三峡库区王家坡滑坡降雨阈值及预警预报研究

发布时间：2020-10-10 00:56

　　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:Ⅰ16.53(0D≤2),Ⅰ10.69(2D≤5),Ⅰ10.95(5D≤10),Ⅰ5.98(10D≤15);②Ⅱ级黄色预警:超出Ⅰ级蓝色预警,但满足:Ⅰ157.192*D-0.584;③Ⅲ级橙色预警:超出Ⅱ级黄色预警,若为短期降雨:Ⅰ181.066*D-0.703,若为长期降雨:I*D500(D≤10);④Ⅳ级红色预警:超出III级橙色预警,若为短期降雨:Ⅰ181.066*D-0.703,若为长期降雨:I*D500(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。
【学位单位】：三峡大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：P642.22
【部分图文】：

技术路线图,预警预报,王家坡,三级

三峡大学硕士学位论文5）王家坡滑坡预警预报研究。基于滑坡发展阶段、发展状态的不同，建立王家坡滑坡分级预警预报模型。在求取滑坡的变形阈值、失稳阈值后，可以建立滑坡的三级预警预报模型。针对三级预警预报模型的不足，并结合滑坡演化阶段，建立滑坡的四级预警预报模型。1.3.2 技术路线

水系分布,水系分布,兴山县,王家坡

三峡大学硕士学位论文2 工程地质概况2.1 区域概况兴山县位于鄂西山区，属于地质灾害高发频发区，东邻宜昌、保康，南接秭归，西近巴东，北抵神龙架林区，三峡水库蓄水前老县城为高阳镇（现昭君镇），受三峡水库回水影响，新县城选定在古夫镇。王家坡滑坡位于兴山县古夫镇古夫河左岸，行政区划隶属于兴山县古夫镇古洞村 1 组，地理中心坐标：经度 110°45′39.648″，纬度31°21′20.034″。滑坡距北侧古洞口水库大坝为 1 公里，距神农架林区木鱼镇 60 公里，距西侧巴东县城 50 公里。区域内地表水系发育，古夫河是该区域内最大的地表径流。王家坡滑坡地理位置见图 2.1。兴山县内交通发达，国道 G209 从境内通过，沿 G209 北上 90 公里到达神农架林区，省道 S312 宜兴线可直通宜昌市区，古昭高速公路被誉为“最美水上公路”，正在建设的郑万高速铁路穿越兴山县境，交通便利。区域交通图见图 2.2。

线图,区域交通

注：①为 S312 宜兴线，②为 G209 呼北线，③为 S252 保兴线，④为神兴旅游公路，⑤为 S237王学线图 2.2 区域交通图研究区山体由大巴山及巫山余脉组成，以深—中深切割的中山地形为主，山峦迭嶂，巍峨挺拔，山顶高程一般在 700～1200 m 之间，地势北高南低，西高东低。香溪河河谷深切，切割深度达 500～1200 m，纵坡降大。两岸悬崖绝壁，危岩临空高耸，为滑坡的发育创造了良好的物质来源和临空及加载动力条件，三峡库区位置及滑坡区域高程模型如图 2.3 所示。研究区属于构造侵蚀剥蚀低山区，古夫河为区最低侵蚀基准面，古夫河水系受构造线控制，自北向南流动，现古夫河道为移民迁建后改道所建，原河道位于滑坡前缘坡脚。古夫河河床高程在勘察区内为 198～200 m，河谷呈“V”型，谷底漫滩零星分布，漫滩高程 205 m，地形坡度 25°～45°，右岸为县城主城区所在地，较为开阔。2.2 滑坡概况2.2.1 地形地貌

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