[00104565]高陡边坡动力灾变失稳机理与多源信息监测预警方法及防治技术

　　一、所属领域
　　地质灾害监测预报与防治领域二、技术或产品名称
　　多源信息综合集成监测预警方法与防治技术三、技术水平
　　2017 年 6 月 30 日山东省教育厅主持对该项目成果进行了鉴定。中国科
　　学院院士宋振骐等 7 位知名地质灾害专家对该项成果进行了科学技术鉴定， 并给予充分肯定和高度评价，指出“本项目对高陡边坡采动滑坡动态稳定性进行监测预警，提出了反映滑坡灾变机理的失稳判据，为其他类型重大地质灾害的监测预警与防治提供了借鉴。项目成果总体达到国际先进水平，其中采动边坡位移动力耦合及相应判据的监测预警方法达到国际领先水平。”
　　四、技术简介
　　本技术项目以高陡边坡位移演化规律与动力灾变失稳机理为依据，运用“系统论”和“控制论”的基本原理，将该类边坡综合动力增载效应与其位移演化灾变机理及预测评价参数作为一个完整的滑坡评价方法体系进行了交叉耦合与集成，依此确定了基于该类滑坡致灾机理的位移动力耦合与多源信息集成的监测预警参数，揭示了边坡岩体渐进破裂过程中的细观损伤与宏观失稳之间的本质联系，确定了其相应稳定性监测预警标准与失稳判据准则，通过大规模科学计算与迭代分析评价边坡的稳定性，建立了多源信息监测和数值模拟相结合的融现代监测技术、信息技术、网络技术和高性能数值计算技术于一体的高陡边坡稳定性分析方法；以此为依据，研究开发了高陡边坡稳定性在线远程监测预警系统，提出了一系列滑坡致滑因子与防治参数的定量测定方法，建立了抗滑桩、挡墙与锚杆综合动力控制方法与成套防治技术，以
　　此为基础提出和创建了“以该类边坡稳定性多源信息集成与评价为基础，以其
　　主滑动力因素监测与控制为核心的位移动力耦合监测预警方法与关键防治技术”。该成果可极大提高滑坡监测预警的精度与防治效益，而且还可为其他类型重大地质灾害的监测预警与防治提供借鉴。
　　五、创新点及性能指标
　　与当今国内外同类监测预警方法与参数比较，本项目所提出的多源信息综合集成监测预警方法与防治技术具有以下特点与创新：
　　（1）与传统极限平衡法和稳定性系数的对比
　　与传统极限平衡法和稳定性系数相比，本项目提出的位移动力耦合预测参数与方法是集物理力学评价模型与时序监测模型特点于一体的位移动力耦合动态评价模型。该模型弥补了传统极限平衡法稳定性系数无法对滑坡稳定性实施动态分析与评价的局限，同时便于运用该参数对滑坡实施动态监测与失稳预警。因此，该位移动力耦合预测参数与方法具有以下基本特点：1）只需监测滑坡位移和动力两个参数；2）不需要确定滑移面倾角 θ 等滑移边界参数；3）不需要测试滑坡体的物理力学参数（c、 φ 、γ、ω、u）；4）没有建立评价模型的假设条件与限制条件。由于该方法极大减少了建模误差输入参数， 将极限平衡法 6 个参数减少至 2 个参数，所以可极大提高滑坡监测预警准确率。如果假设误差输入参数对预测预报结果影响权值相同，与极限平衡法相比，本项目所提出的方法误报错报率可至少降低 66%以上。
　　（2）与位移时序预测法和位移预测参数的对比
　　与位移时序预测法和位移预测参数相比，本项目提出的滑坡监测预警参数是一种位移与动力耦合预测参数与评价方法，该参数既可反映滑坡的位移变化特点，又能刻画和评价滑坡体的下滑动力变化规律，而且具有稳定统一的位移失稳判据（LUSS=1），从而弥补了以日本学者 Saito 提出的“斋腾模型”为代表的位移预测参数只能反映和描述滑坡的变形变化规律，而揭示和解释不了引起滑坡变形与失稳的形成机理与力学动因。因此，该类预测参数与方法具有以下基本特点：1）是一种位移与动力耦合物理机制预测模型；2）不
　　仅能解释滑坡变形位移过程与规律，而且能解释引起滑坡的形成机理与力学
　　动因；3）其预测参数有统一失稳判据，即 LUSS=1，且不因滑坡体的规模、条件等的不同而发生变化；此外，由于位移动力耦合预测模型是一种位移动力物理机制预测模型，所以该方法适用任何动力条件滑坡预测与评价，而“斋腾模型”等位移时序模型是位移数学表观模型，仅适用均质重力蠕滑型滑坡， 而据统计其重力蠕滑类滑坡仅占滑坡总数 10%左右，因此，运用本项目方法预测滑坡的数量与范围可提高 90%以上。
　　（3）与单一评价参数和预测方法对比
　　对比位移单一参数预测模型，本项目建立的位移多源动力监测预警参数 为位移量和位移方向率（或矢量角）以及声发射信号强度、微震动弹模等多 源信息和多维度预测参数，其稳定性多源信息参数预测模型对外部环境因素 具有较强的抗干扰性和稳定性，其模型的抗干扰性和稳定性可增强至少 1 倍以上，其中位移方向性参数值很少受外部动力因素和环境条件变化的影响， 因此特别适用于其变形振荡变化的复杂动力条件滑坡的预测预报与监测预警， 可减少该类型滑坡 50%的错报与误报率。
　　（4）与传统滑坡防治方法和技术对比
　　与传统滑坡防治方法和技术相比，本项目所提出和建立的滑坡综合控制成套技术可运用多源信息综合集成监测结果对滑坡防治方案进行逐渐综合逼近优化，并以此确定针对不同地质条件与稳定性滑坡体的综合优化防治技术与方案。该综合优化防治技术与方案对传统防治方法与技术进行了优化与整合。以复合挡土墙防治技术为例，如复合锚杆附加应力增加至挡土墙自重应力，在不降低复合挡土墙抗滑力条件下，可大大减少挡土墙墙体的重力和占地面积 50%以上；在挡土墙墙体基底面积相同条件下，可极大提高挡土墙抗滑力 1 倍，从而提高了复合挡土墙防治技术的效益与安全性。
　　（5）与国内同类地质灾害预报信息系统对比
　　与国内同类地质灾害预报信息系统与数据库相比，研发的滑坡预报预警模型及创建的区域滑坡地质灾害风险等级预报方法，依托于地质环境和地质
　　灾害调查数据，本成果地质灾害空间预报比例尺精度大，其精度大于 1：5 万；
　　且获取预报预警数据更及时，达到每预报次/ 2 小时；可实现雨中实时预报， 且预测预报精确度和准确率提高到 93%以上。
　　六、知识产权情况
　　（要求：专利号 专利名称）
　　1。ZL201210559634。1 一种利用降雨量测定地质滑坡位移的方法
　　2。ZL201310041985。8 利用位移监测同时确定抗滑桩桩位和临界深度的方法
　　3。ZL201310040764。9 利用监测位移方向性参数检测边坡稳定性的方法
　　4。ZL201310044404。6 一种利用位移监测鉴别边坡失稳致滑因子的方法
　　5。ZL201310041445。X 一种利用降雨量测定滑坡稳定性的动力监测方法
　　6。ZL201310398333。X 利用边坡位移监测数据检测和确定滑坡剪出口的方法
　　7。ZL201310037198。6 利用地下水位与位移实时监测的滑坡预测方法
　　8。ZL201310073727。8 岩体滑坡的动力监测预警方法
　　9。ZL201310116609。0 双层滑移边坡抗滑挡墙土压力的确定方法
　　10。ZL201310153359。8 利用位移监测测定边坡非圆弧滑移面的方法
　　11。ZL201320415983。6 竖向预应力锚杆重力式复合挡墙
　　12。ZL201310441588。X 基于监测确定边坡临界排水水位线的方法
　　13。 ZL201320653796。1 悬臂式垂向锚杆复合挡土墙
　　14。ZL201310500633。4 悬臂式垂向锚杆复合挡土墙及其设计与施工方法
　　15。ZL201310710812。0 蠕滑型人工边坡稳定性系数与预警判据的确定方法
　　16。ZL201410014837。1 一种基于库水位和位移监测的库岸边坡稳定性测定方法
　　17。ZL201410024725。4 确定蠕滑型边坡动态稳定性系数的方法
　　18。ZL201410101071。0 一种渗流规律研究的方法及实验装置
　　19。ZL201410351222。8 基于地下水位与位移监测边坡动态稳定性系数测定方法
　　20。 ZL201410351467。0 深基坑土钉加固的监测方法
　　21。ZL201410821469。1 边坡锚杆加固最优入射倾角的测定方法
　　22。ZL201410822114。4 深基坑开挖边坡垂直位移矢量角监测参数与预警方法
　　23。ZL201410787650。5 锚杆束复合抗拔加固设计强度的测定方法
　　24。 ZL201510124292。4 一种矿山突水综合治理方法
　　25。ZL201510444465。0 一种深基坑预应力锚杆最优锚固长度的测定方法
　　26。ZL201610055587。5 一种基于正交应变比的土层边坡稳定性测定方法
　　27。ZL201510790806。X 局部滑移边坡的抗滑桩桩位优化设计方法
　　28。ZL201610060559。2 一种边坡变宽度条分的下滑推力评价方法
　　29。ZL201510927149。9 高切坡边坡抗滑治理参数的测定方法
　　30。ZL201610136980。7 预制桩单桩极限承载力的测定方法
　　31。ZL201610452581。1 一种建筑垃圾堆载边坡极限堆载量的测定方法
　　32。ZL201610459227。1 降雨型滑坡临界启动降雨量及失稳预警时间的确定方法
　　33。ZL201611049588。5 一种边坡挡土墙排水孔的优化设计方法
　　34。ZL201610964564。6 一种风化岩体边坡预应力锚杆加固长度的优化设计方法
　　35。ZL201610970611。8 一种预应力锚杆锚固力松弛损失率的测定方法
　　36。ZL201611145411。5 一种滑坡变形滑移周期显著性参数的测定方法
　　37。ZL201710707011。7 一种边坡抗滑桩抗滑耐久性的动力测定方法
　　38。ZL201610709929。0 一种地基极限承载力及容许承载力的载荷试验测定方法七、合作方式
　　本技术项目由青岛理工大学贺可强教授团队总负责，联合临沂大学、大连理工大学、重庆大学与青岛地质工程勘察院等单位知名学者、专家共同合作完成。
　　八、投资概算及经济效益分析
　　本项目共投资 450 万元。运用该项目所取得的技术成果对金川集团石英石矿、临沂会宝岭铁矿等高陡不稳定矿山边坡矿体进行了有效监测预警与加固，使其矿山边坡达到了安全开采要求，极大地保障了矿区矿体安全开采， 由此近三年共新增石英石矿 140。1 万吨、铁矿 81。6 万吨，共取得了 31282。8 万元的经济效益。此外，该项目成果还在山东省减灾防灾与防治中得到了推广运用，优化了山东省滑坡地质灾害监测点，鉴别和发现了青岛崂山区依山
　　建筑滑坡隐患点 307 处，监测预警滑坡 112 处，成功治理滑坡 38 处，由此解除了该滑坡区内 344 户共 1500 人的滑坡灾害风险。该技术成果有效提高了滑坡监测预警与防治水平，取得了显著的社会、环境及经济效益。

图 1 高陡边坡位移动力耦合预警阶段划分

　　 图 2 高陡边坡多源信息综合集成在线远程监测预警系统

　 图 3 滑坡几何要素及监测布置模型示意图 图4 滑坡预应力锚索监测剖面示意图

　　 图 5 滑坡重力式锚杆图 6 滑坡悬臂式锚杆图 7 滑坡抗滑挡墙示意图

图 8 滑坡锚杆束加固复合挡墙设计图复合挡墙设计图锚固端简图