滑坡发生时间预报分析.pdf

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1、第!"卷第#期中国地质灾害与防治学报/=##$$%年&月’()*(+,)-)./01,23/45)/3/6+72382921:2,:*/,;1/3.0,=#$$%!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!滑坡发生时间预报分析王建锋（中国科学院力学研究所，北京!$$$?$）摘要：系统论述了滑坡监测资料的整理方法：滤波和等时化。讨论了滑坡运动响应的主要组成成分。重点阐述了滑坡发生时间预报的理论基础，此

2、基础不同于一般物理方程建立的思路，而是直接来源于观察和经验总结，并抽象为一定的数学模型。单次滑坡发生的整个过程包括孕育、加速、减速、停止等"个阶段，滑坡发生时间则指加速向减速转换的特征时间点，此点是滑坡爆发的峰值点，也是需要预报的特征时间。能够反映滑坡如此运动过程的典型数学函数是@)213曲线，本质上此A型曲线与系统有阻尼的自由振动微分方程是一致的，也与生物群体演化的虫口方程一致，它们都共同反映了物质运动的一般规律，因此可以用来预测滑坡运动过程。直接运用一般力学微分方程描述滑坡运动过程的困难在于缺

3、乏对滑体系统力学参数的精确把握，直接运用B/6+-;+7虫口微分方程则存在模型参数识别的困难，作者还发现某些误用灰色系统理论对<)1(03-;非线性方程参数进行辨识。文末，为展示方法而不强调结果，以拥有!$2监测资料的某滑坡为例，分析预报了滑坡活动过程，并进行了预测结果的数学检验。关键词：滑坡发生时间；预报；等时化；滤波；A型曲线文章编号：!$$%C?$%D（#$$%）$#C$$$!C$?中图分类号：@&"#E#文献标识码：F可能的发展演化过程。为此，这里定义#个术语：!前言序列观测值之间的“相似

4、度”和“靠近度”，它们都一般地，对工程有潜在重要影响的滑坡来说，反映序列之间的关联程度。现场工程师都拥有不同观测时段的监测数据。在我首先，我们来看一个例子。从直观上，图!中国可以说已经拥有丰富的监测数据。因此如何分析的观测序列!和#之间的相似度要大于观测序列!整理这些数据，从中提取出与滑坡活动规律有关的和%；观测序列#和"完全相似，但如果以序列!信息，并在此基础上按照滑坡滑动机理与其位移表为参考，观测序列"较#远离参考序列!。如果这现形式之间的关系，预测滑坡未来可能的活动过程，些数据来自于同一滑坡

5、体的不同部位，那么显然序已经具有越来越重要的意义。列!和#、"“步调”较为一致，可能具有同一滑动目前，关于滑坡观测数据整理分析方法，就国机制，并且序列"的滑动速度要大；序列%则与前内、外来说并没有形成公认的技术理论方法和规范，%者“步调”不同，但滑动速度与序列!较为接近。相应的文献也不多。与地震观测资料整理分析相比，从定量角度，如图#（2）所示，对于#个序这种差距是显见的。本文试图对此问题进行初步探列，可定义相似度为，索，首先讨论资料整理的一般方法，接着讨论滑坡&!"I2J&’&!"$&（!）!$

6、%&!"I2J&’&!"I+,&时间预报理论基础和预测模型，以供同行共同研讨。当有(个序列时，考虑共同参考标准序列为#空间监测点间的相关性"$，可定义第)观测序列第$时刻观测值与参考序通常，滑坡体上布设有多处监测点，用以监测收稿日期：#$$%C$#C!G；修回日期：#$$%C$%C#"各个测点处的!、"、#地理坐标或局地坐标随时间作者简介：王建锋（!G&"—），男，!GGH年毕业于中国地质的变化。其结果是每一监测点都获得一套时间序列大学（武汉）工程地质专业，获工学博士学位。观测值。一般地，滑坡体上

7、各个监测点部位有着不曾从事岩石力学、工程地质科研、教学工作，现同的变形特征，各个部位滑体之间的相互作用或相主要从事地学与力学结合方面的研究工作，!G?G互关系能够在监测数据中表现出来。弄清它们之间年以来在国内外共发表%$多篇学术论文=的相互关系显然有助于定性分析滑坡发生机理，和中国地质灾害与防治学报)89:;<<=:>?89?8@?9@?A=B@;<89?C=DE@:)%%+年类函数是线性趋势函数#+!0.1+，其它常用的趋势模型有二次函数0.1+.-+)，指数函数0.12-+，对数函数0.1/(

8、（-+）。如果#+!0，独立于时间，则时间序列中不存在趋势项。多数滑坡的变形或多或少都反映着周围环境自然变化周期的影响，如昼夜温差、降雨或固体潮等。由于滑坡生命周期通常都是长期演化过程，相对趋图!观测序列间关系分析势项#+而言，周期成分量级较小且变化不甚明显，"#$%!&’()*#+,-.#/0’*1’’,*#2’-’3#’-一般的工程监测捕捉的多是趋势信号。但是，在地下水水位变化或特定层位孔压变化中，周期成分则列在同一时刻的相似度为，可表现较为充分。周期项-一般可以用正弦和余弦"