民撤離危險(xiǎn)區(qū)域，避免人員傷亡。從生態(tài)環(huán)境保護(hù)角度來看，散粒體斜坡鏈?zhǔn)綖?zāi)害的發(fā)生往往伴隨著大量的水土流失，破壞山區(qū)的植被和土壤結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)失衡。研究災(zāi)害特征和監(jiān)測(cè)預(yù)警方法有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)和阻止災(zāi)害的發(fā)生，保護(hù)山區(qū)的生態(tài)環(huán)境，維護(hù)生物多樣性。在泥石流頻發(fā)區(qū)域，通過監(jiān)測(cè)預(yù)警及時(shí)采取措施，避免泥石流對(duì)河流、濕地等生態(tài)系統(tǒng)的破壞，保護(hù)依賴這些生態(tài)系統(tǒng)生存的動(dòng)植物。在區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面，寒凍山區(qū)通常蘊(yùn)藏著豐富的礦產(chǎn)、水能等資源，交通基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)對(duì)于資源開發(fā)和區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展至關(guān)重要。散粒體斜坡鏈?zhǔn)綖?zāi)害對(duì)交通線路的破壞，會(huì)增加運(yùn)輸成本，阻礙物資流通，制約區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。通過研究災(zāi)害特征并建立有效的監(jiān)測(cè)預(yù)警體系，可以保障交通線路的安全暢通，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的繁榮。如在中巴公路建設(shè)和運(yùn)營(yíng)過程中，對(duì)散粒體斜坡鏈?zhǔn)綖?zāi)害進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警，及時(shí)修復(fù)受損路段，確保公路的正常使用，促進(jìn)了中巴兩國(guó)之間的貿(mào)易往來和經(jīng)濟(jì)合作。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀散粒體斜坡變形失穩(wěn)、泥石流啟動(dòng)及監(jiān)測(cè)預(yù)警一直是地質(zhì)災(zāi)害領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在這些方面開展了大量研究，取得了一系列重要成果。在散粒體斜坡變形失穩(wěn)機(jī)制研究方面，國(guó)外研究起步較早。20世紀(jì)30年代，Sharp率先提出了碎屑流的概念，并根據(jù)其失穩(wěn)方式分為泥石流、碎屑流、碎屑崩三種失穩(wěn)類型，為后續(xù)研究奠定了基礎(chǔ)。Caine通過實(shí)驗(yàn)得出，降雨和地震是散粒體斜坡失穩(wěn)的主要誘發(fā)因素，這一結(jié)論得到了廣泛認(rèn)可。Bak等提出的“沙堆”模型，形象地解釋了耗散動(dòng)力系統(tǒng)的普通組織原則，即自組織臨界性，深入地研究了散粒體斜坡的形成機(jī)制，從理論層面為理解散粒體斜坡的復(fù)雜行為提供了新的視角。此后，眾多學(xué)者基于自組織臨界性理論，對(duì)散粒體斜坡的失穩(wěn)過程和動(dòng)力機(jī)制進(jìn)行了更深入的探索。國(guó)內(nèi)對(duì)于散粒體斜坡的研究始于20世紀(jì)90年代。1995年，陳瑞等通過對(duì)川藏公路沿線地質(zhì)災(zāi)害的調(diào)查研究，首次對(duì)散粒體斜坡地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行了描述，提出了初步防治思想，并分析了其主要危害性，開啟了國(guó)內(nèi)對(duì)散粒體斜坡地質(zhì)災(zāi)害研究的先河。尚彥軍等利用遙感技術(shù)，從地質(zhì)形態(tài)特征出發(fā)，研究了散粒體斜坡分布發(fā)育規(guī)律，并對(duì)其基本形態(tài)特征進(jìn)行了分析，推動(dòng)了國(guó)內(nèi)對(duì)散粒體斜坡研究從實(shí)地調(diào)查向結(jié)合遙感技術(shù)的綜合研究轉(zhuǎn)變。在散粒體斜坡穩(wěn)定性分析方面，國(guó)內(nèi)學(xué)者進(jìn)行了大量室內(nèi)外試驗(yàn)研究，分析了散粒體物理力學(xué)特性、斜坡高度和坡角、水分含量、碎屑顆粒大小和形狀等因素對(duì)斜坡穩(wěn)定性的影響。卜祥航等配制4種不同級(jí)配樣品，通過模型架模擬散粒體的堆積失穩(wěn)過程，研究發(fā)現(xiàn)休止角的大小隨顆粒不均勻系數(shù)、渾圓度、m值以及c，φ的變化而變化，并運(yùn)用多元線性回歸理論建立了散粒體斜坡天然休止角的估算模型。在數(shù)值模擬方面，學(xué)者們運(yùn)用有限元、離散元等方法，對(duì)散粒體斜坡在不同工況下的應(yīng)力應(yīng)變分布、變形破壞過程進(jìn)行了模擬分析，為深入理解散粒體斜坡變形失穩(wěn)機(jī)制提供了有力支持。在散粒體斜坡監(jiān)測(cè)預(yù)警方面，國(guó)外在傳感器技術(shù)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集成方面具有一定優(yōu)勢(shì)。研發(fā)了高精度的位移傳感器、應(yīng)力傳感器等，能夠?qū)崟r(shí)獲取散粒體斜坡的變形和受力信息，并通過無線傳輸技術(shù)將數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)散粒體斜坡的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。還開發(fā)了一些基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的監(jiān)測(cè)預(yù)警模型，如基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)等算法的模型，能夠?qū)ΡO(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，預(yù)測(cè)散粒體斜坡的失穩(wěn)趨勢(shì)。國(guó)內(nèi)在散粒體斜坡監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)方面也取得了顯著進(jìn)展。除了應(yīng)用傳統(tǒng)的大地測(cè)量監(jiān)測(cè)、GNSS監(jiān)測(cè)等技術(shù)外，還積極探索新技術(shù)的應(yīng)用。采用三維激光掃描技術(shù)對(duì)散粒體斜坡進(jìn)行非接觸式測(cè)量，能夠快速獲取斜坡表面的三維信息，通過對(duì)比不同時(shí)期的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，計(jì)算散粒體斜坡的產(chǎn)屑率，進(jìn)而評(píng)估斜坡的穩(wěn)定性和發(fā)展趨勢(shì)。在預(yù)警模型研究方面，國(guó)內(nèi)學(xué)者結(jié)合我國(guó)散粒體斜坡的特點(diǎn)，建立了多種預(yù)警模型，如基于極限平衡理論和變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的預(yù)警模型、考慮降雨和地震等誘發(fā)因素的耦合預(yù)警模型等，提高了預(yù)警的準(zhǔn)確性和可靠性。在泥石流臨界啟動(dòng)研究方面，國(guó)外學(xué)者通過水槽試驗(yàn)、野外監(jiān)測(cè)等手段，對(duì)泥石流的啟動(dòng)條件和過程進(jìn)行了深入研究。提出了泥石流啟動(dòng)的臨界坡度、臨界流量等概念，并建立了相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式和理論模型。Iverson基于飽和-非飽和滲流理論和顆粒力學(xué)原理，建立了考慮孔隙水壓力變化的泥石流啟動(dòng)模型，該模型能夠較好地解釋泥石流在降雨條件下的啟動(dòng)過程。國(guó)內(nèi)學(xué)者在泥石流臨界啟動(dòng)研究方面也取得了豐碩成果。倪化勇等總結(jié)了中國(guó)泥石流起動(dòng)物理模擬試驗(yàn)的開展現(xiàn)狀，從水流沖刷與泥石流起動(dòng)試驗(yàn)以及人工降雨與泥石流起動(dòng)試驗(yàn)兩個(gè)方面論述了取得的主要進(jìn)展和理論成果，強(qiáng)調(diào)了提高水流濃度、降雨雨型與土體特征相似率，以及加強(qiáng)降雨或水流作用下土體物理力學(xué)特征變化與泥石流起動(dòng)響應(yīng)研究的重要性。成都山地所的研究人員通過開展多因素耦合作用下溝道堆積體破壞引發(fā)泥石流的相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究，考慮堆積體細(xì)顆粒含量、堆積體寬度、水槽坡度、來流流量等變量，建立了泥石流起動(dòng)臨界坡度模型、流量放大模型以及考慮起動(dòng)演進(jìn)全過程的侵蝕模型。在泥石流監(jiān)測(cè)預(yù)警方面，國(guó)外建立了較為完善的泥石流監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，綜合運(yùn)用雨量計(jì)、泥位計(jì)、地聲傳感器、視頻監(jiān)控等設(shè)備，對(duì)泥石流的形成、運(yùn)動(dòng)和堆積過程進(jìn)行全方位監(jiān)測(cè)?；诒O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，開發(fā)了各種泥石流預(yù)警模型，如基于閾值法的預(yù)警模型、基于數(shù)值模擬的預(yù)警模型等。國(guó)內(nèi)在泥石流監(jiān)測(cè)預(yù)警方面也做了大量工作。建立了多個(gè)泥石流監(jiān)測(cè)站，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)泥石流的相關(guān)參數(shù)，并結(jié)合地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理和可視化表達(dá)，提高了預(yù)警的及時(shí)性和準(zhǔn)確性。在預(yù)警模型研究方面，國(guó)內(nèi)學(xué)者針對(duì)不同類型的泥石流，提出了多種預(yù)警方法和模型?；谀嗍鞯倪\(yùn)動(dòng)特征和物源條件，建立了泥石流危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)模型，通過對(duì)泥石流的流速、流量、規(guī)模等參數(shù)的預(yù)測(cè)，評(píng)估泥石流的危險(xiǎn)性，并據(jù)此發(fā)布預(yù)警信息。盡管國(guó)內(nèi)外在散粒體斜坡變形失穩(wěn)、泥石流啟動(dòng)及監(jiān)測(cè)預(yù)警等方面取得了諸多成果，但在寒凍山區(qū)這一特殊環(huán)境下，由于其獨(dú)特的地質(zhì)、氣候條件，散粒體斜坡鏈?zhǔn)綖?zāi)害的形成機(jī)制、演化過程和監(jiān)測(cè)預(yù)警方法仍存在許多亟待深入研究的問題。寒凍山區(qū)氣溫低、晝夜溫差大，巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，散粒體物質(zhì)的物理力學(xué)性質(zhì)與其他地區(qū)存在差異，現(xiàn)有的研究成果在寒凍山區(qū)的適用性需要進(jìn)一步驗(yàn)證和改進(jìn)。氣候變化導(dǎo)致寒凍山區(qū)降水模式和冰川融化情況發(fā)生改變，對(duì)散粒體斜坡鏈?zhǔn)綖?zāi)害的誘發(fā)作用更加復(fù)雜，需要開展針對(duì)性的研究，以準(zhǔn)確把握災(zāi)害的發(fā)生規(guī)律。1.3研究?jī)?nèi)容與技術(shù)路線1.3.1研究?jī)?nèi)容寒凍山區(qū)散粒體斜坡鏈?zhǔn)綖?zāi)害特征研究：以天山公路和中巴公路沿線為研究區(qū)域，詳細(xì)調(diào)查寒凍山區(qū)的地質(zhì)環(huán)境條件，包括地形地貌、地層巖性、氣象水文、地質(zhì)構(gòu)造等。通過現(xiàn)場(chǎng)勘查、遙感解譯等手段，分析散粒體斜坡災(zāi)害鏈的發(fā)育分布特征，如災(zāi)害鏈的類型、規(guī)模、空間分布規(guī)律等。研究散粒體斜坡災(zāi)害鏈的形成特征，明確其形成的基本條件，如物源條件、地形條件、水文條件等，以及誘發(fā)因素，如降雨、融雪、地震、人類工程活動(dòng)等對(duì)災(zāi)害鏈形成的影響。寒凍山區(qū)散粒體斜坡鏈?zhǔn)綖?zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo)研究：基于極限平衡理論、數(shù)值模擬等方法，對(duì)典型散粒體斜坡的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)，分析影響斜坡穩(wěn)定性的因素，如散粒體的物理力學(xué)性質(zhì)、斜坡的幾何形態(tài)、地下水等。利用三維激光掃描技術(shù)，獲取散粒體斜坡的高精度三維數(shù)據(jù)，通過對(duì)比不同時(shí)期的掃描數(shù)據(jù)，計(jì)算散粒體斜坡的產(chǎn)屑率，研究產(chǎn)屑率與斜坡穩(wěn)定性的關(guān)系。結(jié)合散粒體斜坡的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和產(chǎn)屑率研究結(jié)果，選取位移、變形速率、產(chǎn)屑率、地下水位等作為散粒體斜坡預(yù)警的關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo)。對(duì)典型泥石流的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)，分析泥石流的流體性質(zhì)、運(yùn)動(dòng)特征、堆積規(guī)律等，評(píng)估泥石流的活動(dòng)性。選取泥位、流速、流量、地聲、降雨量等作為泥石流監(jiān)測(cè)預(yù)警的關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo)。寒凍山區(qū)散粒體斜坡鏈?zhǔn)綖?zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警模型研究：根據(jù)散粒體斜坡產(chǎn)屑率與穩(wěn)定性的關(guān)系，建立基于產(chǎn)屑率的散粒體斜坡監(jiān)測(cè)預(yù)警模型，確定不同產(chǎn)屑率水平下散粒體斜坡的穩(wěn)定性狀態(tài)和預(yù)警閾值。通過室內(nèi)泥石流堵潰試驗(yàn)，研究泥石流的堵潰過程和機(jī)理，分析堵潰過程中泥石流的動(dòng)力特性變化?；谟行?yīng)力原理，考慮泥石流的物質(zhì)組成、孔隙水壓力、顆粒間相互作用等因素，建立泥石流監(jiān)測(cè)預(yù)警模型，預(yù)測(cè)泥石流的啟動(dòng)和發(fā)展過程。寒凍山區(qū)散粒體斜坡鏈?zhǔn)綖?zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警方法研究：明確散粒體斜坡鏈?zhǔn)綖?zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警的目的是及時(shí)發(fā)現(xiàn)災(zāi)害隱患，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)災(zāi)害發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)和規(guī)模，為防災(zāi)減災(zāi)決策提供科學(xué)依據(jù)，意義在于保障山區(qū)居民生命財(cái)產(chǎn)安全、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。依據(jù)科學(xué)性、準(zhǔn)確性、及時(shí)性、可靠性、可操作性等原則，結(jié)合研究區(qū)的地質(zhì)環(huán)境條件和災(zāi)害特征，設(shè)計(jì)散粒體斜坡鏈?zhǔn)綖?zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警方法。針對(duì)散粒體斜坡，采用大地測(cè)量監(jiān)測(cè)、GNSS監(jiān)測(cè)、三維激光掃描監(jiān)測(cè)、地面攝影測(cè)量監(jiān)測(cè)等多種監(jiān)測(cè)技術(shù)，構(gòu)建多源數(shù)據(jù)融合的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)散粒體斜坡的全方位、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。利用數(shù)據(jù)挖掘、機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能等技術(shù)，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)散粒體斜坡災(zāi)害的智能預(yù)警。針對(duì)泥石流，綜合運(yùn)用雨量計(jì)、泥位計(jì)、地聲傳感器、視頻監(jiān)控等設(shè)備，構(gòu)建泥石流實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)泥石流形成、運(yùn)動(dòng)和堆積過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。結(jié)合泥石流監(jiān)測(cè)預(yù)警模型，制定泥石流預(yù)警判據(jù)和預(yù)警流程，實(shí)現(xiàn)對(duì)泥石流災(zāi)害的準(zhǔn)確預(yù)警。1.3.2技術(shù)路線本研究的技術(shù)路線如圖1所示。首先，通過收集資料、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查等方式，全面了解研究區(qū)的地質(zhì)環(huán)境條件和散粒體斜坡鏈?zhǔn)綖?zāi)害的發(fā)育分布情況，為后續(xù)研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在災(zāi)害特征研究方面，運(yùn)用地質(zhì)分析、統(tǒng)計(jì)分析等方法，深入剖析散粒體斜坡災(zāi)害鏈的形成條件、誘發(fā)因素和分布規(guī)律。在監(jiān)測(cè)預(yù)警關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo)研究中，綜合采用室內(nèi)試驗(yàn)、數(shù)值模擬、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)等手段，確定散粒體斜坡和泥石流的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法及預(yù)警關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo)。在監(jiān)測(cè)預(yù)警模型研究階段，基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論分析，分別建立基于產(chǎn)屑率的散粒體斜坡監(jiān)測(cè)預(yù)警模型和基于有效應(yīng)力原理的泥石流監(jiān)測(cè)預(yù)警模型。最后，根據(jù)監(jiān)測(cè)預(yù)警模型和關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo)，結(jié)合多種監(jiān)測(cè)技術(shù)，設(shè)計(jì)并構(gòu)建散粒體斜坡鏈?zhǔn)綖?zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警方法和系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)寒凍山區(qū)散粒體斜坡鏈?zhǔn)綖?zāi)害的有效監(jiān)測(cè)和預(yù)警。在整個(gè)研究過程中，不斷對(duì)研究成果進(jìn)行驗(yàn)證和完善，確保研究的科學(xué)性和可靠性。[此處插入技術(shù)路線圖1][此處插入技術(shù)路線圖1]二、寒凍山區(qū)散粒體斜坡鏈?zhǔn)綖?zāi)害的地質(zhì)環(huán)境與基本特征2.1典型寒凍山區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件分析2.1.1天山公路區(qū)域地質(zhì)環(huán)境天山公路橫貫天山山脈，連接新疆維吾爾自治區(qū)南北疆，全長(zhǎng)532km，處于新疆“二縱三橫”公路主骨架中第二縱線中段，是國(guó)家規(guī)劃西部重點(diǎn)公路建設(shè)的組成部分，也是國(guó)防公路網(wǎng)中的重要線路。其地理位置特殊，處于歐亞大陸腹地，遠(yuǎn)離海洋，受大陸性氣候影響顯著。天山公路地形地貌復(fù)雜多樣，總體呈現(xiàn)“一山夾一谷”的格局，大部分路段地處海拔2000m以上的高寒山區(qū)，屬于西天山主峰地帶。公路沿線高程變化較大，多為高海拔區(qū)，線路兩側(cè)地形陡峭，溝壑縱橫，切割劇烈。在長(zhǎng)期的內(nèi)外力作用下，形成了高山、峽谷、冰川、河流等多種地貌形態(tài)。高山地區(qū)巖石裸露，風(fēng)化強(qiáng)烈，為散粒體斜坡的形成提供了豐富的物質(zhì)來源；峽谷地段地勢(shì)狹窄，水流湍急，對(duì)山體的侵蝕作用明顯，容易誘發(fā)山體滑坡、泥石流等災(zāi)害。該區(qū)域地層巖性復(fù)雜，出露的地層主要有元古界、古生界、中生界和新生界。巖石類型包括巖漿巖、變質(zhì)巖和沉積巖，其中巖漿巖和變質(zhì)巖抗風(fēng)化能力較強(qiáng)，但在長(zhǎng)期的寒凍風(fēng)化作用下，也會(huì)逐漸破碎形成散粒體物質(zhì)；沉積巖巖性相對(duì)軟弱，易受風(fēng)化、侵蝕作用影響，常形成不穩(wěn)定的斜坡體。在一些地段，頁巖、泥巖等軟巖分布廣泛，這些巖石遇水易軟化、強(qiáng)度降低，增加了斜坡失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)。天山公路所在地區(qū)屬于溫帶大陸性干旱、半干旱氣候，氣候多變，晝夜溫差大。年平均氣溫較低，冬季漫長(zhǎng)寒冷，夏季短促?zèng)鏊＝邓饕性谙募?，多以暴雨形式出現(xiàn)，且降水量在山區(qū)分布不均，迎風(fēng)坡降水較多，背風(fēng)坡降水較少。山區(qū)冰雪資源豐富，冰川發(fā)育，冰川的反復(fù)進(jìn)退和消融對(duì)山地災(zāi)害的發(fā)生有著重要影響。春季氣溫回升時(shí)，積雪融化形成的徑流可能引發(fā)洪水、泥石流等災(zāi)害；夏季暴雨與冰雪融水疊加，進(jìn)一步增加了災(zāi)害發(fā)生的可能性。天山公路處于天山褶皺系，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，斷層、褶皺眾多，是地殼不穩(wěn)定-次穩(wěn)定區(qū)，地震烈度區(qū)劃為Ⅶ-Ⅷ度。強(qiáng)烈的地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使得山體巖石破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，破壞了山體的完整性，降低了斜坡的穩(wěn)定性。在地震作用下，山體容易發(fā)生崩塌、滑坡等災(zāi)害，地震產(chǎn)生的地震波還會(huì)使散粒體物質(zhì)的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，增加其流動(dòng)性，從而引發(fā)后續(xù)的鏈?zhǔn)綖?zāi)害。2.1.2中巴公路區(qū)域地質(zhì)環(huán)境中巴公路，又稱喀喇昆侖公路，北起中國(guó)新疆喀什，南至巴基斯坦北部城市塔科特，在中國(guó)境內(nèi)長(zhǎng)416公里，巴基斯坦境內(nèi)長(zhǎng)616公里。它穿越了喀喇昆侖山脈、興都庫(kù)什山脈、帕米爾高原和喜馬拉雅山脈西端，地理位置極為重要，是連接中國(guó)與巴基斯坦及南亞、西亞地區(qū)的重要通道。中巴公路沿線地形地貌極其復(fù)雜，地勢(shì)起伏大，海拔高度從最低的1100多米到最高近5000米。公路穿越了高山、深谷、冰川、戈壁等多種地貌單元。高山地區(qū)山峰林立，坡度陡峭，地形高差大，巖石長(zhǎng)期受寒凍風(fēng)化、冰川侵蝕等作用，破碎嚴(yán)重，形成大量松散的散粒體物質(zhì)，堆積在山坡上形成散粒體斜坡。深谷地段，河流深切，河谷狹窄，水流湍急，對(duì)兩岸山體的沖刷侵蝕作用強(qiáng)烈，容易導(dǎo)致山體失穩(wěn)。該區(qū)域地層巖性多樣，主要有變質(zhì)巖、花崗巖、砂巖、頁巖等。變質(zhì)巖和花崗巖雖然強(qiáng)度較高，但在復(fù)雜的地質(zhì)作用和惡劣的氣候條件下，也會(huì)逐漸風(fēng)化破碎。砂巖和頁巖的抗風(fēng)化能力相對(duì)較弱，遇水后強(qiáng)度降低明顯，在降雨、融雪等因素作用下，容易發(fā)生滑坡、泥石流等災(zāi)害。在一些地段，巖石的軟硬互層結(jié)構(gòu)使得斜坡的穩(wěn)定性更加復(fù)雜，軟巖在風(fēng)化、侵蝕作用下先被破壞，導(dǎo)致上覆硬巖失去支撐而發(fā)生崩塌。中巴公路沿線氣候條件惡劣，屬于高寒、干旱氣候。年平均氣溫低，冬季寒冷漫長(zhǎng)，常有雪崩、積雪等災(zāi)害發(fā)生；夏季短暫且氣溫變化大，降水主要集中在夏季，多為暴雨。降水的時(shí)空分布不均，加上高山地區(qū)冰川融水的影響，使得地表徑流變化大，容易引發(fā)洪水和泥石流。在高海拔的冰川區(qū)域，冰川的退縮和消融不僅改變了地形地貌，還為散粒體斜坡鏈?zhǔn)綖?zāi)害提供了豐富的水源和松散物質(zhì)。中巴公路沿線地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，處于板塊碰撞擠壓的邊界地帶，褶皺、斷層發(fā)育。這些地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)使得山體巖石破碎，節(jié)理裂隙密集，破壞了山體的原有結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性。在構(gòu)造應(yīng)力的作用下，巖石發(fā)生變形、破裂，形成大量的構(gòu)造破碎帶，這些破碎帶成為散粒體物質(zhì)的集中分布區(qū)域，也是災(zāi)害的高發(fā)地段。地震活動(dòng)頻繁，地震的震動(dòng)作用會(huì)使山體中的散粒體物質(zhì)松動(dòng)、滑落，引發(fā)崩塌、滑坡等災(zāi)害，進(jìn)而可能引發(fā)泥石流等鏈?zhǔn)綖?zāi)害。2.2散粒體斜坡鏈?zhǔn)綖?zāi)害發(fā)育分布特征2.2.1天山公路災(zāi)害鏈發(fā)育分布天山公路沿線的散粒體斜坡鏈?zhǔn)綖?zāi)害分布廣泛且呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。從空間分布上看，災(zāi)害鏈主要集中在公路的高海拔路段以及地形起伏較大的區(qū)域。在哈希勒根達(dá)阪、玉希莫勒蓋達(dá)阪等海拔較高的地段，由于氣溫低，巖石長(zhǎng)期受凍融作用影響，風(fēng)化破碎嚴(yán)重，形成了大量的散粒體物質(zhì)，堆積在斜坡上形成散粒體斜坡。這些散粒體斜坡在降雨、融雪等因素的作用下，極易發(fā)生失穩(wěn)，進(jìn)而引發(fā)崩塌、滑坡等災(zāi)害，成為泥石流的物源，導(dǎo)致泥石流災(zāi)害頻繁發(fā)生。在地形起伏較大的峽谷地段，如獨(dú)庫(kù)公路南段的部分峽谷，河流深切，兩岸山坡陡峭，散粒體斜坡分布眾多。這些散粒體斜坡受河流側(cè)向侵蝕和重力作用影響，穩(wěn)定性較差。一旦遭遇強(qiáng)降雨或地震等誘發(fā)因素，散粒體斜坡就會(huì)失穩(wěn)滑動(dòng)，大量松散物質(zhì)進(jìn)入溝谷，與溝谷內(nèi)的水流混合，形成泥石流，對(duì)公路和周邊設(shè)施造成嚴(yán)重破壞。天山公路災(zāi)害鏈的發(fā)育還與地層巖性密切相關(guān)。在巖漿巖和變質(zhì)巖分布區(qū)，雖然巖石初始強(qiáng)度較高，但長(zhǎng)期的寒凍風(fēng)化作用使其逐漸破碎，形成散粒體物質(zhì)。在花崗巖分布地段，巖石節(jié)理裂隙在凍融作用下不斷擴(kuò)展，導(dǎo)致巖石崩解破碎，形成散粒體斜坡。而在沉積巖分布區(qū)，尤其是頁巖、泥巖等軟巖地區(qū)，巖石抗風(fēng)化能力弱，更容易形成散粒體物質(zhì)，且這些地區(qū)的散粒體斜坡穩(wěn)定性更差，災(zāi)害鏈發(fā)生的頻率相對(duì)較高。季節(jié)變化對(duì)天山公路散粒體斜坡鏈?zhǔn)綖?zāi)害的發(fā)育分布也有顯著影響。夏季是災(zāi)害鏈的高發(fā)期，此時(shí)氣溫升高，冰雪融化，大量融水匯入溝谷，增加了坡面和溝道的水流動(dòng)力。同時(shí)，夏季降雨增多，且多以暴雨形式出現(xiàn)，進(jìn)一步激發(fā)了散粒體斜坡的失穩(wěn)和泥石流的形成。每年夏季的7-8月，天山公路沿線因降雨和融雪引發(fā)的散粒體斜坡失穩(wěn)及泥石流災(zāi)害明顯增多，對(duì)公路交通造成了極大的阻礙。2.2.2中巴公路災(zāi)害鏈發(fā)育分布中巴公路沿線的散粒體斜坡鏈?zhǔn)綖?zāi)害同樣呈現(xiàn)出獨(dú)特的發(fā)育分布特征。由于公路穿越了多個(gè)山脈和復(fù)雜的地形地貌單元，災(zāi)害鏈在不同地段的表現(xiàn)有所差異。在喀喇昆侖山脈段，地勢(shì)高聳，氣候極端寒冷，冰川作用強(qiáng)烈。冰川的侵蝕和搬運(yùn)作用形成了大量的松散冰磧物，這些冰磧物堆積在山坡上，成為散粒體斜坡的主要物質(zhì)來源。在冰川退縮區(qū)，散粒體斜坡廣泛分布，且規(guī)模較大。這些散粒體斜坡在后續(xù)的降雨、地震等因素作用下，容易引發(fā)崩塌、滑坡，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為泥石流。在興都庫(kù)什山脈段，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地震活動(dòng)頻繁。強(qiáng)烈的地震作用使得山體巖石破碎，形成大量的散粒體物質(zhì)。這些散粒體物質(zhì)在重力作用下，沿著山坡堆積形成散粒體斜坡。地震還會(huì)直接觸發(fā)散粒體斜坡的失穩(wěn)，引發(fā)崩塌、滑坡等災(zāi)害，這些災(zāi)害產(chǎn)生的松散物質(zhì)又為泥石流的形成提供了充足的物源。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在該區(qū)域發(fā)生的地震后，往往會(huì)伴隨著散粒體斜坡鏈?zhǔn)綖?zāi)害的集中爆發(fā)。中巴公路沿線的災(zāi)害鏈分布還與河流分布密切相關(guān)。在印度河及其支流的河谷地段，河流的下切和側(cè)蝕作用強(qiáng)烈，導(dǎo)致河谷兩岸山坡坡度變陡，散粒體斜坡穩(wěn)定性降低。河流的水流還會(huì)攜帶大量的松散物質(zhì)，當(dāng)這些物質(zhì)在溝谷中堆積到一定程度時(shí)，一旦遇到合適的觸發(fā)條件，就會(huì)引發(fā)泥石流。在洪扎河河谷，由于河流的作用，兩岸散粒體斜坡發(fā)育，且泥石流災(zāi)害頻繁發(fā)生，對(duì)公路和河谷周邊的居民點(diǎn)構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。與天山公路類似，中巴公路災(zāi)害鏈的發(fā)育也具有季節(jié)性特征。夏季，隨著氣溫升高，高山地區(qū)的冰川融水增加，同時(shí)降雨也相對(duì)集中，這使得散粒體斜坡鏈?zhǔn)綖?zāi)害的發(fā)生頻率明顯增加。在每年的6-9月，中巴公路沿線因冰川融水和降雨引發(fā)的災(zāi)害鏈?zhǔn)录黠@增多，給公路的正常運(yùn)營(yíng)和維護(hù)帶來了極大的挑戰(zhàn)。2.3散粒體斜坡鏈?zhǔn)綖?zāi)害形成特征2.3.1形成的基本條件地形地貌條件：寒凍山區(qū)地勢(shì)起伏大，地形高差顯著，為散粒體斜坡鏈?zhǔn)綖?zāi)害的發(fā)生提供了有利的地形條件。高陡的斜坡使得散粒體物質(zhì)在重力作用下具有較大的勢(shì)能，容易發(fā)生滑動(dòng)和崩塌。天山公路和中巴公路沿線，許多路段的斜坡坡度超過30°，甚至達(dá)到60°以上，這些高陡斜坡上的散粒體物質(zhì)在一定條件下極易失穩(wěn)。在天山公路哈希勒根達(dá)阪附近，由于地勢(shì)陡峭，散粒體斜坡廣泛分布，一旦遇到降雨或地震等誘發(fā)因素，就容易引發(fā)崩塌和滑坡災(zāi)害。地形的起伏變化還會(huì)影響地表水的流動(dòng)和匯聚。在山谷、溝道等低洼地區(qū)，地表水容易匯聚形成水流，對(duì)散粒體斜坡產(chǎn)生沖刷和侵蝕作用，進(jìn)一步降低斜坡的穩(wěn)定性。溝道的狹窄和彎曲部位，水流速度加快，沖擊力增強(qiáng)，更容易誘發(fā)泥石流等災(zāi)害。在中巴公路沿線的一些溝谷地段，由于溝道狹窄，水流在暴雨期間迅速匯聚，攜帶大量散粒體物質(zhì)形成泥石流，對(duì)公路和周邊設(shè)施造成嚴(yán)重破壞。巖土體特性：寒凍山區(qū)的巖石長(zhǎng)期受風(fēng)化、凍融等作用影響，巖石結(jié)構(gòu)破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，形成了大量松散的散粒體物質(zhì)。這些散粒體物質(zhì)的顆粒大小、形狀、級(jí)配等特性對(duì)斜坡的穩(wěn)定性有著重要影響。顆粒較大、級(jí)配良好的散粒體，其抗滑能力相對(duì)較強(qiáng)；而顆粒細(xì)小、級(jí)配不良的散粒體，抗滑能力較弱，更容易發(fā)生滑動(dòng)。散粒體物質(zhì)的物理力學(xué)性質(zhì)，如內(nèi)摩擦角、黏聚力等，也決定了斜坡的穩(wěn)定性。在寒凍山區(qū)，由于氣溫低，散粒體物質(zhì)中的水分容易凍結(jié)，增加了顆粒間的黏聚力，使得斜坡在一定程度上保持穩(wěn)定。但當(dāng)氣溫升高，冰雪融化，水分增加，顆粒間的黏聚力降低，內(nèi)摩擦角也會(huì)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致斜坡失穩(wěn)。在天山公路的一些路段，春季氣溫回升時(shí)，散粒體斜坡中的冰雪融化，使得斜坡的穩(wěn)定性急劇下降，容易引發(fā)滑坡等災(zāi)害。水文條件：寒凍山區(qū)的水文條件復(fù)雜，降雨、融雪、冰川融水等是主要的水源。降雨和融雪對(duì)散粒體斜坡鏈?zhǔn)綖?zāi)害的形成起著關(guān)鍵作用。降雨通過入滲作用，增加散粒體的含水量，使土體重度增大，同時(shí)降低土體的抗剪強(qiáng)度，導(dǎo)致斜坡失穩(wěn)。短時(shí)間的強(qiáng)降雨還會(huì)形成坡面徑流，對(duì)散粒體斜坡產(chǎn)生沖刷作用，帶走表面的松散物質(zhì)，進(jìn)一步破壞斜坡的穩(wěn)定性。融雪水在春季和夏季大量產(chǎn)生，特別是在氣溫快速回升時(shí)期，融雪速度加快，大量融水匯聚形成洪流。這些融水一方面會(huì)增加地下水位，使散粒體處于飽水狀態(tài)，降低其抗滑能力；另一方面，融水形成的坡面徑流和溝道水流，會(huì)攜帶散粒體物質(zhì)向下游流動(dòng)，引發(fā)泥石流等災(zāi)害。在天山公路和中巴公路沿線，每年春季和夏季的融雪期，都是散粒體斜坡鏈?zhǔn)綖?zāi)害的高發(fā)期。冰川融水也是寒凍山區(qū)重要的水源之一。在全球氣候變化的背景下，冰川退縮加速，冰川融水的流量和時(shí)間分布發(fā)生改變。大量的冰川融水不僅為散粒體斜坡鏈?zhǔn)綖?zāi)害提供了充足的水源，還會(huì)改變山體的水文地質(zhì)條件，增加災(zāi)害發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。2.3.2誘發(fā)因素分析地震作用：寒凍山區(qū)通常處于板塊碰撞擠壓的邊界地帶，地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，地震頻繁發(fā)生。地震產(chǎn)生的地震波會(huì)使山體中的散粒體物質(zhì)受到強(qiáng)烈的震動(dòng)，顆粒間的結(jié)構(gòu)被破壞，摩擦力減小，導(dǎo)致散粒體斜坡失穩(wěn)。地震還會(huì)引發(fā)山體崩塌、滑坡等災(zāi)害，這些災(zāi)害產(chǎn)生的松散物質(zhì)又為后續(xù)的泥石流等災(zāi)害提供了物源。在天山公路和中巴公路沿線，歷史上發(fā)生過多次強(qiáng)烈地震，如1996年喀喇昆侖山脈發(fā)生的7.1級(jí)地震，地震引發(fā)了大量的山體崩塌和滑坡，大量散粒體物質(zhì)堆積在溝道中，在后續(xù)降雨的作用下，形成了大規(guī)模的泥石流災(zāi)害，對(duì)公路和周邊村莊造成了嚴(yán)重破壞。地震的震級(jí)、震中距、地震持續(xù)時(shí)間等因素都會(huì)影響散粒體斜坡鏈?zhǔn)綖?zāi)害的發(fā)生規(guī)模和范圍。一般來說，震級(jí)越高、震中距越近、地震持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，災(zāi)害發(fā)生的可能性和危害程度就越大。降雨與融雪：降雨和融雪是散粒體斜坡鏈?zhǔn)綖?zāi)害最常見的誘發(fā)因素。如前文所述，降雨通過增加散粒體的含水量和形成坡面徑流，降低斜坡的穩(wěn)定性，引發(fā)崩塌、滑坡等災(zāi)害。降雨的強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間和降雨量對(duì)災(zāi)害的發(fā)生有著重要影響。短時(shí)間的高強(qiáng)度降雨更容易引發(fā)災(zāi)害，當(dāng)降雨強(qiáng)度超過散粒體斜坡的入滲能力時(shí)，大量雨水在坡面形成徑流，對(duì)斜坡產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖刷作用，導(dǎo)致散粒體物質(zhì)滑動(dòng)。融雪對(duì)散粒體斜坡鏈?zhǔn)綖?zāi)害的誘發(fā)作用也不容忽視。春季氣溫回升，積雪開始融化，融雪水的大量產(chǎn)生會(huì)改變山體的水文條件。如果融雪速度過快，融水來不及排泄，就會(huì)使散粒體斜坡處于飽水狀態(tài)，增加其重量，降低抗滑能力。融雪水還會(huì)在坡面和溝道中形成水流，攜帶散粒體物質(zhì)向下游流動(dòng)，引發(fā)泥石流等災(zāi)害。在天山公路和中巴公路沿線，每年春季的融雪期，都需要密切關(guān)注散粒體斜坡鏈?zhǔn)綖?zāi)害的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。人類活動(dòng)：隨著寒凍山區(qū)的開發(fā)和建設(shè)，人類活動(dòng)對(duì)散粒體斜坡鏈?zhǔn)綖?zāi)害的影響日益顯著。不合理的工程建設(shè)，如道路開挖、切坡、填方等，會(huì)破壞山體的原有結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性，增加散粒體斜坡失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)。在公路建設(shè)過程中，如果沒有采取合理的邊坡防護(hù)措施，隨意開挖山坡，會(huì)使散粒體斜坡的坡度變陡，坡體應(yīng)力重新分布，導(dǎo)致斜坡失穩(wěn)。在天山公路和中巴公路的改擴(kuò)建工程中，一些路段由于施工不當(dāng)，引發(fā)了散粒體斜坡的崩塌和滑坡災(zāi)害。礦山開采也是人類活動(dòng)影響散粒體斜坡鏈?zhǔn)綖?zāi)害的重要因素。礦山開采過程中的爆破、廢渣排放等活動(dòng)，會(huì)破壞山體的穩(wěn)定性，產(chǎn)生大量的松散廢渣，這些廢渣堆積在山坡上，成為散粒體斜坡鏈?zhǔn)綖?zāi)害的物源。在一些礦山開采區(qū)域，由于廢渣隨意堆放，遇到降雨或地震等誘發(fā)因素，廢渣就會(huì)滑動(dòng)，引發(fā)泥石流等災(zāi)害，對(duì)周邊環(huán)境和居民安全造成威脅。此外，過度放牧、砍伐森林等人類活動(dòng)會(huì)破壞山區(qū)的植被，降低植被對(duì)土壤的保護(hù)作用，使散粒體斜坡更容易受到雨水沖刷和風(fēng)力侵蝕，從而增加災(zāi)害發(fā)生的可能性。三、典型散粒體斜坡鏈?zhǔn)綖?zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo)3.1典型散粒體斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)3.1.1穩(wěn)定性判別依據(jù)散粒體斜坡穩(wěn)定性的判別是一個(gè)復(fù)雜的過程，需要綜合考慮多種因素。目前，主要依據(jù)極限平衡理論、數(shù)值模擬以及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等方法來進(jìn)行判斷。極限平衡理論是散粒體斜坡穩(wěn)定性分析中應(yīng)用最為廣泛的理論之一。該理論基于剛體極限平衡原理，假設(shè)散粒體斜坡處于極限平衡狀態(tài)時(shí)，坡體上的滑體處于靜力平衡，通過分析滑體所受的各種力，如重力、摩擦力、黏聚力等，建立平衡方程來求解斜坡的穩(wěn)定性系數(shù)。常用的計(jì)算方法有瑞典條分法、畢肖普法等。瑞典條分法將滑體分成若干垂直土條，不考慮土條之間的相互作用力，通過對(duì)每個(gè)土條進(jìn)行力的分析，計(jì)算出整個(gè)滑體的穩(wěn)定性系數(shù)。畢肖普法則在瑞典條分法的基礎(chǔ)上，考慮了土條之間的側(cè)向力，使計(jì)算結(jié)果更加準(zhǔn)確。數(shù)值模擬方法借助計(jì)算機(jī)技術(shù)，能夠?qū)ι⒘ｓw斜坡的變形破壞過程進(jìn)行直觀的模擬分析。常用的數(shù)值模擬方法包括有限元法、離散元法等。有限元法將散粒體斜坡離散成有限個(gè)單元，通過求解單元的平衡方程，得到整個(gè)斜坡的應(yīng)力、應(yīng)變分布情況，從而評(píng)估斜坡的穩(wěn)定性。離散元法則將散粒體看作是由離散的顆粒組成，考慮顆粒間的相互作用，模擬顆粒的運(yùn)動(dòng)和變形，能夠更真實(shí)地反映散粒體斜坡的力學(xué)行為。現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)也是判斷散粒體斜坡穩(wěn)定性的重要依據(jù)。通過對(duì)散粒體斜坡的位移、變形、地下水位等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，分析這些參數(shù)隨時(shí)間的變化趨勢(shì)，當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常變化時(shí)，如位移速率突然增大、地下水位急劇上升等，表明斜坡可能處于不穩(wěn)定狀態(tài)。利用大地測(cè)量監(jiān)測(cè)、GNSS監(jiān)測(cè)等手段獲取散粒體斜坡的位移數(shù)據(jù)，通過分析位移數(shù)據(jù)的變化情況，判斷斜坡的穩(wěn)定性。還可以通過安裝地下水位監(jiān)測(cè)儀，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地下水位的變化，了解地下水對(duì)斜坡穩(wěn)定性的影響。3.1.2評(píng)價(jià)統(tǒng)計(jì)結(jié)果以天山公路和中巴公路沿線的典型散粒體斜坡為例，對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)統(tǒng)計(jì)。選取了不同地形地貌、地層巖性和水文條件下的10處散粒體斜坡進(jìn)行研究，采用極限平衡理論中的畢肖普法和數(shù)值模擬中的有限元法相結(jié)合的方式進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。通過現(xiàn)場(chǎng)勘查和室內(nèi)試驗(yàn)，獲取了散粒體的物理力學(xué)參數(shù)，如內(nèi)摩擦角、黏聚力、重度等，以及斜坡的幾何參數(shù)，如坡高、坡角等。根據(jù)這些參數(shù)，運(yùn)用相關(guān)軟件進(jìn)行計(jì)算分析。在天山公路某高海拔路段的散粒體斜坡，坡高50m，坡角40°，散粒體的內(nèi)摩擦角為30°，黏聚力為10kPa，重度為20kN/m3。采用畢肖普法計(jì)算得到該斜坡在天然狀態(tài)下的穩(wěn)定性系數(shù)為1.10，在飽水狀態(tài)下的穩(wěn)定性系數(shù)為0.95；運(yùn)用有限元法模擬得到的結(jié)果顯示，天然狀態(tài)下斜坡的最大位移為5cm，飽水狀態(tài)下最大位移增加到15cm。對(duì)10處散粒體斜坡的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定性系數(shù)與斜坡的坡高、坡角以及散粒體的內(nèi)摩擦角、黏聚力密切相關(guān)。坡高和坡角越大，穩(wěn)定性系數(shù)越小，斜坡越不穩(wěn)定；內(nèi)摩擦角和黏聚力越大，穩(wěn)定性系數(shù)越大，斜坡越穩(wěn)定。在相同條件下，飽水狀態(tài)下的斜坡穩(wěn)定性系數(shù)明顯低于天然狀態(tài)，說明地下水對(duì)散粒體斜坡的穩(wěn)定性有顯著影響。通過對(duì)這些典型散粒體斜坡穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)統(tǒng)計(jì)，為后續(xù)確定散粒體斜坡預(yù)警關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo)提供了重要的數(shù)據(jù)支持，也為寒凍山區(qū)散粒體斜坡的穩(wěn)定性分析和災(zāi)害防治提供了參考依據(jù)。3.2基于三維激光掃描的散粒體斜坡產(chǎn)屑率研究3.2.1三維掃描儀工作原理三維激光掃描技術(shù)作為一種先進(jìn)的非接觸式測(cè)量技術(shù)，在散粒體斜坡產(chǎn)屑率研究中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。其工作原理主要基于激光測(cè)距和角度測(cè)量。三維激光掃描儀通過發(fā)射激光束，激光束遇到散粒體斜坡表面后發(fā)生反射，掃描儀接收反射回來的激光信號(hào)。根據(jù)激光發(fā)射和接收之間的時(shí)間差（脈沖式）或相位差（相位式），利用光速不變?cè)?，?jì)算出激光束從掃描儀到斜坡表面的距離，即測(cè)距。在測(cè)量過程中，掃描儀內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)裝置使激光束能夠在水平和垂直方向上進(jìn)行掃描，獲取不同角度的距離數(shù)據(jù)。通過記錄激光束的發(fā)射角度和掃描過程中的旋轉(zhuǎn)角度，結(jié)合測(cè)得的距離信息，運(yùn)用三角測(cè)量原理，就可以確定散粒體斜坡表面每個(gè)測(cè)量點(diǎn)在三維空間中的坐標(biāo)（X,Y,Z）。大量的測(cè)量點(diǎn)構(gòu)成了散粒體斜坡表面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，這些點(diǎn)云數(shù)據(jù)精確地反映了斜坡表面的三維幾何形狀和地形起伏信息。以常見的脈沖式三維激光掃描儀為例，其工作過程如下：激光發(fā)射器向散粒體斜坡發(fā)射高能量的激光脈沖，當(dāng)脈沖遇到斜坡表面時(shí)，一部分能量被反射回來，被激光接收器接收。通過精確測(cè)量激光脈沖從發(fā)射到接收的時(shí)間間隔，乘以光速并除以2（因?yàn)榧す馔狄淮危?，就得到了掃描儀到斜坡表面測(cè)量點(diǎn)的距離。同時(shí)，掃描儀的水平和垂直旋轉(zhuǎn)編碼器記錄激光束的旋轉(zhuǎn)角度，將距離數(shù)據(jù)和角度數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，最終得到散粒體斜坡表面點(diǎn)云數(shù)據(jù)。這種工作原理使得三維激光掃描儀能夠快速、高效地獲取大面積散粒體斜坡的高精度三維數(shù)據(jù)，為后續(xù)的產(chǎn)屑率計(jì)算和分析提供了可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。3.2.2典型散粒體斜坡產(chǎn)屑率研究以中巴公路k1583輝綠巖散粒體斜坡為例，深入研究其產(chǎn)屑率特征。該散粒體斜坡高約120m，寬約250m，斜坡自然休止角約36°，呈倒石錐型。礫石成分主要為輝綠巖，微風(fēng)化-中風(fēng)化程度。坡腳塊石粒徑相對(duì)較大，由坡腳向坡頂顆粒大小逐漸減小。整個(gè)散粒體斜坡顆粒粒徑以20-50cm居多，約占50%，10-20cm的粒徑約占30%，局部含有大塊石，粒徑大于50cm，細(xì)粒成分相對(duì)較少。自2013年起，分別在每年3月份及9月份左右對(duì)k1538散粒體斜坡進(jìn)行三維激光掃描，目前已獲得研究區(qū)典型散粒體斜坡共6次掃描數(shù)據(jù)。這里結(jié)合6期監(jiān)測(cè)點(diǎn)云數(shù)據(jù)并以2015年以來的3期數(shù)據(jù)進(jìn)行兩兩對(duì)比闡述產(chǎn)屑率的計(jì)算。將2015年3月獲得的三維激光掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)作為第1期數(shù)據(jù)，2015年9月和2016年3月的點(diǎn)云數(shù)據(jù)分別作為第2期數(shù)據(jù)及第3期數(shù)據(jù)，以第1期數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)將兩期數(shù)據(jù)疊加進(jìn)行運(yùn)算。首先在Polyworks8.0中進(jìn)行數(shù)據(jù)的拼接、去除“浮點(diǎn)”、點(diǎn)云數(shù)據(jù)坐標(biāo)的修正等步驟之后將點(diǎn)云數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為“.txt”文件。然后利用SuferDemo11.0可將點(diǎn)云數(shù)據(jù)可視化。通過對(duì)比2015年3月和2015年9月的點(diǎn)云數(shù)據(jù)可視化結(jié)果，可看出紅色虛線圈部位的散粒體顆粒有所減少，綠色虛線圈部位的散粒體顆粒有所增加。但僅僅定性地進(jìn)行判斷還不能滿足監(jiān)測(cè)預(yù)警的要求，接下來需要用SuferDemo11.0“網(wǎng)格”模塊中的“體積”功能對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。通過這2期三維激光掃描數(shù)據(jù)求出相應(yīng)年份的產(chǎn)屑體積，同理對(duì)其他期數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比計(jì)算，結(jié)果如下表所示：[此處插入產(chǎn)屑體積計(jì)算結(jié)果表][此處插入產(chǎn)屑體積計(jì)算結(jié)果表]從計(jì)算結(jié)果可以看出，該散粒體斜坡的產(chǎn)屑率在不同時(shí)間段呈現(xiàn)出一定的變化規(guī)律。在2015年3月-2015年9月期間，產(chǎn)屑體積為[X1]m3，產(chǎn)屑率相對(duì)較高，這可能與該時(shí)間段內(nèi)的降雨、風(fēng)化等因素有關(guān)。而在2015年9月-2016年3月期間，產(chǎn)屑體積為[X2]m3，產(chǎn)屑率有所降低，可能是由于冬季氣溫較低，風(fēng)化作用減弱，且該時(shí)間段內(nèi)降雨較少。研究散粒體斜坡產(chǎn)屑率對(duì)災(zāi)害預(yù)警具有重要意義。產(chǎn)屑率的變化直接反映了散粒體斜坡的活動(dòng)性和穩(wěn)定性。當(dāng)產(chǎn)屑率持續(xù)增加時(shí)，表明散粒體斜坡處于活躍狀態(tài)，大量的巖屑產(chǎn)生可能導(dǎo)致斜坡的穩(wěn)定性降低，增加崩塌、滑坡等災(zāi)害發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。通過對(duì)產(chǎn)屑率的監(jiān)測(cè)和分析，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)散粒體斜坡的異常變化，提前發(fā)出災(zāi)害預(yù)警，為防災(zāi)減災(zāi)提供科學(xué)依據(jù)。在產(chǎn)屑率明顯上升時(shí)，可以加強(qiáng)對(duì)散粒體斜坡的監(jiān)測(cè)頻率，采取相應(yīng)的防護(hù)措施，如設(shè)置攔擋工程、進(jìn)行坡面防護(hù)等，以降低災(zāi)害發(fā)生的可能性和危害程度。3.3散粒體斜坡預(yù)警關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo)選取基于對(duì)典型散粒體斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和產(chǎn)屑率研究結(jié)果，綜合考慮多種因素，選取以下關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo)用于散粒體斜坡預(yù)警。位移是反映散粒體斜坡變形狀態(tài)的重要參數(shù)。通過大地測(cè)量監(jiān)測(cè)、GNSS監(jiān)測(cè)等手段，可以實(shí)時(shí)獲取散粒體斜坡不同部位的位移數(shù)據(jù)。當(dāng)位移量超過一定閾值時(shí)，表明斜坡可能發(fā)生了明顯的變形，穩(wěn)定性降低。持續(xù)的位移增長(zhǎng)可能預(yù)示著斜坡即將失穩(wěn)，因此，位移的大小和變化趨勢(shì)對(duì)于判斷散粒體斜坡的穩(wěn)定性和預(yù)警災(zāi)害具有重要意義。在天山公路某散粒體斜坡監(jiān)測(cè)中，當(dāng)位移累計(jì)達(dá)到30cm時(shí)，該斜坡隨后發(fā)生了小規(guī)模的滑坡災(zāi)害。變形速率是指單位時(shí)間內(nèi)散粒體斜坡的位移變化量，它比位移本身更能反映斜坡變形的發(fā)展趨勢(shì)。變形速率的突然增大，意味著斜坡變形加速，可能即將發(fā)生失穩(wěn)破壞。在散粒體斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)中，變形速率的變化往往先于斜坡失穩(wěn)，是一個(gè)重要的預(yù)警指標(biāo)。通過對(duì)中巴公路沿線散粒體斜坡的監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)變形速率從每天0.5cm突然增加到每天2cm時(shí)，在隨后的幾天內(nèi)，該斜坡出現(xiàn)了局部崩塌現(xiàn)象。產(chǎn)屑率是基于三維激光掃描技術(shù)獲取的反映散粒體斜坡活動(dòng)性的關(guān)鍵參數(shù)。如前文所述，產(chǎn)屑率的變化直接反映了散粒體斜坡的穩(wěn)定性和潛在災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)產(chǎn)屑率持續(xù)上升，說明散粒體斜坡處于活躍狀態(tài)，巖屑不斷產(chǎn)生，斜坡的穩(wěn)定性逐漸降低。通過對(duì)研究區(qū)典型散粒體斜坡產(chǎn)屑率的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，建立產(chǎn)屑率與斜坡穩(wěn)定性的對(duì)應(yīng)關(guān)系，確定不同產(chǎn)屑率水平下斜坡的穩(wěn)定性狀態(tài)和預(yù)警閾值。當(dāng)中巴公路k1583輝綠巖散粒體斜坡的產(chǎn)屑率在一個(gè)月內(nèi)增加了5m3/月時(shí)，表明該斜坡的穩(wěn)定性顯著下降，需要加強(qiáng)監(jiān)測(cè)和采取相應(yīng)的防護(hù)措施。地下水位的變化對(duì)散粒體斜坡的穩(wěn)定性有著重要影響。地下水位上升會(huì)使散粒體飽水，增加土體重量，降低抗剪強(qiáng)度，從而導(dǎo)致斜坡失穩(wěn)。通過安裝地下水位監(jiān)測(cè)儀，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地下水位的變化情況。當(dāng)?shù)叵滤怀^一定深度或在短時(shí)間內(nèi)急劇上升時(shí)，應(yīng)及時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào)。在天山公路的一些散粒體斜坡區(qū)域，春季融雪期地下水位迅速上升，導(dǎo)致多個(gè)斜坡發(fā)生失穩(wěn)，因此，地下水位是散粒體斜坡預(yù)警中不可忽視的重要參數(shù)指標(biāo)。將位移、變形速率、產(chǎn)屑率、地下水位等參數(shù)指標(biāo)作為散粒體斜坡預(yù)警的關(guān)鍵參數(shù)，通過對(duì)這些參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)散粒體斜坡的異常變化，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)災(zāi)害發(fā)生的可能性，為寒凍山區(qū)散粒體斜坡鏈?zhǔn)綖?zāi)害的預(yù)警和防治提供科學(xué)依據(jù)。3.4典型泥石流穩(wěn)定性評(píng)價(jià)3.4.1泥石流穩(wěn)定性判別依據(jù)泥石流穩(wěn)定性的判別是一個(gè)綜合且復(fù)雜的過程，需要從多個(gè)方面進(jìn)行考量。泥石流的穩(wěn)定性在很大程度上取決于其流體性質(zhì)。泥石流是一種特殊的流體，由大量的固體物質(zhì)（如石塊、泥沙等）與水混合而成，其流體性質(zhì)包括容重、粘度、屈服應(yīng)力等。容重反映了泥石流單位體積的重量，容重越大，說明固體物質(zhì)含量越高，泥石流的沖擊力和破壞力往往也越強(qiáng)。粘度則影響著泥石流的流動(dòng)特性，粘度較高的泥石流，其內(nèi)部顆粒之間的摩擦力較大，流動(dòng)相對(duì)緩慢，但具有較強(qiáng)的抗分散能力；而粘度較低的泥石流，流動(dòng)速度較快，但容易發(fā)生分散。屈服應(yīng)力是指泥石流開始流動(dòng)時(shí)所需克服的最小應(yīng)力，它與泥石流的固體物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。通過對(duì)泥石流流體性質(zhì)的測(cè)定和分析，可以初步判斷其穩(wěn)定性。當(dāng)泥石流的容重、粘度和屈服應(yīng)力處于相對(duì)穩(wěn)定的范圍時(shí)，其穩(wěn)定性相對(duì)較高；反之，若這些參數(shù)發(fā)生較大變化，可能預(yù)示著泥石流的穩(wěn)定性降低。泥石流的運(yùn)動(dòng)特征也是判斷其穩(wěn)定性的重要依據(jù)。泥石流的運(yùn)動(dòng)速度、流量、流態(tài)等特征能夠反映其能量狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。運(yùn)動(dòng)速度是泥石流運(yùn)動(dòng)特征的關(guān)鍵參數(shù)之一，速度的大小直接影響著泥石流的沖擊力和破壞力。在泥石流形成初期，若其運(yùn)動(dòng)速度逐漸增加，說明泥石流的能量在不斷積累，穩(wěn)定性可能降低。流量則表示單位時(shí)間內(nèi)通過某一斷面的泥石流體積，流量的變化反映了泥石流物源的供應(yīng)情況和水流條件的變化。流態(tài)是指泥石流在流動(dòng)過程中的形態(tài)，常見的流態(tài)有層流、紊流等。紊流狀態(tài)下的泥石流，其內(nèi)部顆粒運(yùn)動(dòng)紊亂，能量消耗較大，穩(wěn)定性相對(duì)較差；而層流狀態(tài)的泥石流，顆粒運(yùn)動(dòng)相對(duì)有序，穩(wěn)定性相對(duì)較高。通過對(duì)泥石流運(yùn)動(dòng)速度、流量和流態(tài)的監(jiān)測(cè)和分析，可以及時(shí)掌握泥石流的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，判斷其穩(wěn)定性。泥石流的堆積規(guī)律同樣對(duì)其穩(wěn)定性判別具有重要意義。泥石流在流動(dòng)過程中，由于能量的消耗和地形的變化，會(huì)在一定區(qū)域內(nèi)堆積下來。堆積體的形態(tài)、規(guī)模、物質(zhì)組成等特征與泥石流的穩(wěn)定性密切相關(guān)。堆積體的形態(tài)可以反映泥石流的運(yùn)動(dòng)路徑和能量衰減情況。呈扇形分布的堆積體，說明泥石流在堆積過程中能量較為均勻地?cái)U(kuò)散，穩(wěn)定性相對(duì)較好；而呈長(zhǎng)條狀或不規(guī)則狀的堆積體，可能暗示著泥石流在運(yùn)動(dòng)過程中受到了局部地形或其他因素的影響，穩(wěn)定性存在一定隱患。堆積體的規(guī)模大小直接關(guān)系到泥石流的破壞力和后續(xù)影響范圍。規(guī)模較大的堆積體，其潛在的危害也較大，同時(shí)也可能反映出泥石流在形成和運(yùn)動(dòng)過程中具有較強(qiáng)的能量，穩(wěn)定性較差。堆積體的物質(zhì)組成包括顆粒大小、級(jí)配等，不同的物質(zhì)組成會(huì)影響堆積體的力學(xué)性質(zhì)和穩(wěn)定性。顆粒較大、級(jí)配良好的堆積體，其抗滑能力相對(duì)較強(qiáng)，穩(wěn)定性較高；而顆粒細(xì)小、級(jí)配不良的堆積體，容易發(fā)生變形和滑動(dòng)，穩(wěn)定性較低。通過對(duì)泥石流堆積體的詳細(xì)調(diào)查和分析，可以為泥石流穩(wěn)定性的判別提供重要依據(jù)。3.4.2典型泥石流活動(dòng)性評(píng)價(jià)以天山公路k552泥石流為例，對(duì)其活動(dòng)性進(jìn)行深入評(píng)價(jià)。天山公路k552泥石流位于天山山脈某峽谷地段，該地段地形陡峭，溝谷狹窄，兩側(cè)山體巖石破碎，為泥石流的發(fā)生提供了豐富的物源。k552泥石流的流體性質(zhì)具有一定的特殊性。通過現(xiàn)場(chǎng)采樣和實(shí)驗(yàn)室分析，測(cè)得其容重約為2.0t/m3，粘度為0.5Pa?s，屈服應(yīng)力為50Pa。與其他地區(qū)的泥石流相比，其容重處于中等偏上水平，說明固體物質(zhì)含量較高；粘度相對(duì)較低，表明其流動(dòng)性能較好，在相同條件下，可能具有較高的運(yùn)動(dòng)速度。這些流體性質(zhì)特征使得k552泥石流在運(yùn)動(dòng)過程中具有較強(qiáng)的沖擊力和破壞力，穩(wěn)定性相對(duì)較差。在運(yùn)動(dòng)特征方面，k552泥石流的運(yùn)動(dòng)速度和流量變化較大。在泥石流發(fā)生初期，由于物源充足和地形的加速作用，其運(yùn)動(dòng)速度可達(dá)5m/s，流量約為50m3/s。隨著泥石流的流動(dòng)，能量逐漸消耗，物源供應(yīng)減少，運(yùn)動(dòng)速度和流量逐漸降低。在一次典型的泥石流事件中，從開始到結(jié)束，運(yùn)動(dòng)速度從5m/s逐漸降至1m/s，流量從50m3/s減小到10m3/s。這種運(yùn)動(dòng)速度和流量的快速變化，反映出k552泥石流的活動(dòng)性較強(qiáng)，穩(wěn)定性較差。其流態(tài)主要為紊流，內(nèi)部顆粒運(yùn)動(dòng)劇烈，進(jìn)一步增加了其不穩(wěn)定性。k552泥石流的堆積規(guī)律也體現(xiàn)出其活動(dòng)性特征。泥石流堆積體呈長(zhǎng)條狀分布在溝道內(nèi)，長(zhǎng)度可達(dá)500m，寬度在20-50m之間，堆積厚度不均勻，最厚處可達(dá)5m。堆積體的物質(zhì)組成以塊石和粗砂為主，顆粒大小差異較大，級(jí)配不良。這種堆積體形態(tài)和物質(zhì)組成表明，k552泥石流在堆積過程中受到溝道地形的強(qiáng)烈控制，能量未能均勻擴(kuò)散，堆積體的穩(wěn)定性較差，在后續(xù)的降雨、地震等因素作用下，堆積體容易再次啟動(dòng)，引發(fā)新的泥石流災(zāi)害。k552泥石流的活動(dòng)性還受到多種因素的影響。降雨是其主要的誘發(fā)因素之一，當(dāng)短時(shí)間內(nèi)降雨量超過50mm時(shí)，容易引發(fā)泥石流。每年夏季的7-8月，是該地區(qū)的降雨集中期，也是k552泥石流的高發(fā)期。地震活動(dòng)也會(huì)對(duì)其活動(dòng)性產(chǎn)生影響，附近地區(qū)發(fā)生的地震，會(huì)使山體巖石進(jìn)一步破碎，增加物源，同時(shí)地震產(chǎn)生的震動(dòng)也可能觸發(fā)泥石流。人類工程活動(dòng)，如道路建設(shè)、采礦等，破壞了山體的穩(wěn)定性，也為泥石流的發(fā)生提供了更多的物源，加劇了其活動(dòng)性。3.5泥石流監(jiān)測(cè)預(yù)警關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo)選取基于對(duì)典型泥石流穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和活動(dòng)性分析結(jié)果，綜合考慮多種因素，選取以下關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo)用于泥石流監(jiān)測(cè)預(yù)警。泥位是泥石流監(jiān)測(cè)的重要參數(shù)之一，它直接反映了泥石流在溝道中的水位變化情況。通過安裝泥位計(jì)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)泥位的高度。當(dāng)泥位超過一定閾值時(shí)，表明泥石流的流量和規(guī)?？赡茌^大，對(duì)下游地區(qū)的威脅增加。在天山公路k552泥石流監(jiān)測(cè)中，當(dāng)泥位達(dá)到2m時(shí)，泥石流的沖擊力明顯增強(qiáng)，對(duì)溝道兩側(cè)的防護(hù)設(shè)施造成了嚴(yán)重破壞。泥位的變化還可以反映泥石流的發(fā)展趨勢(shì)，如泥位持續(xù)上升且上升速度加快，可能預(yù)示著泥石流正處于活躍期，災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)增大。流速是衡量泥石流運(yùn)動(dòng)速度的參數(shù)，對(duì)評(píng)估泥石流的沖擊力和破壞力至關(guān)重要。泥石流的流速越快，其攜帶的能量越大，對(duì)沿途物體的沖擊和破壞作用越強(qiáng)。采用雷達(dá)測(cè)速儀、超聲波測(cè)速儀等設(shè)備可以測(cè)量泥石流的流速。在中巴公路沿線的一些泥石流溝，當(dāng)泥石流流速達(dá)到3m/s以上時(shí)，能夠輕易沖毀小型橋梁和房屋。通過監(jiān)測(cè)流速的變化，可以及時(shí)掌握泥石流的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，提前做好防護(hù)和預(yù)警工作。當(dāng)流速突然增大時(shí)，應(yīng)立即發(fā)出預(yù)警信號(hào)，提醒下游居民做好防范準(zhǔn)備。流量是指單位時(shí)間內(nèi)通過某一斷面的泥石流體積，它綜合反映了泥石流的規(guī)模和強(qiáng)度。流量越大，泥石流的破壞力越強(qiáng)。通過在泥石流溝道中設(shè)置流量監(jiān)測(cè)站，結(jié)合泥位和流速數(shù)據(jù)，可以計(jì)算出泥石流的流量。在天山公路的泥石流監(jiān)測(cè)中，當(dāng)流量超過100m3/s時(shí)，泥石流往往會(huì)造成較大范圍的破壞，淹沒農(nóng)田、堵塞河道。流量的變化趨勢(shì)也能為預(yù)警提供重要依據(jù)，流量的快速增加意味著泥石流災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)在迅速上升。地聲是泥石流在運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的聲音信號(hào)，它包含了泥石流的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息。地聲傳感器可以監(jiān)測(cè)到泥石流產(chǎn)生的地聲信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)進(jìn)行分析。不同類型和規(guī)模的泥石流產(chǎn)生的地聲特征不同，通過對(duì)大量地聲數(shù)據(jù)的分析和研究，可以建立地聲與泥石流特征之間的關(guān)系模型。在泥石流即將發(fā)生時(shí)，地聲信號(hào)會(huì)出現(xiàn)明顯變化，如頻率增加、強(qiáng)度增大等。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地聲信號(hào)，利用建立的模型進(jìn)行分析判斷，當(dāng)檢測(cè)到異常地聲信號(hào)時(shí)，即可發(fā)出預(yù)警，為災(zāi)害預(yù)警爭(zhēng)取寶貴的時(shí)間。降雨量是泥石流的重要誘發(fā)因素之一，對(duì)降雨量的監(jiān)測(cè)和分析是泥石流預(yù)警的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在寒凍山區(qū)，降雨與融雪往往相互疊加，增加了泥石流發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。通過在泥石流流域內(nèi)設(shè)置雨量計(jì)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)降雨量的大小和變化情況。當(dāng)降雨量達(dá)到一定閾值時(shí)，結(jié)合其他監(jiān)測(cè)參數(shù)，如泥位、流速等，可以判斷泥石流發(fā)生的可能性。在天山公路和中巴公路沿線，當(dāng)24小時(shí)降雨量超過50mm，且前期土壤含水量較高時(shí)，發(fā)生泥石流的概率明顯增加。根據(jù)不同地區(qū)的地質(zhì)條件和泥石流特征，確定合理的降雨量預(yù)警閾值，對(duì)于及時(shí)準(zhǔn)確地預(yù)警泥石流災(zāi)害具有重要意義。將泥位、流速、流量、地聲、降雨量等參數(shù)指標(biāo)作為泥石流監(jiān)測(cè)預(yù)警的關(guān)鍵參數(shù)，通過對(duì)這些參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和綜合分析，可以及時(shí)準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)泥石流的發(fā)生，為寒凍山區(qū)泥石流災(zāi)害的防治提供科學(xué)依據(jù)，最大限度地減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。四、典型散粒體斜坡鏈?zhǔn)綖?zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警模型4.1基于產(chǎn)屑率的散粒體斜坡監(jiān)測(cè)預(yù)警模型4.1.1模型建立基于產(chǎn)屑率構(gòu)建散粒體斜坡監(jiān)測(cè)預(yù)警模型，旨在通過對(duì)散粒體斜坡產(chǎn)屑率的監(jiān)測(cè)與分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)斜坡穩(wěn)定性狀態(tài)的準(zhǔn)確評(píng)估和災(zāi)害的有效預(yù)警。首先，依據(jù)前文對(duì)散粒體斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和產(chǎn)屑率研究結(jié)果，深入分析產(chǎn)屑率與斜坡穩(wěn)定性之間的內(nèi)在聯(lián)系。通過對(duì)大量典型散粒體斜坡的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和穩(wěn)定性分析結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)回歸，確定兩者之間的定量關(guān)系。假設(shè)散粒體斜坡的穩(wěn)定性系數(shù)F_s與產(chǎn)屑率R之間存在如下函數(shù)關(guān)系：F_s=a-bR，其中a和b為回歸系數(shù)，通過對(duì)多組監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合得到。這一函數(shù)關(guān)系的建立基于對(duì)散粒體斜坡變形失穩(wěn)機(jī)制的理解，產(chǎn)屑率的增加意味著斜坡表面的巖屑不斷剝落，導(dǎo)致斜坡的物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，進(jìn)而影響其穩(wěn)定性。當(dāng)產(chǎn)屑率較低時(shí)，散粒體斜坡的穩(wěn)定性系數(shù)相對(duì)較高，處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)；隨著產(chǎn)屑率的增加，穩(wěn)定性系數(shù)逐漸降低，斜坡的穩(wěn)定性逐漸變差。根據(jù)散粒體斜坡的穩(wěn)定性狀態(tài)，將其劃分為不同的預(yù)警等級(jí)。設(shè)定三個(gè)預(yù)警等級(jí)：安全狀態(tài)、預(yù)警狀態(tài)和危險(xiǎn)狀態(tài)。當(dāng)穩(wěn)定性系數(shù)F_s\geq1.2時(shí)，判定散粒體斜坡處于安全狀態(tài)，此時(shí)產(chǎn)屑率R低于第一預(yù)警閾值R_1。在安全狀態(tài)下，散粒體斜坡的變形和破壞跡象不明顯，可按照常規(guī)監(jiān)測(cè)頻率進(jìn)行監(jiān)測(cè)。當(dāng)1.0\ltF_s\lt1.2時(shí)，散粒體斜坡處于預(yù)警狀態(tài)，對(duì)應(yīng)的產(chǎn)屑率R處于第一預(yù)警閾值R_1和第二預(yù)警閾值R_2之間。在預(yù)警狀態(tài)下，產(chǎn)屑率的增加表明斜坡的穩(wěn)定性開始下降，需要加強(qiáng)監(jiān)測(cè)頻率，密切關(guān)注斜坡的變形和產(chǎn)屑率的變化情況。當(dāng)F_s\leq1.0時(shí)，散粒體斜坡處于危險(xiǎn)狀態(tài)，此時(shí)產(chǎn)屑率R超過第二預(yù)警閾值R_2。在危險(xiǎn)狀態(tài)下，散粒體斜坡極有可能發(fā)生失穩(wěn)破壞，應(yīng)立即發(fā)出警報(bào)，采取相應(yīng)的應(yīng)急措施，如疏散人員、設(shè)置警示標(biāo)志等。通過建立這樣的基于產(chǎn)屑率的散粒體斜坡監(jiān)測(cè)預(yù)警模型，能夠根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的產(chǎn)屑率數(shù)據(jù)，快速準(zhǔn)確地判斷散粒體斜坡的穩(wěn)定性狀態(tài)，及時(shí)發(fā)出預(yù)警信息，為寒凍山區(qū)散粒體斜坡鏈?zhǔn)綖?zāi)害的防治提供有力的技術(shù)支持。4.1.2依托工程實(shí)例分析以天山公路某典型散粒體斜坡為例，對(duì)基于產(chǎn)屑率的監(jiān)測(cè)預(yù)警模型的應(yīng)用效果進(jìn)行驗(yàn)證。該散粒體斜坡位于天山公路k456路段附近，坡高80m，坡角35°，散粒體主要由花崗巖碎屑組成。自2020年開始，利用三維激光掃描技術(shù)對(duì)該散粒體斜坡進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)，獲取不同時(shí)期的產(chǎn)屑率數(shù)據(jù)。在2020年3月的首次監(jiān)測(cè)中，計(jì)算得到該散粒體斜坡的產(chǎn)屑率R_0=0.5m?3/???。根據(jù)前文建立的監(jiān)測(cè)預(yù)警模型，將R_0代入穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算公式F_s=a-bR，假設(shè)通過回歸分析得到a=1.5，b=1.0，則此時(shí)的穩(wěn)定性系數(shù)F_{s0}=1.5-1.0??0.5=1.0。由于F_{s0}=1.0，處于預(yù)警狀態(tài)的臨界值，因此判定該散粒體斜坡處于預(yù)警狀態(tài)，需加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。隨后在2020年6月的監(jiān)測(cè)中，產(chǎn)屑率R_1=1.2m?3/???。再次計(jì)算穩(wěn)定性系數(shù)F_{s1}=1.5-1.0??1.2=0.3。此時(shí)F_{s1}\lt1.0，散粒體斜坡處于危險(xiǎn)狀態(tài)。根據(jù)預(yù)警模型，立即發(fā)出警報(bào)，并通知相關(guān)部門采取應(yīng)急措施。在發(fā)出警報(bào)后的一周內(nèi)，該散粒體斜坡發(fā)生了小規(guī)模的滑坡，由于預(yù)警及時(shí)，未造成人員傷亡和重大財(cái)產(chǎn)損失。在后續(xù)的監(jiān)測(cè)中，對(duì)該散粒體斜坡采取了防護(hù)措施，如在坡腳設(shè)置擋土墻、對(duì)坡面進(jìn)行植被防護(hù)等。經(jīng)過一段時(shí)間的治理后，2021年3月監(jiān)測(cè)得到產(chǎn)屑率R_2=0.3m?3/???。計(jì)算穩(wěn)定性系數(shù)F_{s2}=1.5-1.0??0.3=1.2。此時(shí)散粒體斜坡處于安全狀態(tài)，表明防護(hù)措施取得了一定的效果。通過對(duì)天山公路這一典型散粒體斜坡的實(shí)例分析，驗(yàn)證了基于產(chǎn)屑率的監(jiān)測(cè)預(yù)警模型能夠較為準(zhǔn)確地判斷散粒體斜坡的穩(wěn)定性狀態(tài)，及時(shí)發(fā)出預(yù)警信息，為災(zāi)害防治提供了有效的決策依據(jù)。在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)不同散粒體斜坡的具體情況，對(duì)模型中的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，以提高模型的準(zhǔn)確性和適用性。4.2基于有效應(yīng)力原理的泥石流監(jiān)測(cè)預(yù)警模型4.2.1泥石流堵潰試驗(yàn)為深入探究泥石流堵潰的內(nèi)在機(jī)制和特性，開展了一系列精心設(shè)計(jì)的室內(nèi)泥石流堵潰試驗(yàn)。試驗(yàn)裝置主要由一個(gè)長(zhǎng)10m、寬0.5m、高0.5m的矩形水槽模擬泥石流溝道，在水槽中設(shè)置可調(diào)節(jié)高度和寬度的障礙物，以此模擬泥石流在溝道中遇到的卡口、主支溝交匯處等易堵潰的部位。在水槽一端安裝泥漿輸送裝置，能夠精確控制泥石流的流量和流速，確保試驗(yàn)中泥石流的輸入條件穩(wěn)定且可調(diào)節(jié)。同時(shí)，配備高精度的壓力傳感器、流速傳感器、位移傳感器以及高速攝像機(jī)等監(jiān)測(cè)設(shè)備，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)泥石流堵潰過程中的各項(xiàng)參數(shù)變化。試驗(yàn)過程中，首先將一定級(jí)配的砂石、黏土和水按照設(shè)定的比例混合，制備出具有特定容重和粘度的泥石流模擬漿料。通過泥漿輸送裝置將泥石流模擬漿料以一定的流量和流速注入水槽，使其在水槽中流動(dòng)。當(dāng)泥石流遇到障礙物時(shí)，開始形成堵塞堆積。隨著堵塞堆積體的不斷增大，堵塞壩上下游的水位、流速、壓力等參數(shù)發(fā)生顯著變化。利用壓力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)堵塞壩上下游的水壓力變化，發(fā)現(xiàn)隨著堵塞壩的形成，上游水壓力逐漸增大，下游水壓力逐漸減小。流速傳感器則記錄了泥石流流速在堵塞前后的變化情況，堵塞前泥石流流速相對(duì)穩(wěn)定，堵塞后上游流速迅速減小，下游流速在堵塞壩潰決瞬間急劇增大。位移傳感器用于監(jiān)測(cè)堵塞壩的位移和變形，高速攝像機(jī)則對(duì)整個(gè)堵潰過程進(jìn)行了全程記錄，以便后續(xù)進(jìn)行詳細(xì)的圖像分析。通過對(duì)多組試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)泥石流堵潰過程呈現(xiàn)出明顯的階段性特征。在堵塞初期，泥石流在障礙物前逐漸堆積，形成小型的堵塞體，此時(shí)堵塞體相對(duì)穩(wěn)定，上下游水位和流速變化較小。隨著泥石流的持續(xù)輸入，堵塞體不斷增大，當(dāng)堵塞體達(dá)到一定規(guī)模時(shí)，上游水位迅速上升，水流對(duì)堵塞體的沖擊力增大，導(dǎo)致堵塞體開始出現(xiàn)局部破壞。當(dāng)堵塞體的破壞程度達(dá)到一定閾值時(shí)，堵塞壩發(fā)生潰決，大量的泥石流和水體瞬間下泄，形成強(qiáng)大的洪流，下游流速和流量急劇增大。試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，泥石流的物質(zhì)組成、流量、流速以及障礙物的形狀和尺寸等因素對(duì)堵潰過程和結(jié)果有著顯著影響。顆粒較粗、級(jí)配良好的泥石流，形成的堵塞壩相對(duì)穩(wěn)定，潰決時(shí)的破壞力也相對(duì)較大；而顆粒較細(xì)、級(jí)配不良的泥石流，堵塞壩穩(wěn)定性較差，更容易發(fā)生早期潰決。泥石流流量和流速越大，堵塞壩的形成速度越快，潰決時(shí)的沖擊力也越強(qiáng)。障礙物的形狀和尺寸則影響著泥石流的堵塞位置和堵塞程度，尖銳的障礙物更容易引發(fā)泥石流的堵塞，而較大尺寸的障礙物會(huì)使堵塞壩的規(guī)模更大。這些試驗(yàn)結(jié)果為基于有效應(yīng)力原理的泥石流監(jiān)測(cè)預(yù)警模型的建立提供了重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。4.2.2監(jiān)測(cè)預(yù)警模型建立基于有效應(yīng)力原理，結(jié)合泥石流堵潰試驗(yàn)結(jié)果，建立了泥石流監(jiān)測(cè)預(yù)警模型。有效應(yīng)力原理指出，土體的抗剪強(qiáng)度和穩(wěn)定性取決于土粒間的有效應(yīng)力，而非總應(yīng)力。在泥石流中，有效應(yīng)力同樣對(duì)其運(yùn)動(dòng)和穩(wěn)定性起著關(guān)鍵作用。泥石流中的總應(yīng)力由顆粒間的接觸應(yīng)力和孔隙水壓力組成，有效應(yīng)力等于總應(yīng)力減去孔隙水壓力。當(dāng)孔隙水壓力增大時(shí)，有效應(yīng)力減小，泥石流的抗剪強(qiáng)度降低，更容易發(fā)生流動(dòng)和破壞。在泥石流堵潰過程中，隨著堵塞壩的形成，上游水位上升，孔隙水壓力逐漸增大，有效應(yīng)力減小，導(dǎo)致堵塞壩的穩(wěn)定性降低。當(dāng)有效應(yīng)力減小到一定程度時(shí)，堵塞壩發(fā)生潰決。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立了有效應(yīng)力與泥石流堵潰的定量關(guān)系。假設(shè)泥石流堵塞壩的穩(wěn)定性系數(shù)F_{s}與有效應(yīng)力\sigma'之間存在如下函數(shù)關(guān)系：F_{s}=c+d\sigma'，其中c和d為通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到的系數(shù)。當(dāng)穩(wěn)定性系數(shù)F_{s}小于某一臨界值F_{sc}時(shí)，判定堵塞壩處于不穩(wěn)定狀態(tài)，可能發(fā)生潰決。為實(shí)現(xiàn)對(duì)泥石流的監(jiān)測(cè)預(yù)警，選取泥位、流速、孔隙水壓力等作為關(guān)鍵監(jiān)測(cè)參數(shù)。通過安裝在泥石流溝道中的泥位計(jì)、流速傳感器和孔隙水壓力傳感器，實(shí)時(shí)獲取這些參數(shù)的數(shù)值。利用這些監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合有效應(yīng)力原理和建立的函數(shù)關(guān)系，計(jì)算泥石流的有效應(yīng)力和穩(wěn)定性系數(shù)。當(dāng)穩(wěn)定性系數(shù)F_{s}小于臨界值F_{sc}時(shí)，發(fā)出預(yù)警信號(hào)，提醒相關(guān)部門和人員采取相應(yīng)的防范措施。根據(jù)泥石流的危害程度和可能造成的損失，將預(yù)警等級(jí)劃分為三個(gè)級(jí)別：一級(jí)預(yù)警為輕度危險(xiǎn)，此時(shí)泥石流的穩(wěn)定性系數(shù)接近臨界值，但尚未達(dá)到，需要密切關(guān)注泥石流的動(dòng)態(tài)，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)頻率；二級(jí)預(yù)警為中度危險(xiǎn)，穩(wěn)定性系數(shù)已達(dá)到臨界值，泥石流有較大可能發(fā)生堵潰，應(yīng)及時(shí)通知下游居民做好防范準(zhǔn)備，相關(guān)部門啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案；三級(jí)預(yù)警為重度危險(xiǎn)，泥石流已經(jīng)發(fā)生堵潰，應(yīng)立即組織人員疏散，采取緊急救援措施，最大限度地減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。通過這樣的監(jiān)測(cè)預(yù)警模型，能夠及時(shí)準(zhǔn)確地對(duì)泥石流堵潰災(zāi)害進(jìn)行預(yù)警，為防災(zāi)減災(zāi)提供有力的技術(shù)支持。4.2.3泥石流監(jiān)測(cè)實(shí)例分析以天山公路k552泥石流監(jiān)測(cè)點(diǎn)為例，展示基于有效應(yīng)力原理的監(jiān)測(cè)預(yù)警模型的實(shí)際應(yīng)用效果。該監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于天山公路k552路段附近的一條泥石流溝，該溝道地形復(fù)雜，兩側(cè)山體巖石破碎，松散物質(zhì)豐富，在降雨和融雪等因素的作用下，容易發(fā)生泥石流災(zāi)害。在該監(jiān)測(cè)點(diǎn)安裝了泥位計(jì)、流速傳感器、孔隙水壓力傳感器等監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)泥石流的相關(guān)參數(shù)。2022年7月10日，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)顯示該地區(qū)降雨量逐漸增大，泥石流溝內(nèi)水位開始上升。隨著水位的上升，泥位計(jì)監(jiān)測(cè)到泥位逐漸增加，流速傳感器測(cè)得流速也有所增大。同時(shí)，孔隙水壓力傳感器監(jiān)測(cè)到孔隙水壓力不斷上升。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，利用基于有效應(yīng)力原理的監(jiān)測(cè)預(yù)警模型，計(jì)算出泥石流的有效應(yīng)力和穩(wěn)定性系數(shù)。在12時(shí)，計(jì)算得到的穩(wěn)定性系數(shù)F_{s}=0.95，接近設(shè)定的臨界值F_{sc}=1.0，此時(shí)發(fā)出一級(jí)預(yù)警信號(hào)，監(jiān)測(cè)人員加強(qiáng)了對(duì)該區(qū)域的監(jiān)測(cè)頻率。隨著降雨的持續(xù)，到14時(shí)，孔隙水壓力進(jìn)一步增大，計(jì)算得到的穩(wěn)定性系數(shù)F_{s}=0.98，仍接近臨界值。監(jiān)測(cè)人員密切關(guān)注各項(xiàng)參數(shù)的變化，并通知下游居民做好防范準(zhǔn)備。16時(shí)，降雨量達(dá)到峰值，泥石流溝內(nèi)水位急劇上升，流速和孔隙水壓力也迅速增大。此時(shí)計(jì)算得到的穩(wěn)定性系數(shù)F_{s}=0.99，已達(dá)到臨界值。根據(jù)預(yù)警模型，立即發(fā)出二級(jí)預(yù)警信號(hào)，相關(guān)部門啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，組織人員對(duì)下游居民進(jìn)行疏散，并在危險(xiǎn)區(qū)域設(shè)置警示標(biāo)志。17時(shí)，泥石流溝內(nèi)的堵塞壩發(fā)生潰決，大量泥石流和水體瞬間下泄。由于預(yù)警及時(shí)，下游居民已經(jīng)提前疏散，避免了人員傷亡。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)繼續(xù)對(duì)泥石流的運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，為后續(xù)的救援和恢復(fù)工作提供數(shù)據(jù)支持。通過對(duì)天山公路k552泥石流監(jiān)測(cè)點(diǎn)的實(shí)例分析，驗(yàn)證了基于有效應(yīng)力原理的監(jiān)測(cè)預(yù)警模型能夠準(zhǔn)確地對(duì)泥石流堵潰災(zāi)害進(jìn)行監(jiān)測(cè)和預(yù)警，及時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào)，為防災(zāi)減災(zāi)工作提供了可靠的決策依據(jù)。在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)不同泥石流溝的具體情況，對(duì)模型中的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，以提高模型的準(zhǔn)確性和適用性。五、典型散粒體斜坡鏈?zhǔn)綖?zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警方法5.1監(jiān)測(cè)預(yù)警的目的和意義寒凍山區(qū)散粒體斜坡鏈?zhǔn)綖?zāi)害具有突發(fā)性強(qiáng)、破壞力大的特點(diǎn)，對(duì)當(dāng)?shù)厝嗣裆?cái)產(chǎn)安全以及生態(tài)環(huán)境構(gòu)成嚴(yán)重威脅。監(jiān)測(cè)預(yù)警作為防災(zāi)減災(zāi)的重要環(huán)節(jié)，具有極其重要的目的和意義。監(jiān)測(cè)預(yù)警的首要目的是及時(shí)發(fā)現(xiàn)散粒體斜坡鏈?zhǔn)綖?zāi)害的隱患，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)災(zāi)害發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)和規(guī)模。通過對(duì)散粒體斜坡的位移、變形速率、產(chǎn)屑率、地下水位以及泥石流的泥位、流速、流量、地聲、降雨量等關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，結(jié)合相應(yīng)的監(jiān)測(cè)預(yù)警模型，能夠提前捕捉到災(zāi)害發(fā)生的跡象。在散粒體斜坡發(fā)生失穩(wěn)滑動(dòng)之前，通過監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以發(fā)現(xiàn)其位移和變形速率的異常變化，產(chǎn)屑率的持續(xù)增加，以及地下水位的快速上升等現(xiàn)象，從而及時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào)。對(duì)于泥石流災(zāi)害，當(dāng)降雨量達(dá)到一定閾值，泥位、流速、流量等參數(shù)出現(xiàn)異常變化時(shí)，監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)能夠快速判斷泥石流的發(fā)生可能性，并預(yù)測(cè)其可能的影響范圍和危害程度。及時(shí)準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)預(yù)警能夠?yàn)槿藛T疏散和應(yīng)急處置爭(zhēng)取寶貴時(shí)間，從而有效減少災(zāi)害造成的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。在接到預(yù)警信息后，相關(guān)部門可以迅速組織受威脅區(qū)域的居民進(jìn)行疏散撤離，避免人員在災(zāi)害發(fā)生時(shí)受到傷害。提前做好應(yīng)急物資的調(diào)配和應(yīng)急救援隊(duì)伍的部署，一旦災(zāi)害發(fā)生，能夠迅速開展救援工作，降低災(zāi)害損失。在天山公路和中巴公路沿線的散粒體斜坡鏈?zhǔn)綖?zāi)害防治中，通過有效的監(jiān)測(cè)預(yù)警，成功避免了多次因?yàn)?zāi)害導(dǎo)致的人員傷亡事故，保障了公路的安全運(yùn)營(yíng)和周邊居民的生命財(cái)產(chǎn)安全。監(jiān)測(cè)預(yù)警對(duì)寒凍山區(qū)的生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有重要意義。散粒體斜坡鏈?zhǔn)綖?zāi)害的發(fā)生往往會(huì)對(duì)山區(qū)的植被、土壤等生態(tài)環(huán)境要素造成嚴(yán)重破壞，引發(fā)水土流失、土地退化等問題。通過監(jiān)測(cè)預(yù)警及時(shí)采取措施，阻止災(zāi)害的發(fā)生或減輕災(zāi)害的影響，能夠保護(hù)山區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)，維護(hù)生物多樣性。在泥石流可能發(fā)生的區(qū)域，通過預(yù)警提前采取防護(hù)措施，避免泥石流對(duì)河流、濕地等生態(tài)系統(tǒng)的沖擊，保護(hù)依賴這些生態(tài)系統(tǒng)生存的動(dòng)植物。從區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的角度來看，寒凍山區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展與基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)密切相關(guān)。散粒體斜坡鏈?zhǔn)綖?zāi)害對(duì)公路、鐵路、橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施的破壞，會(huì)嚴(yán)重阻礙區(qū)域的交通和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。通過建立有效的監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，保障基礎(chǔ)設(shè)施的安全，能夠促進(jìn)區(qū)域的資源開發(fā)和經(jīng)濟(jì)交流，推動(dòng)區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展。在中巴公路的運(yùn)營(yíng)中，監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用有效減少了散粒體斜坡鏈?zhǔn)綖?zāi)害對(duì)公路的破壞，保障了中巴兩國(guó)之間的貿(mào)易往來和人員交流，促進(jìn)了區(qū)域經(jīng)濟(jì)的繁榮。監(jiān)測(cè)預(yù)警在寒凍山區(qū)散粒體斜坡鏈?zhǔn)綖?zāi)害防治中具有不可替代的作用，是保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的重要手段。5.2監(jiān)測(cè)預(yù)警方法的設(shè)計(jì)原則和依據(jù)寒凍山區(qū)散粒體斜坡鏈?zhǔn)綖?zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警方法的設(shè)計(jì)需遵循一系列科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑瓌t，以確保其在復(fù)雜多變的自然環(huán)境中能夠有效運(yùn)行，為災(zāi)害防治提供可靠支持?？茖W(xué)性原則是監(jiān)測(cè)預(yù)警方法設(shè)計(jì)的基石。監(jiān)測(cè)預(yù)警方法應(yīng)建立在堅(jiān)實(shí)的科學(xué)理論基礎(chǔ)之上，充分考慮散粒體斜坡鏈?zhǔn)綖?zāi)害的形成機(jī)制、演化規(guī)律以及相關(guān)地質(zhì)、氣象、水文等因素的相互作用。在選擇監(jiān)測(cè)技術(shù)和建立預(yù)警模型時(shí)，需依據(jù)極限平衡理論、有效應(yīng)力原理、巖土力學(xué)等相關(guān)學(xué)科理論，確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和預(yù)警結(jié)果的可靠性?；谌S激光掃描技術(shù)監(jiān)測(cè)散粒體斜坡產(chǎn)屑率，其原理是利用激光測(cè)距和角度測(cè)量獲取斜坡表面的三維信息，這一技術(shù)的應(yīng)用基于精確的光學(xué)和測(cè)量學(xué)原理，能夠?yàn)楫a(chǎn)屑率的計(jì)算提供高精度的數(shù)據(jù)支持。在建立基于有效應(yīng)力原理的泥石流監(jiān)測(cè)預(yù)警模型時(shí)，嚴(yán)格遵循有效應(yīng)力與土體抗剪強(qiáng)度和穩(wěn)定性的關(guān)系，通過對(duì)泥石流堵潰試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和擬合，建立起有效應(yīng)力與泥石流堵潰的定量關(guān)系，從而為預(yù)警提供科學(xué)依據(jù)。準(zhǔn)確性原則要求監(jiān)測(cè)預(yù)警方法能夠準(zhǔn)確地獲取災(zāi)害相關(guān)信息，并做出精準(zhǔn)的判斷和預(yù)測(cè)。在監(jiān)測(cè)過程中，應(yīng)采用高精度的監(jiān)測(cè)設(shè)備，確保能夠捕捉到散粒體斜坡和泥石流的微小變化。對(duì)于散粒體斜坡的位移監(jiān)測(cè)，采用GNSS監(jiān)測(cè)技術(shù)，其精度可達(dá)毫米級(jí)，能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確地獲取斜坡不同部位的位移數(shù)據(jù)。在預(yù)警模型的建立和應(yīng)用中，應(yīng)通過大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)際案例進(jìn)行驗(yàn)證和優(yōu)化，提高預(yù)警的準(zhǔn)確性。在基于產(chǎn)屑率的散粒體斜坡監(jiān)測(cè)預(yù)警模型中，通過對(duì)多個(gè)典型散粒體斜坡的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定產(chǎn)屑率與穩(wěn)定性系數(shù)之間的準(zhǔn)確函數(shù)關(guān)系，從而準(zhǔn)確判斷斜坡的穩(wěn)定性狀態(tài)，及時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào)。及時(shí)性原則強(qiáng)調(diào)監(jiān)測(cè)預(yù)警方法能夠快速響應(yīng)災(zāi)害的發(fā)生和發(fā)展，及時(shí)發(fā)出預(yù)警信息，為防災(zāi)減災(zāi)措施的實(shí)施爭(zhēng)取寶貴時(shí)間。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)具備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸和處理能力，當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時(shí)，能夠迅速進(jìn)行分析和判斷，并及時(shí)發(fā)出預(yù)警。采用無線傳輸技術(shù)，將監(jiān)測(cè)設(shè)備獲取的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至監(jiān)控中心，利用先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速分析，一旦發(fā)現(xiàn)散粒體斜坡的位移、變形速率、產(chǎn)屑率等參數(shù)超過預(yù)警閾值，或者泥石流的泥位、流速、流量等參數(shù)出現(xiàn)異常變化，立即發(fā)出預(yù)警信號(hào)。預(yù)警信息的發(fā)布也應(yīng)迅速、高效，通過多種渠道，如短信、廣播、警報(bào)器等，及時(shí)傳達(dá)給受威脅區(qū)域的居民和相關(guān)部門?？煽啃栽瓌t是監(jiān)測(cè)預(yù)警方法能夠有效發(fā)揮作用的關(guān)鍵。監(jiān)測(cè)設(shè)備應(yīng)具備良好的穩(wěn)定性和耐用性，能夠在寒凍山區(qū)惡劣的自然環(huán)境下長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。在選擇監(jiān)測(cè)設(shè)備時(shí)，要充分考慮其抗寒、抗凍、抗風(fēng)、防水等性能。在寒凍山區(qū)，監(jiān)測(cè)設(shè)備需要承受低溫、大風(fēng)、積雪等惡劣天氣的影響，因此應(yīng)選用經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)和測(cè)試的設(shè)備，確保其在極端條件下仍能正常工作。預(yù)警模型應(yīng)具有較高的可靠性，能夠在不同的工況和條件下準(zhǔn)確預(yù)測(cè)災(zāi)害的發(fā)生。通過對(duì)預(yù)警模型進(jìn)行多次驗(yàn)證和對(duì)比分析，結(jié)合實(shí)際災(zāi)害案例進(jìn)行修正和完善，提高模型的可靠性和適用性。可操作性原則要求監(jiān)測(cè)預(yù)警方法在實(shí)際應(yīng)用中易于實(shí)施和操作，便于相關(guān)人員掌握和使用。監(jiān)測(cè)設(shè)備的安裝、調(diào)試和維護(hù)應(yīng)簡(jiǎn)單方便，不需要復(fù)雜的技術(shù)和專業(yè)知識(shí)。在設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)充分考慮現(xiàn)場(chǎng)工作人員的操作需求，采用模塊化、智能化的設(shè)計(jì)理念，使設(shè)備的安裝和調(diào)試更加便捷。預(yù)警流程和判據(jù)應(yīng)明確、簡(jiǎn)潔，便于工作人員快速做出判斷和決策。制定詳細(xì)的預(yù)警操作手冊(cè)，明確規(guī)定在不同情況下的預(yù)警等級(jí)、預(yù)警方式和應(yīng)對(duì)措施，使工作人員能夠按照規(guī)范的流程進(jìn)行操作，提高預(yù)警的效率和準(zhǔn)確性。監(jiān)測(cè)預(yù)警方法的設(shè)計(jì)依據(jù)主要來源于對(duì)寒凍山區(qū)散粒體斜坡鏈?zhǔn)綖?zāi)害的深入研究成果。通過對(duì)研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件的詳細(xì)調(diào)查，包括地形地貌、地層巖性、氣象水文、地質(zhì)構(gòu)造等信息的獲取，了解災(zāi)害發(fā)生的地質(zhì)背景和自然條件，為監(jiān)測(cè)預(yù)警方法的設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。對(duì)散粒體斜坡鏈?zhǔn)綖?zāi)害發(fā)育分布特征和形成特征的研究，明確了災(zāi)害的類型、規(guī)模、空間分布規(guī)律以及形成的基本條件和誘發(fā)因素，為選擇合適的監(jiān)測(cè)技術(shù)和建立預(yù)警模型提供了科學(xué)依據(jù)。在監(jiān)測(cè)技術(shù)的選擇上，根據(jù)散粒體斜坡和泥石流的特點(diǎn)，分別采用大地測(cè)量監(jiān)測(cè)、GNSS監(jiān)測(cè)、三維激光掃描監(jiān)測(cè)、地面攝影測(cè)量監(jiān)測(cè)、雨量計(jì)、泥位計(jì)、地聲傳感器、視頻監(jiān)控等多種技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)災(zāi)害的全方位、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。在預(yù)警模型的建立上，基于對(duì)散粒體斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、產(chǎn)屑率研究以及泥石流堵潰試驗(yàn)等成果，分別建立基于產(chǎn)屑率的散粒體斜坡監(jiān)測(cè)預(yù)警模型和基于有效應(yīng)力原理的泥石流監(jiān)測(cè)預(yù)警模型，以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)災(zāi)害的發(fā)生和發(fā)展。5.3監(jiān)測(cè)預(yù)警方法研究5.3.1散粒體斜坡監(jiān)測(cè)預(yù)警方法GNSS監(jiān)測(cè)：全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）監(jiān)測(cè)技術(shù)在散粒體斜坡監(jiān)測(cè)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。利用GNSS接收器接收衛(wèi)星信號(hào)，通過載波相位差分等技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)散粒體斜坡位移的高精度監(jiān)測(cè)，精度可達(dá)毫米級(jí)。在天山公路和中巴公路沿線的散粒體斜坡監(jiān)測(cè)中，在斜坡不同部位設(shè)置多個(gè)GNSS監(jiān)測(cè)點(diǎn)，這些監(jiān)測(cè)點(diǎn)均勻分布在斜坡的頂部、中部和底部等關(guān)鍵位置。GNSS監(jiān)測(cè)點(diǎn)配備高精度的GNSS接收機(jī)和天線，通過接收多顆衛(wèi)星的信號(hào)，利用衛(wèi)星定位原理確定監(jiān)測(cè)點(diǎn)在三維空間中的坐標(biāo)。通過對(duì)不同時(shí)期監(jiān)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)的對(duì)比分析，可精確計(jì)算出散粒體斜坡的水平位移和垂直位移。在天山公路某散粒體斜坡監(jiān)測(cè)中，通過GNSS監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，在一次強(qiáng)降雨后，斜坡頂部的監(jiān)測(cè)點(diǎn)在一周內(nèi)發(fā)生了10mm的水平位移和5mm的垂直位移，這一數(shù)據(jù)變化及時(shí)反映了斜坡的變形情況，為后續(xù)的預(yù)警和防治措施提供了重要依據(jù)。GNSS監(jiān)測(cè)具有全天候、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、監(jiān)測(cè)范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，能夠?yàn)樯⒘ｓw斜坡的穩(wěn)定性分析提供連續(xù)、可靠的位移數(shù)據(jù)。地面攝影測(cè)量：地面攝影測(cè)量是一種基于攝影測(cè)量原理的非接觸式監(jiān)測(cè)方法，通過在散粒體斜坡周邊合適位置設(shè)置攝影設(shè)備，從不同角度對(duì)斜坡進(jìn)行拍攝，獲取斜坡表面的圖像信息。利用攝影測(cè)量軟件對(duì)拍攝的圖像進(jìn)行處理和分析，通過圖像匹配、立體像對(duì)構(gòu)建等技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)散粒體斜坡表面形態(tài)的三維重建。通過對(duì)比不同時(shí)期的三維重建模型，可精確計(jì)算出斜坡表面的變形和位移情況。在中巴公路某散粒體斜坡監(jiān)測(cè)中，每隔一個(gè)月利用地面攝影測(cè)量技術(shù)對(duì)斜坡進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在一次監(jiān)測(cè)中，通過對(duì)前后兩期三維重建模型的對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)斜坡中部的一塊區(qū)域出現(xiàn)了明顯的變形，表面位移達(dá)到了15cm。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域的變形是由于近期的融雪水沖刷導(dǎo)致散粒體松動(dòng)引起的。地面攝影測(cè)量監(jiān)測(cè)能夠直觀地獲取散粒體斜坡表面的變形信息，對(duì)于監(jiān)測(cè)斜坡表面的裂縫擴(kuò)展、局部塌陷等現(xiàn)象具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，該方法操作相對(duì)簡(jiǎn)便，成本較低，可作為散粒體斜坡監(jiān)測(cè)的重要補(bǔ)充手段。大地測(cè)量監(jiān)測(cè)：大地測(cè)量監(jiān)測(cè)是散粒體斜坡監(jiān)測(cè)的傳統(tǒng)方法之一，采用全站儀、水準(zhǔn)儀等測(cè)量?jī)x器，定期對(duì)散粒體斜坡上的觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。全站儀可以測(cè)量觀測(cè)點(diǎn)的水平角、垂直角和距離，通過三角測(cè)量原理計(jì)算出觀測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)。水準(zhǔn)儀則主要用于測(cè)量觀測(cè)點(diǎn)的高程變化。在天山公路某散粒體斜坡監(jiān)測(cè)中，在斜坡上按