基于位移監(jiān)測信息的巖石高邊坡安全評價理論和方法研究.pdf

1、變形穩(wěn)定是巖石高邊坡安全穩(wěn)定的一個重要方面，了解邊坡在不同時期的變形狀態(tài)對于評價邊坡的安全穩(wěn)定性具有重要的意義。安全監(jiān)測作為正確評價邊坡安全狀態(tài)變化過程的手段，在巖石高邊坡工程中逐步得到廣泛的應(yīng)用。由于邊坡問題的復(fù)雜性，深入開展對邊坡安全監(jiān)控理論和方法的研究，系統(tǒng)的分析所獲得的監(jiān)測信息顯得十分重要。本文在進(jìn)行大量國內(nèi)外文獻(xiàn)閱讀的基礎(chǔ)上，基于實際高邊坡工程的大量位移監(jiān)測數(shù)據(jù)，對邊坡安全控制理論和方法的一系列問題進(jìn)行了系統(tǒng)研究，主要研究工作

2、和成果如下： (1)對觀測中的誤差對結(jié)果分析和參數(shù)反演的影響進(jìn)行了分析，結(jié)合邊坡工程的特點，提出了位移監(jiān)測點的布置原則。在實際工程中可以借助敏感性分析和數(shù)值計算來指導(dǎo)邊坡位移監(jiān)測點的布置。 (2)觀測數(shù)據(jù)中的粗差對分析結(jié)果將造成不利的影響，傳統(tǒng)的基于數(shù)理統(tǒng)計理論的誤差處理方法很難有效的評定邊坡位移數(shù)據(jù)中的異常信息。因此基于現(xiàn)代誤差理論，將未確知數(shù)學(xué)引入到位移觀測數(shù)據(jù)的誤差分析中，使用改進(jìn)的未確知濾波法對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。實例

3、研究表明，該方法能較準(zhǔn)確的識別出粗差和變形異常值。 (3)邊坡變形可以看作是巖土體流變特性和外界因素內(nèi)外因共同作用的結(jié)果。在對大量外觀變形數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，建立了描述巖質(zhì)邊坡自身的時效變形特性的統(tǒng)計模型，并使用置信區(qū)間法和小概率法對監(jiān)測數(shù)據(jù)中的異常變形值進(jìn)行了分析。針對某些波動較大的殘差序列，采用周期函數(shù)提取殘差中的趨勢項，分析影響邊坡變形的外界因素，并對統(tǒng)計模型進(jìn)行了改進(jìn)。 (4)對邊坡的變形監(jiān)控指標(biāo)進(jìn)行了研究。將

4、位移觀測數(shù)據(jù)看作由初始變形分量、時效變形分量和測量誤差分量三部分組成，推導(dǎo)出當(dāng)邊坡處于不同階段的位移標(biāo)準(zhǔn)差的門檻值，通過考察數(shù)據(jù)序列的標(biāo)準(zhǔn)差可以判斷出邊坡處于何種變形階段。對時效變形明顯的邊坡，通過構(gòu)造穩(wěn)定系數(shù)r來考察位移均值的增長趨勢，通過變異系數(shù)考察數(shù)據(jù)的離散性。若穩(wěn)定系數(shù)較高，而變異系數(shù)較小，則說明邊坡的位移變化比較正常。在對位移量進(jìn)行分析的同時，綜合考慮了位移變形的方向以及位移速率，使用多參數(shù)監(jiān)控指標(biāo)對實際工程中邊坡的外觀數(shù)據(jù)進(jìn)

5、行了分析。研究表明若幾個指標(biāo)同時出現(xiàn)異常，則應(yīng)該對邊坡變形進(jìn)行密切關(guān)注。 (5)采用安全系數(shù)法對邊坡的極限狀態(tài)進(jìn)行了研究。針對不同類型的邊坡，使用強(qiáng)度折減法和極限平衡法計算其安全系數(shù)。針對邊坡失穩(wěn)屬于大變形問題的特點，采用FLAC程序中的強(qiáng)度折減法計算邊坡失穩(wěn)時的強(qiáng)度儲備安全系數(shù)和最危險滑動面的位置。此外，通過考察邊坡局部水平位移靈敏度隨折減系數(shù)的變化曲線來確定邊坡的局部安全系數(shù)，從而更全面的了解巖質(zhì)邊坡從整體到局部的安全穩(wěn)定性

6、。針對極限平衡分析中計算參數(shù)不確定性的問題，將參數(shù)作為盲數(shù)處理，并對極限平衡方法進(jìn)行了改進(jìn)。 (6)針對現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)樣本的大小不同，使用不同的方法對大樣本數(shù)據(jù)和小樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測。當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)比較豐富時，采用多項式模型來描述不同時間觀測值之間的函數(shù)關(guān)系，并使用算法進(jìn)行模型的優(yōu)化，尋找出最佳的多項式模型。當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)較少時，使用灰色預(yù)測方法針對非等時距的觀測數(shù)據(jù)序列進(jìn)行預(yù)測。當(dāng)預(yù)測效果不理想時，使用改進(jìn)的加權(quán)灰色預(yù)測方法提高預(yù)測精度。

7、 (7)利用變形相應(yīng)率對邊坡失穩(wěn)問題進(jìn)行了研究。邊坡的變形可以理解為廣義荷載下的響應(yīng)，通過研究邊坡不同時期的變形響應(yīng)對荷載變化的響應(yīng)率可以判斷出邊坡何時發(fā)生失穩(wěn)。將響應(yīng)率同邊坡位移觀測資料相結(jié)合，選擇穩(wěn)定狀況良好的測點為參考點。將其他測點的位移增量同參考點的位移增量進(jìn)行比較，計算出各測點相對穩(wěn)定點的變形響應(yīng)率，然后根據(jù)響應(yīng)率的變化情況來進(jìn)行邊坡的失穩(wěn)預(yù)報。 (8)基于安全監(jiān)測成果建立了邊坡綜合評價體系，根據(jù)監(jiān)控分析結(jié)果提