基于小波研究滑坡变形规律探究

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1、基于小波研究滑坡变形规律探究摘要：对于有多个GPS监测点的滑坡，通常只研究个别代表性较强的点的位移，以此近似反映滑坡整体变形情况，但这种以点代面的方法与实际相差较大。现利用三峡库区某滑坡长期地表位移监测资料，根据各监测点位移对滑坡整体位移的贡献率，求得综合位移曲线，再利用小波分析等数学方法推导综合位移方程，据此分析了外界因素（降雨、库水位）对滑坡变形影响机理及周期。结果表明：该滑坡现处于潜在不稳定状态，降雨和库水位对滑坡的影响周期约为12个月。应用滑坡总位移方程进行验证性预测后显示，其预测精度达到92%,因此该方程能更真实地反映滑

2、坡稳定性现状和发展趋势，对同类滑坡的研究具有借鉴价值。关键词：滑坡；小波分析；降雨；库水位；稳定性；周期；趋势预测中图分类号：P642.22文献标识码：A文章编号:16721683（2013）05009104自2003年蓄水以来，三峡库区地质灾害险情已发生多起，造成了巨大的人员伤亡和经济损失，引起业内人士的高度重视。据2009年7月湖北省、重庆市库区26个县（市、区）政府上报资料及国土资源部调查，在新界定的三峡库区范围（生态屏障区和移民迁建区）内查出崩塌、滑坡共5300余处，总体积8.3X109m3［l］,主要采取的减灾防灾措施有

3、搬迁避让、工程治理和专业监测预警3种［2］。近几年，在滑坡监测及治理方面的投入大大增加，技术手段和研究思路也不断革新，但是由于结构组成极其复杂，变形影响因素多种多样，以及运动规律上的不确定性、灾害的突发性都使得滑坡稳定性评价及预测在精度［JP2］上远没有达到较高的水平。在研究滑坡地表位移时，通常只分析个别监测点的位移以代表整体变形情况，但实际上滑坡主滑区和牵引区、前缘和后缘等不同部位变形相差巨大，这种近似的评价方法效果并不理想。国内外学者针对滑坡稳定性做了大量的研究，提出了数十种模型：稳定系数法、有限单元法、离散单元法、界面元法、

4、不连续变形法、多元回归法、神经网络、斋藤迪孝预报法、蠕变实验预测模型、时间序列预报模型［3］等。但成功预报的实例并不多，其原因在于滑坡本身的复杂性、预报模型的局限性，以及实地资料难以准确获取［4］。本文对三峡库区某滑坡表面6个GPS点按变形影响范围进行体积分区，以体积权重代表各个监测点变形对滑坡整体变形的贡献率，进而得出综合变形曲线。然后，对总位移进行小波分解得到趋势位移和波动位移（前者由滑坡自重产生，持久、连续；后者由库水涨落和降雨等外部因素影响下产生，持续时间较短、周期性强），再根据趋势位移曲线判断滑坡所处的变形阶段，根据波动

5、位移等值线图得到外部因素影响滑坡的周期。最后分别推导趋势位移和波动位移方程，二者叠加即得滑坡总位移方程。1滑坡概况该滑坡属古崩滑堆积体，南北向展布，向北倾斜，与下伏基岩倾向相反，为逆向坡。滑体南北纵长约800m,东西宽约700m,面积约55X104m2,平均厚约50m,总体积约2890X104m3o其中滑坡东侧及中部变形较大，为主滑区,面积约35X104m2,总体积约1575X104m3[1]。坡体GPS变形监测点呈两纵三横布置，基本能监控整个滑坡体的位移变形。滑坡及监测点平面布置图见图1。滑体主要由碎石土夹块石组成，块石成分为砂

6、质泥岩、泥质粉砂岩，土石比例8:2〜6:4。滑体上部以碎块石为主,下部则以可塑状粉质黏土为主，土质结构稍密至密实。滑带为堆积层与基岩接触带，滑带土主要成分为可塑性角砾土，结构紧密，碎石呈次棱角状，粒径明显减小于滑体碎石。滑坡体西侧发育两层滑带见图2,浅层滑带位于坡积层中，滑带物质为厚约10〜12m的角砾土。深层滑带为堆积层与基岩接触带，滑带土厚约11〜17m。滑床为三迭系中统巴东组地层，由一套中厚层状粉砂岩夹泥岩以及中厚层状泥灰岩组成。2滑坡变形规律2.1滑坡的变形机制与变形曲线通常情况下，滑坡表面会布设多个地表位移监测点，但考虑

7、到滑坡变形最直接的影响因素是滑体自重提供的下滑力，因此可按照土方工程中方格网法计算每个区域的自重Gi（lWiW6）。自重权重（即体积权重）由公式（1）获得。经计算，滑坡累计位移、库水位、月降雨量（2005年4月-2013年2月）的关系见图4。图中总位移曲线介于大幅变形曲线和缓慢变形曲线之间（因图形整体布局需要，图中降雨量为真值的5倍），并且是典型的阶跃型曲线，这与实际情况相符。由图4可知，降雨高峰期均发生在每年6月-8月，库水位下降期为12月-6月。降雨可导致坡体软化、地下水位升高，并冲蚀边坡坡面［5］,雨水下渗至坡体土岩结合面，

8、由于不能及时排出滑坡体，使得结合面处土体处于饱和状态，进而形成软弱结构面［6］。库水位下降过程中一直伴随着滑坡加速变形，但直到6月-8月完全降到最低水位时,滑坡失去了水库水的上浮作用力。若这段时间有强降雨的作用叠加，将导致变形速率达到最大，最可能发