【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及自然災害監(jiān)測，具體為一種含水率監(jiān)測輔以雨量和地表位移互驗的滑坡監(jiān)測預警法。
技術介紹
1、滑坡是國內外最主要的地質災害之一，全球每年因滑坡災害造成巨大的經濟損失和人員傷亡。降雨普遍被認為是誘發(fā)滑坡災害的主要因素，甚至有研究統(tǒng)計表明90％的滑坡與降雨直接或間接相關，然而，當前降雨滑坡預警誤報率高，成功率低，也正因如此，每到汛期則滑坡災害多發(fā)。降雨滑坡是由于雨水下滲和地下水位上升，導致地下巖土體的含水率上升，引起巖土體軟化，當軟化至一定程度則發(fā)生滑坡。在此過程中，巖土體中的水分起到了關鍵性作用。
2、申請?zhí)?01910362587.3的專利公開了一種滑坡含水率增載響應比預測參數與方法，取坡體剖面不能代表完整坡體；對坡體進行條分，存在條分法普通存在的將坡體巖土體視為剛性體和假設滑動面的缺陷；其在每個土條表層布置一個含水率傳感器，在高度最高和最低的土條，也即是在其認為的滑坡范圍的兩端的土條的中部和底部分別布置一個“水份計”，布置的數量相對較多而不夠經濟。
3、申請?zhí)?01921901873.4的專利公開了基于變形量及含水率的高位遠程滑坡預警裝置，申請?zhí)?01911076957.3的專利公開了基于變形量及含水率的高位遠程滑坡預警裝置及方法，主要對該裝置的功能結構及組裝方法進行了介紹，未涉及安裝位置的要求，然而安裝位置對監(jiān)測預警至關重要。
4、申請?zhí)?02120694611.6的專利公開了一種測量深厚滑坡體暫態(tài)飽和區(qū)內土體含水率的裝置，用于測量深厚滑坡體暫態(tài)飽和區(qū)內的土體含水率，而非布設在潛
5、申請?zhí)?02311429947.x的專利公開了一種基于降水及土壤含水率的淺層土質滑坡預警方法，申請?zhí)?02311429950.1的專利公開了一種基于土壤含水率的滑坡降雨分割方法及其應用，適用于淺層土質滑坡，且其含水率由其權利要求書中的式2計算得出，而非實測值，顯然其準確性受到地域差異和土壤類型影響而存在偏差。
6、申請?zhí)?01910519884.4的專利公開了一種三維加載不同含水率滑坡試驗裝置，主要用于室內試驗研究，而非用于野外現場滑坡監(jiān)測預警。
技術實現思路
1、針對現有技術的不足，本專利技術提供了一種含水率監(jiān)測輔以雨量和地表位移互驗的滑坡監(jiān)測預警法，解決了降雨滑坡預警誤報率高、預警不準的問題。
2、為實現以上目的，本專利技術通過以下技術方案予以實現：一種含水率監(jiān)測輔以雨量和地表位移互驗的滑坡監(jiān)測預警法，具體包括以下步驟：
3、s1、使用無人機搭載lidar設備掃描工作區(qū)地表獲取地面點云，剔除植被后獲得真實地表點云；
4、s2、按滑坡勘察規(guī)范布置鉆孔，獲取巖芯和地下巖層結構信息；
5、s3、結合s1和s2中的地表與地下巖層信息進行三維地質建模，并導入至可進行二次開發(fā)的三維數值模擬軟件中；
6、s4、對鉆孔過程中獲取的巖芯測取其在不同含水率下的物理力學參數，建立含水率與物理力學參數的關系模型，通過編程將所述關系模型植入前述三維數值模擬軟件中；
7、s5、在前述三維數值模擬軟件中，根據巖芯測取的物理力學參數和地下水位數據，反演斜坡的初始狀態(tài)；
8、s6、根據在工作區(qū)空曠處布置的雨量計監(jiān)測的雨量數據，或出于預測需要人為假設的雨量數據，輸入至前述三維數值模型的上部邊界，模擬降雨過程，計算穩(wěn)定系數，預測滑坡范圍；
9、s7、在數值模型中的潛在滑面中部布置含水率監(jiān)測點，記錄隨模擬降雨時長變化的含水率數值，與s6中穩(wěn)定系數聯合分析，指導監(jiān)測預警閾值設置；
10、s8、在工作區(qū)現場按照數值模擬中含水率監(jiān)測點的位置打鉆孔至潛在滑面中部，埋設含水率監(jiān)測儀，然后封孔，在地表安裝地表位移計和預警廣播；
11、s9、根據步驟7中的預警閾值設置含水率監(jiān)測儀的預警閾值，并聯動預警廣播自動進行滑坡預警；
12、s10、以含水率預警為主，輔以雨量和地表位移監(jiān)測進行互驗，當含水率監(jiān)測儀達到預警值時，檢查此時雨量和地表位移數據，若無雨量、無明顯位移，可初步判為誤報，進一步觀察確認；若有雨量、無明顯位移，判為正常預警，加強觀察；若無雨量、有明顯位移，判為正常預警，加強觀察；若有雨量、有明顯位移，判為正常預警，密切觀察。
13、優(yōu)選的，所述s2中鉆孔數量宜不少于5個，至少應在工作區(qū)四角和中部布設，累計所取各層巖層的巖芯長度應滿足s4中不同含水率試件的力學參數測試的需要，若不滿足則加密鉆孔，所述s2中鉆孔深度應穿過潛在滑移面進入穩(wěn)定基巖內至少2m。
14、優(yōu)選的，所述s3中所述的三維數值模擬軟件須能進行二次開發(fā)，如flac3d、3dec等數值模擬軟件。
15、優(yōu)選的，所述s4中所述物理力學參數包括但不限于密度、含水率、彈性模量、泊松比、內聚力、內摩擦角、抗拉強度、滲透系數、孔隙率。
16、優(yōu)選的，所述s6中輸入雨量數據的入滲邊界按下式設定：
17、當地表未出現徑流時，此時降雨全部入滲，其邊界流量滿足：
18、
19、式中，為飽和滲透張量；kr(h)為相對滲透系數；h為水頭；xj為坐標；ni為坡面法線向量；p為降雨強度。
20、邊界水頭滿足：
21、h≤0???(2)
22、當地表出現徑流時，降雨不能全部入滲，未入滲部分在地表形成徑流。對于滑坡研究時，坡面通常存在一定坡度，故假設無積水，則邊界水頭應滿足：
23、h＝0???(3)
24、邊界流量應滿足：
25、
26、優(yōu)選的，所述s6中模擬降雨過程涉及巖土體的飽和滲流和非飽和滲流，飽和滲流時滲透系數按下式進行演化：
27、
28、式中，k0為初始滲透率；n0為初始孔隙率；εv為體積應變。
29、非飽和巖土體中存在基質吸力，根據van?genuchten模型，巖土體含水率w與基質吸力ψ之間的函數關系為：
30、
31、式中，w為體積含水率；ws為和體積含水率；wr為余體積含水率；ψ為基質吸力，ψ＝ua-uw，ua為孔隙氣壓力，uw為孔隙水壓力；a、n、m為相關擬合參數，a為土水特征曲線由飽和狀態(tài)進入非飽和狀態(tài)時拐點所對應的基質吸力，一般土體a取值100，為巖體時a可取值10；n為土-水特征曲線拐點處的斜率，意為初始進氣階段含水率的變化率；m為與土體殘余含水率對應的土性參數，m＝1-1/n。
32、結合巖土體含水率與飽和度之間的關系，得到巖土體飽和度與基質吸力的關系式：
33、
34、式中，s為巖土體飽和度；sr為殘余飽和度；其余同前。
35、當殘余飽和度sr＝0時，
36、
37、將van?gennuchten模型代入burdine與mualem提出的統(tǒng)計傳導率模型中可得到非飽和狀態(tài)下基質吸力與相對滲本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種含水率監(jiān)測輔以雨量和地表位移互驗的滑坡監(jiān)測預警法，其特征在于：具體包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種含水率監(jiān)測輔以雨量和地表位移互驗的滑坡監(jiān)測預警法，其特征在于：所述S2中鉆孔數量宜不少于5個，至少應在工作區(qū)四角和中部布設，累計所取各層巖層的巖芯長度應滿足S4中不同含水率試件的力學參數測試的需要，若不滿足則加密鉆孔，所述S2中鉆孔深度應穿過潛在滑移面進入穩(wěn)定基巖內至少2m。
3.根據權利要求1所述的一種含水率監(jiān)測輔以雨量和地表位移互驗的滑坡監(jiān)測預警法，其特征在于：所述S3中所述的三維數值模擬軟件須能進行二次開發(fā)，如FLAC3D、3DEC等數值模擬軟件。
4.根據權利要求1所述的一種含水率監(jiān)測輔以雨量和地表位移互驗的滑坡監(jiān)測預警法，其特征在于：所述S4中所述物理力學參數包括但不限于密度、含水率、彈性模量、泊松比、內聚力、內摩擦角、抗拉強度、滲透系數、孔隙率。
5.根據權利要求1所述的一種含水率監(jiān)測輔以雨量和地表位移互驗的滑坡監(jiān)測預警法，其特征在于：所述S6中輸入雨量數據的入滲邊界按下式設定：
6.根據權利
7.根據權利要求1所述的一種含水率監(jiān)測輔以雨量和地表位移互驗的滑坡監(jiān)測預警法，其特征在于：所述S6中模擬降雨過程中每間隔一定滲流時間用強度折減法(式12、式13)計算斜坡的穩(wěn)定系數。
8.根據權利要求1所述的一種含水率監(jiān)測輔以雨量和地表位移互驗的滑坡監(jiān)測預警法，其特征在于：所述S7中滑坡監(jiān)測預警閾值設置兩組同步預警的預警值，第一組為基于數值模擬結果的絕對值預警，其閾值可考慮為：
9.根據權利要求1所述的一種含水率監(jiān)測輔以雨量和地表位移互驗的滑坡監(jiān)測預警法，其特征在于：所述S8中沿埋設含水率監(jiān)測儀的鉆孔在潛在滑面處(作為核心監(jiān)測點)和潛在滑面以上每層巖層的底部(作為輔助監(jiān)測點)埋設含水率監(jiān)測儀，當某層巖層厚度較大時，可在其內間隔一定深度埋設多個含水率監(jiān)測儀，S8中含水率監(jiān)測儀的款型不限，但須能放入鉆孔內，鉆孔直徑應不超過91mm，耐一定的覆巖壓力、腐蝕性和耐久。
10.根據權利要求1所述的一種含水率監(jiān)測輔以雨量和地表位移互驗的滑坡監(jiān)測預警法，其特征在于：所述S8中封孔材料應選擇與相鄰巖層滲透系數相當的材料，可考慮將鉆孔取出的巖芯放回原位并以滲透系數相當的膠結材料進行膠結，S8中地表位移計可采用GNSS或裂縫計等位移監(jiān)測設備。
...【技術特征摘要】
1.一種含水率監(jiān)測輔以雨量和地表位移互驗的滑坡監(jiān)測預警法，其特征在于：具體包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種含水率監(jiān)測輔以雨量和地表位移互驗的滑坡監(jiān)測預警法，其特征在于：所述s2中鉆孔數量宜不少于5個，至少應在工作區(qū)四角和中部布設，累計所取各層巖層的巖芯長度應滿足s4中不同含水率試件的力學參數測試的需要，若不滿足則加密鉆孔，所述s2中鉆孔深度應穿過潛在滑移面進入穩(wěn)定基巖內至少2m。
3.根據權利要求1所述的一種含水率監(jiān)測輔以雨量和地表位移互驗的滑坡監(jiān)測預警法，其特征在于：所述s3中所述的三維數值模擬軟件須能進行二次開發(fā)，如flac3d、3dec等數值模擬軟件。
4.根據權利要求1所述的一種含水率監(jiān)測輔以雨量和地表位移互驗的滑坡監(jiān)測預警法，其特征在于：所述s4中所述物理力學參數包括但不限于密度、含水率、彈性模量、泊松比、內聚力、內摩擦角、抗拉強度、滲透系數、孔隙率。
5.根據權利要求1所述的一種含水率監(jiān)測輔以雨量和地表位移互驗的滑坡監(jiān)測預警法，其特征在于：所述s6中輸入雨量數據的入滲邊界按下式設定：
6.根據權利要求1所述的一種含水率監(jiān)測輔以雨量和地表位移互驗的滑坡監(jiān)測預警法，其特征在于：所述s6中模擬降雨過程涉及巖土體的飽和滲流和非飽和滲流...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：龔濤，張繼，吳寧安，羅思遠，向明智，趙軍海，何海林，劉桃，王鵬，張先林，馬俊，白鴻起，趙國全，黃璐鵬，張宣，
申請(專利權)人：四川省第一地質大隊，
類型：發(fā)明
國別省市：
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