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滑坡是一个内受岩土体性质控制,外受大气降雨、地形地貌、地下水、地震和人类工程活动等多种因素影响而发展演化的多维非线性动力系统,在内外因素相互耦合作用下,滑坡系统表现出极其复杂而难以预测的演化特征。滑坡监测资料包含了滑坡演化的大量信息,为滑坡稳定性分析和预测预报提供了可靠的数据,为此,建立一个有效、优化的滑坡监测系统将显得尤为重要。目前,大部分滑坡监测系统大多建立在工程地质分析的基础上,缺乏根据滑坡具体地质情况确定监测内容和选择仪器建立滑坡监测模型的思想,监测的针对性不强,且未建立一个概化的监测模型理论体系,不利于滑坡监测系统理论体系的发展。针对上述问题,为加强滑坡监测系统的理论研究和标准模式的建立,建立基于滑坡分类理论体系的典型滑坡地质模型以及与之相适应的优化监测系统,本文以链子崖危岩体、付家岩滑坡为典型滑坡工程实例,以滑坡监测模型的建立与监测系统的优化为研究目标,采用现场调查、监测资料分析、理论分析、数值分析相结合的方法,在地质资料和监测资料分析的基础上,根据滑坡分类理论体系建立典型滑坡的地质模型,进而建立与之相适应的滑坡监测模型,从而形成一套系统、科学的滑坡监测模型理论体系,以提高滑坡监测系统的有效性,在此基础上,根据滑坡监测系统优化的三大核心问题,建立基于滑坡监测模型的监测系统优化理论与方法,以提高滑坡监测系统的效率。本文主要研究内容及成果如下:
(1)在广泛文献调研的基础上,系统的总结了滑坡监测模型与滑坡监测系统的研究现状,指出了目前滑坡监测系统理论体系中存在的主要问题,提出了滑坡监测系统理论体系研究的两大核心问题:滑坡监测模型建模与滑坡监测系统优化问题;
(2)以链子崖危岩体和付家岩滑坡为典型滑坡实例,在系统分析滑坡地形地貌、地层岩性、地质构造、变形特征、形成机制的基础上,利用滑坡监测数据揭示了滑坡变形演化的过程,提出了建立典型滑坡地质模型的地质依据,同时从滑坡监测系统有效性的角度出发,指出了目前链子崖危岩体及付家岩滑坡监测系统的不足,提出了基于滑坡地质模型建立滑坡监测模型以及优化监测系统的思想;
(3)从滑坡系统分析的角度出发,运用系统科学分析思想和基本原理结合目前国内外滑坡分类体系研究的现状,在剖析滑坡系统内外因素的基础上,提出了以滑体特征、变形动力成因及变形活动特征为三大主控因素的滑坡系统分类体系。在此基础上,以滑坡监测与预报为目的,遴选出滑体组构特征(类)、动力成因(型)、变形运动特征(式)和发育阶段(性或期)四个控制性因素作为建模要素,通过要素间的不同组合,建立了基于滑坡分类理论体系的典型滑坡地质模型,运用上述地质模型建模方法,建立的链子崖危岩体地质模型为新生性孕育期渐近推移式挖掘(+水库)型岩质顺层类滑坡,付家岩滑坡地质模型为复活性滑动期整体推移式人工加载(+降雨)型土质岩床(近水平地层)滑坡;
(4)根据滑坡监测模型与监测系统的关系,通过滑坡监测内容、监测方法、监测仪器、监测仪器的精度要求、监测网点的布设以及监测周期的选取六大要素建立了滑坡监测模型的结构体系,在此基础上,根据地质模型决定监测模型的基本原则,建立了滑坡地质模型要素与滑坡监测模型结构体系之间的映射关系,进而建立一个了基于滑坡地质模型的滑坡监测模型结构体系,形成一个概化的滑坡监测模型理论体系,从而减少了滑坡监测系统布置的盲目性,提高了滑坡监测的有效性,同时有力的推动了滑坡监测系统理论体系的发展;
(5)在滑坡监测模型的基础上,根据滑坡监测系统的构成要素,提出了滑坡监测系统优化设计的三个关键问题:监测技术的优化组合、监测点优化布置、监测周期的优化选取。针对上述问题,提出了监测技术优化组合的三大基本原则——地质有效性、技术可行性和经济合理性;从变形监测误差分析理论的角度出发,提出了滑坡监测点优化布置的基本原则,同时以链子崖危岩体Ⅳ-Ⅳ剖面段的位移监测点优化布置为例,根据监测变量(位移)对外界干扰因素作用下的灵敏度大小与监测信息量获取大小之间的关系,利用数值模拟技术和模糊模式识别法对滑坡监测变量的灵敏度分区进行了研究,建立了滑坡监测点优化布置的基本理论,研究结果表明,链子崖危岩体地表位移监测点宣布置在位移量明显和状态变化灵敏度较高的部位,深部水平位移钻孔宜穿越所有不同水平位移变化的灵敏度区域;从滑坡监测阶段和滑坡变形特征的角度出发,建立了滑坡监测周期优化选取的基本理论,滑坡治理前的监测周期宜选为1次/月,治理施工过程中应逐次增加滑坡监测的频率,治理后随着滑坡的逐步稳定,监测周期可渐次加长。