[发明专利]湿陷性黄土地质条件下窑洞滑坡灾害预警救援装置及方法

说明书

湿陷性黄土地质条件下窑洞滑坡灾害预警救援装置，包括土壤水分传感器、倾斜变形传感器、数据处理器、信号发生器、供电设备、信号接收器、警报发生器；其中，在窑洞顶部的人工谷缘与原坡形线交点处，向坡体内一定深度分别固定土壤水分传感器及倾斜变形传感器，土壤水分传感器及倾斜变形传感器均与位于坡体表面的数据处理器电信号连接，数据处理器与信号发生器电信号连接，信号发生器与位于窑洞处的信号接收器远程无线连接，信号接收器与警报发生器电信号连接。本湿陷性黄土地质条件下窑洞滑坡灾害预警救援装置通过土壤水分传感器和倾斜变形传感器相结合监测土壤水分及倾斜变形量，避免单一监测的误差问题，避免人员伤亡。

技术领域

本发明属于地质地理监测领域，特别是一种湿陷性黄土地质条件下窑洞滑坡灾害预警救援装置及方法。

背景技术

黄土高原是世界上最大的黄土堆积区，孕育了窑洞这一具有地域特色的代表性民居。窑洞多依山而建，主要是在厚积的黄土水平开挖而成，施工方便、造价低廉、冬暖夏凉，是天然的绿色建筑，分布广泛，目前窑洞居住人口达4000万人。

黄土是一种富含矿物质的弱胶结性土，具有多孔隙、粉粒状、天然含水量小、湿陷性的特征。黄土在我国分布之广、厚度之大，均可称世界之最，面积达 63 万平方公里。由于黄土特殊的构造及成分，在水分的作用下，渗透性、湿陷性特征明显。然而，黄土中的矿物质和有机物质为非水稳性胶结物质，仅在干燥状态具有较弱的胶结作用。由于黄土为垂直节理及大缝隙结构，水的渗透性强，在大量降水、灌溉等水分的作用下，湿陷性黄土内聚力及内摩擦角减低，极易产生滑坡、崩塌等地质灾害。

黄土高原属于典型的大陆季风气候特征，冬春季干旱少雨，夏秋季多雨。目前，黄土高原地区降雨有进一步增加的趋势，正在由少雨型向多雨型转变。加之人工削坡、灌溉、坡顶加载、开山打炮等诱发因素，近年在降雨季节黄土高原地区的滑坡、崩塌等地质灾害呈激增态势。窑洞民居多依山而建，在黄土斜体上开挖平台，建房修路，降低了黄土坡土体强度，因此是受到滑坡地质灾害侵害的重要对象。近年，由于窑洞上方黄土滑坡造成的灾害损失触目惊心，严重威胁人民群众生命安全。

湿陷性黄土在黄土高原地区广泛分布，由黄土湿陷性而引发的地质灾害具有频发性、广泛性、复杂性和灾难性，危及人民的生命和财产安全。然而，黄土的湿陷性具有极大的隐蔽性，其发生与发展的时间过程较难监控，因此较难提前预测。窑洞是具有黄土高原特色的地域建筑，是人类民居的瑰宝，时至今日仍有大量居民居住。由于窑洞大多依山而建，建造过程对于黄土坡地进行削切破坏了原有的稳态地貌，在降水和灌溉等水分的影响下易发生失稳、滑坡。滑坡发生后窑洞主体框架保持稳定，窑脸被滑坡黄土封住、塌陷，以往灾害遇难人员主要为缺氧所致，因此，如果预警及救援及时，受灾人员完全有可能幸免于难。

目前，滑坡风险的预测方法主要有概率分析法、数学模型预测法、物理模型预测法等，均有主观性高、非定量化、需要大量样本、假设条件过于理想等问题，造成预测不准的问题，主要是针对区域性的监测预警，针对散落而自由分布的窑洞民居并不适用。

地质灾害的预警预报在世界范围内都是一个难题，我国的地质灾害成功预警率也并不理想。成功预警实例中专业预警所占比例过低，仅占总数的 9.8%，大量成功避灾均依靠居民自我判定及群测群防。

典型的湿陷性黄土滑坡的变形破坏呈现出“滑塌”的特点，是一个渐进式的过程，并呈现出“坍窑不坍掌”的特征，为灾害被埋人员的存活留有一定空间，若抢救及时则可幸免于难。因此，开发出一套高效准确的针对湿陷性黄土地质条件下窑洞的滑坡地质灾害的预警救援系统具有重要的实践意义。

发明内容

本发明的目的是针对湿陷性黄土湿陷、滑坡、崩塌的诱发因素及机理特点，提供一种湿陷性黄土地质条件下窑洞滑坡灾害预警救援装置及方法，该系统针对窑洞民居聚落的滑坡、崩塌地质灾害进行预警及救援，做到“事前预警避灾，事后实施救援”，保护人民群众生命财产安全。