一种基于倾角突变的斜坡失稳时间预测方法与流程

1.本发明涉及地质灾害预警技术领域，具体为一种基于倾角突变的斜坡失稳时间预测方法。


背景技术：

2.崩塌、滑坡等斜坡失稳是常见的山地灾害，一旦发生往往造成严重的生命财产损失。及时、准确的灾害预警有助于人们避开危险区、减少生命财产损失。
3.目前，斜坡失稳预警主要通过地表位移、倾角、深部位移等指标进行阈值预警。所用的预警模型主要为斋藤模型及其修订模型。该模型将滑坡过程大致划分为减速阶段、匀速阶段、加速(匀加速阶段、加加速阶段或减加速阶段)，当滑坡体由匀速阶段转向加速阶段时，往往意味着滑坡体即将进入严重破坏阶段，这时需要准备疏散或组织疏散。也有采用倾角指标进行预警的，比如角度变化速率，并建议疏散剩余时间，比如当变化速率大于0.01
°
/h时，意味着疏散时间10小时至300小时。
4.这些预警方法一般对应于危险性等级，可以判断斜坡灾变阶段，有时可根据经验给出失稳剩余时间，但时间边界往往是模糊的，而且精度是小时级的。为了更好地服务斜坡失稳预警响应，需要一种时间精度更高的斜坡失稳时间预测方法。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于倾角突变的斜坡失稳时间预测方法。
6.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
7.一种基于倾角突变的斜坡失稳时间预测方法，包括以下步骤：
8.s1,在坡面部署多个倾角传感器，用于实时获取坡面倾角变化数据，执行步骤s2；
9.s2，根据获取的坡面倾角变化数据生成角速率时程曲线，再根据角速率时程曲线判断斜坡失稳灾变阶段，执行步骤s3；
10.s3，当判断出斜坡失稳灾变阶段进入到临滑灾变阶段时，计算临滑灾变阶段斜坡的综合倾角值δxyz以及综合倾角值δxyz的时间倒数值拟合时间倒数值与时间的关系式，执行步骤s4；
11.s4，根据拟合关系式计算综合倾角值的时间倒数值为零的时刻，将此时刻预测为斜坡失稳时刻，执行步骤s5；
12.s5，根据不同倾角传感器所预测的斜坡失稳时刻的组合，判断斜坡是否整体失稳或局部失稳。
13.进一步的，所述步骤s1中，多个倾角传感器分别部署在斜坡失稳主滑动方向上，当斜坡主滑动方向不明确时，倾角传感器部署在斜坡坡面中线及中线两侧。
14.进一步的，所述步骤s2中，角速率时程曲线根据倾角传感器采集的角速率值生成，所述角速率值取x、y、z轴三个方向的时间累积角度值，根据倾角传感器的采集频率更新角
速率值。
15.进一步的，以每个倾角传感器的监测点为原点建立坐标轴，所述倾角传感器采集坐标轴上x、y、z轴上的角速率值的周期不低于10分钟一次，倾角传感器各方向倾角数据的精度不低于0.01
°
。
16.进一步的，所述步骤s2中，根据角速率时程曲线判断斜坡失稳灾变阶段包括但不限于以下方法：当角速率(单位
°
/h)处于[x1，x2)区间时，判断斜坡进入灾变初始状态，当角速率处于[x2，x3)区间时，判断斜坡进入灾变加剧状态；当角速率大于等于x3时，判断斜坡进入灾变严重状态，灾变加剧状态和灾变严重状态均设为临滑灾变阶段。
[0017]
进一步的，所述步骤s3中，综合倾角值δxyz的计算公式为：
[0018][0019]
式中，δx、δy、δz为单位时间δt下的x、y、z轴各方向倾角分量变化量，即x、y、z各方向的角速度率。
[0020]
进一步的，所述步骤s3中，综合倾角值δxyz的时间倒数值的计算公式为：
[0021][0022]
进一步的，拟合时间倒数值与时间的关系式采用线性方程，即
[0023][0024]
式中，a和b为拟合得到的常数。
[0025]
进一步的，所述步骤s5中，判断斜坡是否整体失稳或局部失稳的方法为：当仅有单个倾角传感器预测出斜坡失稳时刻时，可判断为局部失稳，当含有2个及以上传感器预测出失稳时刻，且失稳时刻与现在时刻的时间差值小于或者等于t时，判断为整体失稳；当失稳时刻与现在时刻的时间差值大于t时，判断为分块失稳，小于等于t表示临近失稳时刻，大于t表示未临近失稳时刻，t的取值可根据用户的需求自主设定。
[0026]
本发明的有益效果是：
[0027]
1、本发明提供的方法有助于明确斜坡失稳时刻，为预警响应提供有力的依据，该方法根据坡面布设的倾角监测器测度坡面倾角变化，进而根据变化趋势判断失稳灾变阶段和预测最终失稳时间，时间精度可达分钟级。
附图说明
[0028]
图1为本发明的流程示意图；
[0029]
图2为实施例中各方向角速率变化曲线；
[0030]
图3为实施例中9:00至10:00的综合倾角时间倒数值拟合曲线。
具体实施方式
[0031]
下面结合本发明的附图1
‑
3，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发
明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施。
[0032]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“逆时针”、“顺时针”“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0033]
一种基于倾角突变的斜坡失稳时间预测方法，包括以下步骤：
[0034]
s1,在坡面部署多个倾角传感器，用于实时获取坡面倾角变化数据，执行步骤s2；
[0035]
s2，根据获取的坡面倾角变化数据生成角速率时程曲线，再根据角速率时程曲线判断斜坡失稳灾变阶段，执行步骤s3；
[0036]
s3，当判断出斜坡失稳灾变阶段进入到临滑灾变阶段时，计算临滑灾变阶段斜坡的综合倾角值δxyz以及综合倾角值δxyz的时间倒数值拟合时间倒数值与时间的关系式，执行步骤s4；
[0037]
s4，根据拟合关系式计算综合倾角值的时间倒数值为零的时刻，将此时刻预测为斜坡失稳时刻，执行步骤s5；
[0038]
s5，根据不同倾角传感器所预测的斜坡失稳时刻的组合，判断斜坡是否整体失稳或局部失稳。
[0039]
进一步的，所述步骤s1中，多个倾角传感器分别部署在斜坡失稳主滑动方向上，当斜坡主滑动方向不明确时，倾角传感器部署在斜坡坡面中线及中线两侧。
[0040]
进一步的，所述步骤s2中，角速率时程曲线根据倾角传感器采集的角速率值生成，所述角速率值取x、y、z轴三个方向的时间累积角度值，根据倾角传感器的采集频率更新角速率值。
[0041]
进一步的，以每个倾角传感器的监测点为原点建立坐标轴，所述倾角传感器采集坐标轴上x、y、z轴上的角速率值的周期不低于10分钟一次，倾角传感器各方向倾角数据的精度不低于0.01
°
。
[0042]
进一步的，所述步骤s2中，根据角速率时程曲线判断斜坡失稳灾变阶段包括但不限于以下方法：当角速率(单位
°
/h)处于[0.01，0.1)区间时，判断斜坡进入灾变初始状态，当角速率处于[0.1，1)区间时，判断斜坡进入灾变加剧状态；当角速率大于等于1
°
/h时，判断斜坡进入灾变严重状态，灾变加剧状态和灾变严重状态均设为临滑灾变阶段。
[0043]
进一步的，所述步骤s3中，综合倾角值δxyz的计算公式为：
[0044][0045]
式中，δx、δy、δz为单位时间δt下的x、y、z轴各方向倾角分量变化量，即x、y、z各方向的角速度率。
[0046]
进一步的，所述步骤s3中，综合倾角值δxyz的时间倒数值的计算公式为：
[0047][0048]
进一步的，拟合时间倒数值与时间的关系式采用线性方程，即
[0049][0050]
式中，a和b为拟合得到的常数。
[0051]
进一步的，所述步骤s5中，判断斜坡是否整体失稳或局部失稳的方法为：当仅有单个倾角传感器预测出斜坡失稳时刻时，可判断为局部失稳，当含有2个及以上传感器预测出失稳时刻，且失稳时刻与现在时刻的时间差值小于或者等于t时，判断为整体失稳；当失稳时刻与现在时刻的时间差值大于t时，判断为分块失稳，小于等于t表示临近失稳时刻，大于t表示未临近失稳时刻，t的取值可根据用户的需求自主设定。
[0052]
实施例
[0053]
某滑坡采用倾角监测计进行监测预警。加速度计可监测x、y、z三个方向的倾角变化值，采集周期为10分钟，采集精度为0.001
°
。在某次降雨过程中，滑坡坡面倾角值在9:00时发生异常变化，并且随着时间的推移，该异常在逐渐恶化，如图3所示，最终在10:50左右失稳破坏，计算9:00之后各时刻的综合倾角时间倒数值，并以此确定倒数值为零时的时刻；
[0054]
图3为9:00至10:00之间的数据进行拟合的拟合曲线
，
拟合关系式为拟合关系式为根据图中数据代入关系式中得y＝
‑
386.1x 167.35，当y＝0时，x＝0.4334，换算成24小时制即为10:24。假若10:00分发出滑坡预警倾角传感器，计算提前量为24分钟，实际提前量约为50分钟。
[0055]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。