[发明专利]一种滑坡灾害预测方法及装置

权利要求书

1.一种滑坡灾害预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，建立数字地形模型，将研究区域划分为网格，每一个网格视为一个单元，赋予每个单元所需的地质信息及空间雨量分布信息；

步骤二，在任意降雨条件下，对边坡进行入渗分析，获取孔隙水压力；

入渗分析时，利用理查兹方程描述边坡中的入渗过程：

其中k是渗透系数；ψ是孔隙水压力,z^*为土体边坡法向方向上的位移；β_s是边坡坡度；t是时间；θ_w是体积含水量；

利用指数型关系描述渗透方程和土水特征曲线：

其中k_s是饱和渗透系数；θ_r和θ_s分别是残留体积含水量和饱和体积含水量；α_i是材料参数；为得到闭合的解析解，材料参数α_i在上下两层土体取相同的值；

通过拉普拉斯变换、留数定理及一系列数学变换，得到恒定降雨条件下K_b和K_t的解；其中下标b和t分别表示下层和上层土体，K是自定义的无量纲数，表示渗透系数k与饱和渗透系数k_s的比值，K_b＝k/k_sb，K_t＝k/k_st；

结合单位阶跃函数和叠加原理，得到在任意降雨条件下的K_b和K_t、孔隙水压力及地下水位通量函数，其中孔隙水压力为：

其中Z也是自定义的无量纲数：

-l_b≤z*≤0时，Z＝α_ib(cosβ_s)²z*；0≤z*≤l_t时，Z＝α_it(cosβ_s)²z*；l是土体边坡垂直方向的土体厚度；

步骤三，基于孔隙水压力，对于浅层滑坡，用无限边坡模型计算安全系数F_s，然后求取失稳概率P_f，以判断边坡稳定性和可靠性；

在计算安全系数的过程中，将湿润锋定义为在体积含水量发生显著变化的地方，从地表到湿润锋对F_s进行计算，找到最小F_s和相应的位置；如果F_s小于1，视为滑坡将会发生；

孔隙水压力ψ(Z,t)为正值时，F_s用如下公式计算：

其中c'和φ'分别是土体的有效凝聚力和摩擦角；γ_w和γ_s分别是水和土的单位容重，z'是沿垂直方向的位移；

孔隙水压力ψ(Z,t)为负值时，F_s用基于扩展的莫尔库仑破坏准则计算：

其中φ_b是由基质吸力对剪切强度贡献的等效摩擦角；φ_b设为φ'的三分之二；

对用蒙特卡罗方法产生的F_s进行卡方拟合优度检验，假设F_s服从对数正态分布；通过下式获取F_s的标准差

其中X_i是其中一个单元的随机变量，即c'，tanφ'或tanφ_b，X_j表示相邻单元的随机变量；表示安全系数F_s的方差，表示随机变量X_i的标准差，表示随机变量X_j的标准差；n_v是随机变量的数量；ρ'是随机变量之间的相关系数，取值-0.5；V(e)是误差方差，用来描述和实际情况的差异，其服从正态分布；

步骤四，收集历史滑坡数据，通过回归分析得到用于计算滑坡运动距离平均值的经验关系；

步骤五，将在步骤三中至少一边或者一角相连的不稳定单元归为一组，一组视为一个滑坡，确认滑坡的位置和体积；用以下公式计算一个单元和相邻单元之间的坡度：

对于东西南北方向，坡度

对于对角方向，坡度

其中ΔH是两个单元之间的高程差；a_c是单元的宽度；

结合步骤四中基于历史滑坡数据建立的经验关系，将其作为滑坡运动休止条件，评估滑坡体的运动轨迹和堆积位置，进而预测滑坡影响范围。