滑坡变形预警指标研究【亚博APP安全有保障】

本文摘要:原标题:思量前缘桩锚支挡作用的滑坡变形预警指标研究摘 要:在思量坡体前缘抗滑桩锚索对坡体下滑的阻挡作用的基础上,提出滑坡变形总量与变形速率 预警指标。

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原标题:思量前缘桩锚支挡作用的滑坡变形预警指标研究摘 要:在思量坡体前缘抗滑桩锚索对坡体下滑的阻挡作用的基础上,提出滑坡变形总量与变形速率 预警指标。以四川岷江电化有限公司厂区西侧滑坡为例,使用强度折减法,通过 FLAC 数值模拟获得 滑坡失稳破坏时的坡向位移,之后减去锚索所能蒙受的最大变形量,制定滑坡坡表变形总量预警阈 值,而且凭据前人统计研究获得的一般性滑坡变形速率与滑坡实际监测资料分析,制定滑坡坡表变形 速率预警阈值。盘算效果讲明: 监测点 JC01 坡表变形总量蓝色、黄色、橙色与红色预警阈值划分为 0. 00 cm、38. 84 cm、58. 26 cm、77. 68 cm; 监测点 JC02 坡表变形总量蓝色、黄色、橙色与红色预警 阈值划分为 0. 00 cm、63. 00 cm、94. 51 cm、126. 01 cm; 监测点 JC03 坡表变形总量蓝色、黄色、橙 色与红色预警阈值划分为 0. 00 cm、46. 84 cm、70. 26 cm、93. 68 cm; 滑坡的坡表变形速率蓝色、黄 色、橙色与红色预警阈值划分为 0. 00 mm/d、0. 11 mm/d、1. 61 mm/d、10. 00 mm/d。

研究效果为四 川岷江电化有限公司厂区西侧滑坡预警阈值的制定提供了相关参考与依据。关键词:滑坡; 位移; 变形速率; 预警作者简介:姬超(1996—),男,硕士研究生,主要从事地质灾害方面的研究。

E-mail:1761260149@qq.com;引用:姬超,陈好,陈皓,等. 思量前缘桩锚支挡作用的滑坡变形预警指标研究[ J] . 水利水电技术,2020,51( 5) : 139-145.JI Chao,CHEN Hao,CHEN Hao,et al. Leading edge pile anchor supporting and retaining effect-considered study on early warning index of landslide deformation[ J]. Water Resources and Hydropower Engineering,2020,51( 5) : 139-145.0 引 言滑坡通常指岩体或土体在重力作用下,整体顺坡下滑的地质现象, 是一种广泛漫衍的具有很大破坏作用的地质灾害。为了能够对滑坡举行 提前防护与治理,预防和淘汰滑坡造成的损失,就必须对滑坡举行预警预报,而滑坡预警阈值的制定可以为滑坡的预警预报提供一个可供参考简直 定量值。在滑坡变形演化历程中,位移可作为滑坡变化最显著的特征之一,包罗地表位移、深部位移、地表变形速率和深部变形速率等。

滑坡在进入 匀速变形阶段、加速变形状态与失稳破坏状态时,位移—时间曲线均会出现差别的特征 ,因此,现在滑坡预警阈值大多是直接基于位移变化或其 他相关指标(如,切线角 、应变速率 、动能、动能变化率 等)而制定的。其中,直接基于滑坡坡表位移变化和坡表变形速率而获得的滑坡预警阈值更为简练明晰,直观可操作,较为利便适用于实际工程,故在一般工程中经常接纳此种方法来制定滑坡预警阈值。通过对大量滑坡在差别变形阶段特征的统计分析,获得了滑坡在 差别变形阶段地表变形与地表变形速率的普适性预警阈值。

统计效果讲明:滑坡加速变形阶段历时 18~1 080 d,靠近一半的滑坡加速阶段历时位于区间 30~90 d,绝大部门滑 坡急剧变形阶段历时小于 30 d;滑坡在进入加速变形阶段时裂痕最大宽度为 1~50 cm,进入急剧变形阶段时最大裂痕宽度为 4~126 cm,其中土质滑坡与聚集体滑坡临界裂痕宽度较 大,岩质滑坡临界裂痕宽度相对较小;滑坡进入急剧变形阶段的位移临界速率一般不凌驾50 mm/d,种种滑坡进入加速变形阶段的位移速率均不大,但此速率值与破坏模式关系相关,当 破坏模式为滑动破坏时,滑坡该位移速率阈值基本都不凌驾 4 mm/d,当为倾倒破坏或崩塌破坏时,滑坡该阈值稍大,一般大于 4 mm/d。但将一般性预警阈值用于某一特定滑坡,由于 特定的地质情况条件,滑坡具有显着的个性特征 ,那么一般性预警阈值应用在特定滑坡中时,阈值精度则无法保证。

此外,若滑坡在监测设施部署之前已有相关治理措施(如桩锚支挡 等),这会对滑坡之后的变形起到阻缓作用,在这种工况下接纳基于统计分析而获得的滑坡变形预警阈值较实际情况会偏大,无法应用于实际工况,这时在提出切合实际工况的变形预警 阈值时,必须要思量先前治理措施对滑坡之后变形的阻缓作用,而前人研究中并未对该工况举行研究;对于某一特定地质条件下滑坡的变形阶段分析与预警阈值制定,主要是基于实际的 监测数据而建设,从而获得特定滑坡的预警阈值 ,但也无法全面思量滑坡的特征,同样会导致预警阈值精度不足。另外,监测数据与滑坡变形阶段具有同步性,监测数 据是滑坡变形阶段的直观反映,而对于滑坡现在变形阶段之后阶段的预警阈值制定,从现有监测数据中也无法分析获得。由此可见,对于已有相关治理措施且现在处于某一变形阶段的滑坡,整个变形阶段预警阈值的制定,必须思量已有的治理措施对滑坡变形的阻缓作用,除此之外,还应思量滑坡详细的 地质特征与现在所处的变形阶段,在此基础上,综合思量滑坡实际的监测数据和普适性预警阈值,便可获得切合上述工况的预警阈值。本文以岷江电化西侧滑坡为例,凭据滑坡的实际地 质特征,通过 FLAC建设了滑坡数值模型,使用强度折减法获得滑坡失稳破坏时的坡向位移。

思量到前缘桩锚支挡作用,用之前获得的滑坡失稳破坏时的坡向位移减去锚索所能蒙受的 最大变形量,获得了思量前缘桩锚支挡作用的滑坡失稳破坏时的位移值。联合滑坡险情预警分级,对思量前缘桩锚支挡作用的滑坡失稳破坏时的位移值等梯度折减,制定出滑坡坡表变 形总量的预警阈值;凭据前人统计研究获得的滑坡坡表普适性变形速率并联合滑坡坡表近半年的实际监测变形速率的分析,制定出了滑坡坡表变形速率的预警阈值。

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1 岷江电化西侧滑坡工程概况岷江电化西侧滑坡位于四川省阿坝州茂县富顺乡团结村四川岷江电化有限公司厂区西面,中心地理位置为东经104°01′44.18″,北纬31°46′59.63″。该滑坡纵坡长约368 m,横向最 大宽度约230 m,滑体平均厚约15 m,面积约0.084 km ,方量约94.2万m ,主滑偏向约89°。

图1 监测装置平面部署 滑坡区地貌单元属中山地貌,区内出露基岩为志留系茂县群灰绿色千枚岩夹砂岩、灰岩,岩层产状中缓,笼罩层多为残坡积层含碎石粉质黏土。受岩性和结构的控制,区内斜坡上部 较陡,坡脚相对较平缓,多呈台阶状。

滑坡区划分为3个滑坡,划分为主滑坡HP1、HP2与HP3。岷江电化西侧滑坡在举行监测前,已经举行过2次治理,主要措施为锚拉桩与截排水,这对阻碍滑坡的急剧下滑起到了一定的努力作用。

自2019年1月初,地质灾害与工程宁静监测 课题组便对滑坡举行实时监测,而且获得了大量监测数据,凭据测斜孔的位移监测结果分析可知,滑坡现在仍在连续下滑。滑坡区的监测系统主要由13个测斜孔、10个水位孔以及一个雨量计组成。其中:测斜孔 IN-5、IN-4与水位孔SW-10位于滑坡HP1的后缘;测斜孔 IN-3、IN-2、IN-6、IN-10、IN11、IN-12 与水位孔SW-7、SW-8、SW-9、SW-5、SW-3、SW-1位于滑坡HP1的中部;测斜孔IN-1、IN-7与水位孔SW-6、SW-4、SW-2位于滑坡HP1的前缘;测斜孔IN-8、IN-9位 于滑坡HP2;测斜孔IN-13位于滑坡 HP3。此外,在滑坡体中部转头弯处还部署一雨量计,用来对滑坡区的降雨情况举行实时监测。

监测装置详细部署如图1所示。2 模型建设数值模拟选取岷江电化西侧滑坡 HP1 的 1-1′ 纵剖面作为盘算模型。在 FLAC 中通过Extrusion 举行建模,之后将建设的数值模型分为三组:表层为滑体,主要身分为碎石土;中间 夹层为滑带,主要身分为全风化千枚岩;底层为滑床,主要身分为强风化千枚岩。如图2所示,建设数值模型如下:(1)模型长 326 m,宽 20 m,高 154 m,X向为滑坡滑动偏向, Y 向为滑坡 纵向延伸偏向,Z 向为滑坡重力反偏向;(2)界限条件主要联合实际情况举行设定,模型底部接纳位移界限条件,竖直和水平位移设置为 0,四周设置为偏向约束条件,外貌设置为自由界限; (3)本构模型接纳摩尔库伦模型;(4)相关盘算参数如表1所列。

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图2 滑坡数值模型 表1 数值模拟中相关参数取值 图3 滑坡X 向位移随折减系数变化(位移单元:m) 3 基于强度折减法的滑坡稳定宁静系数强度折减系数法即是将土体参数 c,φ 值同时除以一个折减系数F,获得一组新的 c′,φ′值,然后将其作为新的质料参数对滑坡举行试算。按以上步骤对c,φ 不停按一定梯度举行折 减,直到边坡即将发生破坏,这时便把对应的 F称为边坡的稳定宁静系数。详细如下3.1 特征点位移盘算判据为了充实展示滑坡随差别折减系数的位移变化,划分在滑坡前缘、中部与后缘各选取了1个坡面监测点,这样,便可对滑坡的位移变化举行全面的监控,其中,监测点 JC01 位于滑坡 后缘,监测点 JC02 位于滑坡中部,监测点 JC03 位于滑坡前缘。盘算初始折减系数为1.00,随后以 0.05 为增量不停增加折减系数,直至所有监测点位移发生突变。

如图 3、图 4以及 表2所示,可以看出,随折减系数的逐渐增大,滑坡各个监测点的 X向位移也不停增大,在折减系数为 1.15 处,各个监测点的X 向位移泛起突变,位移速率急剧增大,即在折减系数为 1.10 ~1.15 时,滑坡处于由稳定向失稳状态的动态变化历程中。所以,由滑坡监测点位移盘算判据可得滑坡的稳定宁静系数为 1.10。

3.2 塑性区判据同样可以获得折减系数初始值为1.00,增量为0.05的滑坡塑性区漫衍(见图5)。从图5可以看出,随着折减系数的逐步增大,滑坡塑性区从滑坡前缘逐渐扩大,且滑坡后缘也逐渐泛起 塑性区,直至折减系数为 1.15 时,滑坡塑性区沿中间夹层领悟,即滑坡此时为失稳状态。因此,由塑性区判据获得的滑坡稳定宁静系数为 1.10。

图4 监测点 X 向位移随折减系数变化曲线 表2 各个监测点随折减系数变化而变化的X向位移 图5 滑坡塑性区漫衍随折减系数变化 图5 滑坡塑性区漫衍随折减系数变化 由滑坡监测点位移判据与塑性区判据均获得滑坡的稳定宁静系数为 1.10,故可判断滑坡基于强度折减法获得的稳定宁静系数为 1.10。4 滑坡预警与分级滑坡的最终破坏往往要履历一定的时间历程与变形生长历程,因此可以依据滑坡变形所处的生长演化阶段、宏观变形迹象、发生概率巨细和可能发生的时间,把滑坡险情预警级 别划分为4个品级:注意级、警示级、警戒级、警报级,并划分以蓝色(滑坡处于匀速变形阶段)、黄色(滑坡处于加速变形阶段初期)、橙色(滑坡进入加速变形中期阶段)、红色(滑坡变 形进入加加速变形阶段)予以标志。

4.1 滑坡变形总量预警指标制定凭据前文可知,接纳强度折减法获得滑坡 HP1的三个监测点JC01、JC02、JC03 在失稳破坏时的X向位移量划分为140 cm、200 cm、160 cm。但前文在举行数值模拟时,并未 思量已有前缘抗滑桩锚索对滑坡的支挡作用,故滑坡变形总量预警指标应在未思量锚索作用滑坡失稳破坏时的X向位移量减去锚索所能蒙受的最大X向位移的基础上举行制定。

锚索 所能蒙受的X向最大位移盘算如下表3 锚索物理以及力学参数 式中,Δl 为锚索沿X向的拉伸长度;α 为锚孔倾斜角度;l 为锚索长度;Δl 为锚索拉伸长度;F 为锚索锚固力;n为一根锚索中所含的钢绞线的根数;A 为刚绞线截面面积;E 为钢绞线 弹性模量;ε 为锚索沿拉伸向的应变。在滑坡HP1前缘抗滑桩上总共打了3排锚索,由抗滑桩上部至下部锚索沿X向的拉伸长度划分计为Δl 、Δl 与Δl ,则锚索沿X向总的拉伸长度Δl 为锚索的物理以及力学参数如表3所列。由式(2)—式(5)以及表3可得Δl =42.9 cm,则滑坡HP1的三个监测点JC01、JC02、JC03在失稳破坏时的X向位移量划分为 97.1 cm、157.51 cm、117.1 cm。

为了保证预警的提前性与宁静性,即在滑坡发生失稳破坏前某一时间,就应连忙发出警报,为人员疏散、转移等掩护措施争取时间,故预警的变形位移量应小于滑坡发生失稳破坏时 的变形位移量,为此,划分接纳滑坡发生失稳破坏时的变形位移量的80%、60%与40%这三个等梯度阈值举行红色、橙色、黄色与蓝色预警。关于滑坡变形总量预警指标的制定如表4 所列。表4 滑坡变形总量预警指标制定 凭据现场深部位移监测数据,现在监测点 JC01、JC02、JC03(停止2019-06-19)的坡面位移划分为2.34 cm、3.89 cm、 3.30 cm,由表4可知,这三个监测点现在均处于蓝色预警 状态。

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4.2 滑坡变形速率预警指标制定岷江电化西侧滑坡部门监测资料如图6所示。由监测资料可知:IN-1进入加速初期变形阶段的平均速率为0.26 mm/d,进入加速中期变形阶段的速率为1.99 mm/d;IN-2进入加速初 期变形阶段的平均速率为0.36 mm/d,进入加速中期变形阶段的速率为1.61 mm/d;IN-4进入加速初期变形阶段的平均速率为0.11 mm/d;IN-5进入加速初期变形阶段的平均速率为0.11 mm/d。大多数滑坡进入急剧变形阶段位移速率均小于 10 mm/d,凭据岷江电化西侧滑坡监测资料可将 0.11 mm/d 作为一级预警指标阈值,1.61 mm/d 作为二级预警指标阈值, 10 mm/d 作为三级预警指标阈值,详细滑坡变形速率预警指标制定如表5所列。图6 1-1′纵剖面监测点孔口累计位移速率-时间曲线 表5 滑坡变形速率预警指标制定 5 结 论(1)使用强度折减法,通过 FLAC 数值模拟的监测点坡向位移判据和塑性区判据获得岷江电化西侧滑坡坡面 3 个监测点在滑坡失稳破坏时的坡表位移。

(2)用未思量锚索作用的滑坡失稳破坏时坡向位移量减去锚索所能蒙受的最大坡向位移量,获得思量锚索作用的滑坡失稳破坏时坡向位移量,在此基础上,对滑坡变形举行等梯度折 减,制定岷江电化西侧滑坡坡表变形总量的预警指标。通过盘算可将 0.00 cm、38.84 cm、58.26 cm、77.68 cm 划分作为监测点 JC01坡表变形总量蓝色、黄色、橙色与红色预警 指标阈值;可将0.00 cm、63.00 cm、94.51 cm、126.01 cm划分作为监测点 JC02 坡表变形总量蓝色、黄色、橙色与红色预警指标阈值;可将0.00 cm、46.84 cm、70.26 cm、93. 68 cm划分作为监测点 JC03 坡表变形总量蓝色、黄色、橙色与红色预警指标阈值。

(3)凭据对滑坡近半年实际监测资料的分析,并联合前人统计研究获得的滑坡普适性坡表预警速率,制定了岷江电化西侧滑坡坡表变形速率的预警指标。滑坡的坡表变形速率蓝 色、黄色、橙色与红色预警指标阈值划分为 0.00 mm/d、0.11 mm/d、1.61 mm/d、10.00 mm/d。水利水电技术水利部《水利水电技术》杂志是中国水利水电行业的综合性技术期刊(月刊),为全国中文焦点期刊,面向海内外公然刊行。

本刊以先容我国水资源的开发、使用、治理、设置、节约和掩护,以及水利水电工程的勘察、设计、施工、运行治理和科学研究等方面的技术履历为主,同时也报道外洋的先进技术。期刊主要栏目有:水文水资源、水工修建、工程施工、工程基础、水力学、机电技术、泥沙研究、水情况与水生态、运行治理、试验研究、工程地质、金属结构、水利经济、水利计划、防汛抗旱、建设治理、新能源、都会水利、农村水利、水土保持、水库移民、水利现代化、国际水利等。

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