專利名稱：一種降雨作用下的滑坡預(yù)測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本專利涉及一種降雨作用下的滑坡預(yù)測(cè)方法，通過(guò)將基于物理概念的水文模型和畢肖普邊坡穩(wěn)定分析方法相結(jié)合，對(duì)研究位置滑坡災(zāi)變過(guò)程進(jìn)行時(shí)空預(yù)測(cè)，是一種將土力學(xué)、水力學(xué)與計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬相結(jié)合的滑坡預(yù)測(cè)方法。
背景技術(shù)：
我國(guó)是地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)區(qū)，每年造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡?；伦鳛橐环N地質(zhì)災(zāi)害，嚴(yán)重地危害當(dāng)?shù)鼐用竦纳a(chǎn)生活。滑坡的預(yù)警預(yù)報(bào)一直是工程界研究的重點(diǎn)之一，其分析理論越來(lái)越豐富，但由于滑坡災(zāi)害的突發(fā)特征及其在運(yùn)動(dòng)規(guī)律上所表現(xiàn)出的不確定性，有關(guān)滑坡預(yù)測(cè)方面的研究仍沒有達(dá)到較高預(yù)測(cè)精度和通用性?；碌漠a(chǎn)生受多種自然因素以及人類活動(dòng)的影響，其中降雨是誘發(fā)滑坡最重要也是最廣泛的因素。降雨對(duì)滑坡的作用主要表現(xiàn)在，雨水的大量下滲，導(dǎo)致斜坡上的土石層含水量增大，地下水位線抬升，甚 至在斜坡下部的隔水層上擊水，從而增加了滑體的重量，降低土石層的抗剪強(qiáng)度。因此，如何準(zhǔn)確地獲取土石層含水量及地下水位線的時(shí)空變化，是求解滑坡體穩(wěn)定性的基礎(chǔ)。目前，滑坡的預(yù)測(cè)方法主要集中在簡(jiǎn)單邊坡如道路邊坡、水庫(kù)邊坡領(lǐng)域，在流域尺度邊坡穩(wěn)定性時(shí)空分布規(guī)律的影響相對(duì)較少。根據(jù)滑坡體穩(wěn)定性計(jì)算方法的不同，滑坡預(yù)測(cè)模型主要可分為確定性模型與非確定性模型兩類。確定性模型通過(guò)力學(xué)極限平衡原理來(lái)求解不同位置不同深度下穩(wěn)定性系數(shù)，非確定性模型主要通過(guò)數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行分析。根據(jù)所采用的水文模型類型的不同，滑坡預(yù)測(cè)模型可分為基于經(jīng)驗(yàn)概念水文模型和基于物理概念水文模型兩大類?；诮?jīng)驗(yàn)概念的水文模型相對(duì)簡(jiǎn)單，發(fā)展較早，以此基礎(chǔ)建立的滑坡預(yù)測(cè)模型已經(jīng)廣泛應(yīng)用。相比之下，基于物理概念的水文模型模擬信息量豐富，能捕捉多種水文要素的時(shí)空變化過(guò)程，但由于求解復(fù)雜，對(duì)計(jì)算要求較高，以此基礎(chǔ)建立的滑坡預(yù)測(cè)模型發(fā)展相對(duì)較晚。不同的滑坡體穩(wěn)定計(jì)算方法與水文模型相結(jié)合，產(chǎn)生了多種類型的滑坡預(yù)測(cè)模型。這些模型均有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，如非確定性模型一般適用于特定的研究地區(qū)，很難提取與滑坡體地質(zhì)、力學(xué)及其他外界條件有關(guān)的信息，不能進(jìn)行很好的物理力學(xué)解釋，現(xiàn)有的確定性模型主要缺點(diǎn)在于很難找到一個(gè)適合于具有多種不確定因素的復(fù)雜介質(zhì)模型。傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)水文模型，在求解時(shí)需要對(duì)地形進(jìn)行洼地填充預(yù)處理，以滿足水文模型的正常產(chǎn)匯流以及滑坡方向等要求，在運(yùn)用得當(dāng)?shù)那疤嵯?，能夠提供具有相?duì)精度的結(jié)果，適用于某些對(duì)過(guò)程細(xì)節(jié)沒有要求的科學(xué)研究及工程實(shí)踐。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種降雨作用下的滑坡預(yù)測(cè)方法。為解決技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的解決方案是提供一種降雨作用下的滑坡預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟
(I)根據(jù)流域的DEM地形數(shù)據(jù)及土層厚度建立三維網(wǎng)格，向參數(shù)輸入模塊輸入不同位置的土壤、植被、氣象數(shù)據(jù)，生成InHM水文模型所需的邊界條件；(2)根據(jù)其邊界條件計(jì)算流域內(nèi)的水文要素時(shí)空變化，使用InHM水文模型模擬地表水二維流動(dòng)和地下水三維流動(dòng)、任意位置土壤含水量變化和任意位置水力坡度變化的水文要素；(3)采用畢肖普簡(jiǎn)化法作為滑坡計(jì)算模塊；根據(jù)InHM水文模型生成的水文要素，使用滑坡計(jì)算模塊計(jì)算流域內(nèi)任意位置的安全系數(shù)FS ;若安全系數(shù)FS小于1，則為潛在的滑坡位置；記錄該位置的深度、時(shí)間和體積；所述任意點(diǎn)的安全系數(shù)FS表示為
權(quán)利要求
1.一種降雨作用下的滑坡預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟 (1)根據(jù)流域的DEM地形數(shù)據(jù)及土層厚度建立三維網(wǎng)格，向參數(shù)輸入模塊輸入不同位置的土壤、氣象數(shù)據(jù)，生成InHM水文模型所需的邊界條件； (2)根據(jù)其邊界條件計(jì)算流域內(nèi)的水文要素時(shí)空變化，使用InHM水文模型模擬地表水二維流動(dòng)和地下水三維流動(dòng)、任意位置土壤含水量變化和任意位置水力坡度變化的水文要素； (3)采用畢肖普簡(jiǎn)化法作為滑坡計(jì)算模塊；根據(jù)InHM水文模型生成的水文要素，使用滑坡計(jì)算模塊計(jì)算流域內(nèi)任意位置的安全系數(shù)FS ;若安全系數(shù)FS小于1，則為潛在的滑坡位置；記錄該位置的深度、時(shí)間和體積； 所述任意點(diǎn)的安全系數(shù)FS表示為
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種降雨作用下的滑坡預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟(I)中，建立三維網(wǎng)格時(shí)，DEM數(shù)據(jù)無(wú)需進(jìn)行洼地處理，保留地形的原始特征。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種降雨作用下的滑坡預(yù)測(cè)方法，其特征在于，步驟(2)中，使用里查茲方程描述地下水在飽和或非飽和土體及孔洞中的流動(dòng)
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種降雨作用下的滑坡預(yù)測(cè)方法，其特征在于，步驟(3)中，對(duì)于任意地點(diǎn)，安全系數(shù)的計(jì)算從表層逐層計(jì)算到底層，選取安全系數(shù)最小的層位作為潛在的滑動(dòng)位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種降雨作用下的滑坡預(yù)測(cè)方法，其特征在于，步驟(5)中，還包括選擇不同降雨特性下流域首次進(jìn)入不穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)間以及完全恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)間作為判定標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)指數(shù)函數(shù)擬合降雨過(guò)程中和降雨結(jié)束后流域安全系數(shù)臨界曲線，將預(yù)測(cè)區(qū)域分為無(wú)條件穩(wěn)定，穩(wěn)定以及不穩(wěn)定區(qū)域。
全文摘要
本專利涉及一種滑坡時(shí)空預(yù)測(cè)方法，通過(guò)將基于物理概念的水文模型和畢肖普邊坡穩(wěn)定分析方法相結(jié)合，對(duì)研究位置滑坡災(zāi)變過(guò)程進(jìn)行時(shí)空預(yù)測(cè)，是一種將土力學(xué)、水力學(xué)與計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬相結(jié)合的滑坡預(yù)警預(yù)報(bào)方法。本發(fā)明的有益效果是將滑坡確定性模型與基于物理概念的水文模型進(jìn)行了有效的集成，分析了在降雨作用下流域邊坡穩(wěn)定性的時(shí)空分布規(guī)律以及相互間的定性定量關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)流域滑坡進(jìn)行快速有效的分析和預(yù)測(cè)。采用畢肖普邊坡穩(wěn)定分析方法，同時(shí)考慮到土體含水量的空間分布差異，提高了模型的精度和適用性。本發(fā)明的滑坡預(yù)測(cè)方法適用于簡(jiǎn)單邊坡、復(fù)雜邊坡及流域尺度的滑坡預(yù)測(cè)。
文檔編號(hào)G06F19/00GK102799756SQ20121018721
公開日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月8日
發(fā)明者冉啟華, 阮哲偉 申請(qǐng)人:冉啟華, 阮哲偉