一种残坡积土土层的浅层土质滑坡精细预警方法

本发明涉及到滑坡防治工程，尤其涉及一种残坡积土土层的浅层土质滑坡精细预警方法。

背景技术：

1、土质滑坡是一种发生在山区或公路边坡的自然现象。土质滑坡发生后，产生滑动的土体运动到山坡下或路边，淤埋和冲击建筑设施、公路等，造成极大的破坏。我国大部分滑坡是由降雨造成的。因此很多滑坡的预警预测是通过降雨条件来实现的。降雨使土体入渗率降低，斜坡土体中含水量增加，地下水位线升高，孔隙水压力增加，从而斜坡的稳定性降低，此时在持续的降雨影响下，降雨即可诱发滑坡。自然界的降雨过程非常复杂，且没有重复的降雨模式。不同的土层，均由母岩风化后形成的残坡积土组成，对降雨的响应也不同，降雨入渗时间，地下水位线上升的程度不同，对滑坡的影响也不同。

2、公开号为cn 104299367a，公开日为2015年01月21日的中国专利文献公开了一种滑坡灾害多级综合监测预警方法，其特征在于，其包括以下步骤：(1)通过历史纪录监测数据和滑坡变形破坏模型试验，计算滑坡监测预警临界阈值；根据各个指标临界指数确定研究区是否有滑坡发生的可能；(2)如果监测数值大于临界值；根据每个滑坡发生指数，确定滑坡可能发生的地点和滑坡发生的可能性大小，划定预警预报等级；(3)确定四级预警和预警境界区域；(4)发布预警结果，同时结合预警区群测群防网络体系，直接通知监测责任人，做好防灾、避灾准备。

3、该专利文献公开的滑坡灾害多级综合监测预警方法，需要滑坡发生的大量历史纪录监测数据，再通过滑坡变形破坏模型试验，计算滑坡监测预警临界阈值；再根据各个指标临界指数确定研究区是否有滑坡发生的可能，需要分析的滑坡因子较多，整个预警工作复杂，反应滞后，预警效率低，预警精度欠佳。

4、公开号为cn117495086a，公开日为2024年02月02日的中国专利文献公开了一种基于降水及土壤含水率的浅层土质滑坡预警方法，包括以下步骤：a、确定是否为湿润区；b、计算出湿润区的雨季土壤含水率；c、通过传感器实时监测降雨量；d、由步骤b计算出土壤含水率s；e、开始逐小时计算降雨历时，同时计算逐小时的降雨总量，从起始的1小时降雨量逐小时叠加，逐小时的降雨强度由逐小时的降雨总量除以降雨历时获得；f、计算浅层土质滑坡的临界值cr；g、确定滑坡等级，并发出预警信号。

5、该专利文献公开的基于降水及土壤含水率的浅层土质滑坡预警方法，突出解决了影响滑坡的降雨起始点问题，但是在不同母岩岩性地区，残坡积土的特性也不同，有的地区临界值可能会偏大，有的地区临界值可能会偏小，不能进行精细化预警，预警精度低。

技术实现思路

1、本发明为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种残坡积土土层的浅层土质滑坡精细预警方法，本发明充分考虑了不同岩性地区的残坡积土中黏土矿物和土壤粒径的影响，并通过分析排序，确定不同岩性地区浅层土质滑坡预警的临界值，再针对单个的浅层土质滑坡，测量获得地形因子，进一步精确获得滑坡的临界条件，缩小了滑坡预警临界值的上下限范围，能够精准预警具体滑坡点，实现精细化预警，极大的提高预警精度。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、一种残坡积土土层的浅层土质滑坡精细预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

4、a、确定湿润区，计算出湿润区的土壤表层含水率；

5、b、通过在滑坡点布置的传感器实时监测的降雨量，获得逐小时条件下的前24h降雨量；

6、c、通过土壤表层含水率判断降雨对滑坡的影响；

7、d、将浅层滑坡体作为调查对象，测量滑坡体的坡度α、滑坡体面积a、上部坡度β、上部面积au、横向左侧坡度θ1、横向右侧坡度θ2、横向左侧面积al、横向右侧面积ar和滑坡体上的梯田面积a'；

8、e、通过式1计算浅层土质滑坡的地形因子t；

9、t＝s+u+0.2c+f  式1

10、其中，s为坡度因子，u为上侧面因子，c为两侧因子，f为临空面因子，有临空面f为0.1，无临空面f为0；坡度因子s通过式2计算，上侧面因子u通过式3计算，两侧因子c通过式4计算；

11、s＝tanα  式2

12、

13、f、计算逐小时的降雨总量和逐小时的降雨强度，根据降雨历时、降雨强度和地形因子通过式5计算浅层土质滑坡的判断值p，通过浅层土质滑坡的判断值p确定滑坡等级，并发出预警信号；

14、p＝t2id0.975  式5

15、其中，i为降雨强度，d为降雨历时。

16、所述步骤c中，通过土壤表层含水率判断降雨对滑坡的影响具体是指当土壤表层含水率h＜0.37时，则降雨对滑坡无影响，不算有降雨，降雨历时d＝0，降雨量为0；当土壤表层含水率h≥0.37时，则确定降雨开始，此时的降雨历时d＝1h，之前的1小时降雨量作为最初的1小时降雨量，计入总降雨量；当土壤表层含水率h再次出现h＜0.37时，则前面的降雨量不再影响滑坡，此时降雨历时d＝0，降雨量为0。

17、所述步骤f中，计算逐小时的降雨总量是指从降雨历时d＝1h时，开始逐小时计算降雨历时d，从起始的1小时降雨量逐小时叠加。

18、所述步骤f中，逐小时的降雨强度通过逐小时的降雨总量除以降雨历时d获得。

19、所述步骤f中，通过浅层土质滑坡的判断值p确定滑坡等级，并发出预警信号具体是指当p＜cr1，则滑坡可能性小，为绿色预警等级，发出绿色安全信号；当cr1≤p＜cr2，则滑坡可能性中，为黄色预警等级，发出黄色预警信号；当cr2≤p＜cr3，则滑坡可能性大，为橙色预警等级，发出橙色预警信号；当p≥cr3，则滑坡可能性很大，为红色预警等级，发出红色预警信号，其中cr1、cr2和cr3均为临界值，由残坡积土所在区域的岩性确定。

20、所述残坡积土所在区域的岩性包括玄武岩、泥岩页岩、灰岩、砂岩、板岩、磷块岩和花岗岩。

21、所述残坡积土所在区域的岩性为玄武岩时，cr1取值为30，cr2取值为45，cr3取值为60；为泥岩页岩时，cr1取值为35，cr2取值为52.5，cr3取值为70；为灰岩时，cr1取值为40，cr2取值为60，cr3取值为80；为砂岩时，cr1取值为45，cr2取值为67.5，cr3取值为90；为板岩时，cr1取值为70，cr2取值为105，cr3取值为140；为磷块岩时，cr1取值为42，cr2取值为63，cr3取值为84；为花岗岩时，cr1取值为43，cr2取值为64.5，cr3取值为86。

22、所述步骤a中，确定湿润区具体是指根据滑坡体所在位置查阅气象数据，获得当地多年平均降雨量及多年平均日照时数，通过式6确定；

23、jr＞1.38rh-1068      式6

24、式中：jr——多年平均降雨量，mm；

25、rh——多年平均日照时数，h。

26、所述步骤a中，湿润区的土壤表层含水率通过式7计算；

27、h＝0.0168ln(n)+0.3452  式7

28、式中：h——土壤表层含水率；

29、n——土壤湿润指数，为当地24h降水量与最大潜热蒸发的比值。

30、本发明的有益效果主要表现在以下方面：

31、1、本发明，较现有技术而言，本发明充分考虑了不同岩性地区的残坡积土中黏土矿物和土壤粒径的影响，并通过分析排序，确定不同岩性地区浅层土质滑坡预警的临界值，再针对单个的浅层土质滑坡，测量获得地形因子，进一步精确获得滑坡的临界条件，缩小了滑坡预警临界值的上下限范围，能够精准预警具体滑坡点，实现精细化预警，极大的提高预警精度。

32、2、本发明，当应用于贵州省浅层土质滑坡预警时，由于对于单点浅层土质滑坡的临界值cr 1、cr2和cr3的测算同时考虑了残坡积土的黏土矿物蒙脱石含量和渗透系数的影响，得出的贵州省浅层土质滑坡的临界值cr 1、cr2和cr3更符合诱发浅层滑坡的实际情况及其实用性，同时也考虑了滑坡体的地形特征，使得滑坡预警准确性更高，预警点更精准。

33、3、本发明，充分考虑了贵州省不同岩性地区残坡积土的特性，确定了更为准确的临界值cr 1、cr2和cr3，使得临界值范围较小，最大值cr3比最小值cr 1大100％，减少了误报的频率，防灾适用性强。

34、4、本发明，充分考虑了贵州省不同岩性地区残坡积土的特性，在不同地区有不同的临界值cr 1、cr2和cr3，最大的临界值板岩地区比最小的临界值玄武岩地区大133％，充分体现了不同类型的残坡积土对滑坡的影响，减少了误报和漏报的频率，防灾适用性强。

35、5、本发明，充分考虑了贵州省不同岩性地区残坡积土的黏土矿物的重要作用，特别是蒙脱石的重要贡献，并按照蒙脱石含量对不同残坡积土发生滑坡的预警临界值排序，充分体现了滑坡的地质条件的作用，使得预警的针对性强，在贵州省的浅层土质滑坡预警的应用性更强。

36、6、本发明，充分考虑了贵州省不同岩性地区残坡积土的渗透系数的重要作用，并按照无蒙脱石地区的渗透系数值，对残坡积土发生滑坡的预警临界值排序，充分体现了滑坡的地质条件的作用，使得预警的针对性强。

37、7、本发明，降雨是滑坡最主要的激发形式，滑坡的激发也是由降雨引起的，降雨使土体入渗率降低，土体中含水量增加，地下水位线升高，孔隙水压力增加，从而斜坡的稳定性降低，此时在强降雨作用下即可诱发滑坡；通过充分参考蒙脱石和渗透系数，能够有效的将不同地区残坡积土的特征与降雨引起的水位上涨结合起来，缩小了不同岩性地区的滑坡的临界值上下限范围，减少了误报率，也降低了漏报率，利于准确预测滑坡的发生，从而降低由于滑坡造成的损失。

38、8、本发明，较现有技术而言，各地区浅层土质滑坡的预警是不受人类活动影响下得到的，也不是基于强震区域有大量的崩塌和滑坡发生情况下得到的，因此，对于没有人类活动、地震影响或者地震影响较小以及地震后较长的时间段内均适用，对于诱发滑坡的降雨的测算有广泛的适用性。

39、9、本发明，通过降雨监测数据，在没有大量前期监测数据的基础上也能确定临界雨量，极大的提高了防灾适用性。

40、10、本发明，通过将计算得到的浅层土质滑坡的判断值p进行条件判别，针对单点的精准地确定滑坡等级，并发出相应等级的预警信号，当浅层土质滑坡的判断值p＜cr1，则滑坡可能性小，为绿色预警等级，发出绿色安全信号；当cr 1≤p＜cr2，则滑坡可能性中，为黄色预警等级，发出黄色预警信号；当cr2≤p＜cr3，则滑坡可能性大，为橙色预警等级，发出橙色预警信号；当浅层土质滑坡的判断值p≥cr3，则滑坡可能性很大，为红色预警等级，发出红色预警信号，具有预警效果直观明确，预警精细度高的特点，防灾适用性好。

41、11、本发明，针对单个的浅层土质滑坡，测量获得地形因子，进一步精确获得滑坡的临界条件，缩小了滑坡预警临界值的上下限范围，使得预警更加精准。同时，不考虑地形因子的滑坡预警，只能是区域上，范围很大的预警，不能明确确定滑坡的位置；在预警发出时，通知处于危险区人员的撤离，只能是全范围、全区域内的人员撤离，因范围很大而实际滑坡数量很少，造成很大的浪费，不仅仅是经济上的浪费，而且是人员撤离精力上的浪费，还可能因撤离范围太大而漏掉通知一部分人员的撤离，影响安全性；此外，大范围大量的人员撤离的临时安置也非常困难，而本发明的精准预警，可以精准到某一个具体的滑坡点，其影响和危险范围很小，撤离人员仅仅在一个小范围内，因此能够做到这一小部分人员的精准撤离，也有利于撤离人员的安排，有效提高安全性。