水库型滑坡复合水动力增载位移响应比物理预测模型及其应用

众所周知,库水位变化和降雨复合动力往往是水库型滑坡的变形和破坏主因。本文在系统分析水库型边坡位移、库水位及降雨变化规律基础上,提出与确定了降雨与库水动力转换系数k的计算方法,并通过转换系数k将降雨动力与库水动力这两种不同的水动力增载效应进行了有机耦合叠加,建立了复合水动力增载参数的计算方法。并将复合水动力变化量及其位移变化量作为动力增载及其响应参数,建立了水库型滑坡复合水动力增载位移响应比物理预测参数与模型。同时,运用该模型对白水河滑坡复合水动力作用下的稳定性演化规律进行了系统分析与评价,结果表明该滑坡复合水动力增载位移响应比的变化规律与其稳定性动态演化规律相吻合,表明复合水动力增载位移响应比参数是一种水库型滑坡有效的物理评价参数,可运用该物理评价参数与预测模型对该类滑坡稳定性进行分析与评价。     

水位波动对黄土坡滑坡稳定性的影响分析

三峡水库运行后,库水位将在145—175m范围内变动,水位的波动变化,将会引起坡体内孔隙水压力的变化,以及坡体外水压力的变化,进而影响滑坡的应力场和滑坡稳定性。在考虑渗流场和应力场耦合的条件下,对三峡库区黄土坡滑坡在水位变化过程中进行连续的分析,研究其连续变化规律。结果表明：（1）黄土坡滑坡在水位波动条件下,饱和区和非饱和区的位移都受到不同程度的影响;（2）库水位骤降对滑坡体各部位位移的影响最为明显;（3）黄土坡滑坡稳定性系数最小值出现在水位开始下降后48d,水位下降11．9m时刻,最大值出现在175m稳定水位时刻。因此,在滑坡稳定性综合评价过程以及滑坡的勘查设计过程中,应充分考虑库水位波动对滑坡的影响,特别注意最小稳定系数的确定。     

基于能量守恒的滑坡稳定性计算模型

基于能量守恒思想,采用径向条分法,假设虚拟位移,建立滑坡的稳定性计算数学模型,为滑坡稳定性分析提供了一种新的方法。基于虚拟位移ds,推导了滑坡重力势能增量(35)U和滑面摩擦耗能(35)W,定义了能量法滑坡稳定性系数Sc,分别给出了在不考虑地下水和考虑地下水两种情况下滑坡稳定系数Sc的数学表达式。通过算例分析,并与极限平衡法中的简布法计算结果对比,结果表明,不考虑地下水情况下能量法的计算结果与简布法较为接近,且前者稳定系数略高,差值比为0.19%;考虑地下水影响的情况下能量法计算结果与简布法的差值比为9.77%,前者稳定系数较低,即能量法中地下水对滑坡稳定性系数影响较大。基于算例1,对模型的主要参数进行了关于稳定系数Sc的敏感性分析。最后从本质上对比分析了能量法与简布法的异同。     

滑坡位移非线性时间序列预测模型研究

从分析滑坡位移的实际变化情况和滑坡位移演变规律的角度出发,将滑坡位移分解为受其自身地质结构属性控制的趋势项位移分量和由外界环境因素影响的周期项位移分量。采用经验模态分解法对滑坡位移趋势项和周期项进行非线性时间序列的分解;在此基础上采用标准GM(1,1)灰色模型、滚动GM(1,1)灰色模型和灰色马尔科夫模型分别对滑坡位移的趋势项和周期项进行预测,将预测结果进行叠加运算,即可得到滑坡位移的预测值。以三峡库区白水河滑坡的位移变化情况为例,通过分析对比滑坡位移的实测值与预测值之间的位移-时间关系曲线,可以很好地预测出滑坡位移的发展变化趋势。这说明对滑坡位移进行时间序列分解,有助于提高滑坡位移的预测精度,并可有效应用于滑坡位移预测的工程实例中。     

基于变系数回归模型的三峡库区滑坡位移预测

降雨-库水联合作用影响着三峡库区滑坡,而降雨、库水分别对滑坡演化的贡献及作用规律迄今尚不明确.以库区树坪滑坡和八字门滑坡为例,通过分析降雨和库水位资料,采用变系数回归模型,对滑坡位移进行预测.实验结果表明:经过改进的变系数回归模型方法不仅比传统的线性回归模型、自回归积分滑动平均模型、支持向量机模型方法具有更高的预测精度,而且能定量地给出各影响因素对滑坡位移的贡献.      

基于反算原理的滑坡推力简易估算

滑坡滑面的抗剪强度指标往往用反算法确定。分析表明,对已变形位移的滑坡,其推力可不反算滑面抗剪强度指标而直接按现状稳定系数和设计安全系数简易地估算,一般地,滑坡推力等于下滑分力乘以设计安全系数相对于现状稳定系数的提高比例值。进而讨论了其对不同设计工况、各种典型形状滑面的适用条件。这是一条估算滑坡推力的捷径。     

基于时间序列与人工蜂群支持向量机的滑坡位移预测研究

总结以往滑坡预测方法存在的诸多不足,针对滑坡监测位移-时间曲线特点,本文提出了一种基于时间序列的人工蜂群算法（ABC）与支持向量回归机（SVR）相结合的滑坡位移预测方法。以三峡库区白水河滑坡为例,通过对滑坡位移、降雨、库水位等因素的分析,研究影响滑坡位移变化的因素。用时间序列加法模型和移动平均法将滑坡位移分解为趋势项和周期项。以多项式最小二乘法拟合滑坡位移趋势项,用人工蜂群支持向量机模型对滑坡位移周期项进行训练和预测。通过灰色系统关联分析法计算多项因子与滑坡位移周期项之间的关联性。最终的滑坡总位移预测值为周期项预测值与趋势项预测值之和。与BP神经网络、PSO-SVR模型方法相比,该方法在滑坡位移预测中有更高的精度,在防灾减灾工作中有较好的推广应用前景。     

基于时间序列分解和多变量混沌模型的滑坡阶跃式位移预测

三峡库区某些库岸滑坡在强降雨、库水位涨落等诱发因素影响下,其位移时间序列表现出阶跃式变化特征且可能存在混沌特性.但目前常用于滑坡位移预测的混沌模型,均建立在单变量混沌理论的基础之上.且已有的考虑了诱发因素的常规多变量模型,大都采用经验性的方法来选取输入变量;常规多变量模型对滑坡位移序列的非线性特征,及其与诱发因素间的动态响应关系缺乏数学理论上的深入分析.因此,提出一种基于指数平滑法、多变量混沌模型和极限学习机（extreme learing machine,ELM）的滑坡位移组合预测模型.指数平滑多变量混沌ELM模型首先对滑坡累积位移序列的混沌特性进行识别;然后用指数平滑法对累积位移进行预测,得到趋势项位移,并用累积位移减去趋势项位移得到剩余的波动项位移;之后对波动项位移及降雨量、库水位变化量这3个因子进行多变量相空间重构,并用ELM模型对多变量重构后的波动项位移进行预测;最后将预测得到的趋势项和波动项位移值相加,得到最终的累积位移预测值.以三峡库区白水河滑坡ZG93监测点的累积位移作为实例进行分析,并将模型与指数平滑多变量混沌粒子群-支持向量机（PSO-SVM）模型、指数平滑单变量混沌ELM模型作对比.结果表明滑坡位移序列存在混沌特性,模型能有效预测滑坡位移,其预测效果优于对比模型.且本文模型从混沌理论的角度将波动项位移与降雨量、库水位变化量的动态响应关系进行综合分析,更能反映滑坡位移系统演化的物理本质.      

堆积层滑坡水动力位移耦合预测参数及其评价方法研究

在系统分析滑坡的物质组成和失稳动因的基础上,分析和研究了地下水在滑坡稳定性演化过程中的卸载与加载动力作用及其位移响应规律和特点。从非线性系统动力学角度,提出了运用地下水卸加载动力与位移响应耦合预测参数来评价边坡稳定性演化规律与失稳特征,即以地下水位变化量作为堆积层滑坡的卸加载动力参数,以相应的位移作为其卸加载响应参数,建立和确定了地下水卸加载动力与位移响应比预测参数与评价模型。同时,运用损伤力学基本原理,建立了其卸加载响应比与坡体损伤变量和稳定性系数的定量关系以及失稳判据。以三峡库区典型堆积层滑坡分析为例,运用地下水动力与位移耦合预测模型对其稳定性进行了分析与评价,发现地下水动力位移耦合预测参数变化与边坡稳定性实际动态演化规律基本吻合。研究成果表明,所确定的参数是水诱发型堆积层滑坡的一种有效位移动力评价参数,可运用该参数对该类滑坡的动态稳定性进行实时监测预警与评价。     

台风暴雨型土质滑坡演化过程研究

台风暴雨型滑坡是我国东南丘陵山地主要的滑坡类型，揭示其失稳演化规律对东南丘陵山地台风暴雨型土质滑坡监测预警具有重要的理论及实际意义。本文以福建泉州德化石山滑坡为研究对象，结合现场地质勘察资料，建立滑坡物理与数值模型对其变形演化过程进行模拟，探究边坡失稳涉及的渗流和变形位移等规律。研究结果表明:(1)初期雨水以垂直入渗坡体为主，且入渗速率较大；后期入渗速率随坡体饱和度增加而减小。有前期小降雨的情况下，坡脚位置更易出现积水饱和现象；(2)雨水入渗是导致坡体稳定性下降的主要原因:在暴雨工况中E3(模拟全程降雨为暴雨雨强100 mm·d-1)中，稳定系数保持下降，从1.197降至1.125；在双峰暴雨工况E4(前期30 mm·d-1小雨强降雨，后期100 mm·d-1暴雨雨强降雨)中，小雨强降雨过程中稳定系数基本保持不变，从1.197降至1.188，当暴雨一开始，稳定系数骤降至1.060；(3)台风暴雨型滑坡位移演化过程具有阶段性特征:压缩沉降微变形阶段，该阶段位移曲线变化平缓，基本不发生位移；匀速变形阶段，该阶段位移匀速增长，位移速率不变；加速变形阶段，加速变形直至失稳阶段，破坏迅速，具有突发性，曲线呈非线性；(4)当前期发生小雨强降雨(降雨强度≤30 mm·d-1)，后期突发大暴雨雨强降雨(降雨强度≥100 mm·d-1)情况下滑坡的发生具有突变性，在试验中暴雨初期位移骤增20 mm，而后快速发展到90 mm左右。     

阶跃型位移特征滑坡时间预测预报研究

滑坡时间预测预报目前主要以滑坡最终破坏的时间为目标函数,但对于变形特征为阶跃型的滑坡却难以准确地预测其破坏时间。为此,提出以位移作为此类滑坡时间预报的目标函数。将滑坡位移分解为蠕变位移和波动位移,采用二次移动平均法分别提取,然后采用多项式拟合和灰色GM(1,1)模型分别对蠕变位移和波动位移进行预测,最后将两部分预测位移相加得到滑坡预测的总位移。以典型阶跃型位移特征滑坡——三峡库区八字门滑坡为例,运用其位移监测数据进行验证,并对多模型预测结果进行对比分析,结果表明,该位移预测模型预测精度良好,能较好地预测阶跃型位移特征滑坡位移。     

钻孔测斜成果曲线在贵州省晴隆滑坡稳定性判识中的应用

结合沪瑞国道主干线贵州境镇胜高速公路十八合同段晴隆滑坡深部位移监测曲线特征,总结归纳了滑坡深部累积位移曲线“V”型、“B”型、“r”型、“钟摆”型及“复合”型等几种,详细论述了常见的曲线特征类型及其研究意义,提出了依据滑坡深部位移监测成果资料判别滑坡动态变形特征及其稳定性的判识方法。     

滑坡位移灰色预测模型的VB编程实现

灰色模型在社会科学、自然科学的许多方面已得到广泛的应用，并取得了一系列重大成果。在滑坡地质灾害研究方面，灰色模型多用于滑坡变形的中长期预测预报，且精度较高。文章在介绍分析了灰色预测模型GM(1，1)的基本原理基础上，开发了用VB语言编写的滑坡位移灰色预测软件，解决了笔算困难问题。实例验证了该模型用于预测滑坡位移值的适用性及软件的可靠性。VB编程能够很好地与其它软件(GIS软件)集成，在其它专业软件中使用，有聋于滑坡地质灾害的研究。     

基于光纤监测和PSO-SVM模型的马家沟滑坡深部位移预测研究

滑坡位移预测效果一方面取决于预测模型的优劣,另一方面取决于野外监测数据的质量。针对目前滑坡常规监测技术与评价方法的不足,本文采用光纤监测技术、监测数据与PSO-SVM预测模型相结合的评价方法,对三峡马家沟Ⅰ号滑坡的深部位移进行了预测;通过对320个滑坡深部位移光纤监测数据分析,基于时间序列法,将滑坡位移分为趋势性位移和波动性位移;趋势性位移采用拟合法进行预测,波动性位移采用PSO-SVM模型进行预测;最后将趋势项和波动项位移预测值叠加得到累积位移的预测值。研究结果表明,PSO-SVM模型对波动性位移预测的均方根误差0.51 mm,平均绝对百分误差0.37 mm,能准确预测滑坡波动项位移;累积位移预测值与实测值的相关系数为0.98,均方根误差为0.54 mm,预测效果较好,可以用来对滑坡深部位移进行短期预测。     

基于集对分析和模糊马尔可夫链的滑坡变形预测新方法研究

滑坡体的变形表现出复杂的非线性演化特征,为克服传统分析方法在处理系统不确定性方面的不足,引入集对分析（SPA）理论,并结合模糊马尔可夫（fuzzy-Markov）理论来对滑坡SPA模型中的不确定系数进行二次预测,提出了滑坡变形SPA-fuzzy-Markov预测新模型。针对fuzzy-Markov子系统,分别提出了基于相关系数和特征值方差的多维空间模糊马尔可夫链拟合效果检验的两个新方法,并据此定量考察fuzzy-Markov子系统对参数响应的敏感性,用以确定最佳的模型参数组合。运用上述理论模型对刘家沱滑坡变形监测成果进行分析,综合定量考察了模型对模糊区间重合等级和马尔可夫状态转移步数这两个参数的敏感程度。结果表明：该算例条件下状态转移步数为敏感因子;与单纯SPA模型相比,复合模型能够进一步提高整体预测精度,在岩土监测分析领域中具有良好的实用价值;同时fuzzy-Markov理论的引入也为深化SPA基础理论研究提供了一条途径,不仅在岩土监测领域,在其他相关领域也具有理论和实用价值。     

考虑时滞效应的库区滑坡位移预测——以新铺滑坡为例

库区滑坡失稳每年不同程度影响区内人民生活和生产安全,滑坡位移精准预测对于灾害风险预警及防灾减灾十分重要。常规的位移预测方法未充分考虑降雨、库水位波动等诱发因素对滑坡变形的时滞效应,无法精确识别滞后天数及各因素的影响程度,制约了预测精度的提高。本文以三峡库区新铺滑坡为例,根据2021年度的位移监测与水文气象数据集,利用皮尔逊相关系数法定量描述了山坡尺度上降雨、库水位波动对滑坡变形的时滞效应,结合BP神经网络建立了一种考虑时滞效应的滑坡位移预测模型。分析结果表明:在山坡尺度上,库水位波动对地表变形的时滞效应明显,滞后时间呈现出从近岸向远岸逐渐增加的规律;降雨量对地表变形的时滞效应较弱,在山坡尺度上呈现相关度不高、滞后天数较短的规律;与未考虑时滞因素的模型相比,本研究中的滑坡位移预测模型拟合优度提升了55.77%,均方根误差降低了31.60%,模型预测精度显著提高。研究成果一定程度上揭示了特大型库区滑坡的变形机理,并为同类滑坡的位移精准预测提供了参考依据。     

吾尔塔米斯沟土质滑坡形成机理及稳定性评价

2006年7月吾尔塔米斯沟发生了一起浅层推移式滑坡,坡体处于基本稳定状态,但存在着一定的安全隐患。通过现场勘察总结了滑坡结构特征,并通过实验测试确定了滑坡的物理力学指标,建立起与滑坡主勘探线剖面对应的滑坡稳定性分析模型,运用传递系数法计算该滑坡不同工况的稳定系数,对滑坡体稳定性进行评价。上述研究结果表明,该滑坡稳定系数为1.147,处于较稳定状态,但在发生强烈地震、短时强降雨或有较大规模坡顶、坡脚扰动时,稳定系数均小于1,处于欠稳定状态,进一步发生较大规模滑动的可能性很大。     

推移式滑坡演化过程模型试验与数值模拟研究

利用MTS电液伺服加载与控制系统对推移式滑坡物理模型后缘进行了分级推力加载,完成了推移式滑坡演化全过程的模拟。基于三维激光扫描技术对滑体表面的位移和变形进行了高精度、全方位、非连续性监测。采用多重分形基本理论对监测点云数据进行了系统分析,从试验的角度探讨了推移式滑坡演化过程中位移多重分形维数的变化特征。模型试验结果表明：推移式滑坡变形破坏以沿滑带发生的整体滑移为主,并表现出明显的演化阶段性特征,大致可划分为3个阶段：（1）后缘压缩阶段：滑坡模型表面变形体现为后缘土体的局部前移与隆起,整体变形小,多重分形维数成降维的特征,降维过程中未发生突变、有序性好;（2）匀速变形阶段：滑坡模型表面产生了明显的位移,变形不断向前和向两侧发展,前缘、中部滑体发生隆起现象,多重分形维数表现出先减后增的趋势;（3）加速变形阶段：滑坡模型表面体现出持续、快速、变化鲜明的整体变形特征,伴随出现滑坡模型中前部隆起带及横向、纵向的隆胀裂缝,多重分形维数成增维趋势。基于模型试验,利用FLAC3D进行了推移式滑坡演化过程的动态数值模拟,验证了滑坡演化的阶段性特征,揭示了推移式滑坡演化过程中稳定性系数非线性递减的规律。