基于地下水位与位移监测的边坡动态稳定性系数测定方法

摘要

本发明公开了一种基于地下水位变化和位移监测数据，测定该类边坡动态稳定性系数的方法与技术，将滑坡形成的动因和机理与位移响应信息变化及其评价方法进行耦合交叉，通过建立非线性卸加载响应比参数预测模型进而建立一种基于地下水位与位移变化的边坡稳定性系数测定方法，该滑坡位移预测方法改变了传统位移时序预测法仅仅选取滑坡位移或位移速率作为监测和评价参数的思路，提出将滑坡地下水位与位移或位移速率进行同时监测和整合，以此确定滑坡地下水位与位移或位移速率的耦合集成动力预测参数与评价方法；该方法不仅可克服静态极限力学评价法无法分析和评价边坡稳定性随时间的变化规律的局限，同时又可克服传统位移时序预测方法无法分析和评价滑坡形成机理与动因的弊端。

主权项

一种基于地下水位与位移监测的边坡动态稳定性系数测定方法，其特征在于：它包括以下具体步骤：一、监测边坡地下水位与位移基本数据①监测仪器：地下水位监测设备：a、压力式水位计,b、气压补偿装置；边坡位移监测设备：无线GPS位移监测设备；②在监测边坡的主滑面对应坡面布置监测点，按照坡面实际地形在后缘破裂壁到前缘剪出口坡面等距离布设坡面位移变化的N个监测点，N为大于或等于1的整数；在监测滑坡体以外稳定的基岩或无变形的区域布置位移监测基准点，不少于3个，形成控制网；③地下水位监测方法：在边坡选定的监测点位置进行钻孔，钻孔深度应到达基岩面或者历年地下水位以下，在钻孔底部设置压力式水位计，并在坡面上同时设置额外的气压补偿装置，共同监测地下水位的变化；④边坡位移监测方法：在位移监测基准点位置和边坡钻孔监测点位置布设无线GPS位移监测设备；保证埋设的边坡位移变化监测设备与滑坡体表层紧密结合，对监测点水平、垂直位移变化值进行监测；⑤以一定时间间隔精度对滑坡地下水位与位移进行实时监测，同时记录地下水位与位移监测数据，并通过边坡场地数据信号收集器对监测数据传输到远程监测室，对监测数据进行分类预处理；二、滑坡地下水动力卸加载参数和位移响应参数的确定①地下水位卸加载参数的确定根据监测数据确定滑坡的统计分析与预测周期，并以统计分析与预测周期为基础,预测单位统计滑坡某月地下水位和前月地下水位的差值：公式（1）将式（1）中作为水动力卸加载标准;当时，判定对滑坡是加载；当时，判定对滑坡是卸载；将分别按每个卸加载周期的卸加载正负值进行统计并取其平均值，可分别得到卸加载序列的地下水位卸加载参数和；②位移卸加载响应参数的确定在单位统计分析与预测周期内，其滑坡的卸加载位移响应参数则是以位移加速度等于零为基准，小于零的为卸载响应值，大于零为加载响应值，将边坡位移加速度分别按卸加载响应正负值进行统计并取均值，可得到卸加载序列的位移加速度响应均值和；三、滑坡地下水动力卸加载位移响应比参数的确定①滑坡卸加载响应率的确定基于现代非线性科学理论，将边坡位移加速度卸载响应均值与其相应的地下水位卸载均值之比确定为边坡动力卸载位移响应率，将边坡位移加速度加载响应均值与其相应的地下水位加载均值之比确定为边坡动力加载位移响应率，即：公式（2）公式（3）②滑坡地下水动力卸加载位移响应比参数的确定根据公式（2）和公式（3）及卸加载响应比的定义，可确定边坡地下水位动力卸加载位移响应比参数为：公式（4）四、水诱发型滑坡动态稳定性系数的确定①边坡损伤变量与卸加载响应比参数定量关系的确定依据本发明原理（2），其损伤变量D和卸加载响应比参数的定量关系如下：公式（5）公式（5）表明岩土体材料的卸加载响应比与其损伤变量D之间存在一一对应的定量关系；②水诱发型滑坡动态稳定性系数的确定根据边坡工程中损伤变量与极限平衡评价法确定的稳定性系数的定量关系和公式（5）可以确定水诱发型滑坡动态稳定性系数为：公式（6）公式（6）表明，卸加载响应比与边坡稳定系数之间存在着一一的对应关系；五、水诱发型滑坡失稳预警判据的确定在滑坡防治及其工程勘察设计的实际工作中，通常给稳定性系数设定一个安全储备得到一个安全系数K作为其稳定性与否的判据,依据边坡稳定性重要程度和边坡地质条件复杂程度及《地质灾害防治工程勘察规范》( DB50/143－2003)和《水利水电工程边坡设计规范》（SL386‑2007）等规范，可综合确定坡的稳定性安全系数K，如K=1.3、1.25、1.15等；通过对上述步骤中确定的边坡动态稳定性系数与传统安全系数K比较，可以快速、准确的对水诱发型边坡进行稳定性的动态预警评价和治理设计，即当时，边坡处于稳定状态；当时，边坡处于不稳定状态。