露天矿边坡监测数据采集分析与预报模型综述
I号裂缝处于滑坡体的后缘。该缝以水平张裂为主，从4月21日至5月17日，该裂缝宽度由22cm增加到77cm，其张开的速度为21．1mm／day，此段时间内，垂直位移很微弱。5月12日以后，水平位移几乎停止，而垂直位移却急剧增大，尤其是5月30、31日两天的大雨后，裂缝外侧的岩体下沉量从21cm增加到105cm。
Ⅱ裂缝位于危岩体中间，6月1日以前处于相对稳定状态，其后位移急剧发展。
Ⅲ号裂缝处于滑坡体内部，该裂缝从4月20日起，由开张转为闭合，几乎没有垂直位移，到5月26日以后，闭合速度加快，垂直位移也略有增加。
Ⅳ裂缝处于滑坡体前部，该裂缝的水平位移和垂直位移是同时进行的，且从5月18日起，两者均有显著的增加。
以上的资料表明：裂缝的位移速度日趋增加，遇到连续大雨(降雨量为77mm)，裂缝的位移急剧发展，可以认为边坡的失稳特征已显示出来了。6月1日和2日，垂直相对位移每天已达lm余，此时已拉开边坡失稳的序幕。
2、新滩滑坡的位移与时间关系
新滩斜坡体为历史岩崩形成的土石堆积体斜坡。其基岩为志留系砂岩。斜坡体在岩崩的不断加荷条件下，经历了长期的流变变形，加上雨水和不合理的垦植等因素，于1985年6月12日凌晨3时45分发生了大滑坡，总滑量为3000万方，长江江面被堵三分之一，激起涌浪高达54m。由于位移监测获得完善数据，及时分析，准确报警。这次大滑坡虽摧毁了整个新滩镇，但滑坡体上的1371人全部安全撤离。
1977年，根据斜坡体的形状及两侧基岩出露的条件，确定进行平面位移监测，并布置A、B、c、D四条平行长江的视准线，于1977年11月开始，进行位移监测，每月一次，采用平面位移视准线法。至1982年，观测表明新滩斜坡体的位移量大且在加速，视准线法已难以满足要求，因此于1983年，对监测系统进行调整，并增设F测线。C、D测线则沿用原来的方法进行位移监测。各测线的位移与时间关系的结果如图7、8所示。
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新滩斜坡体的位移与时间效应的曲线可以看出，斜坡体于1979年8月已进入第三流变时期，即1979年8月之前为第二流变时期，1979年8月新滩斜坡体已有失稳前兆出现。进入第三流变时期后，根据位移与时间的关系可划分为四个阶段：(1)缓慢流变阶段(1979．8～1982年雨季前)；(2)发展阶段 (1982年雨季前～1983年4月)；(3)加速流变阶段 (1983年5月～1985年5月中旬)；(4)急剧流变阶段(1985年5月中旬至6月12日)。1985年6月1O日，斜坡体水平和垂直位移随时间的推移已到飞速增长的地步，大滑坡即将来临；1985年6月12日，发生新滩流变性大滑坡。
二、定性分析方法的图解法
图解法是考虑边坡的各种因素如岩性、地下水、边坡角等的变化，根据相应的公式制成图表，使得边坡设计计算变得简单、方便，只需查相应的图表即可。自1937年Taylor首次提出稳定分析图表以来，Bishop和Morgensterm(1960、1963)、Spencer(1967)陆续设计出了各种图表。李靖[5]等改进毕肖普法得到一个简化公式，由该公式考虑黄土的主要因素设计了黄土边坡稳定性分析图表。
因图解法简单、直接，工程界常常使用，但其是简化基础上进行归并而得，使用时一定要注意其适用条件和适用范围。
二、定量分析
定量方法主要有极限平衡法和数值法两大类，下面是各种数据分析方法的简单介绍与案例。
1、极限平衡法
极限平衡方法优点是简易明确地给出边坡的抗滑力与下滑力及其稳定性数|缺点是不考虑岩体的受力变形与位移。极限平衡法，即假定边坡沿某一形状滑动面破坏，按力学平衡原理进行二维计算。对于三维边坡问题，其稳定性取决于复杂空间分布的地形、地层、岩土力学参数及地下水等因素，但这些空间分布的信息很难在一般的边坡三维稳定分析程序中处理，而GIS(GeographicInformationSystems，地理信息系统)恰好提供了一个公用的平台来处理这些复杂的空问信息。由于所有边坡相关的数据在GIS中均能转换成GIS栅格数据，因此，基于柱体单元的边坡三维稳定分析模型均可采用GIS栅格数据集进行分析。
案例：
清江隔河岩茅坪滑坡是我国典型的滑坡灾害之一。它位于湖北清江隔河岩水库库区近尾部左岸，距隔河岩水库大坝66km，上距正在施工的水布垭坝址25km。它是目前库区内规模最大、变形最严重的一处堆积层滑坡。
茅坪滑坡滑动面大致可追踪至泥盆系上统写经诗组页岩夹泥灰岩岩层层面，因此，也可以称此滑坡为“准基岩顺层滑坡”。由差异风化形成的倾向坡外的基岩项面成为此松散堆积层滑坡发育的控制性界面是该滑坡的突出特征。该滑体平面形态是扫帚状，前后缘高程分别
。
为160、570m，主滑方向约为SE160。滑坡纵向长约1600m，前缘宽为600m，滑坡舌直抵
。
江中(清江隔河岩水库水位变化于160~200m间)，总体坡度15~20。滑坡东侧为由差异风化
。
形成的白云岩基岩陡壁，陡壁长约2000m，高约200m，走向为SE150；西侧为南北向发育的婆娑溪自然冲沟。
滑体由具不同风化程度的崩塌堆积形成的灰岩块石、碎石夹土组成，堆积物多呈架空状，因而渗透性较好。滑体厚度变化于5～87m，平均厚度约40m，体积约2350×10m。滑床基岩为泥盆系上统砂页岩层，不具透水性。滑坡前缘尚发育2处规模较大的寄生次级滑坡：茅坪街滑坡、四大天王滑坡，体积分别为450z10m、200×10 m，其中茅坪街滑坡前缘地形陡峻，坡度达25~65。，并向江中突出。茅坪滑坡有发生堵江的极大可能性而倍受有关方面关
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注。为了防忠于未然，减小茅坪滑坡的危害，有必要对它的稳定性进行全面的分析与研究。
整个数据整理和分析流程如图2所示，其中CAD等高线和地质勘查报告为原始数据，地质勘查报告包括工程地质条件、滑体力学参数、控制点的钻孔勘查数据等。
2、相空间重构：
相空间重构其实就是只考察一个分量。将它在某些固定的时间延迟点上的测量作为新维处理。即延迟值被看成是新的坐标。它们确定了某个多维状态空间的一点。重复这一过程并测量相对于不同时间的各延迟量，就可以产生出许多这样的点。这些点构成高维空间下的一种轨迹，称之为伪相图(伪相轨迹)。若重构的正确，这时重构的相空间具有与实际的动力系统相同的几何性质与信息性质。 3、突变理论
突变理论通过变形曲线系统控制变量的变化研究其系统状态变量的性质，确定其系统结构稳定性滑坡是一种典型的非连续突变现象，用突变理论对滑坡前兆形变资料进行分析，建立滑坡尖点突变预测模型。将边坡变形曲线看作一单变量的连续函数，作Taylor展开表示为：
Y?a0?a1t?a2t2?a3t3?... (1)
式中的t为时间，为对应t的位移，a0,a1,a2,a3,…..为待定系数。实际分析发现，对 具有一定趋势规律的时间序列，截取到4次项时，函数是确定的。则(1)式可近似表示为：
Y?a0?a1t?a2t2?a3t3?a4t4 （2）
对上式作变量代换，令：
（参考文献——矿山岩体边坡变形动态分析与临滑预报）
4、有限元分析法：
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传统的极限平衡法都是把滑动岩土体切成有限宽度的条块，把岩土体当成刚体，根据静力平衡条件和极限平衡条件求得滑动面上力的分布，从而计算出稳定安全系数。但由于岩土体是变形体并不是刚体，用分析刚体的办法不满足变形协调条件，因而计算出滑动面上的应力状态不可能是真实的，有限元应力法就是把岩土体当成变形体，按照岩土的变形特性，计算出岩土体内的应力分布，然后再引入圆弧滑动面的概念，验算滑动岩土体的整体抗滑稳定性。
实现步骤
(1)将边坡划分成有限个单元体，用有限元法计算出每个单元的应力、应变和每个结点的结点力和位移。
(2)引入圆弧滑动面的概念。把滑动面分成若干小弧段?Li，小弧段?Li上的应力用弧段中点的应力代表，其值可以按有限元法应力分析的结果，根据弧段中点所在的单元应力确定，表示为?xi，?zi，?xzi。如果小弧段?Li与水平线的倾角为?i，则作用在弧段上的法向应力和剪应力分别为：
121?i???xzicos2?i?(?xi??zi)sin2?i
2?n?(?xi??zi)?(?xi??zi)cos2?i??xzisin2?
12根据莫尔一库伦强度理论，该点岩土的抗剪强度 为：
?fi?ci??nitg?i
(3)求边坡稳定安全系数。将滑动面上所有小弧段的剪应力和抗剪强度分别求出后累加，求沿滑动面总剪切力
n???L和抗剪力??iifi，边坡稳定安全系数为：
Fs??(ci??nitg?i)?lii?1???lii?1ni
有限元计算采用的软件为加拿大GeoStudio公司开发的有限元软件SIGMA／W。SIGMA／W软件用于对岩土结构中的应力和变形进行有限元分析，具有全面的本构模型公式，不但可以对简单的岩土问题进行分析，也可以对高度复杂的岩土工程问题，如线性弹塑性、非线性弹塑性、非线性等进行分析。利用有限元应力法求解边坡整体安全系数时，先由有限元程序SIGMA／W求出单元结点的全部应力，然后将单元结点应力导入SLOPE／W中，由SLOPE／W程序求出滑动面位置和安全系数。
（参考文献——岩体边坡稳定性分析综述） （参考文献——露天矿边坡稳定性分析方法） （参考文献——岩体边坡稳定性分析综述） （参考文献——岩体边坡稳定性分析综述）
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四、滑坡预测的模型与参数
一、概论
边坡滑动，即滑坡。是指在一定自然条件下，边坡部分岩土在重力作甩下，由于自然和人为等因素的影响．沿一定的软弱面或软弱带美生的以水平位移为主的滑动现象。滑坡是岩体变形中规模太、数量多、危害严重、性质复杂而且具有一定规律的自然灾害，轻则损坏建筑和生活设施。重则掩埋村镇、摧毁厂矿，中断交通，堵塞江洲导致溃坝等。常给国家建设和人民生活财产造成严重损失。故研究滑坡机理，对于提前预报滑坡，及时采取防范措施将滑坡损失减至最小程度是十分必要的。
滑坡发生的客观条件：
a发生在雨季(大雨当中或大雨过后) b发生在断层处或软岩层处(如页岩)； c三次滑披均发生在顺层边坡
d滑垃前均出现与边坡走向近予平行的裂缝 e边坡点变形大，且速度快。
影响露天矿边坡滑(移)动的因素很多。首先是岩层的物理力学性质，特别是岩石的强度对岩体滑 (移)动有很大影响。岩体的裂隙面(层理、片理、解理、节理)、断层、褶皱以及水文地质等条件．对整个岩体强度起着不同程度的降低作用一瞳而是发生滑坡的内在条件。
露天矿边坡的稳定程度与边垃角度有关边坡角越小，边坡越稳定。但剥岩工程量越大；反之，边坡角越大越经济，但过大边坡角会使边坡不稳定而易发生滑坡。
此外，滑坡还与时间因素有密切关系，边坡暴露时间越长，由于各种因素影响的积累，使边坡越来越不稳定。超过一定限度，就会发生滑坡。
滑坡预报包括三部分内容(三要索)：滑坡位置 (范围)、滑坡形态(类型)和滑坡发生时间。 从边坡管理角度：边坡预报又分为：
长期预报(几个月至几年)侧重宏观掌握边坡稳定状态：
短期预报(几天至一、二个月)认真做好监测及其他工作并采取相应的安全措施。 临时预报(几十小时到～2犬)一采取安全措施。 以上三种预报，以短期预报和临时预报最为重要。 滑坡预测预报主要包括空间和时间2个方面，缺一不可。滑坡的空间预测反映潜在滑移体的规模，同时为时间预报提供对象；滑坡时间预报的选点必须首先以滑坡空间预测结果为依据，避免盲目设点造成错漏。
二、滑动力实时监控预警模式
通过大量现场试验和理论分析，确定出4种基本预警模式，为滑坡预警预报提供参考。 1监控设计及预警准则
监控力学系统中锚索设计采取的初始预紧力，按下式确定：
p0?(0.25~0.50)pmax (6)
监控预警过程采用预警准则：
p?(1.4~2.0)p0 （7）
式(6)，(7)中：p0为监控设计初始滑动力(kN)，pmax为监控锚索最大设计荷载(kN)，p 15