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基于声发射监测的滑坡过程预警模型

来源:ISO9001认证 作者:ISO9001认证 发布时间:2022-06-28 查看次数:352

作为一种常见的自然灾害,滑坡往往会造成巨大的破坏,引发严重的人员伤亡 和 财 产 损 失[12].中国是亚洲乃至世界上滑坡灾害最为严重的国家之一,特别是随着经济建设和城镇化的高速发展,城市土地利用向滑坡灾害高风险地区扩展,滑坡灾害呈逐年加重趋势.据初步统计,目前中国地质灾害点超过30万处,威胁1500多万人和5000多亿元财产安全.2019年发生在贵州六盘水的“7􀅰23水城县山体滑坡事件”,造成近1600人受灾,43人死亡,9人失踪,700余人紧急转移安置,直接经济损失1.9亿元[3],被应急管理部列入“2019年全国十大自然灾害”之一.开展边坡监测,获取滑坡过程的发展演化信息,构建合理有效的预警模型,可为滑坡灾害预警决策提供科学手段.

位移是滑坡监测中最为常见的参量,目前常见的地 表 位 移 监 测 方 法 包 括 摄 像 摄 影 (空 中或 地 面)[4]、 全 球 导 航 卫 星 系 统 (globalnavigation satellitesystem,GNSS)[5]和光 纤 测 量 技 术[6]等. 受实际地理环境和人员活动影响,这些方法对大 气、地形、植被和人为因素的干扰很敏感[78].深部 位移监测能及时发现滑坡的发生及滑动面的位置, 反映滑坡的变形机制及发展趋势[910],但存在量程小、成本高、操作难等问题.声发射是滑坡变形过 程中必然会发出的响应信号,可以监测到极慢移动的滑坡,监测成本也相对较小,因此逐渐在滑坡监 测预 警 领 域得 到 关 注 与 研 究. 早 在 1981 年, Koerner等通过实验表明,坡体变形会产生明显的 声发射现象,并且定性说明了信号强度与坡体受到 的应力直接相关[11].为实现声发射在滑坡监测领 域的定量化应用,Dixon等从 2003 年起进行了一 系列的实验研究,采用金属波导管和填充颗粒物形成有源波导.大量有源波导在实验室和现场监测的 应用结果表明,与传统的监测仪器相比,有源波导 声发 射 监 测 具 有 早 期 预 警 的 潜 力[12].2007 年, Dixon等首次证明声发射率可用于量化边坡位移速 率,二者呈线性关系,且声发射监测系统对微小的 位移非常敏感[13].2010年以来,基于声发射特征参数的边坡变形监测已经得到广泛应用,具有低成 本、高灵敏度和持续可靠监测等优势[1416].

尽管位移监测相较于声发射监测在很多方面存在劣势,土壤含水量、降雨量等水文学监测参量具 有较强的地域特征导致难以推广,但是现有的滑坡预警模型大多仍采用位移、土壤含水量、降雨量等 参量[1718],尚未建立以声发射参量主导的预警模型.本文将现有的滑坡四级预警模型的监测参量扩 展至声发射,建立了声发射主导的滑坡过程预警模型.然后,采用英国拉夫堡大学实验室模拟数据验 证了所建立的模型的可靠性,并利用该预警模型成 功实现了广东省清远市连南县特大型滑坡的预警. 结果表明,基于声发射监测的预警模型是有效的, 声发射与位移监测数据之间的趋势一致性明显,而 声发射 参 量 在 稳 定 性 和 预 警 准 确 性 上 都 要 优 于 位移.

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