强降雨条件下岩质边坡失稳机理与预警技术研究

期刊: 环球科学 2025年第8期 DOI: PDF下载

潘志刚

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摘要

岩质边坡是一种常见的地质灾害,具有高陡、极易崩塌的特点,其稳定性评价一直是岩土工程研究的重要内容。由于强降雨对边坡稳定性影响机制复杂,边坡稳定性评价一直是岩土工程中的难点。目前,岩质边坡稳定性评价主要采用有限元数值模拟分析,其研究内容和研究方法均存在不足。近年来,随着信息技术的发展,监测预警技术在岩质边坡稳定性评价中得到广泛应用。本文以广西重点区域岩质边坡为研究对象,分析了强降雨条件下岩质边坡失稳机理,建立了基于多源数据集成与实时信息采集的边坡失稳预警系统,并结合广西重点区域岩质边坡监测预警示范工程进行了应用和分析。


关键词

强降雨条件;岩质边坡失稳机理;预警技术

正文

引言:岩质边坡是一种常见的地质灾害,具有高陡、极易崩塌等特点,对人民生命财产安全和社会稳定构成严重威胁。近十年来,随着我国公路建设规模的不断扩大,大量岩质边坡的开挖和填方工程建设给周边居民生活造成了较大影响,同时也造成了较多的经济损失。目前,岩质边坡稳定性评价方法主要有极限平衡法、数值分析法、图解法、位移监测法等。其中,数值分析法因其建模简单、计算速度快、分析结果直观等优点成为当前研究的热点和难点。近年来,随着信息技术的发展,监测预警技术在岩质边坡稳定性评价中得到广泛应用,但仍存在一些问题和不足。

一、强降雨对岩质边坡失稳的影响机制

二、岩质边坡失稳机理分析

岩质边坡的稳定性是由岩土体自身特性、地下水分布、地形地貌等因素共同决定的,目前,影响岩质边坡稳定性的因素主要有岩土体的物理力学性质、地下水、地形地貌等。在强降雨条件下,雨水在岩体内部产生渗透压,使岩体中原有的结构面强度降低,并产生应力重分布现象,当岩体内部的应力达到一定值时,将导致岩体破坏。同时,强降雨还会降低岩体强度和抗剪强度,当雨水渗透到岩体内时,会在边坡岩体内形成水膜或渗流通道,使孔隙水压力增大、渗透压增加,导致坡体抗滑力减小。当边坡失稳破坏时,就会出现边坡失稳滑动或崩塌等现象。

三、岩质边坡失稳预警技术

3.1预警系统构成与基本原理

预警系统主要由三个子系统组成:①地面监测子系统,该系统是以现场监测仪器为主体,将采集的数据进行分析处理,并结合各种已有的地质、水文、气象等资料,对边坡可能发生的变形情况进行预报;②通讯子系统,该系统是对监测点的信息进行传输、处理和分析;③信息采集子系统,该系统是对上述两个子系统的数据进行分析处理后形成预警结果。预警系统的基本原理是:当边坡出现位移变化时,其变形量将超过预先设定值;当变形速度超过预警值时,将产生报警;当超过预警值时,则直接启动相应的应急预案。

3.2监测指标与传感器布局(位移、裂缝、孔隙水压力等)

岩质边坡监测指标与传感器布局见图1,监测指标与传感器布局的合理性决定了边坡失稳预警系统的有效性和准确性。通过监测可以有效地获取边坡坡顶位移、坡面裂缝、孔隙水压力等数据,为边坡稳定性分析和治理提供数据支撑。边坡位移监测系统的布设如图2所示,其中绿色箭头为位移监测系统,黄色箭头为位移传感器。监测指标与传感器布局如图3所示,其中红色箭头表示位移传感器,绿色箭头表示孔隙水压力传感器。为了保证监测数据的可靠性和稳定性,需要在所有监测点和预警级别监测点位布置相应的数据采集设备。

3.3多源数据集成与实时信息采集

对于强降雨条件下的岩质边坡,需要建立一个监测系统来全面掌握其稳定性状态,并进行相应的预警。由于各种传感器之间存在着一定的差异,为了能够保证数据采集的准确性,需要对传感器进行合理布局,并对采集到的数据进行统一管理。由于岩质边坡的情况比较复杂,因此还需要将各种数据集成在一起。要建立一个综合系统,就需要从多个方面进行考虑,包括不同传感器的数据、地质因素以及力学因素等。为了能够有效地掌握边坡内部信息,还需要对边坡的状态进行实时监测。另外,还需要建立一个监测系统来对边坡状态进行全面监测,保证信息采集的实时性。

四、典型工程应用与案例分析

4.1重点区域岩质边坡预警系统建设案例

根据边坡结构特征和破坏机理,以广东省连州、阳山和广东连南地区的岩质边坡为对象,开展了边坡预警系统建设。在连州,选取典型区域开展了监测数据采集,建设了以监测传感器、数据传输设备和智能终端组成的物联网监测系统,通过对实时监测数据的采集、存储、分析和处理,实现了对边坡变形趋势的智能预测和预警。

4.2预警技术实施效果分析

通过对重点区域岩质边坡预警系统的建设与应用,发现在降雨条件下,预警系统的预警结果与监测数据基本吻合,且能够实现对强降雨条件下边坡失稳过程的精准识别,并且能够将监测数据及时、准确地进行传输,保证了预警结果的时效性。同时,通过对预警系统建设方案的优化调整,将其应用于其他类型的边坡监测预警中,同样取得了良好的效果。在监测数据中发现,强降雨条件下,各类监测数据均未出现突变情况,同时滑坡体前缘位移速率在降雨过程中也未出现明显增大的情况,说明本系统能够较好地应用于强降雨条件下岩质边坡失稳过程的精准识别。

4.3经验总结与推广建议

1)强降雨条件下岩质边坡失稳预警技术通过传感器采集边坡岩土体信息,通过智能计算和分析,实现了对边坡稳定性的实时监测与预警。(2)该技术应用于强降雨条件下的岩质边坡失稳预警,能够实现对边坡失稳状态的实时监测与预警,具有重要的推广应用价值。(3)强降雨条件下的岩质边坡失稳预警技术以其高精度、高可靠性等优势,能够为我国铁路、公路、水利等工程建设提供重要参考和技术支撑,具有较强的推广应用价值。(4)建议在我国铁路、公路、水利等工程建设中加强强降雨条件下岩质边坡失稳预警技术研究,以降低工程建设和运行过程中的安全风险。

结语

本文以广西重点区域岩质边坡为研究对象,通过对强降雨条件下岩质边坡失稳机理的分析,建立了基于多源数据集成与实时信息采集的边坡失稳预警系统,并在广西重点区域开展了应用。结果表明,本预警系统能够对强降雨条件下岩质边坡失稳过程进行精准识别,并能够及时、准确地将监测数据传递给相关管理部门和工作人员,保证了预警结果的时效性。同时,该系统的应用能够为我国公路、铁路、水利等工程建设提供重要参考和技术支撑,具有较强的推广应用价值。

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