基于地下水位的黄土地区城市地质灾害风险评价方法与流程

本发明属于黄土地区城市地质灾害评价，具体涉及基于地下水位的黄土地区城市地质灾害风险评价方法。

背景技术：

1、黄土土体力学性质、结构稳定性对地下水水位变化高度敏感。地下水位的埋深变化、动态波动作用，会直接引发黄土土体强度衰减、结构损伤与湿陷变形，是黄土地区滑坡、地面塌陷、地基沉降、地裂缝等地质灾害的核心诱因。

2、城市人类活动会大幅扰动天然地下水环境，造成地下水位频繁波动、动态异变，诱发滑坡、塌陷、地裂缝等地质灾害。现有黄土地质灾害评价体系多基于地下水位单一指标构建，且一般直接通过检测地下水位，实检实评，难以反映长期地下水变化对黄土土体的累积损伤效应，难以满足城市地质灾害精细化防控的应用需求。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了基于地下水位的黄土地区城市地质灾害风险评价方法，可以解决现有技术中存在评价指标单一、难以反映长期地下水变化对黄土土体的累积损伤效应的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：基于地下水位的黄土地区城市地质灾害风险评价方法，包括以下步骤：

3、收集目标区域地下水位的时序监测数据，从所述时序监测数据中，提取水位波动幅值、水位变化速率和水位累计降幅作为地下水评价指标；

4、利用不同地下水波动工况下原状黄土浸润力学试验，根据各种所述地下水波动工况计算对应的所述地下水评价指标，并从所述原状黄土浸润力学试验中对应获取黄土力学参数劣化程度，建立地下水评价指标与黄土力学参数劣化程度之间的对应关系，构建黄土力学参数劣化评价方程；

5、采集目标区域地下水位的实时监测数据，计算当日所述地下水评价指标，将当日所述地下水评价指标输入所述黄土力学参数劣化评价方程，获得当日黄土力学参数劣化程度；

6、根据所述当日黄土力学参数劣化程度计算当日土体损伤增量，并结合历史损伤状态逐日累计更新土体总劣化度；

7、采用阈值标定方式建立土体总劣化度与灾害风险等级之间的映射关系，将实时更新的所述土体总劣化度，与不同所述灾害风险等级对应阈值区间进行比较，输出目标区域的灾害风险等级。

8、优选的，所述水位波动幅值为目标区域的月度地下水位变化幅值；所述水位变化速率为目标区域单日水位变化速率；所述水位累计降幅为目标区域的季度地下水位累计降幅。

9、优选的，所述黄土力学参数劣化评价方程公式如下：

10、

11、式中：为当前时刻的黄土力学参数劣化程度；x1为水位波动幅值标准化值；x2为水位变化速率标准化值；x3为水位累计降幅标准化值；a、m1为水位波动幅值对应的拟合修正系数；b、m2为水位变化速率对应的拟合修正系数；c、m3为水位累计降幅对应的拟合修正系数；各所述拟合修正系数均通过原状黄土浸润力学试验数据集拟合回归求解；e为自然常数。

12、优选的，所述原状黄土浸润力学试验数据集为水位扰动工况与黄土力学参数的对应数据集，通过原状黄土浸润力学试验建立；所述黄土力学参数包括黏聚力、内摩擦角、压缩模量、湿陷变形系数。

13、优选的，所述土体总劣化度的计算公式如下：

14、

15、式中：dn为第n日土体总劣化度；dn-1为前一日土体总劣化度；δdi为当日土体损伤增量；

16、其中，当日土体损伤增量的计算公式如下：

17、

18、式中：δdi为当日土体损伤增量；为当日黄土力学参数劣化程度。

19、优选的，所述建立土体总劣化度与灾害风险等级之间的映射关系包括以下步骤：

20、收集目标区域长时序历史灾害数据，划分滑坡、地面塌陷、地基湿陷沉降、地裂缝四类黄土城市灾害类型；

21、基于岩土力学强度准则与失稳计算公式，试算得到各类黄土城市灾害类型失稳对应的初始临界阈值区间；结合所述历史灾害数据对初始临界阈值区间进行修正，得到分级阈值基准；

22、结合野外水位监测站、隐患点变形监测设备完成现场校验，划定安全、预警、临界失稳、灾害爆发四级阈值区间。

23、优选的，标准化后的所述土体总劣化度为区间范围在0到1内的值；所述土体总劣化度与灾害风险等级之间的映射关系为：土体总劣化度处于0～0.30时对应安全等级；土体总劣化度处于0.30～0.60时对应预警等级；土体总劣化度处于0.60～0.85时对应临界失稳等级；土体总劣化度处于0.85～1.00时对应灾害爆发等级。

24、相对于现有技术，本发明通过量化地下水位变化过程中的波动幅值、变化速率、持续时间等评价指标，避免仅采用单一地下水位值造成的信息缺失；通过构建地下水位评价指标与黄土力学参数劣化之间的影响关系，实现地下水扰动作用下对黄土结构劣化过程的连续评估。

25、根据黄土力学参数劣化结果计算单日土体损伤增量，并逐日累积更新土体总劣化度，能够反映长期地下水变化引起的累积损伤效应，并针对不同城市环境及灾害类型进行阈值标定，使风险判定能够适应城市的不同区域地下水条件和灾害演化特征，提高预警结果的针对性和可靠性。

1.基于地下水位的黄土地区城市地质灾害风险评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于地下水位的黄土地区城市地质灾害风险评价方法，其特征在于：所述水位波动幅值为目标区域的月度地下水位变化幅值；所述水位变化速率为目标区域单日水位变化速率；所述水位累计降幅为目标区域的季度地下水位累计降幅。

3.根据权利要求1所述的基于地下水位的黄土地区城市地质灾害风险评价方法，其特征在于，所述黄土力学参数劣化评价方程公式如下：

4.根据权利要求3所述的基于地下水位的黄土地区城市地质灾害风险评价方法，其特征在于：所述原状黄土浸润力学试验数据集为水位扰动工况与黄土力学参数的对应数据集，通过原状黄土浸润力学试验建立；所述黄土力学参数包括黏聚力、内摩擦角、压缩模量、湿陷变形系数。

5.根据权利要求3所述的基于地下水位的黄土地区城市地质灾害风险评价方法，其特征在于，所述土体总劣化度的计算公式如下：

6.根据权利要求1所述的基于地下水位的黄土地区城市地质灾害风险评价方法，其特征在于：所述建立土体总劣化度与灾害风险等级之间的映射关系包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的基于地下水位的黄土地区城市地质灾害风险评价方法，其特征在于，标准化后的所述土体总劣化度为区间范围在0到1内的值；所述土体总劣化度与灾害风险等级之间的映射关系为：土体总劣化度处于0～0.30时对应安全等级；土体总劣化度处于0.30～0.60时对应预警等级；土体总劣化度处于0.60～0.85时对应临界失稳等级；土体总劣化度处于0.85～1.00时对应灾害爆发等级。