[发明专利]一种基于非饱和土体含水量的浅层降雨滑坡预警方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于非饱和土体含水量的浅层降雨滑坡预警方法，属于山地灾害领域。

背景技术

目前，降雨滑坡的预警方法多实时监测的降雨量为基础以降雨临界值和“降雨强度+前期降雨量”或“降雨强度+降雨历时”为基本手段，往往忽视滑坡物理力学机理和滑坡非饱和破坏条件。根据最新研究成果，大量浅层降雨滑坡是在非饱和条件下发生破坏，因此滑坡勘查和防治规范中假设土体全部饱和工况下的稳定性分析必然过于保守，以此为基础的降雨滑坡的稳定性分析显然难以满足准确性要求。浅层降雨滑坡的破坏机理为斜坡非饱和土体在降雨入渗作用下含水量增加土体重量增加，同时非饱和土基质吸力降低，从而引发下滑力增大和抗滑力减小，最终导致坡面失稳产生浅层滑坡。

因此，基于降雨量开展滑坡预警方法存在如以几个方面的不足：一是降雨临界值的方法与滑坡破坏的力学机理脱节，物理意义不明确。降雨可能产生坡面径流和蒸散发等分流，且植被对降雨的分流也有雨伞效应，根本上讲滑坡破坏是由于雨水入渗到土体造成的，但不同滑坡下垫面状况不一，降雨入渗到土体的量差异很大；二是滑坡发生的前期雨量难以准确统计和计算，由于滑坡现象往往不可重复，且范围相对小，降雨量空间上差异又很大，因此通过历史滑坡和降雨量统计前期降雨，本身就存在很大的不确定性和局限性，且统计误差较大；三是基于单一降雨指标的预警模型中的指标单一，不能反映滑坡土体的力学性能和水文特征。降雨诱发滑坡破坏过程中基质吸力，含水量和渗透系数等水文力学参数都有不同的变化，因此未考虑滑坡土体上述水文和力学参数等指标的模型，也无法反应滑坡破坏的物理特征，很难做到对滑坡的精确预警报；也不能全面反映浅层滑坡变形破坏的物理力学特征。

发明内容

本发明的目的就是针对现有滑坡预警报技术的不足，提供一种非饱和条件下浅层降雨滑坡的预警方法，针对现行滑坡预警报方法多采用降雨单一指标，对滑坡物理力学状态和滑坡非饱和破坏考虑不充分，因而导致预警不准确的技术缺陷。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种基于非饱和土体含水量的浅层滑坡降雨预警方法，主要包括以下步骤：

步骤一：根据现场地质勘查确定滑坡范围，并通过岩土试验确定滑坡非饱和土体物理力学参数：其中，主要物理力学参数包括：土体有效内摩擦角φ',土体有效粘聚力c',土体干容重γ_s,土体的饱和体积含水量θ_s，土体的残余体积含水量θ_r和非饱和土水土特征曲线参数α，n；选定滑坡体积含水量监测站位置，制定监测方案；

步骤二：开展实时监测站点建设及传感器埋设安装，并实现实时监测，数据传输和存储到控制中心；

步骤三：建立基于实时体积含水量的稳定系数计算模型，对滑坡稳定系数进行计算，展示和存储；

步骤四：控制中心根据计算结果，对比滑坡预警分级指标，对降雨滑坡开展实时监测预警。

作为优选，所述步骤一和步骤二中的监测站点建设中，体积含水量监测站应布置在滑坡范围内，并至少安装一个体积含水量传感器，传感器埋深为20～50cm。

作为优选，所述步骤二具体如下：(1)根据滑坡现场勘查确定滑坡监测范围，建设滑坡体积含水量监测站，开展监测站点布置，传感器的埋设安装；(2)进一步开展滑坡土体的体积含水量实时监测，通过GPRS无线传输，将监测数据实时传输并存储到控制中心。

作为优选，所述的步骤三中涉及的基于实时体积含水量的非饱和土体稳定系数计算方法，是耦合非饱和土理论，水文学理论和滑坡稳定性分析理论，对滑坡非饱和土的稳定系数进行实时求解，具体按照如下方法实施：根据水文学理论中计算有效饱和度Se(Z,t)：

式中：Se(Z,t)为有效饱和度，θ(Z,t)为土体的饱和体积含水量，θ_s为土体的饱和体积含水量，θ_r为土体的残余体积含水量；t为不同时刻，Z为不同土层深度；

根据土壤学理论计算非饱和土体基质吸力ψ(Z,t)：

式中：ψ(Z,t)为滑坡非饱和土体基质吸力，γ_w为水的容重,α和n为水土特征曲线特征参数；

根据非饱和土力学理论计算吸应力σ^s(Z,t)：

σ^s(Z,t)＝S_eψ(Z,t)

耦合非饱和土理论，水文学理论和滑坡稳定性分析理论，计算滑坡非饱和土体稳定系数Fs(Z,t)：