露天礦邊坡監(jiān)測數(shù)據(jù)采集分析及預報模型

1、露天礦邊坡監(jiān)測數(shù)據(jù)采集分析與預報模型綜述目錄一、概論.2二、監(jiān)測技術(shù)及數(shù)據(jù)采集傳輸.4三、露天礦邊坡數(shù)據(jù)分析方法.8四、滑坡預測的模型與參數(shù).15參考文獻.26 一、概論一、露天邊坡及穩(wěn)定性分析 邊坡工程中，安全問題隨著礦山開發(fā)、水利建設、城市發(fā)展等項目的進行，往往是其中重要的環(huán)節(jié)，經(jīng)常會形成有超百米的臨時邊坡或永久邊坡。例如，五強溪水電站壩址左岸形成的邊坡高度在130150m；清江隔河水巖電站廠房人工開挖形成的臺階式邊坡高達185m，長350m；我國露天礦山規(guī)模宏大，最終設計邊坡高度一般為300500m，有的已經(jīng)達700m，冶金部重點礦山大冶鐵礦整個東露天采場上口尺寸為2250m*1000m

2、，南北幫采深將分別達390m和420m，是典型的高陡深凹露天大型礦山。 大小邊坡失穩(wěn)事件數(shù)目眾多，小事故可以造成工期延誤，財產(chǎn)、設備損失，大事故則可能造成人員傷亡，甚至改變設計初衷。天生橋二級水電站位于中國廣西壯族自治區(qū)隆林縣及貴州省安龍縣的界河南盤江上。水電站首部樞紐布置在天生橋峽谷出口的壩索壩址至廠房長約14.5km的河段內(nèi)181m集中天然落差，裁彎取直，開鑿引水隧洞引水發(fā)電。1985年，在該工程水電站進水口明渠開挖時，發(fā)生邊坡坍塌，造成48人死亡；此外，該工程電站廠房殷邊坡穩(wěn)定問題幾度改址。1989年，位于越西縣的漫灘水電站在左岸壩肩開挖時，發(fā)生10.6萬m3滑坡，工程被迫中斷，并導致更

3、改樞紐的原布置方案。又如，大冶鐵礦獅子山北幫a區(qū)在1990年4月30日發(fā)生6000 m3體積的滑坡，而后，在1996年7月1日再次發(fā)生較大規(guī)模的滑坡，滑坡體垂直高差240m，總體積約90000m3?？梢娺吰率鹿视绊懞艽?，所以其安全問題歷來備受重視。我國的露天礦邊坡工程研究起始于20世紀60年代，在20世紀7080年代得到了飛速發(fā)展，與此同時，我國在邊坡工程總體技術(shù)水平上，已居于國際先進行列。進入20世紀8o年代后期，我國已有越來越多的露天礦山轉(zhuǎn)入深凹露天開采，邊坡高度從原先的l00300m增加到300500m，有的甚至超過700m。90年代以來，我國露天礦的邊坡穩(wěn)定性研究的數(shù)據(jù)分析方法亦取得不

4、少新的進展。邊坡穩(wěn)定性分析一直是巖土工程中重要的研究內(nèi)容，其研究最早可追溯到19世紀初，早期的邊坡研究是僅以土體為研究對象的，其方法的顯著特點是采用材料力學和簡單的均質(zhì)彈性、彈塑性理論為基礎的半經(jīng)驗半理論性質(zhì)的研究方法，并把此方法用于巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性研究，但由于其力學機理的粗淺或假設的不合理，其計算結(jié)果與實際情況差別較大。20世紀50年代，我國的許多學者在研究中開始采用蘇聯(lián)的“地質(zhì)歷史分析法”，但也是偏重于定性描述和分析。60年代初意大利依昂水庫邊坡及我國一些水電工程中所遇到的邊坡失事，研究者意識到邊坡破壞是一種時效過程或累積過程，從而使邊坡穩(wěn)定性研究進入模式機制研究或內(nèi)部作用的階段。80年代

5、后，邊坡穩(wěn)定性研究進入蓬勃發(fā)展的新時期，計算理論及計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，數(shù)值模擬技術(shù)開始廣泛應用于邊坡穩(wěn)定性研究之中，同時，隨著工程規(guī)模的不斷加大，邊坡巖體工程條件也越來越復雜，隨機方法和模糊方法等不確定性分析方法被應用。 二、露天礦邊坡數(shù)據(jù)分析方法和預報模型露天礦邊坡中，主要研究的對象是天然巖體，它不僅具有顯著的不連續(xù)性、非均勻性和各向異性，而且受到地應力和地下水等作用，這使得其天然狀態(tài)十分復雜。而大型邊坡開挖擾動了自然條件下的地應力（初始應力）場。合理的計算模型要求能真實的反映巖體物理力學性質(zhì)，以及地應力釋放和重分布時的巖體性狀。露天礦邊坡數(shù)據(jù)分析方法可分為定性分析和定量分析兩部分。定性分

6、析通常包括：對實測數(shù)據(jù)中有代表性的主要測值信息進行基本特征值統(tǒng)計，例如，計算某時段（某區(qū)域）的最大值、最小值及相關時間，平均值、極差、樣本方差等；進行對比分析，如將新監(jiān)測值與歷史同條件測值進行對比，與歷史最大、最小值和平均值比較，與近期數(shù)值比較，與鄰近測點數(shù)值比較，與相關項目數(shù)值比較，等等；繪制實測值變化曲線及相關測項對應曲線，并以這些為基礎對被監(jiān)測體的狀態(tài)進行初步定性識別，同時可考察測值的真實性，識別由儀器失效、觀測失誤等因素造成的明顯不合理數(shù)據(jù)。定量分析則需要從力學、數(shù)學等方面入手，從定量角度較為深入、詳細地揭示數(shù)據(jù)所含的信息，描述內(nèi)在規(guī)律，進行預測、評價和反演等?？傮w來說，露天礦邊坡數(shù)據(jù)

7、分析應用研究工作都是一個由定性分析向定量分析發(fā)展的過程，并處在進一步研究、發(fā)展階段。作為數(shù)據(jù)分析的主要方法和定量分析的主要工具，數(shù)學監(jiān)測模型在露天礦邊坡中得到廣泛的應用。工程人員借助監(jiān)測模型可以對被監(jiān)測狀態(tài)的變化規(guī)律進行定量描述，在一定情況下，可以揭示狀態(tài)量與影響因素間的定量關系，還可以借助模型進行反演分析，而在監(jiān)測模型上的預測已經(jīng)成為目前應用最廣的預測方法。正是由于監(jiān)測模型能有效服務于幾乎全部的安全監(jiān)測目的，它已成為深入分析監(jiān)測資料不可缺少的組成部分，也是深入研究的重點內(nèi)容。露天礦邊坡監(jiān)測項目眾多，主要包括工作條件監(jiān)測（如降雨、氣溫、施工進展），變形監(jiān)測（如外部水平、垂直位移，內(nèi)部水平、垂直

8、位移，傾斜，裂縫及接縫，土體固結(jié)，等等），應力應變監(jiān)測（襯砌、支護應力，錨桿荷載，混凝土應力應變，等等），滲壓滲流及地下水監(jiān)測（如滲壓、滲流量，地下水位，等等）。其中，變形監(jiān)測以其測量精度高、觀測方便、資料齊全、能直接反映被監(jiān)測體狀態(tài)等特性而成為監(jiān)測及分析的重點，其應用范圍與分析水平都處于各觀測項前列，是分析被監(jiān)測體規(guī)律、掌握動態(tài)、評價安全的主要憑據(jù)。二、監(jiān)測技術(shù)及數(shù)據(jù)采集傳輸由于早期裝備條件的限制，我國邊坡安全性監(jiān)測主要是根據(jù)人工觀測地表變化特征、地下水以及周圍動植物的異常來推斷確定其發(fā)生的可能性。之后，隨著時代的發(fā)展和科技進步，表面位移監(jiān)測法的一些常規(guī)儀器，包括全站儀、經(jīng)緯儀、水準儀、gp

9、s監(jiān)測以及新近發(fā)展的gps手機監(jiān)測和insar技術(shù)等，也逐漸得到應用。這類方法由于表面位移和滑面位移的不一致性，預測預報準確度十分有限。而通過深部位移監(jiān)測法，即鉆孔傾斜儀進行監(jiān)測，雖然能夠確定滑面位置，但產(chǎn)生較大錯動后，傾斜位移監(jiān)測失效，后期滑坡位移數(shù)據(jù)無法獲得，故其數(shù)據(jù)帶有“一孔之見”而有失準確。一、監(jiān)測技術(shù)1 邊坡監(jiān)測的作用 為邊坡設計提供必要的巖土工程和水文地質(zhì)等技術(shù)資料；獲得更充分的地質(zhì)資料和邊坡發(fā)展的動態(tài)，從而圈定可疑邊坡的不穩(wěn)定區(qū)段；確定不穩(wěn)定邊坡的滑落模式，確定不穩(wěn)定邊坡滑移方向和速度，掌握邊坡發(fā)展變化規(guī)律，為采取必要的防護措施提供重要的依據(jù)；通過對邊坡加固工程的監(jiān)測，評價治理措

10、施的質(zhì)量和效果；為邊坡的穩(wěn)定性分析提供重要依據(jù)。2 邊坡監(jiān)測的內(nèi)容與原則 重點突出、全面兼顧 及時有效、安全可靠方便易行、經(jīng)濟合理3 邊坡監(jiān)測的方法 簡易觀測法 設站觀測法 儀表觀測法遠程監(jiān)測法（參考文獻邊坡監(jiān)測技術(shù)淺談）二、gps 技術(shù)與數(shù)據(jù)采集傳統(tǒng)的監(jiān)測的傳統(tǒng)方法是利用精密水準測量的方法測量垂直位移，利用全站儀測量水平位移。該技術(shù)常規(guī)做法是在變形區(qū)域內(nèi)分別布設水平變形監(jiān)測控制網(wǎng)和地表沉降監(jiān)測控制網(wǎng)。由于傳統(tǒng)監(jiān)測方法網(wǎng)形結(jié)構(gòu)要求較高，而受通視條件限制。在觀測作業(yè)時，監(jiān)測時間長、工作量大，并且不能實時得到真正意義上的三維高精度變形信息。同時，如果邊坡處于變形加速期，難于保證監(jiān)測人員的安全。在邊

11、坡監(jiān)測過程中，其滑坡變形預報的準確度不但與監(jiān)測設備能否實時、準實時或在相應的觀測周期內(nèi)靈敏可靠地取得相關精度要求的變形數(shù)據(jù)有關，還與數(shù)據(jù)的處理方法有關。隨著gps接收機設備價格的下降，以及gps定位及數(shù)據(jù)處理技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，如何更好地運用gps定位技術(shù)對邊坡等地質(zhì)災害進行監(jiān)測和預測是當前研究和應用的熱點。應用gps監(jiān)測邊坡變形時，基于監(jiān)測網(wǎng)的精度指標、可靠性指標和靈敏度指標優(yōu)化監(jiān)測網(wǎng)。經(jīng)驗可知gps一機多天線邊坡自動監(jiān)測系統(tǒng)與常規(guī)監(jiān)測結(jié)果幾乎是一致的?？捎糜诟哌吰?，特別是傳統(tǒng)方法由于觀測條件困難而難于實施的場所，并且具有全天候監(jiān)測、自動化程度高的特點。有時候由于產(chǎn)生電磁干擾和多路徑效應的

12、影響，會給測量結(jié)果帶來影響，形成突變，降低了定位數(shù)據(jù)的可靠性，影響定位精度。因此為了提高gps定位的可靠性和精度，應對測量數(shù)據(jù)進行粗差剔除。gps用于邊坡監(jiān)測，不僅是對觀測設備有要求，數(shù)據(jù)處理方法也是核心內(nèi)容。針對不同的監(jiān)測環(huán)境和條件，應選擇科學合理的數(shù)據(jù)處理方法，以得到精度高和可靠性強的監(jiān)測結(jié)果。（參考文獻gps在露天邊坡地表位移監(jiān)測中的應用）（參考文獻gps邊坡變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理與精度分析）（參考文獻gps實時監(jiān)測技術(shù)在撫順西露天礦邊坡變形監(jiān)測中的應用）三、監(jiān)測過程數(shù)據(jù)采集的全自動化徠卡的tca系列全站儀，具有自動識別目標的atr(automatictargetrecognition)功能，

13、能自動搜索、照準目標，實現(xiàn)角度、距離的全自動化測量?；趶瓶╰ca系列的邊坡工程變形自動監(jiān)測系統(tǒng)，在某礦山邊坡工程變形監(jiān)測中得到了應用。（參考文獻邊坡工程變形監(jiān)測系統(tǒng)的研究）四、監(jiān)測預報的全自動化清華大學3s中心承擔的“三峽庫區(qū)高切坡監(jiān)測預警信息系統(tǒng)軟件開發(fā)及數(shù)據(jù)庫建設”，設計了基于gprssms和net技術(shù)的邊坡穩(wěn)定監(jiān)測數(shù)據(jù)管理預警系統(tǒng)。提供了一套完整且運行效率較高的邊坡穩(wěn)定數(shù)據(jù)的監(jiān)測、實時傳輸、處理、統(tǒng)計以及分析的解決方案。邊坡穩(wěn)定監(jiān)測系統(tǒng)由自動監(jiān)控沒備、現(xiàn)場機、傳輸網(wǎng)絡、監(jiān)控中心服務器四部分組成。監(jiān)控中心服務器通過傳輸網(wǎng)絡與現(xiàn)場機交換數(shù)據(jù)、發(fā)起指令、應答指令。如圖l所示。（參考文獻邊坡穩(wěn)

14、定監(jiān)測數(shù)據(jù)管理預警系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)）五、變形監(jiān)測數(shù)據(jù)的管理系統(tǒng)的設計與開發(fā)數(shù)據(jù)管理軟件設計開發(fā)的基本思想是以最少的人工干預、比較先進的數(shù)據(jù)算法、方便的操作方式和友好界面實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的管理，從而保證監(jiān)測數(shù)據(jù)內(nèi)外業(yè)處理的自動化和規(guī)范化，為高邊坡的穩(wěn)定和三峽大壩的安全運行提供可靠的變形監(jiān)測數(shù)據(jù)資料。另外，系統(tǒng)的開發(fā)需要具有以下的幾個要求 (1)模塊化；針對升船機及臨時船閘的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可以分成若干子模塊，但其本身又要能接受三峽監(jiān)控中心主控模塊的調(diào)用。(2)可擴充性和先進性_5；系統(tǒng)應采用規(guī)范化、標準化、組件化的設計思想，即使個別組件出現(xiàn)故障或需更新，也不會影響到整個數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的正常運行，同時整個系

15、統(tǒng)的維護和升級應更加容易。作為我國的重點水電項目，必須采用當前先進的軟硬件技術(shù)，保證系統(tǒng)的先進性。(3)易學實用性；系統(tǒng)功能的劃分應清晰合理，人機界面良好，人工干預少，菜單簡單直觀，易學、易操作，自動化程度高。 (4)可靠性；一是保證監(jiān)測工作的連續(xù)性，確保系統(tǒng)的軟硬件長期穩(wěn)定地工作，即使在特殊情況下，也能正常工作，準確地進行分析。二是采集的數(shù)據(jù)必須經(jīng)過錯誤和粗差檢驗，確保數(shù)據(jù)的可靠性；應用的監(jiān)測分析預報模型必須正確，保證預報的準確性和可靠性。 (5)開放性；系統(tǒng)應對硬件依賴性小，軟硬件平臺選用開放式系統(tǒng)，便于不同系統(tǒng)、軟件平臺之間的互通。 (6)安全性；系統(tǒng)要提供用戶名、密碼和不同的訪問權(quán)限。

16、另外，對重要數(shù)據(jù)進行加密、備份等安全措施。1數(shù)據(jù)采集模塊采集模塊是實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)采集的功能。變形監(jiān)測儀器的現(xiàn)代化和自動化程度越來越高，外業(yè)數(shù)據(jù)采集的儀器種類也越來越多。外業(yè)監(jiān)測儀器大致分為全站儀系列、水準儀系列、gps、各種應力計等；監(jiān)測數(shù)據(jù)采集方式大致為全自動電子記錄、手工按鍵式電子記錄兩種。對應這兩種方式，pces00袖珍計算機、基于wince的掌上電腦、存儲卡、傳感器等應用于不同類型外業(yè)監(jiān)測數(shù)據(jù)的記錄工具，數(shù)據(jù)采集后預留其它數(shù)據(jù)采集方式的接口。監(jiān)測數(shù)據(jù)采集是通過記錄程序?qū)σ?guī)范規(guī)定的各項監(jiān)測限差進行自動控制，對不合格監(jiān)測數(shù)據(jù)都會舍棄或要求重測，然后生成相應格式的數(shù)據(jù)流。2數(shù)據(jù)傳輸模塊傳輸模塊

17、是把外業(yè)采集到的數(shù)據(jù)流導入到數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中。系統(tǒng)設計采用通用的數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)格式的接口，通過連接電纜將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C系統(tǒng)中。操作時需要選定具體的數(shù)據(jù)流格式。3數(shù)據(jù)預處理模塊外業(yè)監(jiān)測數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸模塊進入數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)后，需要進行數(shù)據(jù)預處理。分析外業(yè)監(jiān)測數(shù)據(jù)觀測質(zhì)量如何、是否滿足精度要求。數(shù)據(jù)預處理模塊大致有兩方面功能：一方面、外業(yè)資料質(zhì)量評定，就是對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行檢查、剔除粗差，保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性。另一方面、通過對原始監(jiān)測數(shù)據(jù)整理，生成平差計算可用的平差準備文件和原始記錄表格。預處理內(nèi)容包括測距邊的加乘常數(shù)改正、氣象元素改正、觀測斜距精確歸算到標心斜距、平距計算；水準觀測高差進行尺長改正、計算往

18、返差、平均高差等；各項閉合差計算(三角形閉合差、極條件、導線角度閉合差和坐標閉合差和gps同步環(huán)、異步環(huán)閉合差等)；對不合格的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行剔除處理等。這些功能需要無人工干預的自動化過程。4平差模塊平差模塊是整個系統(tǒng)的關鍵處理功能。平差結(jié)果直接輸出觀測值的協(xié)因數(shù)陣、改正數(shù)、監(jiān)測點的坐標和相應的精度指標等。此功能要通過選定網(wǎng)的維數(shù)(一、二、三維)和網(wǎng)型(邊角網(wǎng)、測邊網(wǎng)、測角網(wǎng)、導線網(wǎng))和選擇平差方法(附合網(wǎng)平差、經(jīng)典自由網(wǎng)平差、秩虧自由網(wǎng)平差、擬穩(wěn)網(wǎng)平差)來實現(xiàn)。5變形分析與預報模塊變形分析是數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)輔助分析和決策的重要功能，主要實現(xiàn)監(jiān)測點位的穩(wěn)定性分析。監(jiān)測點可分穩(wěn)定點和動點，通過設定合理的

19、基準參數(shù)和平差計算模型得出測量點是否固定點或擬穩(wěn)點。變形分析方法包括限差檢驗法、穩(wěn)定點總體檢驗、單點檢驗和變形模型法。預報模塊主要是根據(jù)前幾期觀測成果擬合監(jiān)測點的變形曲線，可以直觀地判斷出某一測點出現(xiàn)測值異常的時間，獲得預報點位的變化趨勢。預報模塊采用回歸模型、多項式擬合、灰色模型、時間序列模型等來判斷監(jiān)測點的工作狀態(tài)并進行預報。在系統(tǒng)菜單上只要選取模型就可以進行變形分析和變形預報。6輸出模塊輸出模塊的功能是將各種監(jiān)測成果、分析計算成果和查詢結(jié)果顯示、打印、傳輸或保存。包括各個監(jiān)測項目的觀測成果值的報表系統(tǒng)，如一般報表、年報表、月報表等等；圖表的打印輸出，主要有過程線圖、分布線圖；各種圖形、圖

20、象資料的打印輸出；一些監(jiān)測項目的監(jiān)測值的屏幕輸出等等。上述模塊功能必須通過系統(tǒng)總控來協(xié)調(diào)，總控提供各級控制菜單和工具條，控制各個功能模塊的正常運行。設計的總控界面。（參考文獻高邊坡變形監(jiān)測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的設計與開發(fā)）六、遠程實時監(jiān)控系統(tǒng)遠程監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采取無線傳輸方式，采用完全的點對點傳輸，即每套監(jiān)測設備之間都是相互獨立的，互不干涉，沒有任何連接線纜，各監(jiān)測點可分散布置。現(xiàn)場設備采用電池組供電，使用時只需定期更換電池即可；測量數(shù)據(jù)能夠遠距離傳輸，并可同時發(fā)給多個監(jiān)控主機。攝動力監(jiān)控系統(tǒng)組成如圖3所示。監(jiān)控系統(tǒng)主要由兩大部分構(gòu)成：一部分是智能傳感、采集、發(fā)射系統(tǒng)，該部分用于安裝到監(jiān)測現(xiàn)場，可將現(xiàn)場

21、錨索等應力數(shù)據(jù)自動采集、自動發(fā)射到接收分析系統(tǒng)；另一部分是智能接收分析系統(tǒng)，該部分可將現(xiàn)場發(fā)來的數(shù)據(jù)自動接收并處理形成動態(tài)監(jiān)測曲線和監(jiān)測預警曲線，根據(jù)監(jiān)測預警曲線判斷監(jiān)控對象的穩(wěn)定狀態(tài)。（參考文獻滑坡地質(zhì)災害遠程監(jiān)測預報系統(tǒng)及其工程應用）三、露天礦邊坡數(shù)據(jù)分析方法邊坡穩(wěn)定性分析是邊坡研究的核心其目的是通過采用先進的研究手段和系統(tǒng)優(yōu)化的科學方法，在保障邊坡安全的前提下，尋求剝巖量小，可采礦量大，以及滑坡處理和補救工程費用低，礦山相關收益最大的邊坡設計方案。礦山邊坡穩(wěn)定性分析方法分定性、定量分析方法。露天礦的邊坡安全在其安全生產(chǎn)中具有重要的意義，通過研發(fā)露天礦邊坡安全管理信息系統(tǒng)，改變了傳統(tǒng)的邊坡

22、安全信息管理以人工為主的局面，利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)，實現(xiàn)了露天礦邊坡圖形數(shù)據(jù)(auto-cad)和監(jiān)測信息的關聯(lián)，能夠?qū)β短斓V生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的海量信息進行信息化高效管理。在此基礎上根據(jù)gis思想，基于用戶熟悉的autocad平臺進行二次開發(fā)，建立露天礦邊坡安全管理信息系統(tǒng)，能夠?qū)吰卤O(jiān)測信息進行圖文查詢和信息添加，實現(xiàn)了與礦山現(xiàn)有信息系統(tǒng)的無縫鏈接，極大地方便了礦山邊坡安全管理工作，保障了露天礦的安全生產(chǎn)。一、定性分析方法定性分析方法主要是通過工程地質(zhì)勘察，對影響邊坡穩(wěn)定性的主要因素、可能的變形破壞方式及失穩(wěn)的力學機制等進行分析，對已變形地質(zhì)體的成因及其演化史進行分析，從而給出被評價邊坡一個穩(wěn)定性狀

23、況及其可能發(fā)展趨勢定性的說明和解釋。其優(yōu)點是能綜合考慮影響邊坡穩(wěn)定性的多種因素，主要方法有范例推理、專家系統(tǒng)及圖解法等等。一、邊坡失穩(wěn)的機制邊坡失穩(wěn)可分成兩種不同的形式：(i)拉伸性破壞的巖崩；(2)剪切性破壞的滑坡。不管邊坡屬何種形式失穩(wěn)，均受其力學機制所制約，并呈現(xiàn)一定的規(guī)律性。通常以邊坡位移隨時間變化的形式表現(xiàn)出來。1、天然邊坡失穩(wěn)天然邊坡一般是在經(jīng)歷了長期的重力作用下的流變之后發(fā)生失穩(wěn)的，當軟弱面承受的應力達到其長期強度時，在外界某因素，諸如振動、降雨等的誘發(fā)下，即發(fā)生失穩(wěn)。邊坡的位移與時間的關系如圖i所示。圖中第一流變時期，為邊坡形成初期，此時邊坡位移隨時問的發(fā)展基本上呈線性增加趨勢

24、；第二流變時期，此時邊坡處于相對穩(wěn)定時期，其位移隨著時間的發(fā)展趨于基本穩(wěn)定；第三流變時期，此時邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，邊坡位移隨時問的推移而增加，并有加速的趨勢，當加速到一定的數(shù)值時，邊坡進入失穩(wěn)階段，發(fā)生破壞，即巖崩或滑坡。2、人為邊坡的失穩(wěn)人為邊坡使巖體出現(xiàn)人為的臨空面，此時巖體的應力和應變進行調(diào)整，因而邊坡發(fā)生運動，其位移隨著時間的推移而變化，位移又可分成釋放位移和流變位移兩部份。釋放位移是開挖時的應力釋放所致，就時間而言，是短暫的，然而卻是邊坡是否失穩(wěn)的關鍵。釋放位移的時間效應如圖2所示，它可分為三個階段： (i)急劇階段：剛形成的邊坡，應力和應變進行劇烈調(diào)整，邊坡位移隨時問的推移呈線性急

25、劇發(fā)展，當超過一定限度時，邊坡就失穩(wěn)；否則將進入第二階段。(2)減緩階段：邊坡經(jīng)過短期的應力和應變調(diào)整后，趨向于穩(wěn)定，因而邊坡的位移隨著時間的發(fā)展而移與時間曲線的斜率小于第(1)階段，但仍呈線性關系。(3)穩(wěn)定階段：經(jīng)上述兩個階段之后，邊坡的位移隨時間的推移，呈一個近乎穩(wěn)定的微量值，邊坡就進入穩(wěn)定階段，此時的人為邊坡可視為天然邊坡。對于一個山體，經(jīng)人為開挖形成邊坡，改變了巖體的自穩(wěn)狀態(tài)，形成三個不同的區(qū)域，即拉力區(qū)、剪力區(qū)和應力集中區(qū)，如圖3所示。這三個區(qū)域的應力狀態(tài)互相影響，它受巖體構(gòu)造面所控制，所以邊坡的開挖是一個三維的動力問題。開挖卸荷引起動力的擾動，設想開挖前方和后方的巖體形成多層結(jié)構(gòu)

26、，隨著開挖的推移，這種多層結(jié)構(gòu)也向前推移，由于變形的不可逆性，新的應力擾動將迭加于被擾動的應力場上。如果邊坡的位移不明顯地表現(xiàn)出時間效應，則在遠離開挖的某一位置范圍處，邊坡巖體的釋放位移已基本結(jié)束，邊坡將形成一個穩(wěn)定的應力場；如果巖體的某薄弱部位的強度不足以抵抗應力集中，則邊坡不是即刻破壞，就是釋放位移無法進入第 (3)階段，此時隨著時間的推移，邊坡的流變特性將迭加到釋放位移中去，導致位移持續(xù)發(fā)展，并呈現(xiàn)加速趨勢，最終造成邊坡的破壞。不同形式的邊坡失穩(wěn)在邊坡的位移與時間關系中表現(xiàn)出不同特征，主要是急劇發(fā)展階段不同。拉伸性的巖崩，以突發(fā)式為特征，剪切性滑坡，需經(jīng)歷一個大位移的發(fā)展過程，急劇發(fā)展的

27、時間較長。對于人為邊坡的位移與時間關系的分析，目的在于提供工程措施的依據(jù)。即選取合理的柔性支護與剛性永久支護，使邊坡進入人為的穩(wěn)定狀態(tài)；對于天然邊坡的位移與時間關系分析，目的在于提供治理的理論依據(jù)，或現(xiàn)場邊坡失穩(wěn)的報警時間。案例：1、鹽池河邊坡位移與時間關系及其失穩(wěn)分析1980年6月3日凌晨5時35分，宜昌地區(qū)鹽池河磷礦發(fā)生邊坡巖崩和滑坡，總方量約100萬方，致使鹽池河頓時截流。滑坡前，雖進行邊坡位移監(jiān)測，但對觀測結(jié)果未進行及時分析和報警，造成巨大損失2。鹽池河的邊坡崩滑及位移監(jiān)測點見圖4。山體下部為震旦系上統(tǒng)的陡山沱組，含磷巖系，是中厚層硅質(zhì)白云巖及薄層狀白云巖或砂質(zhì)頁巖互層，而山體的上部是

28、震且系上統(tǒng)的燈影組厚層白云巖。相對來說，山體下部的巖性比上部的軟弱，經(jīng)風化，遇水后其力學強度更低。下部巖層在上部巖層的長期作用下，產(chǎn)生變形和流變。在上下部的接觸面處，出現(xiàn)應力集中，山體中部日益增強的剪切應變，加劇了邊坡上部巖體開裂的拉張變形，使裂縫加寬和向縱深發(fā)展。同時裂縫外側(cè)的山體向外傾移。中部的剪切變形和上部拉張變形，在采礦作用下發(fā)展，以至垂直裂縫與層面節(jié)理追蹤連接，形成一個危巖體。它在爆破的長期作用下，又遇上雨季，兩者迭加而發(fā)生了該邊坡的巖崩和滑坡。從4月21日一6月2日的位移觀測資料(圖5)可見：i號裂縫處于滑坡體的后緣。該縫以水平張裂為主，從4月21日至5月17日，該裂縫寬度由22c

29、m增加到77cm，其張開的速度為211mmday，此段時間內(nèi)，垂直位移很微弱。5月12日以后，水平位移幾乎停止，而垂直位移卻急劇增大，尤其是5月30、31日兩天的大雨后，裂縫外側(cè)的巖體下沉量從21cm增加到105cm。裂縫位于危巖體中間，6月1日以前處于相對穩(wěn)定狀態(tài)，其后位移急劇發(fā)展。號裂縫處于滑坡體內(nèi)部，該裂縫從4月20日起，由開張轉(zhuǎn)為閉合，幾乎沒有垂直位移，到5月26日以后，閉合速度加快，垂直位移也略有增加。裂縫處于滑坡體前部，該裂縫的水平位移和垂直位移是同時進行的，且從5月18日起，兩者均有顯著的增加。以上的資料表明：裂縫的位移速度日趨增加，遇到連續(xù)大雨(降雨量為77mm)，裂縫的位移急

30、劇發(fā)展，可以認為邊坡的失穩(wěn)特征已顯示出來了。6月1日和2日，垂直相對位移每天已達lm余，此時已拉開邊坡失穩(wěn)的序幕。2、新灘滑坡的位移與時間關系新灘斜坡體為歷史巖崩形成的土石堆積體斜坡。其基巖為志留系砂巖。斜坡體在巖崩的不斷加荷條件下，經(jīng)歷了長期的流變變形，加上雨水和不合理的墾植等因素，于1985年6月12日凌晨3時45分發(fā)生了大滑坡，總滑量為3000萬方，長江江面被堵三分之一，激起涌浪高達54m。由于位移監(jiān)測獲得完善數(shù)據(jù)，及時分析，準確報警。這次大滑坡雖摧毀了整個新灘鎮(zhèn)，但滑坡體上的1371人全部安全撤離。1977年，根據(jù)斜坡體的形狀及兩側(cè)基巖出露的條件，確定進行平面位移監(jiān)測，并布置a、b、c

31、、d四條平行長江的視準線，于1977年11月開始，進行位移監(jiān)測，每月一次，采用平面位移視準線法。至1982年，觀測表明新灘斜坡體的位移量大且在加速，視準線法已難以滿足要求，因此于1983年，對監(jiān)測系統(tǒng)進行調(diào)整，并增設f測線。c、d測線則沿用原來的方法進行位移監(jiān)測。各測線的位移與時間關系的結(jié)果如圖7、8所示。新灘斜坡體的位移與時間效應的曲線可以看出，斜坡體于1979年8月已進入第三流變時期，即1979年8月之前為第二流變時期，1979年8月新灘斜坡體已有失穩(wěn)前兆出現(xiàn)。進入第三流變時期后，根據(jù)位移與時間的關系可劃分為四個階段：(1)緩慢流變階段(197981982年雨季前)；(2)發(fā)展階段 (19

32、82年雨季前1983年4月)；(3)加速流變階段 (1983年5月1985年5月中旬)；(4)急劇流變階段(1985年5月中旬至6月12日)。1985年6月1o日，斜坡體水平和垂直位移隨時間的推移已到飛速增長的地步，大滑坡即將來臨；1985年6月12日，發(fā)生新灘流變性大滑坡。二、定性分析方法的圖解法圖解法是考慮邊坡的各種因素如巖性、地下水、邊坡角等的變化，根據(jù)相應的公式制成圖表，使得邊坡設計計算變得簡單、方便，只需查相應的圖表即可。自1937年taylor首次提出穩(wěn)定分析圖表以來，bishop和morgensterm(1960、1963)、spencer(1967)陸續(xù)設計出了各種圖表。李靖5

33、等改進畢肖普法得到一個簡化公式，由該公式考慮黃土的主要因素設計了黃土邊坡穩(wěn)定性分析圖表。因圖解法簡單、直接，工程界常常使用，但其是簡化基礎上進行歸并而得，使用時一定要注意其適用條件和適用范圍。二、定量分析定量方法主要有極限平衡法和數(shù)值法兩大類，下面是各種數(shù)據(jù)分析方法的簡單介紹與案例。1、極限平衡法極限平衡方法優(yōu)點是簡易明確地給出邊坡的抗滑力與下滑力及其穩(wěn)定性數(shù)|缺點是不考慮巖體的受力變形與位移。極限平衡法，即假定邊坡沿某一形狀滑動面破壞，按力學平衡原理進行二維計算。對于三維邊坡問題，其穩(wěn)定性取決于復雜空間分布的地形、地層、巖土力學參數(shù)及地下水等因素，但這些空間分布的信息很難在一般的邊坡三維穩(wěn)定

34、分析程序中處理，而gis(geographicinformationsystems，地理信息系統(tǒng))恰好提供了一個公用的平臺來處理這些復雜的空問信息。由于所有邊坡相關的數(shù)據(jù)在gis中均能轉(zhuǎn)換成gis柵格數(shù)據(jù)，因此，基于柱體單元的邊坡三維穩(wěn)定分析模型均可采用gis柵格數(shù)據(jù)集進行分析。案例：清江隔河巖茅坪滑坡是我國典型的滑坡災害之一。它位于湖北清江隔河巖水庫庫區(qū)近尾部左岸，距隔河巖水庫大壩66km，上距正在施工的水布埡壩址25km。它是目前庫區(qū)內(nèi)規(guī)模最大、變形最嚴重的一處堆積層滑坡。茅坪滑坡滑動面大致可追蹤至泥盆系上統(tǒng)寫經(jīng)詩組頁巖夾泥灰?guī)r巖層層面，因此，也可以稱此滑坡為“準基巖順層滑坡”。由差異風化

35、形成的傾向坡外的基巖項面成為此松散堆積層滑坡發(fā)育的控制性界面是該滑坡的突出特征。該滑體平面形態(tài)是掃帚狀，前后緣高程分別為160、570m，主滑方向約為se160。滑坡縱向長約1600m，前緣寬為600m，滑坡舌直抵江中(清江隔河巖水庫水位變化于160200m間)，總體坡度1520?；聳|側(cè)為由差異風化形成的白云巖基巖陡壁，陡壁長約2000m，高約200m，走向為se150。；西側(cè)為南北向發(fā)育的婆娑溪自然沖溝?；w由具不同風化程度的崩塌堆積形成的灰?guī)r塊石、碎石夾土組成，堆積物多呈架空狀，因而滲透性較好?；w厚度變化于587m，平均厚度約40m，體積約235010m。滑床基巖為泥盆系上統(tǒng)砂頁巖層，

36、不具透水性?；虑熬壣邪l(fā)育2處規(guī)模較大的寄生次級滑坡：茅坪街滑坡、四大天王滑坡，體積分別為450z10m、20010 m，其中茅坪街滑坡前緣地形陡峻，坡度達2565。，并向江中突出。茅坪滑坡有發(fā)生堵江的極大可能性而倍受有關方面關注。為了防忠于未然，減小茅坪滑坡的危害，有必要對它的穩(wěn)定性進行全面的分析與研究。整個數(shù)據(jù)整理和分析流程如圖2所示，其中cad等高線和地質(zhì)勘查報告為原始數(shù)據(jù)，地質(zhì)勘查報告包括工程地質(zhì)條件、滑體力學參數(shù)、控制點的鉆孔勘查數(shù)據(jù)等。2、相空間重構(gòu)：相空間重構(gòu)其實就是只考察一個分量。將它在某些固定的時間延遲點上的測量作為新維處理。即延遲值被看成是新的坐標。它們確定了某個多維狀態(tài)空

37、間的一點。重復這一過程并測量相對于不同時間的各延遲量，就可以產(chǎn)生出許多這樣的點。這些點構(gòu)成高維空間下的一種軌跡，稱之為偽相圖(偽相軌跡)。若重構(gòu)的正確，這時重構(gòu)的相空間具有與實際的動力系統(tǒng)相同的幾何性質(zhì)與信息性質(zhì)。3、突變理論突變理論通過變形曲線系統(tǒng)控制變量的變化研究其系統(tǒng)狀態(tài)變量的性質(zhì)，確定其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性滑坡是一種典型的非連續(xù)突變現(xiàn)象，用突變理論對滑坡前兆形變資料進行分析，建立滑坡尖點突變預測模型。將邊坡變形曲線看作一單變量的連續(xù)函數(shù)，作taylor展開表示為： (1)式中的t為時間，為對應t的位移，.為待定系數(shù)。實際分析發(fā)現(xiàn)，對具有一定趨勢規(guī)律的時間序列，截取到4次項時，函數(shù)是確定的。則

38、(1)式可近似表示為： （2） 對上式作變量代換，令：（參考文獻礦山巖體邊坡變形動態(tài)分析與臨滑預報）4、有限元分析法：傳統(tǒng)的極限平衡法都是把滑動巖土體切成有限寬度的條塊，把巖土體當成剛體，根據(jù)靜力平衡條件和極限平衡條件求得滑動面上力的分布，從而計算出穩(wěn)定安全系數(shù)。但由于巖土體是變形體并不是剛體，用分析剛體的辦法不滿足變形協(xié)調(diào)條件，因而計算出滑動面上的應力狀態(tài)不可能是真實的，有限元應力法就是把巖土體當成變形體，按照巖土的變形特性，計算出巖土體內(nèi)的應力分布，然后再引入圓弧滑動面的概念，驗算滑動巖土體的整體抗滑穩(wěn)定性。實現(xiàn)步驟(1)將邊坡劃分成有限個單元體，用有限元法計算出每個單元的應力、應變和每個

39、結(jié)點的結(jié)點力和位移。(2)引入圓弧滑動面的概念。把滑動面分成若干小弧段，小弧段上的應力用弧段中點的應力代表，其值可以按有限元法應力分析的結(jié)果，根據(jù)弧段中點所在的單元應力確定，表示為，。如果小弧段與水平線的傾角為，則作用在弧段上的法向應力和剪應力分別為： 根據(jù)莫爾一庫倫強度理論，該點巖土的抗剪強度為： (3)求邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)。將滑動面上所有小弧段的剪應力和抗剪強度分別求出后累加，求沿滑動面總剪切力和抗剪力，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)為：有限元計算采用的軟件為加拿大geostudio公司開發(fā)的有限元軟件sigmaw。sigmaw軟件用于對巖土結(jié)構(gòu)中的應力和變形進行有限元分析，具有全面的本構(gòu)模型公式，不但可

40、以對簡單的巖土問題進行分析，也可以對高度復雜的巖土工程問題，如線性彈塑性、非線性彈塑性、非線性等進行分析。利用有限元應力法求解邊坡整體安全系數(shù)時，先由有限元程序sigmaw求出單元結(jié)點的全部應力，然后將單元結(jié)點應力導入slopew中，由slopew程序求出滑動面位置和安全系數(shù)。（參考文獻巖體邊坡穩(wěn)定性分析綜述）（參考文獻露天礦邊坡穩(wěn)定性分析方法）（參考文獻巖體邊坡穩(wěn)定性分析綜述）（參考文獻巖體邊坡穩(wěn)定性分析綜述）四、滑坡預測的模型與參數(shù)一、概論邊坡滑動，即滑坡。是指在一定自然條件下，邊坡部分巖土在重力作甩下，由于自然和人為等因素的影響沿一定的軟弱面或軟弱帶美生的以水平位移為主的滑動現(xiàn)象?；率?/p>

41、巖體變形中規(guī)模太、數(shù)量多、危害嚴重、性質(zhì)復雜而且具有一定規(guī)律的自然災害，輕則損壞建筑和生活設施。重則掩埋村鎮(zhèn)、摧毀廠礦，中斷交通，堵塞江洲導致潰壩等。常給國家建設和人民生活財產(chǎn)造成嚴重損失。故研究滑坡機理，對于提前預報滑坡，及時采取防范措施將滑坡?lián)p失減至最小程度是十分必要的?；掳l(fā)生的客觀條件：a發(fā)生在雨季(大雨當中或大雨過后)b發(fā)生在斷層處或軟巖層處(如頁巖)；c三次滑披均發(fā)生在順層邊坡d滑垃前均出現(xiàn)與邊坡走向近予平行的裂縫e邊坡點變形大，且速度快。影響露天礦邊坡滑(移)動的因素很多。首先是巖層的物理力學性質(zhì)，特別是巖石的強度對巖體滑 (移)動有很大影響。巖體的裂隙面(層理、片理、解理、節(jié)理

42、)、斷層、褶皺以及水文地質(zhì)等條件對整個巖體強度起著不同程度的降低作用一瞳而是發(fā)生滑坡的內(nèi)在條件。露天礦邊坡的穩(wěn)定程度與邊垃角度有關邊坡角越小，邊坡越穩(wěn)定。但剝巖工程量越大；反之，邊坡角越大越經(jīng)濟，但過大邊坡角會使邊坡不穩(wěn)定而易發(fā)生滑坡。此外，滑坡還與時間因素有密切關系，邊坡暴露時間越長，由于各種因素影響的積累，使邊坡越來越不穩(wěn)定。超過一定限度，就會發(fā)生滑坡?；骂A報包括三部分內(nèi)容(三要索)：滑坡位置 (范圍)、滑坡形態(tài)(類型)和滑坡發(fā)生時間。從邊坡管理角度：邊坡預報又分為：長期預報(幾個月至幾年)側(cè)重宏觀掌握邊坡穩(wěn)定狀態(tài)：短期預報(幾天至一、二個月)認真做好監(jiān)測及其他工作并采取相應的安全措施。

43、臨時預報(幾十小時到2犬)一采取安全措施。以上三種預報，以短期預報和臨時預報最為重要。滑坡預測預報主要包括空間和時間2個方面，缺一不可?；碌目臻g預測反映潛在滑移體的規(guī)模，同時為時間預報提供對象；滑坡時間預報的選點必須首先以滑坡空間預測結(jié)果為依據(jù)，避免盲目設點造成錯漏。二、滑動力實時監(jiān)控預警模式通過大量現(xiàn)場試驗和理論分析，確定出4種基本預警模式，為滑坡預警預報提供參考。1監(jiān)控設計及預警準則監(jiān)控力學系統(tǒng)中錨索設計采取的初始預緊力，按下式確定： (6)監(jiān)控預警過程采用預警準則： （7）式(6)，(7)中：為監(jiān)控設計初始滑動力(kn)，為監(jiān)控錨索最大設計荷載(kn)，為滑動力預警值 (kn)。監(jiān)控預

44、警模式根據(jù)攝動監(jiān)控力學原理分析，監(jiān)控曲線存在4種類型，即預警模式共分為4種：(1)穩(wěn)定模式。該模式監(jiān)測曲線與警戒線沒有交點，監(jiān)測曲線總體沒有與警戒線相交的趨勢(見圖6)。(2)滑坡模式。該模式監(jiān)測曲線總體存在與警戒線相交的趨勢，監(jiān)測曲線與警戒線最終產(chǎn)生交點，交點位置對應橫坐標即是監(jiān)測預警時間，當監(jiān)測益線超過警戒線達到某一值后，邊坡發(fā)生滑坡破壞(見圖7)。(3)軟化壓入模式。該模式監(jiān)測曲線在某一時間段內(nèi)會發(fā)生加固力降低的情況，主要因為雨水等地表水入滲，使錨索端部錨墩下方土體發(fā)生軟化，錨墩在錨索拉力作用下壓入土體，錨索伸長量減小而降低預應力(見圖8)。(4)振動擾動模式。該模式監(jiān)測曲線在某時段加固

45、力有明顯的脈沖波動，但波動后加固力瞬時恢復原值，不影響監(jiān)測曲線的整體變化特征(見圖9)。三、滑坡預測模型邊坡位移預測的研究有灰色模擬預測、神經(jīng)網(wǎng)絡測及模糊系統(tǒng)預測，相空間重構(gòu)。統(tǒng)計分析的方法能定時預報模型的滑動時間，統(tǒng)計分析預報是根據(jù)監(jiān)測邊坡變形得到的時間位移曲線建立數(shù)學模型來預報邊坡滑動時間的方法。目前，國內(nèi)外常用的統(tǒng)計分析預報法有：齋藤法、曲線擬臺法、灰色系統(tǒng)理論、markov鏈狀預測、時間序列法，突變理論等。1滑坡空間預測預報空間預測是指對滑坡發(fā)生的地點、規(guī)模等的預測，目前使用較多的方法有以下幾種。11穩(wěn)定系數(shù)預測法穩(wěn)定系數(shù)預測法是最早的滑坡空間預測方法。該法通過計算滑坡體的安全系數(shù)來預

46、測某一具體邊坡的穩(wěn)定性。安全系數(shù)的計算方法，主要分為2大類：基于極限平衡分析法和數(shù)值計算方法。極限平衡法是最經(jīng)典、采用最多的一種方法。它基于摩爾一庫倫強度準則，基于一定假定的基礎上，利用滑塊力或力矩的平衡來評價邊坡的安全系數(shù)。其安全系數(shù)可表示為：fs=f抗滑力ft滑力 (1)目前極限平衡分析法主要有：瑞典圓弧法、fellenius bishop法、taylor法、jmbu法、moxgenstemprice法、spencer法、sarma法等。由于邊坡穩(wěn)定性分析是一個高次超靜定問題，為使問題得解，需要引人許多近似假設，如假設一個滑動面、不考慮土體內(nèi)部的應力一應變關系、不考慮支擋結(jié)構(gòu)的作用等等。因

47、此，極限平衡分析法不能得到滑體內(nèi)的應力、變形分布狀況，也不能求得巖體本身的變形和支擋結(jié)構(gòu)對邊坡變形及穩(wěn)定性的影響。而數(shù)值計算克服了極限平衡分析法的不足，不僅滿足力的平衡條件，而且還考慮了土體應力、變形關系和支擋結(jié)構(gòu)的作用，能夠得到邊坡在荷載作用下的應力、變形分布，模擬出邊坡的實際滑移面。正因為數(shù)值計算的這些優(yōu)點，近年來它已廣泛應用于邊坡穩(wěn)定性分析。目前常用的數(shù)值計算方法主要包括：有限單元法，有限差分法，離散單元法(des)，不連續(xù)變形分析法(dda)，流形元法等。12人工神經(jīng)網(wǎng)絡法人工神經(jīng)網(wǎng)絡(ann)是模仿人腦工作方式而設計的一種機器。它采用類似于“黑箱”的方法，通過學習和記憶找出輸入輸出變

48、量之間的非線性關系，在執(zhí)行問題時，將所獲得的數(shù)據(jù)輸入給訓練好的網(wǎng)絡，依據(jù)網(wǎng)絡學習到的知識進行推理，得到合理的答案。它具有很強的自學習、自適應和聯(lián)想記憶能力，同時，還具有高速的并行處理能力，高度的容錯性、靈活性和適應性等優(yōu)點。神經(jīng)網(wǎng)絡對邊坡穩(wěn)定性空間預測是用研究程度較高的斜坡地段作為已知樣本對網(wǎng)絡進行訓練直到網(wǎng)絡掌握數(shù)據(jù)間的非線性映射關系為止，然后用該地區(qū)其他穩(wěn)定性未知的地段作為預測樣本，輸入已經(jīng)學習好的網(wǎng)絡，通過網(wǎng)絡的聯(lián)想記憶功能直接預測穩(wěn)定性。在用神經(jīng)網(wǎng)絡進行預測預報中，可以把各種可能對邊坡穩(wěn)定性有影響的因素作為網(wǎng)絡的輸入，建立這些定性或定量影響因素同邊坡安全系數(shù)之間的預測模型。其模型可表示

49、為： （2）人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型對觀測序列幾乎沒有什么要求，它幾乎可以對任何可能的序列進行分析。目前，bp模型人工神經(jīng)網(wǎng)絡已在巖土工程位移預測獲得較為廣泛的應用。分析這樣構(gòu)造的模型，可發(fā)現(xiàn)實用中存在大量問題有待于解決：(1)這種自回歸網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)不易確定，具體講就是隱含層數(shù)及隱含層結(jié)點數(shù)較難確定。一般情況下，不同的隱結(jié)點數(shù)和隱含層數(shù)得出完全不同的結(jié)果，一般只能由試算確定。 (2)網(wǎng)絡結(jié)點作用函數(shù)選擇確定的研究還不深入，而結(jié)點作用函數(shù)的選擇性很大，各種選擇將導致完全不同的結(jié)果。一般認為，作用函數(shù)應選具有至少一階連續(xù)導數(shù)的函數(shù)。(3)樣本數(shù)量的確定是一個困難問題，大量研究經(jīng)驗表明，對神經(jīng)網(wǎng)絡模型來說，并非

50、樣本越多越好，而是存在一個合適的值，但該樣本數(shù)量的確定尚無人能給出一個令人滿意的原則，一般只能憑經(jīng)驗。(4)理論上講，人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型存在所謂的極值限制問題。一般神經(jīng)網(wǎng)絡模型的值域限制于一個由樣本確定的集合中，因而，人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型一般不具有外延性。但是實際應用中，通過對神經(jīng)網(wǎng)絡模型的最大值進行處理或其他方法處理后仍可用神經(jīng)網(wǎng)絡模型進行遞推式預測。可見，神經(jīng)網(wǎng)絡模型不能進行長期預測，只能作短期遞推式預測。盡管人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型的觀測數(shù)據(jù)序列要求不多，但正是這種普實性增大了神經(jīng)網(wǎng)絡模型建模的難度。因此，在應用神經(jīng)網(wǎng)絡模型時，有一些經(jīng)驗認識是十分必要的。案例：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(artificila ne

51、ural network)的研究始于1943年，又稱并行式處理(parallel distribute processing)。神經(jīng)網(wǎng)絡是在生物技術(shù)的基礎上，借鑒人腦的結(jié)構(gòu)與工作原理，使用數(shù)學方法，利用計算機技術(shù)發(fā)展起來的一項智能技術(shù)。它具有許多引人注目的特點：大規(guī)模復雜系統(tǒng)，具有很強的適應能力，自學習、自組織的能力和高度非線形動態(tài)處理能力。人工神經(jīng)網(wǎng)絡的研究是當今世界關注的熱點。影響露天邊坡穩(wěn)定的因素具有隨機和模糊特性。神經(jīng)網(wǎng)絡的性能特征使其適用于解決非確定性的邊坡穩(wěn)定性評價問題。目前，分析邊坡變形破壞機理及評價其穩(wěn)定性的主要方法為極限平衡和數(shù)值分析法。這些精確的分析方法在很多情況下是不適宜

52、的。一方面，大多數(shù)工程只需對邊坡進行廣義危險性識別，對邊坡作出快速準確的判斷：另一方面，由于參數(shù)的不確定性和不完備性，精確分析方法在表達邊坡系統(tǒng)各組成部分之間的非線性關系上有其局限性。神經(jīng)網(wǎng)絡具有較強的非線性動態(tài)處理能力。無需知道數(shù)據(jù)的分式和變量之間的關系，可實現(xiàn)高度非線性映射。其較強的學習、存儲和計算能力及容錯特性，適用從實例樣本中提取特征，獲得知識，并可使用殘缺不全的或模糊隨機的信息進行不確定性推理。本文建立了邊坡穩(wěn)定性評價的復合神經(jīng)網(wǎng)絡模型，并利用邊坡工程的失穩(wěn)及穩(wěn)定實例對其進行訓練和測試，從而對露天邊坡的穩(wěn)定性分析提供一種思路。（參考文獻-基于神經(jīng)網(wǎng)絡的多參數(shù)露天邊坡穩(wěn)定性分析）13信

53、息模型法信息模型法把各種滑坡因素在滑坡過程中所起作用的大小程度用信息量表達。殷坤龍認為滑坡現(xiàn)象受多種因素的影響，且各種因素的作用性質(zhì)不相同，對某一具體滑坡而言，總會存在最佳因素組合，基于此理論，信息模型主要研究滑坡因素組合，而不是停留在單個因素上，所以預測精度較高。殷坤龍等用此方法成功地對重慶市的斜坡穩(wěn)定性進行了預測。14災變模型預測法計算邊坡的穩(wěn)定系數(shù)需要涉及到巖土的計算參數(shù)，由于巖土性質(zhì)的不確定性和離散性，使得同一邊坡采用不同的計算參數(shù)得出差別較大的結(jié)果，甚至得出相反的結(jié)論。采用災變理論避開了這些不確定性參數(shù)的影響，它假定系統(tǒng)在任何時刻的狀態(tài)都可完全由給定的幾個狀態(tài)內(nèi)部量(x1，x2，xn

54、)的值來確定，同時系統(tǒng)還受到m個獨立的控制量(u1，u2，up)的控制，通過數(shù)學方法，研究系統(tǒng)狀態(tài)的穩(wěn)定與否與各量值的關系。該方法綜合考慮了各種邊坡要素對邊坡穩(wěn)定性的不同程度的影響，能較真實地描繪邊坡系統(tǒng)的狀態(tài)。吳文德等運用尖點災變模型對某中型露天礦山的穩(wěn)定性進行了預測，得出了與現(xiàn)場實際相吻合的結(jié)果。15模糊綜合評判法邊坡的穩(wěn)定性受諸多因素的影響，很難用一個確定的結(jié)論來表述其穩(wěn)定還是不穩(wěn)定，往往用模糊概念來表述，如把邊坡的穩(wěn)定等級分為危險區(qū)、不穩(wěn)定區(qū)、較不穩(wěn)定區(qū)、穩(wěn)定區(qū)等。模糊綜合評判方法就是對邊坡穩(wěn)定性等級進行分類，并通過專家評分或構(gòu)造隸屬函數(shù)確定對同一等級各因素以及某一因素在不同等級中對邊

55、坡穩(wěn)定性的影響程度(隸屬度)，建立模糊評判矩陣，確定邊坡的穩(wěn)定性對各等級的隸屬程度，最后按擇優(yōu)原則預測邊坡的穩(wěn)定性。該方法的最終結(jié)果是否可靠，受單因素的選擇和隸屬度的確定影響較大。2滑坡時間預測預報時間預報是指對邊坡可能發(fā)生滑坡時間的進行預報。利用已獲取的監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過數(shù)學模型來預測未來某一時刻坡體的狀態(tài)。目前常用的方法有以下幾種。21齋騰法日本學者齋藤迪孝通過大量的試驗，得出了均質(zhì)土坡滑坡時間與蠕變速率之間具有如下的經(jīng)驗關系： (3)式中，059為包括95測定值的范圍；t為滑坡發(fā)生時間，min；為等速蠕變速率，10-4min。上述計算模型主要是如果坡體已進入，可根據(jù)其進行邊坡失穩(wěn)預報。齋藤模

56、型是以監(jiān)測曲線和蠕變理論為依據(jù)的一種確定性預測模型。齋藤預測模型方法簡單，當時曾受到人們的歡迎，利用該方法曾于1970年對日本高場上隧道滑坡進行了成功地預報。但由于該經(jīng)驗公式依賴于加速蠕變階段邊坡位移時間曲線的監(jiān)測數(shù)據(jù)，尤其僅適用于短期預報和臨滑預報。該模型沒有考慮礦山開采以及諸如爆破、地震等瞬時因素的影響，且所求得的蠕變破壞時間屬于概算，預報精度受到一定的限制。1984-年，日本學者kkawamtma采用差分法及加權(quán)最小二乘法，提出了與齋藤法相似的加速蠕變經(jīng)驗微分方程，在某種程度上克服了隨機誤差，提高了預測精度，但由于經(jīng)驗方程本身的局限性，以及滑坡影響因素的復雜性，其預報精度仍不高。案例：龍馬水電站工程溢洪道泄槽段邊坡k9一kl段于2005年9月開始開挖，最初處于穩(wěn)定狀態(tài)但隨著邊坡下切開挖至el583rn高程以后，該部位邊坡產(chǎn)生一定變形，2006年