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我国是滑坡灾害频繁发生的国家,尤其是近年来随着人类工程活动的日益加剧,再加上全球气候变暖,重大滑坡灾害不断发生。重大滑坡灾害对人民生命财产构成了严重威胁,而边坡安全性评判和滑坡预测预报是减轻滑坡灾害的最有效方法之一。由于滑坡运动具有复杂性和不确定性,滑坡预测预报仍是世界性难题。 本文总结了各种滑坡预测预报模型和预报判据,并认为有些预报模型的假设条件和预报判据缺乏足够的论证。例如,原始Verhulst和协同模型中将位移监测序列中的第一个位移数据作为已知条件缺乏依据,另外,这两个模型将位移速度达到极大值的时间作为预报滑坡发生的时间与取α为2和3也缺乏足够的论证。 此外,前人的研究集中在用加速变形阶段的变形信息进行预测预报方面,在用加速变形阶段以前的变形信息进行安全性评判和预报方面的研究做得较少,而在工程建设过程中,大部分边坡都还处于减速或等速变形阶段,在达到加速变形阶段之前,就需要关注其安全性的变化情况。因此,急需建立基于加速变形阶段之前变形监测信息的边坡安全性评判标准来评判边坡加速变形之前的安全性。 本文针对以上所提的几个问题进行了研究,并取得了如下研究成果: (1)针对原始Verhulst模型和协同模型将第一个数据点位移作为已知条件缺乏足够论证的问题,将前人提出的改进方法应用到对原始协同和Verhulst预测预报模型的改进中,实例预测预报结果表明:与原始模型相比,改进模型的位移预测精度更高,速度判据的预报时间更准确。故改进模型优于原始模型。 (2)根据Verhulst模型和协同模型将幂指数α取为2和3缺乏理论依据的问题,将可根据原始位移数据自身的特点来确定α值的GM(1,1)幂模型引入到了滑坡预测预报中。并对原始GM(1,1)幂模型进行了改进,推导了GM(1,1)幂模型速度最大值判据的预报公式。实例预测预报结果表明:改进GM(1,1)幂模型的预测预报结果好于Verhulst模型、协同模型和原始GM(1,1)幂模型的预测结果。 (3)非线性拟合是确定GM(1,1)幂模型参数的一种方法。非线性拟合确定参数的GM(1,1)幂模型预测预报结果优于Verhulst模型和协同模型的结果。 (4)通过分析认为原始Verhulst模型和协同模型把速度达到最大值时刻作为预报滑坡发生时间的判据缺乏合理性,用加速度或加加速度最大值时刻作为滑坡预报判据应更合理。通过推导公式,并将不同判据应用于预报中,结果表明速度判据的预报时间误差较大,加速度或加加速度判据的预报时间较准确。对于改进的Verhulst模型,应以加速度最大值时刻作为预报时间上限值,加加速度最大值时刻作为预报时间下限值的预报时间范围进行预报。对于改进的协同模型和改进的GM(1,1)幂模型,应以加速度最大值的时刻作为预报滑坡发生时间的判据。 (5)将改进GM(1,1)幂模型加速度判据的预报时间与其它模型预报时间进行对比的结果验证了改进GM(1,1)幂模型加速度判据的预报时间较准确的结论。 (6)由滑坡实例预报结果可知,只有当所选的位移数据时间与滑坡实际发生时间接近到一定程度时改进GM(1,1)幂模型加速度最大值判据的预报时间才通常较准确,本文提出在用改进GM(1,1)幂模型预报时,优先选用加速度判据预报,如果用加速度判据的预报效果不好,则选用速度与加速度判据预报时间的中点时间预报,如果中点时间预报效果也不好,则选用速度最大值判据的预报。 (7)将改进GM(1,1)幂模型应用到岩石应力-应变曲线的峰值应力预报中的结果表明:当所选建模数据点与峰值点较接近时,加速度判据的预报准确度较高。 (8)根据Verhulst反函数模型原理,本文提出了GM(1,1)幂反函数预报模型,推导了用GM(1,1)幂反函数模型预报滑坡发生时间和滑体由稳定变形阶段进入加速变形阶段的时间的计算公式。 (9)本文建立了边坡变形与稳定性系数之间的关系,实现了根据变形来评判边坡稳定性的目标,并可将突变点位移作为对边坡作出预警的位移,也可用该突变预警位移作为判断边坡加速变形阶段开始的标准,这就可避免因降雨、库水位变动、开挖堆载等诸多外界因素引起的“阶跃式”暂时加速变形所造成的误报。 (10)用FLAC数值模拟方法,建立了龙江大桥腾冲岸桥轴线主剖面位移监测点的水平位移与稳定性系数之间的关系,实现了根据位移来评判边坡稳定性的目标。根据实际位移监测值与时间的拟合关系,外推得到边坡在未来时间的位移,并根据位移与稳定性系数的关系预测了外推位移对应的稳定性系数,然后根据外推位移与时间的关系,实现了预测位移突变之前不同时间边坡稳定性的目的。 (11)在用局部强度折减法确定腾冲岸边坡多级潜在滑动面位置和安全度分区基础上,进行了位移监测点设计。用该监测设计方法可确定位移监测点的位置和数量,以及深孔位移监测孔的监测深度。根据实际位移监测信息,用本文提出的基于位移与稳定系数的关系的安全性评判方法,就可以评判边坡的稳定性,如果边坡处于加速变形阶段,也可用改进的GM(1,1)幂模型来对失稳时间进行预报。