CN103558360A - 一种降雨型滑坡临界失稳启动降雨量的测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种运用监测方式确定降雨型滑坡临界失稳启动降雨量的测定方法，具体涉及基于降雨量和位移实时监测数据综合分析和确定降雨诱发滑坡临界失稳启动降雨量的一种测定方法。本发明的方法将滑坡降雨量的变化作为滑坡的加卸载动力参数，将滑坡位移或位移速率变化作为滑体对于外动力变化的响应参数，以滑坡的加卸载动力参数和位移响应参数为依据，确定滑坡的降雨加卸载位移响应比耦合预测参数和模型；以滑坡的降雨加卸载位移响应比耦合动力参数为判据，确定边坡出现不稳定状态时对应的临界降雨量。滑坡的监测预警降雨量即为其临界失稳启动降雨量，该滑坡临界启动降雨量的确定可为降雨诱发滑坡监测预警与防治提供有效的监测预警与防治依据。

Description

一种降雨型滑坡临界失稳启动降雨量的测定方法

技术领域

本发明涉及一种运用监测方式确定降雨型滑坡临界失稳启动降雨量的测定方法，具体涉及基于降雨量和位移实时监测数据综合分析和确定降雨诱发滑坡临界失稳启动降雨量的一种测定方法。

背景技术

滑坡作为最具破坏与危险性的地质灾害之一，对其进行及时有效地评价与防治是其减灾防灾的关键。其中，选择和确定切实可行和有效地防治方案与措施又是滑坡治理过程中面临的首要任务。在滑坡灾害中降雨诱发滑坡占有较大的比例，而且具有很强的突发性和巨大的破坏性，因此，如何对该类滑坡进行科学有效地防治具有极为重要的减灾防灾意义与价值。大量的工程实践证明，降雨诱发滑坡的临界失稳启动降雨量是该类滑坡监测预警和防治的最为关键预警和防治指标与参数。

目前确定降雨型滑坡的临界启动降雨量一般采用极限平衡法和经验类比法。极限平衡评价法主要将降雨入渗改变地下水位值，由其所形成的动静水压力与强度参数的弱化效应转化为坡体的下滑力和抗滑力的变化，进而运用极限平衡法的基本原理确定滑坡的稳定系数。根据稳定系数与地下水的对应关系，确定《建筑边坡工程技术规范》中滑坡的安全系数Fs所对应的临界启动地下水位，最后依据边坡坡度和降雨入渗条件以及降雨量与地下水位的关系推出其临界启动降雨量。但该类方法存在以下不足和局限：首先该方法需要对滑坡坡体进行取样，获得坡体的物理力学参数，并需测定其地下水位，建立地质模型进行计算。由于滑坡地下水位与降雨量的关系极为复杂多变，要准确确定上述二者定量关系极为困难。此外，滑坡取样是一个非常复杂过程，特别对堆积层滑坡进行水下取样更难，容易形成塌孔，而且土石混杂的堆积层滑坡物质很难进行室内测试，极易产生测试误差。因此，运用上述方法确定滑坡失稳临界启动降雨量存在很大的不确定性。

经验类比法是运用其他类似降雨诱发滑坡测定的临界降雨量，并以此为依据并运用经验类比法确定待评价和防治滑坡的失稳临界启动降雨量，如Capparelli G.等(2012)在《Nat Hazards》发表“Modelling the rainfall-inducedmobilization of a large slope movement in northern Calabria”研究成果。该成果以边坡位移与前期降雨之间的关系为基础，并通过校准经验模型建立了滑坡降雨预报模型，以此获得诱发滑坡的降雨量临界值。但由于该类方法确定依据是通过经验类比，往往需要通过多个滑坡工程不同降雨条件统计对比分析才能估算适合待评价滑坡的失稳临界降雨量值，而且该失稳临界降雨量值受不同滑坡地质条件的影响和控制，因此，该类方法存在较大的盲目性、随机性和不确定性。

另外，确定临界启动降雨量还有数值模拟方法。该方法是运用有限元或有限差分方法模拟确定降雨诱发型滑坡的安全系数及其所对应的临界降雨量。此类方法确定临界启动降雨量是建立在确定合理的本构关系和准确的土层物理力学参数明确已知的条件下，但是由于取样和试验条件的限制很难获取准确的岩土体物理力学参数，难以真实反映滑坡坡体实际情况，其结果容易受到上述因素及有限元软件“黑箱子”和人为因素影响而产生较大误差，并且还存在计算过程繁琐、计算量大和计算时间长等局限性问题。因此，寻求一种突破现有传统技术的新方法，即寻求一种具有明确判据且仅运用对滑坡变形和降雨量监测便可检测和确定滑坡临界启动降雨量的新方法，将在该类滑坡灾害的监测预警与减灾防治工程的优化设计中具有重要的应用价值。

发明内容

本发明目的是为了克服上述现有传统方法确定降雨诱发滑坡临界启动降雨量的不足与缺陷，提供一种利用降雨量和位移监测确定降雨诱发滑坡的临界启动降雨量的便捷快速测定方法。具体发明思路是将滑坡降雨量的变化作为滑坡的加卸载动力参数，将滑坡位移或位移速率变化作为滑体对于外动力变化的响应参数，以滑坡的加卸载动力参数和位移响应参数为依据，确定滑坡的降雨加卸载位移响应比耦合预测参数和模型；以滑坡的降雨加卸载位移响应比耦合动力参数为判据，确定边坡出现不稳定状态时对应的临界降雨量。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种降雨型滑坡临界失稳启动降雨量的测定方法，主要包括以下步骤：

第一步：滑坡位移监测点与基准点选取

对待测定滑坡，分析滑坡主滑区及后缘拉张裂缝、剪出口等关键位置，确定滑坡体尺寸与分布范围等特征，选取滑坡的位移监测点与基准点；

第二步：监测设备的布置与安装

监测设备包括降雨量监测设备和位移监测设备，其中降雨量监测设备在边坡监测点处布设；位移监测设备在坡体监测点布设；

第三步：降雨量及位移的实时监测与监测数据处理

根据滑坡的降雨与位移的变化规律，确定其监测时间间隔与监测方式，以一定时间间隔同步同周期对滑坡区的降雨量及位移速率进行监测，并通过边坡场地数据信号收集器将监测数据传输到远程监测室对监测数据进行分类预处理，并详细录入Excel表格；

第四步：单位统计分析周期与均值降雨量（Q₀）及均值位移速率（V₀）的确定：根据滑坡降雨变化和监测时间间隔，确定单位统计分析与评价周期；根据单位监测时间间隔，可确定m个单位监测时间(或天或小时等)作为一个单位统计分析与评价周期，并以此可确定年或月的单位统计分析与评价周期数。在单位统计分析与评价周期内降雨量序列为Q_i(i=1,2……n)，位移速率序列为V_i(i=1,2……n)，则两序列的均值降雨量（Q₀）及均值位移速率（V₀）为：

$Q_0=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_i$   （i=1,2，……，n）  公式1

$V_0=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{V}_i$   （i=1,2，……，n）  公式2

第五步：降雨量加卸载参数与加卸载量的确定

计算单位统计分析与评价周期的降雨量序列Q_i与均值降雨量Q₀之加卸载差值序列，即

ΔQ_i＝Q_i-Q₀  （i=1,2，……，n）  公式3

若差值序列ΔQ_i＞0，则判定为对滑坡的加载Q₊；相反，差值序列ΔQ_i＜0，则判定为对滑坡的卸载Q_-；

第六步：位移速率响应参数与位移响应量的确定

计算单位统计分析与评价周期的滑坡位移速率序列V_i与均值位移速率（V₀）之加卸载响应差值序列，即

ΔV_i＝V_i-V₀  （i=1,2，……，n）  公式4

如响应差值序列ΔV_i＞0，则判定为滑坡的加载位移响应参数V₊；相反，如响应差值序列ΔV_i＜0，则判定为滑坡的卸载位移响应参数V_-；

第七步：滑坡位移速率与降雨加卸载响应比参数与数值的确定

在单位统计分析与评价周期内分别对ΔQ_i序列进行加卸载正负值统计并取其均值，可分别得到降雨的加卸载统计量均值

和

分别对滑坡位移速率响应差值序列进行加卸载响应正负值统计并取均值，可分别得到位移速率响应统计量均值

和

以加卸载统计量和加卸载响应统计量为依据，可确定边坡降雨与位移速率的加卸载响应比参数：

$\mathrm{LURR}=\frac{X_{+}}{X_{-}}=\left(\frac{{\mathrm{\ΔR}}_{+}}{{\mathrm{\ΔP}}_{+}}\right)/\left(\frac{{\mathrm{\ΔR}}_{-}}{{\mathrm{\ΔP}}_{-}}\right)=\left(\frac{\stackrel{\‾}{{\mathrm{\σ}}_{V+}}}{\stackrel{\‾}{{\mathrm{\σ}}_{Q+}}}\right)/\left(\frac{\stackrel{\‾}{{\mathrm{\σ}}_{V-}}}{\stackrel{\‾}{{\mathrm{\σ}}_{Q-}}}\right)$      公式5

其中，和

为加载降雨量均值和卸载降雨量均值；

和

分别为加载位移速率均值和卸载位移速率均值；

根据计算所得加卸载响应比、时间序列绘制滑坡降雨与位移的加卸载响应比—时间曲线；

第八步：滑坡失稳的临界启动降雨量判据的确定

根据弹塑性力学基本原理，确定加卸载响应比时间序列临界启动降雨量判据：

1）为分析和检测监测点的加卸载响应比在监测时间内是否出现突变或发生趋势性增大变化，先统计和确定某一监测点加卸载响应比的平均值和序列均方差：

$\stackrel{\‾}{\mathrm{LURR}}=\frac{1}{k}\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{LURR}}_i$      公式6

$\mathrm{\σ}=\sqrt{\frac{1}{k-1}\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{({\mathrm{LURR}}_i-\stackrel{\‾}{\mathrm{LURR}})}^2}$      公式7

2）将边坡稳定性演化过程划分为以下四个阶段：如则判定边坡处于稳定阶段；

则判定边坡处于不稳定阶段，其中，如

则评价边坡处于不稳定阶段初期；若则评价边坡处于整体滑移阶段；

因此，可以将滑坡加卸载响应比时间序列均值与一倍均方差之和作为滑坡临界启动降雨量的判据，即

$\left[\mathrm{LURR}\right]=\stackrel{\‾}{\mathrm{LURR}}+\mathrm{\σ}$      公式8

其中[LURR]为滑坡失稳临界启动降雨量的判据，

σ分别为加卸载响应比的平均值和序列均方差；

第九步：滑坡失稳的临界启动降雨量的确定

根据滑坡降雨与位移实时监测的加卸载响应比及其均方差异常判据，确定滑坡临界启动降雨量：

1）如果滑坡降雨与位移实时监测的加卸载响应比小于或等于其序列均值与一倍均方差之和，则表明此时边坡降雨量为正常稳定降雨量，在该降雨作用下边坡处于稳定状态；

2)如果滑坡降雨与位移实时监测的加卸载响应比大于其序列均值与一倍均方差之和，表明此时边坡降雨量超过正常稳定降雨量，边坡处于不稳定状态；则表明

对应的降雨量则为边坡致滑失稳的临界启动降雨量。

第一步所述位移监测点选在边坡的主滑面的坡体、张拉裂缝或剪出口部位，并设定若干个位移监测点。

第一步所述位移监测基准点选在监测滑坡体以外稳定的基岩或无变形的区域，形成控制网，保证自我校核和控制边坡监测点全面监测。

滑坡的监测预警降雨量即为其临界失稳启动降雨量，该滑坡临界启动降雨量的确定可为降雨诱发滑坡监测预警与防治提供了有效的监测预警与防治依据。

本发明依据弹塑性力学基本原理，将滑坡降雨加卸载动力作用与滑坡位移动力响应进行了有机耦合与评价，以此建立了滑坡失稳的临界启动降雨量判据，并以此为依据确定了降雨型滑坡失稳的临界启动降雨量，开辟了一种运用降雨与位移实时监测测定降雨型滑坡失稳的临界启动降雨量的新方法。

本发明降雨型滑坡临界失稳启动降雨量的测定方法的基本原理与依据如下：

根据弹塑性力学基本原理，弹塑性材料的应力与应变遵循以下规律：弹性变形阶段——在直线OA₁段的弹性变形阶段，其加载卸载后变形能完全恢复，即变形可逆，应力－应变具有一一对应的关系；塑性变形阶段——卸载后变形能部分恢复，部分残留下来，即曲线A₁C₁D₁为塑性变形阶段，特点是变形不可完全恢复，应力－应变关系非线性且不再一一对应，与加载历史有关。由弹塑性材料应力——应变曲线知，在OA₁弹性阶段，加载响应量与卸载响应量随应力的变化是相同的；进入A₁C₁D₁塑性变形阶段后，在A₁C₁段，加载时应力增加σ₂-σ₁，应变变化量为ε₃-ε₁；卸载时应力减小σ₂-σ₁，应变量变化为ε₃-ε₂，显然加载阶段对应的应变响应量大。上述材料的应力与应变规律表明，随着材料塑性不稳定性变形的增大，其加载卸载阶段相应应变响应量的差值也在增大。

由图2弹塑性材料应力－应变曲线可知，在OA₁弹性阶段，加载和卸载阶段遵循相同的变形规律，材料进入塑性状态A1点后，在加载和卸载阶段将遵循不同的变形规律。在弹性变形阶段，材料遵守线弹性胡克定律，其变形模量与初始模量相同；在塑性变形阶段，,材料产生非线性弹塑性变形，不再遵守线弹性胡克定律，其变形模量将随着材料塑性不稳定性变形的增大而降低，但加载卸载相对应的应变响应量的差值在增大。

根据上述材料的基本变形规律，可以将非线性***失稳前***对加载响应率与卸载响应率之比，即加卸载响应比LURR，作为非线性***稳定性评价的定量参数，即 $\mathrm{LURR}=\frac{X_{+}}{X_{-}}=\left(\frac{{\mathrm{\ΔR}}_{+}}{{\mathrm{\ΔP}}_{+}}\right)/\left(\frac{{\mathrm{\ΔR}}_{-}}{{\mathrm{\ΔP}}_{-}}\right)=\left(\frac{\stackrel{\‾}{{\mathrm{\σ}}_{V+}}}{\stackrel{\‾}{{\mathrm{\σ}}_{Q+}}}\right)/\left(\frac{\stackrel{\‾}{{\mathrm{\σ}}_{V-}}}{\stackrel{\‾}{{\mathrm{\σ}}_{Q-}}}\right),$ 其中，ΔR₊和ΔR_-分别为加载响应增量和卸载响应增量；ΔP₊和ΔP_-分别为加载增量和卸载增量；

为响应率。令X₊与X_-分别代表加载与卸载的响应率，当荷载很小时，***处于稳定状态，这时P与R之间为线性或近似线性关系，在此阶段，加载时的响应率X₊与卸载时的响应率X_-基本相等；如果荷载不断增大，逐渐接近临界值P_cr即***趋于不稳定时，其响应率随荷载增大而不断增大；当***失稳时，X₊→∞。这说明，在接近失稳时，哪怕极其微小的加载都会导致***巨大的响应。因此，对一个非线性***进行加载，即使荷载增量保持不变，由于***的稳定性状态不同，其响应率也不一样，位移响应越大，***越不稳定，因此，对于弹性***，X₊=X_-=C，所以LURR=1；但对于非线性***，LURR值则与***稳定状态有关。当***处于稳定状态时，LURR=1；当***偏离稳态时，LURR>1；当***失稳时，LURR→∞。因此，LURR值可以定量的刻化非线性***偏离稳态(或逼近失稳)的程度，也可以作为非线性***失稳预报的判据。

根据上述弹塑性力学基本原理，当滑坡处于弹性变形稳定状态时，其加载位移响应量与卸载位移响应量相等；当滑坡进入塑性变形不稳定阶段时，其加载位移响应量将大于卸载位移响应量，且加载位移响应量与卸载位移响应量的差值随着边坡稳定性的降低而逐渐增大；当滑坡处于整体失稳破坏时，其位移加载位移响应将趋于无穷大，而卸载位移响应不变，即当LURR＝1时，则表明边坡处于稳定状态；当LURR＞1时，则表明边坡***偏离稳态，处于不稳定状态；当LURR出现突变并趋于无穷大，表明滑坡即将整体失稳。因此，依据上述基本原理，可以把降雨量和降雨增量作为对滑坡进行加卸载的手段；按照月降雨量与年均降雨量的差值或月降雨增量正负作为加卸载的判别标准，并以此划分降雨对于滑坡作用的加卸载区间；而把加卸载时的边坡位移速率或位移加速度选作坡体对外部荷载变化的加卸载响应，以此确定降雨型滑坡降雨量与位移的加卸载响应比和失稳启动临界降雨量。

附图说明

图1本发明方法的步骤流程示意图；

图2弹塑性材料应力—应变曲线；

图3滑坡监测点布置示意图，其中01为滑坡体，02为位移速率监测点，03为滑坡体剪切张拉裂缝；P为位移监测基准点；

图4为实施例中某滑坡及其监测点示意图,其中04为滑移面，05为主滑面的坡体，06为基岩，07为降雨，08为张拉裂缝部位，09为剪出口部位；

图5为实施例中某滑坡E3点加卸载响应比曲线，其中A、B点为监测点E3处的加卸载响应比曲线与灾变判据线的交点；

图6为实施例中某滑坡E4点加卸载响应比曲线，其中C点为监测点E4处的加卸载响应比曲线与灾变判据线的交点；

图7为实施例中某滑坡E3点处84年12月份、85年前6个月份的加卸载响应比曲线与异常判据线，B点为监测点E3点处的加卸载响应比曲线与异常判据线的交点；

图8为实施例中某滑坡E4点处84年12月份、85年前6个月份的加卸载响应比曲线与异常判据线，C点为监测点E4点处的加卸载响应比曲线与异常判据线的交点。

具体实施方式

为了更好地阐述本发明，下面结合附图，以某降雨诱发滑坡为例对本发明的降雨型滑坡临界失稳启动降雨量的测定方法进行详细说明。该滑坡为长江沿岸堆积层滑坡，该滑坡于1985年6月发生失稳破坏。本实施例滑坡的监测时间为1978年1月至1985年6月。以该滑坡为例，本发明的方法步骤流程如图1所示，具体实施步骤如下：

第一步：滑坡位移监测点与基准点选取

选取所监测滑坡的主滑区对应坡面布置监测点，按照滑坡主滑区西侧前缘及坡脚的主滑面设置两个监测点E3、E4，在检测滑坡体意外无变形的区域布置位移监测基准点P，见图3、图4。

第二步：监测设备的布置与安装

在E3、E4两点分别布置市售的NOMAD便携式气象站及无线位移监测***来分别监测降雨量及边坡位移速率。保证埋设的监测设备与滑坡体表层紧密结合，设备之间相互独立，互不干涉，每个监测点位移变化值得到有效监测。

第三步：降雨量及位移的实时监测与监测数据处理

以月为时间间隔同步同周期通过滑坡场地数据信号收集器收集滑坡的位移速率和降雨量监测数据，并传输到远程监测室，在监测室每隔一月用Excel处理软件进行监测数据的预处理，得到降雨量（见表1）和滑坡位移速率值（见表2～3）。

表1滑坡区月降雨数据（单位为mm）

表2某滑坡E3点月位移速率（单位为mm）

表3某滑坡E4点月位移速率（单位为mm）

第四步：单位统计分析周期与均值降雨量（Q₀）及均值位移速率（V₀）的确定：

根据单位监测时间间隔，确定一个月作为一个单位统计分析与评价周期，则边坡降雨序列和位移速率序列对应监测时间段内每年的均值降雨量（Q₀）及位移速率均值（V₀）可见表4～6。

表4监测时间段内每年的均值降雨量Q₀

表5某滑坡E3点监测时间段内每年的均值位移速率V₀

表6某滑坡E4点监测时间段内每年的均值位移速率V₀

第五步：降雨量加卸载参数与加卸载量的确定

利用公式ΔQ_i＝Q_i-Q₀计算降雨每年监测时间段内的加卸载差值序列，见表7。

第六步：位移速率响应参数与位移响应量的确定

利用公式ΔV_i＝V_i-V₀计算每年各监测时间段内的位移响应差值序列，见表8～9。

表7降雨每年监测时间段内的加卸载差值序列

注：差值序列ΔQ_i＞0，定义为对边坡加载Q₊；相反，差值序列ΔQ_i＜0，定义为对边坡卸载Q_-；

表8E3点每年监测时间段内的加卸载位移响应差值序列ΔV_i

表9E4点每年监测时间段内的加卸载位移响应差值序列ΔV_i

注：响应差值序列ΔV_i＞0，定义为边坡加载响应V₊；相反，响应差值序列ΔV_i＜0，定义为边坡卸载响应V_-。

第七步：滑坡位移速率与降雨加卸载响应比参数与数值的确定

利用第五～六步中表格7～9可分别得到降雨量的加卸载统计量均值

和

和位移速率响应统计量均值

和见表10。

表10降雨和位移速率响应的加卸载统计量均值统计表

注：加卸载参数单位：mm；位移响应参数单位：mm/年。

将表10中滑坡E4、E3点

序列分别代入公式：

$\mathrm{LURR}=\frac{X_{+}}{X_{-}}=\left(\frac{{\mathrm{\ΔR}}_{+}}{{\mathrm{\ΔP}}_{+}}\right)/\left(\frac{{\mathrm{\ΔR}}_{-}}{{\mathrm{\ΔP}}_{-}}\right)=\left(\frac{\stackrel{\‾}{{\mathrm{\σ}}_{V+}}}{\stackrel{\‾}{{\mathrm{\σ}}_{Q+}}}\right)/\left(\frac{\stackrel{\‾}{{\mathrm{\σ}}_{V-}}}{\stackrel{\‾}{{\mathrm{\σ}}_{Q-}}}\right)$      （公式5）

得到滑坡E3、E4点的加卸载响应比时间序列，见表11～12。

表11某滑坡E3点加卸载响应比―时间序列

表12某滑坡E4点的加卸载响应比——时间序列

根据计算所得加卸载响应比—时间序列绘制滑坡降雨与位移的加卸载响应比—时间曲线，见图5、图6。

第八步：滑坡失稳的临界启动降雨量判据的确定

根据弹塑性力学基本原理，当滑坡处于弹性变形稳定状态时，其加载位移响应量与卸载位移响应量相等；当滑坡进入塑性变形不稳定阶段时，其加载位移响应量将大于卸载位移响应量，且加载位移响应量与卸载位移响应量的差值随着边坡稳定性的降低而逐渐增大；当滑坡处于整体失稳破坏时，其位移加载位移响应将趋于无穷大，而卸载位移响应不变。因此，依据上述基本原理，当LURR＝1时，则表明边坡处于稳定状态；当LURR＞1时，则表明边坡***偏离稳态，处于不稳定状态；当LURR出现突变并趋于无穷大，表明滑坡即将整体失稳。因此，可根据上述边坡稳定性判据，确定降雨诱发滑坡的失稳启动临界降雨量。其加卸载响应比时间序列临界启动降雨量判据的确定步骤如下：

1）为分析和检测监测点的加卸载响应比在监测时间内是否出现突变或发生趋势性增大变化，先统计和确定某一监测点加卸载响应比的平均值和序列均方差：

$\stackrel{\‾}{\mathrm{LURR}}=\frac{1}{k}\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{LURR}}_i$      （公式6）

$\mathrm{\σ}=\sqrt{\frac{1}{k-1}\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{({\mathrm{LURR}}_i-\stackrel{\‾}{\mathrm{LURR}})}^2}$      （公式7）

2）根据数理统计原理，将滑坡加卸载响应比时间序列均值与2倍均方差之和作为滑坡失稳临界启动降雨量的判据，即

$\left[\mathrm{LURR}\right]=\stackrel{\‾}{\mathrm{LURR}}+\mathrm{\σ}$      （公式8）

计算结果见表13。绘制异常判据曲线，见图7、图8。

表13E3、E4两点加卸载响应比时序序列平均值及响应比均方差

第九步：滑坡失稳的临界启动降雨量的确定

根据滑坡降雨与位移实时监测的加卸载响应比及其均方差异常判据，确定滑坡临界启动降雨量：

1）如果滑坡降雨与位移实时监测的加卸载响应比小于或等于其序列均值与一倍均方差之和，则表明此时边坡降雨量为正常稳定降雨量，在该降雨作用下边坡处于稳定状态；

2)如果滑坡降雨与位移实时监测的加卸载响应比大于其序列均值与一倍均方差之和，表明此时边坡降雨量超过正常稳定降雨量，边坡处于不稳定状态；则表明此时降雨量为边坡致滑失稳的临界启动降雨量。

降雨量的监测值由图7、8可知，A、B点为监测点E3处的加卸载响应比曲线与加卸载响应比异常判据线的交点；C点为监测点E4处的加卸载响应比曲线与加卸载响应比异常判据线的交点。除A、B、C点相应时间之外的LURR均以1为基准点上下波动，边坡处于稳定阶段；A、B、C点相应时间的LURR均满足

边坡失稳，由于A点到C点之间边坡为稳定状态，可判断B、C点相应时间之后边坡处于失稳阶段,这与实际边坡失稳时间相吻合，因此，可用B、C点相应的平均降雨量作为滑坡不稳定的启动降雨量。根据加卸载响应比均方差异常判据，可确定85年3、4月份的平均降雨量，即16.6mm和79.1mm的平均值47.85mm为该滑坡的临界启动降雨量。

Claims (3)

1.一种降雨型滑坡临界失稳启动降雨量的测定方法，包括以下步骤：第一步：滑坡位移监测点与基准点选取

对待测定滑坡，分析滑坡主滑区及后缘拉张裂缝、剪出口等关键位置，确定滑坡体尺寸与分布范围等特征，选取滑坡的位移监测点与基准点；

第二步：监测设备的布置与安装

监测设备包括降雨量监测设备和位移监测设备，其中降雨量监测设备在边坡监测点处布设；位移监测设备在坡体监测点布设；

第三步：降雨量及位移的实时监测与监测数据处理

根据滑坡的降雨与位移的变化规律，确定其监测时间间隔与监测方式，以一定时间间隔同步同周期对滑坡区的降雨量及位移速率进行监测，并通过边坡场地数据信号收集器将监测数据传输到远程监测室对监测数据进行分类预处理，并详细录入Excel表格；

第四步：单位统计分析周期与均值降雨量（Q₀）及均值位移速率（V₀）的确定：根据滑坡降雨变化和监测时间间隔，确定单位统计分析与评价周期；根据单位监测时间间隔，可确定m个单位监测时间作为一个单位统计分析与评价周期，并以此可确定年或月的单位统计分析与评价周期数。在单位统计分析与评价周期内降雨量序列为Q_i(i=1,2……n)，位移速率序列为V_i(i=1,2……n)，则两序列的均值降雨量（Q₀）及均值位移速率（V₀）为：

$Q_0=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_i$   （i=1,2，……，n）  公式1

$V_0=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{V}_i$   （i=1,2，……，n）  公式2

第五步：降雨量加卸载参数与加卸载量的确定

计算单位统计分析与评价周期的降雨量序列Q_i与均值降雨量Q₀之加卸载差值序列，即

ΔQ_i＝Q_i-Q₀  （i=1,2，……，n）  公式3

若差值序列ΔQ_i＞0，则判定为对滑坡的加载Q₊；相反，差值序列ΔQ_i＜0，则判定为对滑坡的卸载Q_-；

第六步：位移速率响应参数与位移响应量的确定

计算单位统计分析与评价周期的滑坡位移速率序列V_i与均值位移速率（V₀）之加卸载响应差值序列，即

ΔV_i＝V_i-V₀  （i=1,2，……，n）  公式4

如响应差值序列ΔV_i＞0，则判定为滑坡的加载位移响应参数V₊；相反，如响应差值序列ΔV_i＜0，则判定为滑坡的卸载位移响应参数V_-；

第七步：滑坡位移速率与降雨加卸载响应比参数与数值的确定

在单位统计分析与评价周期内分别对ΔQ_i序列进行加卸载正负值统计并取其均值，可分别得到降雨的加卸载统计量均值

和

分别对滑坡位移速率响应差值序列进行加卸载响应正负值统计并取均值，可分别得到位移速率响应统计量均值和

以加卸载统计量和加卸载响应统计量为依据，可确定边坡降雨与位移速率的加卸载响应比参数：

$\mathrm{LURR}=\frac{X_{+}}{X_{-}}=\left(\frac{{\mathrm{\ΔR}}_{+}}{{\mathrm{\ΔP}}_{+}}\right)/\left(\frac{{\mathrm{\ΔR}}_{-}}{{\mathrm{\ΔP}}_{-}}\right)=\left(\frac{\stackrel{\‾}{{\mathrm{\σ}}_{V+}}}{\stackrel{\‾}{{\mathrm{\σ}}_{Q+}}}\right)/\left(\frac{\stackrel{\‾}{{\mathrm{\σ}}_{V-}}}{\stackrel{\‾}{{\mathrm{\σ}}_{Q-}}}\right)$      公式5

其中，

和

为加载降雨量均值和卸载降雨量均值；

和

分别为加载位移速率均值和卸载位移速率均值；

根据计算所得加卸载响应比、时间序列绘制滑坡降雨与位移的加卸载响应比—时间曲线；

第八步：滑坡失稳的临界启动降雨量判据的确定

根据弹塑性力学基本原理，确定加卸载响应比时间序列临界启动降雨量判据：

1）为分析和检测监测点的加卸载响应比在监测时间内是否出现突变或发生趋势性增大变化，先统计和确定某一监测点加卸载响应比的平均值和序列均方差：

$\stackrel{\‾}{\mathrm{LURR}}=\frac{1}{k}\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{LURR}}_i$      公式6

$\mathrm{\σ}=\sqrt{\frac{1}{k-1}\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{({\mathrm{LURR}}_i-\stackrel{\‾}{\mathrm{LURR}})}^2}$      公式7

2）将边坡稳定性演化过程划分为以下四个阶段：如

则判定边坡处于稳定阶段；则判定边坡处于不稳定阶段，其中，如

则评价边坡处于不稳定阶段初期；若则评价边坡处于整体滑移阶段；

因此，可以将滑坡加卸载响应比时间序列均值与一倍均方差之和作为滑坡临界启动降雨量的判据，即

$\left[\mathrm{LURR}\right]=\stackrel{\‾}{\mathrm{LURR}}+\mathrm{\σ}$      公式8

其中[LURR]为滑坡失稳临界启动降雨量的判据，

σ分别为加卸载响应比的平均值和序列均方差；

第九步：滑坡失稳的临界启动降雨量的确定

根据滑坡降雨与位移实时监测的加卸载响应比及其均方差异常判据，确定滑坡临界启动降雨量：

1）如果滑坡降雨与位移实时监测的加卸载响应比小于或等于其序列均值与一倍均方差之和，则表明此时边坡降雨量为正常稳定降雨量，在该降雨作用下边坡处于稳定状态；

2)如果滑坡降雨与位移实时监测的加卸载响应比大于其序列均值与一倍均方差之和，表明此时边坡降雨量超过正常稳定降雨量，边坡处于不稳定状态；则表明

对应的降雨量则为边坡致滑失稳的临界启动降雨量。

2.根据权利要求1所述的降雨型滑坡临界失稳启动降雨量的测定方法，其特征在于：第一步所述位移监测点选在边坡的主滑面的坡体、张拉裂缝或剪出口部位，并设定若干个位移监测点。

3.根据权利要求1所述的降雨型滑坡临界失稳启动降雨量的测定方法，其特征在于：第一步所述位移监测基准点选在监测滑坡体以外稳定的基岩或无变形的区域，形成控制网，保证自我校核和控制边坡监测点全面监测。

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