（岩土工程专业论文）佛山滑坡地质灾害及预测方法研究.pdf

中山大学硕上学位论文 佛山滑坡地质灾害及预测方法研究 专业：岩土工程 硕士生：王大志 指导教师：汤连生( 教授) 摘要 滑坡预测方法研究是本世纪6 0 年代才开始起步的，至今已取得了大量的成 果，但是滑坡地质条件的复杂、自然条件的变化以及人类工程活动等因素的随机 性和不可控制性，现阶段对滑坡作出准确可靠的预测还是十分困难的，因此在前 人的基础上继续这方面的研究工作显得尤为重要，这正是本课题研究意义所在。 国内外许多学者通过不同地区降雨与滑坡的历史资料，对区域性滑坡与降雨 量进行了分析。研究表明，区域性滑坡灾害的发生不仅与降雨强度有关，还与累 积降雨量有关。由于不同区域滑坡灾害成因机理不一样，因此，区域性滑坡灾害 的发生与前几天的有效降雨量最为密切，应根据研究区域的实际降雨与滑坡的历 史资料确定。本文选取佛山为研究区，以丰富的实际资料为基础，深入研究了影 响滑坡发生的各种因素，全面研究分析了滑坡时空分布与降雨的关系。研究分析 表明，佛山滑坡灾害的发生和降雨强度、前期有效降雨量有关，通过多元回归分 析，确定滑坡灾害的发生和i j 4 天的有效降雨量关系最密切。通过统计分析佛山 滑坡灾害的发生和降雨强度、前4 天有效降雨量的关系，得出了佛山降雨诱发区 域滑坡临界值表达式：r = - 0 4 6 r 4 + 5 6 2 。 目前把人工神经网络应用于滑坡稳定性分析非常普遍，利用人工神经网络的 自行学习能力，直接将影响因素作为输入节点，利用神经网络的学习能力进行学 习，输出节点即为滑坡稳定的类型。但是大多数人工神经网络针对的滑坡特点不 一样，因此对滑坡影响因素的选取也不尽相同，本文详细分析了佛山滑坡灾害的 成因机理，指出了应用人工神经网络来分析佛山滑坡稳定性应该考虑的因素。人 工神经网络计算滑坡稳定性的方法很多，本文结合佛山滑坡的特点，选用b p 反 向传播算法进行滑坡稳定性分析，在应用神经网络解决实际工程问题时，不能够 明确确定隐层的神经元数，本文根据实际计算过程，经过反复计算比较后，选取 佛山滑坡地质灾害及预测方法研究 佛山滑坡稳定性计算的隐层节点数为5 个。构建了滑坡稳定预测的神经网络评价 模型，对构建模型过程中的细节问题进行了探讨。用资料提供的样本对此模型进 行了训练和检验，结果正确率为7 3 。 随着近代数值分析技术的发展，土力学和岩体力学中诸多假定和经验成分可 以通过更为严格的分析步骤得以克服。尽管目前的计算机硬件已经获得了飞速的 发展，但滑坡预测分析应用软件仍然处于起步状态，远不能满足工程实际应用的 要求。现有的滑坡预测分析软件存在面向对象功能不强的问题，而且无法应用以 前用f o r t r a n 等科学计算语言编制的大量数值计算程序，造成资源浪费。本文 采用面向对象的软件开发技术，利用v c + + 和f o r t r a n 混合编程来进行佛山滑坡 预测模块程序设计。在v i s u a ls t u d i o2 0 0 8 平台下，用v c + + 编程实现程序界面， 然后用v i s u a lf o r t r a n 编制程序完成某一数学问题的求解，编制的f o r t r a n 程序最 终编译成动态链接库，由v i s u a ls t u d i o2 0 0 8 编制的v c + + 程序调用。设计出来的 程序开发界面友好、操作方便、图形图像显示直观。 关键词：佛山，滑坡，地质灾害，预测，降雨强度，前期有效降雨量，降雨量临 界值，人工神经网络，滑坡稳定性，混合编程 i l 中山大学硕士学位论文 s t u d yo fl a n d s l i d eg e o l o g i c a l d i s a s t e r sa n dp r e d i c t i o nm e t h o do f f o s h a nc i t y m a j o r ：g e o t e c h n i c a le n g i n e e r i n g n a m e ：w a n gd a z h i s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rt a n gl i a n - s h e n g a b s t r a c t t h el a n d s l i d ef o r e c a s tt e c h n i q u er e s e a r c hs t a r t si nt h e19 6 0 sa n di th a sm a d et h e m a s s i v ep r o g r e s s e ss of a r b e c a u s et h eg e o l o g i c a lc o n d i t i o no fl a n d s l i d ei sc o m p l e x a n dn a t u r a lc o n d i t i o nc h a n g ea n dh u m a np r o j e c t a c t i v i t yr a n d o m n e s sa n dn o t c o n t r o l l a b i l i t y , t h ep r e s e n ts t a g em a k e st h ea c c u r a t er e l i a b l ef o r e c a s tt ot h el a n d s l i d ei s v e r yd i f f i c u l t t h e r e f o r ec o n t i n u e st h i sa s p e c tb a s e do np r e d e c e s s o r sf o u n d a t i o nt h e r e s e a r c hw o r ka p p e a r se s p e c i a l l yi m p o r t a n ta n dt h i si sp r e c i s e l yt h i st o p i cr e s e a r c h s i g n i f i c a n c e t h e r e f o r e ，t h es t u d yo fl a n d s l i d eg e o l o g i c a ld i s a s t e r si sa n o t h e re f f e c t i v ew a yo f l a n d s l i d ed i s a s t e r sp r e v e n t i o na n dc o n t r 0 1 r e g i o n a ll a n d s l i d ea n dr a i n f a l li sa n a l y z e d t h r o u g hh i s t o r i c a ld a t a so fl a n d s l i d ea n dr a i n f a l li nd i f f e r e n ta r e a sb ym a n ys c h o l a r sa t h o m ea n da b r o a d s t u d i e sh a v es h o w nt h a tt h eo c c u r r e n c eo fr e g i o n a ll a n d s l i d eh a z a r d i sr e l a t e dw i t hn o to n l yt h er a i n f a l li n t e n s i t y , b u ta l s oo ft h ec u m u l a t i v er a i n f a l l a s g e n e t i cm e c h a n i s mo fl a n d s l i d eh a z a r di sd i f f e r e n ti nd i f f e r e n tr e g i o n s t h e r e f o r e ，t h e o c c u r r e n c eo f r e g i o n a ll a n d s l i d eh a z a r di sc l o s e l yr e l a t e dt ot h ee f f e c t i v er a i n f a l laf e w d a y sb e f o r e ，i ts h o u l db eb a s e do nr e g i o n a la c t u a lr a i n f a l la n dh i s t o r i c a ld a t a so f l a n d s l i d e i nt h i sp a p e r , o nt h eb a s i so ft h ea b u n d a n ta c t u a ld a t a s ，f o s h a nc i t yi s s e l e c t e df o rt h es t u d ya r e a , av a r i e t yo ff a c t o r st h a ti m a p a c tt h eo c c u r r e n c eo f l a n d s l i d ei sf u r t h e rs t u d i e dt ot a k eac o m p r e h e n s i v es t u d ya n da n a l y s i so ft h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e ns p a t i a ld i s t r i b u t i o no fl a n d s l i d ea n dr a i n f a l l r e s e a r c ha n d a n a l y s i ss h o w st h a t ，i nf o s h a nc i t y , t h eo c c u r r e n c eo fl a n d s l i d eh a z a r di sr e l a t e dt o r a i n f a l li n t e n s i t ya n dp r e - e f f e c t i v er a i n f a l l t h r o u g hm u l t i p l er e g r e s s i o na n a l y s i s ，i t s i i i 佛山滑坡地质灾害及预测方法研究 d e t e 加1 i n e dt t l a tt h eo c c u r r e n c eo fl a l l d s l i d eh a z a r di st l l em o s tc l o s e l yr e l a t e dt o e f r e c t i v er a i n f a l lf o u rd a y sb e f o r e t h e r e l a t i o n s h i pb e 慨r e e nt l l eo c c u r r e n c eo f l a n d s l i d eh a z a r da n dr a i n f a l li n t e n s i 毗e 虢c t i v er a i n f a hf o u rd a y sb e f o r ei nf o s h a l lc 时 i s a i l a l y z e dt h r o u 曲t h es t a t i s t i c st oo b t a i nt h ee x p r e s s i o no f c r i t i c a lv a l u eo f r a i l l f a l l i n d u c e dr e g i o n a ll a n d s l i d ei nf o s h a nc i 哆：r = 一0 4 6 也+ 5 6 一 a tp r e s e n t ，i t sv e 巧c o m m o nt oa p p l yt h ea r t i f i c i a ln e u r a ln e t v 旧r kt os t a b i l i t y a n a l y s i so fl a n d s l i d e ，o nt h eb a s i so fs e l f - l e 锄i n ga b i l i t yo fa r t i f i c i a ln e u r a ln e t v o r k ， i m p a c tf a c t o r si sd i r e c t l ys e e na si n p u ti l o d e s ，u s i n gm el e a m i n ga b i l i 哆o fn e u r a l n e 铆o r k st o 咖d y ，t h eo u t p u tn o d ei st l l et y p eo fl a n d s l i d es t a b i l i t y h o w e v e r m o s to f a n i f i c i a ln e u r a ln e 帆o r ka i m sa td i 镌r e n tc h a r a c t e r i s t i c so ft h el a l l d s l i d e m es e l e c t i o n o fi n n u e n c i n gf a c t o r so fl a n d s l i d e sa r ed i 虢r e n t ，i nt h i sp a p e r ，ad e t a i l e da n a l y s i so f m ec a u s e sa n dm e c h 砌s mo fl 锄d s l i d eh a z a r di nf o s h a l lc i t yi su s e d ，a n d 最k t o r sm a t s h o u l db ec o l l s i d e r e da b o u tt h ea p p l i c a t i o no fa n i f i c i a ln e u r a ln e t w o r kt o a n a l y z e i a n d s i i d es t a b i i i t yi nf o s h a nc i 够i sp o i n t e do u t t h e r ea r eai o to fm e t h o d so f c a l c u l a t i n gm es t a b i l i t yo fl a n d s l i d e sw i 也a n i f i c i a ln e u r a ln e t 、v o r k i nm i sp 印e r ， c o n s i d e r i n gt h ec h a r a c t 耐s t i c so fl a n d s l i d ei nf o s h a i lc i 劬b pb a c k p r o p a g a t i o n a l g o r i t 胁i ss e l e c t e dt oa n a l y z em es t a b i l i t yo fl a n d s l i d e s i n 1 e 叩p l i c a t i o no fn e u r a l n e t v v o r k st os o l v ep r a c t i c a ie n g i n e 嘶n gp r o b l e m s ，n o tb ea b l et oc l e a r l yi d e n t 母t h e h i d d e nl a y e rn e u r o nn u m b e r ，i nt h i sp a p e r i na c c o r d a n c ew i mt h ea c t u a lc a c u l a t i o n p r o c e s s ，a r e rc a l c u i a t i o na i l dc o m p 撕s o nr e p e a t e d l y ，t h en u i i l b e ro fn o d e si nh i d d e n l a y e rt 1 1 a ts e l e c t e dt oc a c u l a t et h e 鼬i l i t ) ，o fl a n d s l i d e si s5 an e u r a ln e t w o r k p r e d i c t i o na i l de v a l u a t i o nm o d e lo fm es t a b i l i t ) ro fl a n d s l i d e si sc o n s t n i c t e d ，d e t a i l q u e s t i o n si nt h ep r o c e s so fb u i l d i n gt h em o d e la r ed i s c u s s e d t h em o d e li sn a i n e d 觚d t e s t e dw i t i ls a n l p l e sp r o v i d e db yd a t a s ，m er e s u l t so ft h ec o r r e c tr a t ei s7 3 w i t ht h e d e v e l o p m e n t o fm o d e mn u m e r i c a l a i l a l y s i st e c h n o l o g y ，m 锄y c o m p o n e n t so fa s s 啪p t i o n sa n dm ee x p 嘶e n c ei ns o i lm e c h a n i c sa 1 1 dr o c km e c h a l l i c s c o u l db eo v e r c o m e dw m lm o r er i g o r o u sa n a l y s i so ft h ep r o c e d u r e s w h i l ec o m p u t e r h a r d 、a r eh a sb e e nar a p i dd e v e l o p m e ma tp r e s e n t ，b u tt h ea p p l i c a t i o ns o f t v 唧eo f l a n d s l i d ep r e d i c t i o na n a l y s i si ss t i ni ni t si n f 觚c y ，a n d 协f r o mb e i n ga b l et om e e tt l l e l v 中山大学硕士学位论文 r e q u m e n t so fp 眦t i c a la p p l i c a t i o n s e x i s t i n gs o 小 ，a r eo fl a i l d s l i d ep r e d i c t i o n a n a l y s i sd on o th a v eas t r o n go b j e c t - o r i e n t e d 如n i c t i o n s ，a r mc o u l dn o tb ea p p l i e dt o m a s s i v en _ u i n e r i c a lc a l c u l 璐p r o c e d u r ew 1 蚯c hi sp r o g r a m e dw i mf o r t r a ns c i e n t i f i c c o m p u t i n gl a i l g u a g e ，r e s u l t i n gi naw a s t eo fr e s o u r c e s i nt h i sp a p e r ，o b j e c t _ o r i e n t e d s o 氰v a r ed e v e l o p m e n tt e c h l l o l o g y ，u s i n gv c + + a n df o n r a l lm i x e dp r o g r a 盯u n i n gi s l l s e df o rf o s h a i li a n d s l i d ep r e d i c t i o nm o d u l ep r o 蹦珊咖i n g i nv i s u a ls t l l d i o2 0 0 8 p l a t f o n n ，u s i n gv c + + p r o g r a m m i n gi n t e r f a c e ，s u a lf o r 咖lp r o g r a m m i n gi su s e dt o c o m p l e t et l l es o l v i n go fam a t l l e m a t i c a lp r o b l e m ，f o r 眦mp r o c e d u i ei sf i n a l l y c o m p i l e dt 0d y n 锄i c l i n kl i b r a r y ，a n dc a l l e dw i t ht h ev c + + p r o g r a m m i n gi nv i s u a l s t u d i o2 0 0 8 p l a t f o 肌 p r o c e d u r ed e v e l o p m e n ti n t e r s u r f a c et h a t d e s i g n e d i s u s e r _ f h e n d l y ，e a s yt oo p e r a t e ，i n t u i t i v e 伊a p h i c a li m a g ed i s p l a yt h ep r o g r 锄w i l lb e s e r v e da sas u b m o d u l eo ft h ed i s a s t e rp r e v e n t i o na n dm i t i g a “o np r o j e c t g e o l o g i c a l d i s a s t e rm o n i t o r i n gs y s t e mo ff o s h a nc i t y ” k 舒啊o r d s ：f o s h a i l ，l a i l d s l i d e s ，g e o l o g i c a ld i s a s t e r s ，p r e d i c t i o l l ，r a i n f i a l li n t e n s i t y p r e e 脏c t i v er a i n f a l l ，t h ec r i t i c a l r a i n f a nv a l u e ，a n i f i c i a ln e u r a ln e t w o r k ，s l o p e s t a b i l i t y ；m i x e dl a n g u a g ep r o g r a i n m i n g v 佛山滑坡地质灾害及预测方法研究 为滑坡集中发育删4 1 。因此，滑坡的降雨临界值一直是国内外滑坡灾害研究关注 的重点，目前的研究多集中在以降雨诱发滑坡的临界降雨量为基础，建立区域降 雨滑坡预测模型来预测滑坡，并建立区域滑坡预警系统。 1 2 1 1 滑坡降雨临界值国外研究现状 国外的许多专家通过不断的实验研究，建立了不同地质和气候条件下的降雨 量和滑坡关系模型。 ( 一) c a i n e 模型 c a i n e 5 】( 1 9 8 0 ) 全面总结分析了全球7 3 个的群发性滑坡降雨事件，给出了 不同地区诱发滑坡暴雨事件的降雨强度和累积降雨量与滑坡的关系式： 办= 1 4 8 2 d 一0 3 9 ( 1 1 ) 式中，i r 为每小时降雨量( m m ) ；d 为累计降雨量( m m ) 。 ( 二) g l a d e 模型 g l a d e 6 】( 1 9 9 7 ) 日降雨模型( d a i l yr a i n f a l lm o d e l ) ，只使用同降雨量参数。 简单的分析诱发滑坡和不诱发滑坡的日降雨量( g l a d e ，1 9 9 8 ) ，得出最小临界值 和最大临界值，即在最小临界值以下，没有滑坡发生；在最大临界值以上，滑坡 一定发生。降雨量等级划分为2 0 m m 为一个等级( 图1 1 ) 。只考虑日降雨情况 的方法简便，可在世界范围内不同地区使用，尤其是前期降雨量对滑坡影响不大 的地区，或没有前期降雨的降雨形式。 图1 - 1 通过日降雨模型确定降雨诱发滑坡的临界值 注：g l a d e ( 1 9 9 8 ) 对新西兰w e l l i n g t o n 地区的资料统计 2 中山人学硕十学位论文 ( 三) g l a d e 前期日降雨量模型 g l a d e 7 1 前期日降雨量模型( a n t e c e d e n td a i l yr a i n f a l lm o d e l ) ，考虑t期降 雨的影响。他认为决定前期情况有两个主要因素：前期降雨的历时时间和土体含 水量减少的速率。 p a o = p l + 2 k d p 2 + 3 k d p 3 + + n k d p n ( 1 2 ) 式中，p 。o 为第n 天前期雨量( i m n ) ；k d 为一个常数，指表层土水的流出量；p 。 为第1 1 天的降雨量( r n m ) 。 应用这一模型，在w e l l i n g t o n 地区得到的临界值如图1 2 所示。 e ： 銎 量 毋 眨 未 奄 a a n t e c e d e n td a i l yr a i n f a l li n d e x 【m m ) 图l - 2 通过前期日降雨模型确定降雨诱发滑坡的临界值( 新西兰w e l l i n g t o n 地区) 注：g l a d e ( 1 9 9 8 ) 对新西兰w e l l i n g t o n 地区的资料统计 ( 四) g l a d e 前期土体含水状态临界值模型 该模型除了前期雨量，认为土体含水量和潜在的蒸发量对滑坡的影响也很 大。前期土体含水状态模型就是考虑了这两个参数( g r o z i e r & e y l e s1 9 8 0 ) 。这 一模型要求有详细的土体特性资料和气象资料( 如：降雨、气温和潜在蒸发量) 。 利用这一模型，能够计算出每日这些参数相互作用的结果，得出在给定的日降雨 规模和土体含水量的情况下，发生滑坡的可能性，用土体水状态指数表示。土体 水状态指数有两种表达形式：土体含水量不足量( d e f i c i ts o i lm o i s t u r e ) ( d s 1 0 时，土体饱和，任何降雨都将以重力水的形式存在于土体中；当 d s o 等于土体含水能力时，表层土干枯开裂。当一次暴雨的规模足以使土体饱和 时，任何其他的降雨被称为过剩雨量。因此，如果过剩阿量出现，土体具有正的 孔隙水压力的特征，其作用是滑坡发生的前期因素。日降雨过剩量p e 的表达式 为： p e = ( p 0 - - p e 0 ) 一d s l ( 1 4 ) 式中，p e o 为第0 天的降雨过剩量。 这个等式假设过剩雨量通过地表排出非常快，第0 天前没有超过饱和能力以 外的水存在。这一假设在粗粒陡坡的情况下也许是准确的，但是对于大多数地表 由细粒组成的地区，就不准确了。因此我们可以假设，土体中以重力水形式存在 的过剩雨量储存在聚集区，如：基岩洼地等。这些储存的水通过减小土体内聚力 和增大孔隙水压力，降低了斜坡的抗滑能力。另外，重力水通过土体排出，需要 几天的时间。基于以上认识，g r o z i e r & e y l e s ( 1 9 8 0 ) 提出了前期降雨过剩指数 ( e p a ) ，更加准确地反应了滑坡可能滑动的前期情况。g l a d e ( 1 9 9 7 ) 又发展了 前期降雨过剩指数( e p a ) ，表达式如下： e p a 0 = e p l + 2k d e p 2 + + n k d e p n ( 1 5 ) 式中，e p a o 为第o 天的前期过剩降雨量；e p n 为第0 天前的第n 天的过剩雨量。 通过前期水状态模型，利用过剩雨量和同降雨量的组合，建立了线性的可能 临界值( 图1 3 ) 。 4 佛山滑坡地质灾害及预测方法研究 降雨量( 统计之日前) ；y 为年平均降雨量。 1 2 1 2 滑坡降雨临界值国内研究现状 在降雨诱发区域灾害研究方面，国内专家、学者对降雨量和滑坡发生的关系 做了较为详细的相关分析，积累了大量的资料。 高华喜，殷坤龙【1 4 1 ( 2 0 0 7 ) 在详细研究了深圳市降雨与滑坡的历史资料，对 区域性滑坡与降雨量进行偏相关分析，与降雨强度进行相关分析以及与降雨时间 进行了系统地统计分析。研究结果表明，一次性降雨量达到或超过某一数值时区 域性滑坡就可以出现，暴雨尤其是大暴雨及特大暴阿与滑坡的关系非常密切，相 关系数达0 8 以上，大暴雨或特大暴雨具有直接触发滑坡的作用，滑坡活动时间 与季节性降雨相对应，季节雨量越多，滑坡亦越多；另外滑坡活动时间与暴雨、 大暴雨相吻合或略滞后，滞后时问一般不超过4 d ，暴雨的当天及次日发生滑坡 的可能性最大。在此基础上，探讨了区域性滑坡发生的临界降雨量和降雨强度阀 值。最后将滑坡灾害的地质模型与降雨模型耦合建立了滑坡灾害的空间预警预报 区划指标和等级系统，为区域滑坡灾害发生的时间与空间预报预警提供了科学依 据。 谢剑明，刘礼领等1 1 5 l ( 2 0 0 3 ) 根据浙江省降雨的特点，将降雨分为台风降雨 和非台风降雨，采用统计方法研究了区域性滑坡灾害与台风区和非台风区降雨量 及降雨强度的相关性，通过相关性分析确定了有效降雨量模型；得到了浙江省区 域性滑坡发生的临界降雨量和降雨强度阀值，为实时时问预警提供了定量依据； 将滑坡灾害的空间易发性与降雨量和降雨强度相结合确定了滑坡灾害的空间预 警区划指标和等级；最后初步研究了滑坡发生的滞后时间。 李嫒、杨军2 2 。2 3 1 等人进行了不同地区降雨型滑坡的临界值或阀值的研究，从 与i j 期降雨量逻辑关系、前期有效降雨量到有效降雨量模型，有效降雨量公式及 系数问题都得到了不错的实地检验结果，取得了一定进展。 b r a n d 等【5 】人( 1 9 8 4 ) 在详细分析了1 9 6 3 1 9 8 3 年的滑坡数目与1 天至3 0 天 的累积降雨关系之后，认为香港地区的日均滑坡数量和滑坡伤亡人数与前期降雨 量之间基本无关系可循，但与小时降雨量关系密切。 通过对香港1 9 8 2 年资料的分析，当最大小时降雨量超过4 0 m m 时，将发生 较大滑坡。由于通过短历时强降雨很难提前预测滑坡，而累计降雨量在到达临界 6 中山大学硕士学位论文 值前几个小时就可以估算到，因此利用2 4 小时降雨量预测滑坡具有很重要的意 义。经分析，香港地区2 4 小时降雨量超过1 0 0 咖，将发生滑坡。 国内学者在降雨量和滑坡发生的关系研究方面提出了很多有效的方法。 ( ) 雨量分析法 用已引发泥石流的降雨的特征雨量作为基础数据。谭炳炎【2 0 1 ( 1 9 9 5 ) 利用短 历时暴雨1 0 分钟雨强( h l 6 ) 、小时雨强( h i ) ，2 4 小时雨量( h 2 4 ) 和前期降雨 量表达临界降雨量。 采用雨量分析法，判断较为简单，比较直观，适用于区域上的、较大范围的 预警预报。但由于没有考虑当地的地质条件，成因分析不是很严密无法就一个具 体的“点 或较小范围的地质灾害做出科学预报。 ( 二) 地质一气象因素耦合分析 很多学者都认为降雨引发的地质灾害是降雨作用于地面环境后，地质气象 两系统中诸因素间的组合效应超过某一限值导致的结果，所以应从这两因素入手 进行研究。 谭炳炎【2 0 1 ( 1 9 9 5 ) 在进行雨量综合分析的基础上，结合流域内泥石流发生的 地面条件，又提出了地质气象组合预报模式： y = m r( 1 1 0 ) 式中，y 为发生泥石流的界限值；m 为泥石流活动的地面环境严重度；r 为反映 降雨特征的组合指标。 朱平一( 1 9 9 5 ) 对雅砻江二滩水电站库区的金龙沟泥石流进行了调查、统计 和分析，对暴雨诱发泥石流的研究同样是通过雨量和环境因素两个方面进行的。 发现当h 2 4 、h l 、h 1 6 分别达到1 0 0 m m 、5 0 m m 及2 0 m m 时就有可能诱发泥石流， 蒋忠信( 1 9 9 4 ) 在谭炳炎( 1 9 9 2 ) 研究的基础上又做了进一步的总结和优化， 他选取了年最大2 4 小时降雨量多年平均值( h 2 4 ) 、沟谷纵剖面形态指数( n ) 、 单位流域面积内松散固体物质动储量( q ) 、岩性、断裂长度和流域林地率( p ) 等六个指标来考虑。这几个指标既覆盖了降雨、地形、固体物质、岩性、构造、 植被等主要因素，又便于室内作业。在确定各因素的值后再进入专家系统，加权 平均后既可得判断指标。 以上这些方法考虑了地质和气象这两方面对暴雨诱发地质灾害诸因素的作 7 佛山滑坡地质灾害及预测方法研究 用，比较全面，使用上也不很复杂。但由于需要专家系统的支持和赋予权值，所 以人为的因素或凭借经验的地方较多，缺乏一些具体的、量化的指标，需要根据 以往资料不断校合才能得到较为满意的模式。 1 2 2 滑坡时间预测研究现状 近年来，随着滑坡预测研究的逐渐深入，国内外许多学者为寻找滑坡动态规 律及时问预测方法，提出了各种各样的预报理论模型，从传统的安全系数法到模 糊理论综合评判方法，从斋滕法到人工智能的引入等，这些方法在实际工程中都 得到大量的应用。 ( 一) 2 0 世纪6 0 7 0 年代经验统计学预测阶段 该阶段滑坡时间预测主要以现象预测和经验预测为主。该预测方法是对滑坡 前兆反映的经验 积累的直观的预测方法，属于定性预测，预测精度不高。期间以日本学者斋 藤迪孝为代表，他通过大量室内实验和对现场位移监测资料分析，以及经过公式 的转换和推导，以监测曲线和蠕变理论为依据，得出均质土滑坡时间预测经验公 式，斋藤迪孝方法是的一种确定性模型。该理论以土体的蠕变理论为基础。土体 的蠕变分为三个阶段( 图1 4 ) ，第1 阶段是减速蠕变阶段( a b 段) ，第1 i 阶段 是稳定蠕变阶段( b c 段) ，第1 i i 阶段是加速蠕变阶段( c e ) 。 a 0t2t3 t 图l - 4 岩土蠕变模型 注：斋藤迪孝蠕变理论 1 9 6 5 年，斋滕迪孝根据室内实验和仪器监测的结果，提出以第1 i 蠕变阶段 8 中山大学硕上学位论文 和第1 i i 蠕变阶段的应变速率为基本参数的预测预报经验公式，认为在稳定蠕变阶 段，各时刻的应变速率与该时刻距破坏时刻的时间的对数成反比，相应计算公式 为： l g t , = 2 3 3 0 9 1 6 x l g e ：l ：0 5 9 ( 1 1 1 ) 在加速蠕变阶段，取期间变形量相等的t l 、t 2 、t 3 三个时间来计算最后破坏 时间，相应计算公式为： + 老嚣 式中，t ，为边坡最终破坏时间。 运用这种方法，我国学者对1 9 8 3 年7 月9 日发生的金川露天矿采石场滑坡 和1 9 8 5 年6 月1 2 日发生的湖北新滩滑坡等进行了成功的预报。 ( 二) 2 0 世纪8 0 年代位移一时间统计分析预测阶段 自2 0 世纪8 0 年代始，随着数理统计、概率论、灰色系统理论、模糊数学等 现代数理科学理论的诞生和广泛应用，预测滑坡学逐渐成为滑坡学和预测科学的 交叉学科。这阶段以北京地质大学( 武汉) 晏同珍和成都理工大学陈明东、王兰 生为代表。陈明东、王兰生( 1 9 8 8 ) 首先将灰色系统理论中的g m ( 1 ，1 ) 模型 引入到滑坡位移一时间曲线的拟合外推。晏同珍( 1 9 8 8 ) 根据滑坡过程存在着与 生物孕育、发生、消亡相似的位移特征，引入了v e r h u l s t 生物生长模型的非线性 预测方法和泊松旋回等其它几种模型。张倬元等( 1 9 8 8 ) 年提出了黄金分割数法， 孙景恒( 1 9 9 3 ) 引入p e a r l 生长模型法。其他学者还引入了马尔科夫链以及模糊 数学作滑坡预测，这些工作使滑坡统计预报方法体系得到逐步完善。我国在滑坡 预测方面研究的真正兴起于这一时期。 ( 三) 2 0 世纪9 0 年代以来非线性预测及综合预测模型及预测判据研究阶段 2 0 世纪9 0 年代以后滑坡预测研究的特点，主要可以归纳为三个方面。 1 、多种预报方法的综合研究与应用； 2 、广泛的现代数理科学新理论应用于滑坡预测理论研究； 3 、滑坡预测的技术手段如“3 s ( 即在地理信息系统g i s 的支持下，融全 球定位系统g p s 、遥感r s 以及常规监测预报为一体，用于变形监测，简称“3 s 工程 。) 及智能集成预报得到前所未有的发展。 9 佛山滑坡地质灾害及预测方法研究 2 0 世纪9 0 年代以来，由于系统科学和非线性科学的发展及其在各个领域的 广泛应用，滑坡研究者开始认识到滑坡体系是一个开放系统，是一个灰与白、稳 定性与随机性、渐变与突变、平衡与非平衡、有序与无序等对立统一的系统，复 杂性是滑坡的根本属性。 黄志全【2 6 1 ( 2 0 0 0 ) 运用分岔理论研究边坡演化的非线性机制，并研究了边坡 的吸引子特征及演化趋势。黄志全、张长存等【2 7 1 ( 2 0 0 2 ) 基于单状态变量摩擦定 律，把协同学和分岔理论联系起来，建立了边坡失稳时间预报的协同一分岔非线 性理论模型。孙树林，侯玉宾网( 1 9 9 7 ) 运用尖点突变模型分析了水平卸荷裂隙 的突变条件，提出了临界失稳点的位移值为： = 坼 + 去c t 一二笋c ，一五，； ( ，3 ， 式中，甜。为临界失稳点的位移值；甜l 为峰值位移；入为刚度比。 在混沌动力系统方面，曾丌华，陆兆溱【2 明( 1 9 9 5 ) 采用k o l m o g o r - o v 熵k 2 来对边坡变形破坏进行预测；吴中如，潘卫平【3 0 】( 1 9 9 6 ) 用关联维数d 2 分析了 碧口水电站库区青岭崖滑坡的位移监测资料。9 0 年代中后期，计算机仿真、遥 测技术与3 s 技术开始应用于滑坡的监测预报。这期问同时提出了一些具有实用 价值的学术思想，如非线性预报( 秦四清等，1 9 9 3 ) 、实时跟踪预报( 李天斌、 陈明东，1 9 9 5 ) 、系统综合预报( 刘汉东等，1 9 9 6 ) 、全息预报( 黄润秋、许强) 等。 滑坡地质条件的复杂、自然条件的变化以及人类工程活动等因素的随机性和 不可控制性，现阶段对滑坡作出准确可靠的预测还是十分困难的，因此在前人的 基础上继续这方面的研究工作显得尤为重要，从目前滑坡地质灾害预测方法研究 现状可以看出，滑坡预测已进入了系统综合预报和实时跟踪动态预报的阶段。因 此，本文研究的主要内容以系统综合预报和实时跟踪动态预报为出发点。 1 3 研究的主要内容 目前要达到用精确的预测模型来预测滑坡的时间和空间问题，还相当困难。 在目前的研究阶段，解决实际问题在很大程度上靠各种经验与事实的类比。因此， 在对滑坡灾害的预测预测研究过程中必须大力加强边坡的监测工作，做到理论与 l o 中山大学硕士学位论文 实际监测数据相一致。研究内容如下： ( 一) 确定降雨诱发滑坡临界值 通过佛山滑坡地质灾害发生的密度与降雨量的相关统计分析，研究佛山滑坡 地质灾害发生的密度与降雨强度和累积降雨量的回归关系，最终确定佛山降雨诱 发区域滑坡临界值表达式。 ( 二) 基于神经网络理论的滑坡状态预测研究 运用b p 网络构建佛山滑坡稳定性预测模型。通过研究佛山滑坡稳定性影响 因素，来确定佛山滑坡稳定预测模型输入层参数的因子及个数，经过反复计算实 验，确定隐层的个数；对滑坡稳定的各个影响因素进行归一化处理，并在网络中 进行训练模拟，根据实际计算过程，将结果与实际结果进行比较，证明方法的正 确性和可行性。 ( 三) 佛山滑坡预测模块程序设计 进行佛山滑坡预测模块程序设计，采用面向对象的软件开发技术和可视化计 算机语言开发平台v i s u a ls t u d i o2 0 0 8 ，设计并开发界面友好、操作方便、图形图 像显示直观的滑坡预测模块。开发出来的程序将作为防灾减灾项目佛山市地质 灾害监测系统的子模块。 口强z 蜀墨互歪e 蜀圈 第二章佛山地质环境与人类工程活动特征 2 1 自然地理概况 2 1 1 地理位置 佛山位于广东省中部偏西，北江及西江下游的珠江三角洲。地处东经1 1 2 0 2 3 o i ”1 1 3 。2 3 1 0 ”。北纬2 2 。3 8 4 5 ”2 3 3 4 3 3 ”。最东是顺德区容桂街 道办，与中山市膈江相望：最北是三水区迳口经济开发区择善与清远市为邻； 最西是高明区更台镇老香山，与云浮市、肇庆市接壤；最南是高明区皂幕山，与 云浮市相连；东距广州仅6 k m 。东南距香港9 6 k m ，南距澳门1 3 5 k m 。 佛山地处珠江三角洲腹地，市域面积3 8 4