中国地质大学(武汉)科学方法论-第七讲-唐辉明新

2012国家自然科学基金重点项目申请水库滑坡演化进程多维诊断与稳定性研究申报单位:中国地质大学（武汉）申请人:唐辉明2012年6月17日一、立项依据二、关键科学问题与研究内容三、研究方案、创新点与预期成果四、研究基础与工作条件五、经费预算一、立项依据二、关键科学问题与研究内容三、研究方案、创新点与预期成果四、研究基础与工作条件五、经费预算中国滑坡灾害点的分布工程活动诱发滑坡滑坡是我国分布最广的地质灾害类型。大规模的工程活动诱发和加剧灾难性滑坡的发生。一、立项依据国内外许多水利工程的重大事故都与滑坡有关。1963年10月9日意大利Vajont水库滑坡美丽小镇毁于一旦优美的双曲拱坝设计一、立项依据长江三峡工程西南三江大型水电站群诱发和加剧滑坡地质灾害地质条件复杂滑坡灾害多发地质条件复杂地形地貌多变自然条件恶劣一、立项依据2003年7月13日，堵江，1000多人的村庄、4家工厂被毁，省道中断，24人遇难。滑坡原因—水库蓄水三峡库区秭归千将坪滑坡一、立项依据滑坡出现险情，长江航道封闭，造成重大经济损失与社会影响。三峡库区凉水井滑坡三峡库区三峡库区凉水井滑坡凉水井滑坡一、立项依据滑坡持续变形，严重威胁滑坡体上1万多移民的生命财产安全，2009年国务院决定投资11.5亿元实施整体搬迁。三峡库区黄土坡滑坡一、立项依据水库滑坡有效控制的基础是系统的滑坡控制理论。滑坡控制基础理论问题用于水库滑坡控制的有关演化进程研究非常薄弱一、立项依据水库滑坡关键主控因素降雨-库水波动联合作用预测预警+治理水库滑坡防控一、立项依据研究现状滑坡预警与防治依据的是某一时段的位移-时间曲线或特征参量，基本未考虑或无法考虑滑坡的多场演化进程。水库滑坡具有渗流场周期变化主导的多场演化特征，单纯依据位移-时间关系，在理论和应用上有明显的缺陷。一、立项依据不同斜坡的变形特点tε稳定蠕变型非稳定蠕变型渐变型突发型岩土体的蠕变行为岩土体蠕变t—ε曲线滑坡的演化过程也可分为渐变型、突发型和稳定型。一、立项依据0.005000.0010000.0015000.0020000.0025000.0030000.0035000.0040000.0045000.002007/1/102007/1/152007/1/202007/1/252007/1/302007/2/42007/2/92007/2/142007/2/192007/2/242007/3/12007/3/62007/3/112007/3/162007/3/212007/3/262007/3/312007/4/52007/4/102007/4/152007/4/202007/4/252007/4/302007/5/52007/5/102007/5/152007/5/202007/5/252007/5/302007/6/42007/6/92007/6/142007/6/192007/6/242007/6/292007/7/42007/7/92007/7/142007/7/192007/7/24累计位移（mm）时间白什乡滑坡在2006年12月就开始出现大规模破坏。实例2白什乡滑坡一、立项依据uu渐变型滑坡变形特性渐变型滑坡土质斜坡和具有时效变形特征的岩质斜坡。该类滑坡的滑动面是经长时间的孕育才逐渐形成。一、立项依据初始变形等速变形加速变形累计位移ABCFStt0t1t2t3推移式滑坡滑坡后缘壁前缘鼓胀裂缝滑坡后缘台坎前缘鼓胀隆起裂缝的发育与斜坡演化阶段相对应，不同变形阶段裂缝出现的性质、位置、规模是不同的；位移-时间曲线或特征参量无法反映这种空间演化规律。渐变型滑坡空间演化规律一、立项依据12341234牵引式滑坡渐进后退仅是斜坡变形时空演化的宏观和阶段性表现。存在局部牵引和整体推移、先“牵引”后“推移”的时空转化过程。渐变型滑坡空间演化规律一、立项依据88-09-2888-12-2789-03-2789-06-2589-09-2389-12-2290-03-2290-06-2090-09-1890-12-1791-03-1791-06-1591-09-1391-12-1292-03-1192-06-0992-09-0792-12-0693-03-0693-06-0493-09-0293-12-0194-03-0194-05-3094-08-2894-11-2695-02-2495-05-2595-08-2395-11-2196-02-1996-05-1996-08-1796-11-1597-02-1397-05-1497-08-1297-11-1098-02-0898-05-0998-08-0798-11-0599-02-0399-05-0499-08-0299-10-3100-01-29时间（年月日）015304560759010512013515016518019510101025104010551070108511001115113011451160117511901205库水位（m）位移（m）图18金30＃孔滑面处历年累计位移与时间及水位的关系过程线平均位移速率2.0mm/月平均位移速率13.7mm/月蓄水前位移速0.29mm/月滑面位移库水位水库水位变动对斜坡变形过程的影响水库蓄水对滑坡变形的影响水库水位变化对不同滑坡类型、不同变形阶段的变形的影响明显不同。水库水位变化引起滑坡演化进程的改变。一、立项依据0200400600800100012001400160003-8-103-10-103-12-104-2-104-4-104-6-104-8-104-10-104-12-105-2-105-4-105-6-105-8-105-10-105-12-106-2-106-4-106-6-106-8-106-10-106-12-107-2-107-4-107-6-107-8-1累计位移(mm)根据时间—位移曲线，易将白水河滑坡误判为在2007年7月进入临滑阶段。白水河150J图12510075例ⅠⅡ'Ⅲ'Ⅳ'ⅡⅢ1212BX01BX02BX03BX05BX06BX07BX08BX09BX10BX11ⅡⅡ'三峡库区白水河滑坡实例1一、立项依据土质滑坡崩滑碎裂岩体的滑移斜坡变形破坏机理不同，时间—位移曲线含义差别很大。一、立项依据楔形体滑移0204060801001201401601802005年2月10日2005年2月17日累计位移（mm）治理前镜6Verhulst预报曲线复杂环境条件下滑坡多场信息是正确确定滑坡演化进程的依据。我们提出：水库滑坡演化多维多传感器综合监测，构建多维信息综合监测新体系。一、立项依据建立水库滑坡演化多场（如渗流场、位移场、应力场、温度场和电磁场等)多传感器监测综合动态信息采集技术与信息识别方法；提出演化进程多维诊断方法；实现基于演化进程的水库滑坡预测预报与防控。指导思想一、立项依据一、立项依据二、关键科学问题与研究内容三、研究方案、创新点与预期成果四、研究基础与工作条件五、经费预算水库滑坡多场演化机理水库滑坡多维信息融合关联机理二、关键科学问题与研究内容关键科学问题关键科学问题一：水库滑坡不同演化进程变形破坏特征不同；变形破坏特征是滑坡多场演化进程的反映；多场演化机理是基于演化进程水库滑坡预测预报与防控的基础。二、关键科学问题与研究内容关键科学问题二：主控因素的变化引发滑坡多场信息的互响应，各信息场的演化规律具有内在关联性。确定多维信息融合时序关联模型，演化进程概化模型，不同演化阶段阈值，是实现水库滑坡演化进程诊断的基础。二、关键科学问题与研究内容依托“长江三峡库区地质灾害研究”985优势学科创新平台，以三峡库区地质灾害大型野外试验场为基地，基于水库滑坡演化机理，应用多传感器监测技术，研究水库滑坡多维信息特征与采集系统，研发水库滑坡多维数据挖掘和数据融合相集成的信息处理技术，提出水库滑坡多维诊断方法，构建多场信息综合监测新体系，为水库滑坡稳定性预测与防控提供理论依据。研究内容二、关键科学问题与研究内容主要研究内容1、水库滑坡多场演化机理2、水库滑坡多维信息特征与采集3、水库滑坡演化进程诊断4、水库滑坡稳定性预测与防控0.05.010.015.020.025.030.035.0日期2005-1-222005-1-242005-1-262005-1-282005-1-302005-2-12005-2-32005-2-52005-2-72005-2-92005-2-112005-2-132005-2-152005-2-172005-2-192005-2-21二、关键科学问题与研究内容高地壳应力环境研究内容一：以大型野外试验场—黄土坡滑坡和马家沟滑坡等为例滑坡工程地质条件应力场与渗流场互相应特征滑坡变形破坏规律及其与多场信息演变关联性水库滑坡演化机理水库滑坡多场信息监测体系二、关键科学问题与研究内容渗流场、位移场、应力场、温度场和电磁场等多场信息特征变量；“3S”技术，核磁共振、三维激光扫描仪、光纤传感器、声发射仪、测地机器人和TDR等多传感器；研究内容二：提出水库滑坡多维信息的采集方法。提出基于多传感器技术的多场特征变量监测方法；二、关键科学问题与研究内容三峡秭归白水河滑坡研究内容三：建立多维信息的时间序列矩阵，研究多维信息关联性；提取多维特征属性，挖掘序列模式；建立多维信息融合时序关联模型，确定多维时序关联判据；提出水库滑坡演化进程概化模型，确定不同演化阶段阈值，实现水库滑坡演化进程诊断。二、关键科学问题与研究内容服务器……tRtAtBtC多源监测信息融合分析变形监测应力监测水压力监测降雨监测微震监测构建水库滑坡多场信息综合监测新体系，实现基于演化进程的水库滑坡预测预报；水库滑坡演化进程特征信息控制律，水库滑坡不同演化阶段的关键控制因素；研究内容四：提出水库滑坡优化防控理论方法。二、关键科学问题与研究内容-500050010001500200025003000350040002005年3月2005年9月2006年4月2006年10月2007年5月2007年11月2008年6月日期位移量（mm）FJ-003FJ-004FJ-005FJ-006FJ-007FJ-008FJ-009FJ-010FJ-011FJ-012FJ-013FJ-014滑坡演化阶段的监测和预测预报一、立项依据二、关键科学问题与研究内容三、研究方案、创新点与预期成果四、研究基础与工作条件五、经费预算三、研究方案、创新点与预期成果野外调研试验测试大型物理模型试验数值模拟研究方法多场信息现场监测多维数据挖掘与融合理论分析加载系统库水位系统降雨系统稳定库水位加载时间荷载大小波动库水位降雨强度降雨历时监测系统多维信息场渗流场位移场应力场温度场不同工况滑坡系统大型物理模型试验系统以黄土坡滑坡和马家沟滑坡为例研究水库滑坡渗流场、位移场、应力场和温度场等变化规律；光纤传感器、三维激光扫描仪、声发射仪和常规监测元件，监测滑坡物理模型试验中的孔隙水压力、土压力、位移和温度等物理量。发现滑动的热红外反应！大型物理模型试验三、研究方案、创新点与预期成果场监测内容监测手段渗流场降雨量、降雨强度和降雨历时；地下水位及其变化，孔隙水压力，地下水流速和流向；地下水化学成分的变化；土壤含水量、土壤水势、基质吸力全自动气象采集实时监测系统；地面核磁共振，水位监测传感器；PWS振弦式渗压计与DT数据采集系统；土壤水势与水份传感器；同位素示踪仪；光纤光谱仪位移场滑坡体不同部位变形特征三维激光扫描仪、光纤传感器、GPS、测地机器人、钻孔倾斜仪、引张线仪、界面错位计和TDR应力场不同位置不同深度滑坡体内岩土体应力分布式光纤传感器、土压力盒电磁场滑坡体电阻率的扰动，电磁场的变化长期大地电磁观测台站；甚低频电磁仪温度场库水-降雨作用下滑坡体温度变化；滑坡运动热变化TH或FOT光纤温度传感器；热红外探测仪多场信息现场监测三、研究方案、创新点与预期成果多维数据挖掘与融合建立以渗