[发明专利]滑坡灾变过程时空预测的智能方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种滑坡时空预测方法，尤其是一种能对滑坡灾变过程进行时空预测的智能方法。更具体地说是一种岩土力学与现场监测相结合的智能预测方法。

背景技术

我国是滑坡地质灾害多发区，滑坡每年给我国造成巨大的经济损失和重大的人员伤亡。随着社会经济的不断发展，滑坡作为一种地质灾害，其严重的危害性已经给当地居民的生活造成了极大的影响。尽管对滑坡时空预测方法的研究工作已经取得了巨大成就，目前每年仍发生大量的滑坡地质灾害，表明现有的滑坡时空预测方法仍存在缺陷。

目前，滑坡时空预测还没有系统方法，工程实践中常常采用的方法是：首先根据二维极限平衡法判断滑坡稳定不稳定；然后根据短期的地表变形观测，凭经验判断滑坡大致失稳时间，最后决定是否加固。传统的滑坡时空预测方法存在着缺乏理论依据，以及不能预测滑体变形的不足，而且精度无法保证。另外，传统的滑坡时空预测方法是采用二维极限平衡法判别滑坡稳定性，实际上滑坡是一个三维问题，采用二维计算方法明显不能反映滑坡的真实应力状态；再者，传统方法通过对滑坡位移监测数据的简单处理来判断滑坡的失稳时间，这种方法没有考虑滑坡介质的流变特性，因此，物理意义不明确。

总之，传统的滑坡时空预测方法没有反映滑坡岩土体材料的非线性本质，没有反映滑坡的灾变过程，因此有必要发明一种既能反映滑坡岩土体材料非线性本质又能方便工程应用的滑坡时空预测系统方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简单、直观、经济和高效的滑坡灾变过程时空预测的智能方法，该方法能判别滑坡的三维稳定性和滑坡的失稳时间，同时能够模拟滑坡失稳后的变形过程。

该方法通过计算机运行，包括如下步骤：

1)选定待预测的具体滑坡，确定计算参数；

2)建立滑坡智能预测的几何模型；

3)对滑坡三维稳定性的智能预测：对单滑面滑坡或多滑面滑坡的三维安全系数进行计算，判断安全系数是否大于1；当安全系数大于1时，再进入滑坡失稳状态判断；否则，程序结束；

4)滑坡失稳状态的智能预测：采用分叉集方程判断滑坡是否突滑失稳；如果结果是否，则继续采用饱和状态的参数，计算滑坡三维安全系数；如果结果是是，则预测出滑坡失稳时间，再进入滑坡活动强度预测；

5)滑坡活动强度的智能预测：计算滑坡失稳后的变形过程，输出任意时刻的变形图，直至滑坡结束。

具体地说，本发明是采用以下步骤对滑坡的灾变过程进行时空预测的：

1)选定具体待预测的滑坡，确定计算参数；如，确定三维滑动面的产状、孔隙水压力大小以及滑面上岩土材料在天然和饱和状态下的黏聚力c和内摩擦角；对三维滑体进行离散化，根据滑面上剪切力方向与滑动面倾向相反近似确定每个离散块体的滑动方向；根据滑动面贯通率现场测量滑动面剪切段和蠕滑段的长度，确定滑面上材料西原体流变模型参数；

2)建立滑坡智能预测的几何模型：将三维滑体离散为竖直条柱，确定离散条柱的滑动方向，从而确定滑坡时间预测的二维剖面

3)对滑坡三维稳定性的智能预测：

对于单滑面滑坡，由极限平衡法求解二维滑面上正应力分布函数，根据三维滑体3个方向上力的平衡和绕3个坐标轴的力矩平衡得到安全系数F_s；

对于多滑面滑坡，采用极限分析上限法求解安全系数；

4)滑坡失稳时间的智能预测：

由滑坡位移实测数据拟合得到滑坡位移随时间变化多项式为：

u＝u(0)+h₁t+h₂t²+h₃t³+h₄t⁴+h₅t⁵

式中，u(0)为t＝0时刻的初始水平位移，参数h₁，h₂，h₃，h₄，h₅为时间变量t不同次方项前的常系数，可以通过拟合实测数据得到；

将步骤1)确定的滑面介质西原体流变参数输入尖点突变理论的分叉集方程4p³+27q²＝0，得到滑坡突滑时间，同时根据能量转化原理，计算出滑体突滑初速度；

5)滑坡活动强度的智能预测：将滑体进行垂直条分离散化，得到每一条块的宽度、面积和弹性模量，计算滑落体活动过程任意时刻的变形、速度和滑动距离，直至滑坡结束。