[发明专利]一种土质边坡险情智能预警预报方法

说明书

技术领域

本发明涉及土质边坡工程的灾害预警预报技术领域，尤其是涉及一种土质边坡险情智能预警预报方法。

背景技术

中国是世界上滑坡最严重的国家之一。仅在2006～2011年的6年间全国共发生滑坡157927起。近年来，中国每年因滑坡灾害造成的经济损失都在10亿美元以上。2009年全国仅特大型和大型滑坡灾害共发生16起，直接经济损失达到1.9亿元人民币；2011年死亡、失踪10人以上或直接经济损失1亿元以上的重大滑坡灾害发生7起，直接经济损失5.99亿元人民币。滑坡灾害不仅造成巨大的经济损失，还严重危害人民的生命安全。土质滑坡是滑坡中分布最为广泛、规模大、暴发频率高、突发性强和持续危害性较大的一类致灾体。我国面临的此类型滑坡灾害非常严峻，对滑坡灾害进行科学、合理的评价、预测、管理和控制是十分必要。据不完全统计，我国每年发生滑坡、泥石流、塌陷等各种地质灾害数万起，能够在灾害发生前做出预警的还不到十分之一，如何对这些地质灾害进行预警，切实保护人民的生命和财产安全，是我国当前面临的一个重要课题。

目前，国外内在对于土质边坡险情智能预警预报技术进行了一些相关研究：已建立了公路边坡变形的GPS一机多天线监测系统，实现了公路边坡灾害监测的高精度、自动化和全天候等目标；基于“3S”的大冶铁矿高陡边坡灾害信息处理系统实行全天候自动监测；在边坡灾害预警信息生成方面进行了研究；依据边坡的特性、使用条件和破坏的经济影响，基于评价边坡的预期变形失败和临界读取频率，构建边坡监测系统的可靠性图的方法，评价监控系统预警临界斜坡破坏的有效性和可靠性；运用径向基函数的降雨指标，建立日本泥石流和边坡破坏的早期预警系统；结合遗传算法和最小二乘法，提出预测土质和岩质边坡稳定性的进化多项式回归方法。目前，在灾害预警技术上，基于模糊层次分析原理，建立了公路路堑边坡失稳的预估模型，研制了相应的土质边坡失稳预测风险评估软件，并采用灰色关联原理，分析降雨条件下影响路基稳定性的因素的权重，并提出相应的预防措施。这些方法需要大量的专家经验，一般适用于岩质边坡的预测，而在土质边坡失稳预测还不成熟。不过，国内外这些研究成果还存在精度不高、实施较烦等不足。所以，研发一种高精度、高可靠性的土质边坡险情智能预警预报方法显得尤为紧迫。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种预警预报精度高、可靠性高、定量化和更加合理的土质边坡险情智能预警预报方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种土质边坡险情智能预警预报方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)现场设置带有雨量计的雨量监测站，土体中埋置土壤渗透计和位移计；

2)使用雨量计、土壤渗透计和位移计分别实时采集边坡的降雨工况、坡体土壤渗透性和土体位移及变形数据并传输到数据采集站，数据采集站将接收的数据实时自动传输到远程客户端；

3)远程客户端接收数据，并对数据进行格式化处理；

4)采用层次分析灰色关联度方法，计算降雨工况、土壤渗透性、坡体位移、边坡坡度、地下水位和岩土体抗剪强度影响边坡安全系数的权重和灰色关联度；

5)采用弹塑性强度折减法，确定边坡各时段的安全系数，得到以时间为顺序的安全系数数列；

6)依据步骤3)、4)和5)的数据，建立反馈动力学神经网络，并采用人工智能模糊控制方法，计算各时段的降雨工况、坡体土壤渗透系数、土体位移及变形数据与安全系数的关系，预测土质边坡破坏的发生时间，当安全系数为1时，土质边坡发生破坏；

预测土质边坡破坏的发生时间计算式：t＝f(F_s,k,u,ρ)。F_s＝1时，t为土质边坡发生破坏的时间，式中，F_s为边坡的安全系数；t为土质边坡变形的计算时间；k为土壤渗透系数；u为坡体的变形或位移；ρ为降雨工况。

7)对步骤3)得到的数据采用突变理论预报法进行计算，获取潜在破坏的边坡的临界破坏时间和失稳时间；

8)综合步骤6)和7)，在临界破坏时间或失稳时间之前对土质边坡的险情进行早期预警预报。

所述步骤1)中，所述的雨量计、土壤渗透仪和位移计带有自动数据A/D转换功能。

所述步骤2)中，数据采集站采用太阳能供电，所述雨量计、土壤渗透计和位移计与数据采集站之间通过光纤电缆传输数据，数据采集站与远程客户端之间通过物联网的虚拟IP技术以移动信号的方式传输数据。