三峡库区王家坡滑坡降雨阈值及预警预报研究

论文摘要

降雨型滑坡的预警预报关键是确定诱发滑坡变形或者失稳的降雨阈值,目前关于降雨阈值的研究方向主要有以下两个方面,一是基于数理统计的经验性降雨阈值,二是结合入渗机理分析的滑坡数值模拟或者室内模型试验。两类研究方法均取得了丰硕的研究成果,且在滑坡预警预报研究中发挥着重要的作用。本文以三峡库区王家坡滑坡为研究对象,基于GPS监测数据分析了诱发滑坡累积位移发生阶跃的变形阈值,基于数值分析确定诱发滑坡滑动的失稳阈值,在此基础上,基于滑坡发展演化的阶段,建立并量化滑坡的四级预警预报模型,主要取得了以下结论:1)王家坡滑坡属于典型的降雨型滑坡,当降雨强度较大时,滑坡累积位移曲线发生阶跃,当降雨强度较小时,滑坡累积位移曲线趋于平缓,因此,整体上呈现出台阶状的变形特征。且其变形的开始时间和结束时间均滞后于降雨的起止和结束时间,这段时间即为孔隙水压力的增大和消散过程。2)王家坡滑坡经历了两期运动。首先,由于地壳抬升、河流下切作用,造成滑坡前缘临空面增大,受优势节理面的切割作用,王家坡滑坡发生切层滑坡,并堆积于河流冲洪积层之上;其次,由于近期滑坡前缘开挖、中后部土体加载作用、以及隧道爆破施工等人类的工程活动,加之汛期强降雨的影响,王家坡滑坡再次复活。3)在变形阈值分析方面,首先基于斜率单变点分析滑坡累积位移的类破坏点,并考虑前期降雨对类破坏点的控制作用,通过选取不同的观测时段,分析不同观测时段下各个类破坏点的前期累积降雨量以及降雨量斜率,最后通过加权平均得出斜率阈值。研究结果表明:随观测时段增大,平均累积降雨量斜率先增大后减小,且同一观测时段下,平均累积降雨量斜率与时间间隔呈反相关关系。本文选取n=2,5,10,15四个观测时段,计算时间间隔d=1条件下各个观测时段的斜率阈值,并选取观测时段n=10,d=1进行验证分析,如果降雨量斜率大于斜率阈值,则滑坡很有可能将发生阶跃性位移,结果表明预测效果良好,精度较高。4)在失稳阈值分析方面,假设正态分布的岩土体物理力学参数,建立王家坡滑坡的有限元数值分析模型,分析降雨条件下滑坡的稳定性。考虑到实际降雨工况的复杂性,采用全局平均的概念,针对短期降雨,分析不同降雨强度I下滑坡失稳滑动所需要的时间D,得到滑坡的I-D阈值曲线;针对长期降雨,通过将长期降雨过程分解为前期降雨A+当期降雨I,求取滑坡失稳滑动所需要的时间D。为了确定前期降雨对于当期降雨的有效作用时间,引入一个降雨过程,通过分析一次独立降雨过程中滑坡累积位移回落的时间,确定前期降雨对于当期降雨的有效作用时间T=10 d,最终,根据不同前期降雨量条件下,分析不同日降雨强度下滑坡破坏所需要的时间D,建立了滑坡破坏的A-I-D阈值曲面。5)在预警预报研究方面,根据变形阈值、失稳阈值所建立的三级预警预报的不足,基于降雨条件下滑坡发展演化阶段的划分,通过日平均降雨强度Ⅰ,降雨历时D,建立滑坡的四级预警预报模型:①Ⅰ 级蓝色预警:Ⅰ<16.53（0<D≤2）,Ⅰ<10.69（2<D≤5）,Ⅰ<10.95（5<D≤10）,Ⅰ<5.98（10<D≤15）;②Ⅱ级黄色预警:超出Ⅰ级蓝色预警,但满足:Ⅰ<157.192*D-0.584;③Ⅲ级橙色预警:超出Ⅱ级黄色预警,若为短期降雨:Ⅰ<181.066*D-0.703,若为长期降雨:I*D<500（D≤10）;④Ⅳ级红色预警:超出III级橙色预警,若为短期降雨:Ⅰ>181.066*D-0.703,若为长期降雨:I*D>500（D≤10）。本文以降雨型滑坡为例,着重分析研究诱发滑坡累积位移阶跃的变形降雨阈值,简称变形阈值,以及诱发滑坡失稳滑动的降雨阈值,简称失稳阈值,并根据滑坡发展演化状态的划分,建立了滑坡的四级预警预报模型,其创新之处在于统一并量化了滑坡的预警预报指标,基于此指标可对滑坡位移阶跃、失稳滑动进行超前地质预报,对降雨型滑坡的预警预报具有一定的工程意义。

论文目录

• 内容摘要
• abstract
• 引言
• 1 绪论
•   1.1 研究目的与意义
•   1.2 研究现状
•   1.3 研究内容、技术路线、创新点
• 2 工程地质概况
•   2.1 区域概况
•   2.2 滑坡概况
• 3 变形特征及成因机理研究
•   3.1 地表宏观变形
•   3.2 专业监测分析
•   3.3 成因机理
• 4 基于斜率阈值法的滑坡变形阈值研究
•   4.1 斜率阈值法的基本原理
•   4.2 案例分析
• 5 基于数值分析的滑坡失稳阈值研究
•   5.1 饱和-非饱和渗流模型
•   5.2 可靠度分析的基本原理
•   5.3 计算模型及计算参数
•   5.4 失稳阈值分析
• 6 基于状态划分的滑坡分级预警预报研究
•   6.1 预警预报的基本思路
•   6.2 预警预报系统的构成
•   6.3 分级预警预报模型研究
• 7 结论与展望
•   7.1 结论及认识
•   7.2 展望
• 参考文献
• 后记
• 附录 :攻读硕士学位期间发表的部分学术论著

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 雷德鑫

导师: 易武,黄海峰

关键词: 降雨型滑坡,变形阈值,失稳阈值,四级预警预报

来源: 三峡大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,地质学,工业通用技术及设备

单位: 三峡大学

分类号: P642.22

DOI: 10.27270/d.cnki.gsxau.2019.000066

总页数: 86

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