邊坡自動監測預警系統及其預警方法與流程

本發明涉及建筑施工技術領域，具體涉及一種邊坡自動監測預警系統及其預警方法。

背景技術：

一般為監測山體邊坡的穩定性及評價邊坡的加固效果，常在山體的邊坡設置混凝土澆筑的基座測樁，采用全站儀間隔時間測量。用該基座測定邊坡變形有一定局限性，由于山體環境復雜且監測點位置普遍位于山體邊緣或邊坡上，監測人員的行走、攀爬、作業危險，人工測量需要耗費大量時間、人力、物力、財力等，同時人工測量存在較大的偏差；另一方，設備和材料的運輸困難。

技術實現要素：

為克服現有技術所存在的缺陷，現提供一種邊坡自動監測預警系統及其預警方法，以解決采用全站儀人工監測山體邊坡變形存在耗費大量時間且人工測量偏差大的問題。

為實現上述目的，本發明提供一種邊坡自動監測預警方法，包括以下步驟：

于待監測邊坡的被監測點布設至少一監測站，所述監測站包括GNSS接收機和連接于所述GNSS接收機的第一通信模塊，所述GNSS接收機實時獲取所述被監測點的三維坐標，所述GNSS接收機通過所述第一通信模塊向外發送攜帶所述三維坐標和獲取所述三維坐標的監測時間的第一信號；

提供一云平臺，所述云平臺包括通信連接于所述第一通信模塊的接收模塊、連接于所述接收模塊的第一計算模塊、連接于所述第一計算模塊的鑒別模塊，連接于所述鑒別模塊的第二計算模塊以及連接于所述第二計算模塊的預警模塊，所述接收模塊接收攜帶所述三維坐標和所述監測時間的所述第一信號、生成攜帶所述三維坐標和所述監測時間的第二信號并發送至所述第一計算模塊；

所述第一計算模塊獲取攜帶所述三維坐標和所述監測時間的所述第二信號、建立所述被監測點的水平位移形變監測曲線；

所述鑒別模塊中預設有滑坡體的雙耦合蠕變時效曲線模型，所述雙耦合蠕變時效曲線模型包括連續的流變整合時段、穩態蠕變時段以及失穩蠕變時段，所述鑒別模塊根據全數計算鑒別所述水平位移形變監測曲線是否擬合所述雙耦合蠕變時效曲線模型；

當所述水平位移形變監測曲線擬合所述雙耦合蠕變時效曲線模型時，所述第二計算模塊利用全數擬合點解析計算得到所述待監測邊坡的失穩劇滑預測時間；

當所述水平位移形變監測曲線由所述流變整合時段進入所述穩態蠕變時段時，所述預警模塊生成攜帶所述失穩劇滑預測時間的預警信號并向外發送所述預警信號；

提供第一控制器，所述第一控制器通信連接于所述預警模塊，所述第一控制器接收所述預警信號。

進一步的，所述滑坡體的雙耦合蠕變時效曲線模型是根據巖土結構穩定性基礎理論建立的蠕變時效聯立方程組的數學模型，所述雙耦合蠕變時效曲

線模型表達式為：

式(1)和式(2)中，t為監測時間；y為形變量；ξ為材料的粘-彈性滯后系數；A為失穩強度系數；α為失穩時效指數。

進一步的，所述失穩劇滑預測時間的計算式為根據所述雙耦合蠕變時效曲線模型表達式依共軛點連續性導出非線性超越函數代數方程組：

式(3)和式(4)中，y1、y2和y3為穩態蠕變時段的等時差監測周期的形變量；yz和yq為失穩蠕變時段跟蹤性的失穩形變量；Twj為被監測點選取的監測時間的時間間隔，即監測周期；tp為穩態蠕變時段轉向失穩蠕變時段的共軛點時間；tf為失穩劇滑預測時間。

本發明提供一種邊坡自動監測預警系統，包括：

至少一監測站，布設于待監測邊坡的被監測點，所述監測站包括GNSS接收機和連接于所述GNSS接收機第一通信模塊；

云平臺，包括通信連接于所述第一通信模塊的接收模塊、連接于所述接收模塊的第一計算模塊、連接于所述第一計算模塊的鑒別模塊，連接于所述鑒別模塊的第二計算模塊以及連接于所述第二計算模塊的預警模塊；以及

第一控制器，所述第一控制器通信連接于所述預警模塊。

進一步的，所述GNSS接收機通過承臺安裝于所述待監測邊坡的坡面上，所述承臺安裝有預設機箱，所述GNSS接收機包括接收天線和GNSS主機，所述GNSS主機安裝于所述預設機箱內，所述接收天線安裝于所述承臺的頂部，所述接收天線連接于所述GNSS主機。

進一步的，所述GNSS接收機為測量型的GNSS接收機。

7、根據權利要求5所述的邊坡自動監測預警系統，其特征在于，所述承臺的側部形成有第一容置槽，所述預設機箱容置于所述第一容置槽內。

進一步的，所述接收天線通過天線基座安裝于所述承臺的頂部，所述接收天線的底部形成有限位孔，所述天線基座包括：

供所述接收天線擱置的支承板，所述支承板的底部連接于錨固件，所述錨固件埋設于所述承臺；以及

限位柱，連接于所述支承板的頂部且插設于所述限位孔內。

進一步的，所述天線基座還包括可拆卸地安裝于所述支承板的保護罩，所述保護罩罩設于所述接收天線的上方。

進一步的，所述云平臺還包括存儲模塊，所述存儲模塊連接于所述接收模塊和所述第一計算模塊。

本發明的有益效果在于，本發明邊坡自動監測預警系統通過GNSS接收機實時測量測量待監測邊坡的監測點的三維坐標并上傳云平臺，避免傳統的人工測量，提高了邊坡的監測效率和監測精度，降低了邊坡穩定性監測成本，另一方，避免監測人員的頻繁的攀爬作業，也避免了設備和材料的大量的運輸工作。進一步的，采用GNSS接收機支持BDS、GPS、GLONASS單系統單獨定位及多系統聯合定位，實現了高精度獨立定位，本發明邊坡自動監測預警系統具備較高的可用性、連續性、可靠性及穩定性的優點。

附圖說明

圖1為本發明邊坡自動監測預警系統的模塊示意圖。

圖2為本發明邊坡自動監測預警系統的監測站的結構示意圖。

圖3為本發明邊坡自動監測預警系統的天線基座的結構示意圖。

圖4為本發明邊坡自動監測預警系統的承臺的結構示意圖。

圖5為本發明邊坡自動監測預警系統的天線基座的安裝狀態示意圖。

圖6為本發明邊坡自動監測預警系統的接收天線的安裝狀態示意圖。

圖7為本發明邊坡自動監測預警系統的滑坡體的雙耦合蠕變時效數學模型。

圖8為2013年3月16日監測t-y曲線。

圖9為2013年3月19日監測t-y曲線。

圖10為2013年3月20日監測t-y曲線。

圖11為2013年3月21日監測t-y曲線。

圖12為2013年3月22日監測t-y曲線。

圖13為2013年3月22日監測t-y曲線與雙耦合蠕變時效曲線。

具體實施方式

以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。

圖1為本發明邊坡自動監測預警系統的模塊示意圖、圖2為本發明邊坡自動監測預警系統的監測站的結構示意圖、圖3為本發明邊坡自動監測預警系統的天線基座的結構示意圖、圖4為本發明邊坡自動監測預警系統的承臺的結構示意圖、圖5為本發明邊坡自動監測預警系統的天線基座的安裝狀態示意圖、圖6為本發明邊坡自動監測預警系統的接收天線的安裝狀態示意圖、圖7為本發明邊坡自動監測預警系統的滑坡體的雙耦合蠕變時效數學模型。

參照圖1至圖7所示，本發明提供了一種邊坡自動監測預警系統，包括：至少一個監測站1、云平臺2和第一控制器3。

具體的，監測站1布設于待監測邊坡的監測點。監測站1包括第一通信模塊和GNSS接收機12。第一通信模塊連接于GNSS接收機12。

云平臺2包括接收模塊、存儲模塊、第一計算模塊、鑒別模塊、第二計算模塊、預警模塊以及發送模塊。接收模塊通信連接于第一通信模塊。存儲模塊連接于接收模塊。第一計算模塊連接于存儲模塊。鑒別模塊連接于第一計算模塊和接收模塊。第二計算模塊連接于鑒別模塊。預警模塊連接于第二計算模塊。發送模塊連接于預警模塊。

第一控制器3連接于第二通信模塊。第二通信模塊通信連接于云平臺的接收模塊和發送模塊。

GNSS接收機12主要用于實時獲取監測點的三維坐標。GNSS接收機12通過第一通信模塊向外發送攜帶監測點的三維坐標和獲取該三維坐標的監測時間的第一信號。

第一控制器3通過第二通信模塊發送初始監測頻率(3天)的初始監測頻率設定信號至云平臺2的接收模塊。接收模塊根據初始監測頻率按時接收第一通信模塊發送的第一信號并存儲于存儲模塊中。存儲模塊接收接收模塊發送的監測點的三維坐標和相應的獲得該三維坐標的監測時間信息、生成攜帶三維坐標和監測時間的第二信號并發送至第一計算模塊。第一計算模塊接收監測點的三維坐標和監測時間(t)，計算監測點的水平位移(形變量y)，將連續獲得監測點的形變量y和監測時間t形成監測點的水平位移形變監測曲線(t-y曲線)。鑒別模塊中預設的滑坡體的雙耦合時效曲線模型。該滑坡體的雙耦合時效曲線模型根據巖土結構穩定性基礎理論建立的蠕變時效聯立方程組的數學模型。雙耦合蠕變時效曲線模型包括連續的流變整合時段、穩態蠕變時段以及失穩蠕變時段。鑒別模塊鑒別第一計算模塊形成的水平位移形變監測曲線是否擬合雙耦合蠕變時效曲線模型。當水平位移形變監測曲線擬合雙耦合蠕變時效曲線模型時，有第二計算模塊計算得到待監測邊坡的失穩劇滑預測時間。當水平位移形變監測曲線擬合滑坡體的雙耦合時效曲線且待監測邊坡由流變整合時段進入穩態蠕變時段時，預警模塊生成攜帶失穩劇滑預測時間的預警信號并通過發送模塊向外發送預警信號。

第一控制器3通過第二通信模接收云平臺2的發送模塊發送的預警信號，以便提前采取防護措施，避免待監測邊坡滑塌造成經濟損失和威脅人員安全。

GNSS是全球導航衛星系統的英文縮寫，與GPS、GLONASS等單一的衛星導航系統不同，GNSS是采用多個衛星導航系統的信號實現聯合定位與導航。GNSS接收機實現對所采用的各個衛星導航系統的雙/多模兼容性，具有雙/多模接收功能，相比單一系統定位的接收機將帶來更高的定位精度，同時導航系統定位性能的可用性、連續性、可靠性、穩定性都較好。

GNSS接收機采用BDS B1/B2/B3以及GPS L1/L2雙星五頻高精度、高動態、自動測量GNSS主機，支持BDS、GPS、GLONASS單系統單獨定位及多系統聯合定位，通過高精度獨立定位、差分和RTK解算技術，實時測量待監測邊坡的監測點的三維坐標。

本發明邊坡自動監測預警系統通過GNSS接收機實時測量測量待監測邊坡的監測點的三維坐標并上傳云平臺，可實現全天候自動化信息化監測，避免傳統的人工測量，提高了邊坡的監測效率和監測精度，降低了邊坡穩定性監測成本，另一方，避免監測人員的頻繁的攀爬作業，也避免了設備和材料的大量的運輸工作。進一步的，采用GNSS接收機支持BDS、GPS、GLONASS單系統單獨定位及多系統聯合定位，實現了高精度獨立定位，本發明邊坡自動監測預警系統具備較高的可用性、連續性、可靠性及穩定性的優點。

GNSS接收機12通過承臺11安裝于待監測邊坡的坡面上。承臺11安裝有預設機箱110。GNSS接收機12包括接收天線121、接收天線122和GNSS主機。GNSS主機安裝于預設機箱110內。接收天線121安裝于承臺11的頂部。接收天線121連接于GNSS主機。

承臺11為混凝土澆筑而成。承臺11包括支墩和架設于支墩上的支承柱。支墩和支承柱為一體澆筑成型的。支墩的橫截面的面積大于支承柱的橫截面的面積。支墩的底部設有錨固筋，錨固筋插設于待監測邊坡的坡面。支承柱的側面形成有第一容置槽，預設機箱110容置于支承柱的第一容置槽中。支承柱的頂部形成第二容置槽，第二容置槽用于安裝GNSS接收機12。支墩和支承柱中預埋有第一線管和第二線管，第一線管的第一端伸至第一容置槽中，第一線管的第二端伸至第二容置槽中，第二線管的第一端伸至第一容置槽中，第二項的第二端伸至支墩的外側。第一線管和第二線管用于穿設電纜和電線以連接安裝GNSS接收主機和接收天線。

接收天線121通過天線基座13安裝于支承柱的頂部的第二容置槽。接收天線122的底部形成有限位孔。

具體的，天線基座13包括支承板131、限位柱132、錨固件133和保護罩134。

支承板131主要供接收天線121擱置。第二容置槽呈圓柱狀，相應的，支承板131為圓形鐵板。支承板131的底部連接于錨固件133，錨固件133埋設于承臺11的支承柱中。限位柱132連接于支承板131的頂部且插設于接收天線122的限位孔內。限位柱132的頂部設有外螺紋，接收天線121設有內螺紋，接收天線121設置于接收天線122的上方且螺紋連接于限位柱132的頂端。保護罩134可拆卸地插設于支承板131和第二容置槽的側壁之間。保護罩134罩設于接收天線121的上方。保護罩134用于防止接收天線被外物(如滾石、樹枝等)損毀。

GNSS接收機的GNSS主機采用基于FPGA芯片的北斗高精度測量主機，內置嵌入式Linux操作系統，通過GNSS主機對自動測量GNSS主板進行控制，實時采集監測點的高精度的測量數據(三維坐標)，再借助物聯網技術、4G/LTE無線網絡將衛星定位測量的測量數據(三維坐標)實時上傳到云平臺。本發明邊坡自動監測預警系統開發一系列北斗測量設備，實現了技術國產化，同時監測精度相對應GPS系統更高。

作為一種較佳的實施方式，GNSS接收機12為測量型的GNSS接收機12。

GNSS接收機12連接有保存模塊，GNSS接收機12在實時獲取的監測點的三維坐標后通過第一通信模塊發送到云平臺，同時也將三維坐標和監測時間存儲于保存模塊內。保存模塊安裝于預設機箱內，用于接收GNSS接收機12發送的攜帶監測點的三維坐標和監測時間信息并保存下來，以供監測人員拷貝。本發明邊坡自動監測預警系統通過GNSS接收機采集的高精度測量數據采用數據雙備份技術，可自動存儲在本地，同時實時傳輸到云服務器。

云平臺2為云計算平臺。云計算平臺也稱為云平臺。云計算平臺可以劃分為3類：以數據存儲為主的存儲型云平臺，以數據處理為主的計算型云平臺以及計算和數據存儲處理兼顧的綜合云計算平臺。在本實施例中，云平臺2為計算和數據存儲處理兼顧的綜合云計算平臺。云平臺2通信連接于GNSS接收機12和第一控制器3。

第一控制器3為遠程控制終端，如手機、IPD、或電子計算機。

云平臺2用于接收和存儲GNSS接收機12發送的攜帶待監測點的三維坐標的第一信號，將以設定的時間間隔獲取的待檢測邊坡的監測點的三維坐標形成該監測點的水平位移形變監測曲線、根據預設的滑坡體的雙耦合時效曲線模型鑒別該監測點的水平位移形變監測曲線是否擬合預設的雙耦合蠕變時效曲線模型、當該監測點的水平位移形變監測曲線擬合預設的雙耦合蠕變時效曲線模型時，云平臺計算得到待監測邊坡的失穩劇滑時間并于該監測點的水平位移形變監測曲線由預設的雙耦合蠕變時效曲線模型的流變整合時段進入穩態蠕變時段時，生成預警信號并向外發送預警信號。第一控制器3接收云平臺2發送的預警信號以便監測人員提前準確知曉該監測點的滑塌時間進行必要的防護措施。

一種邊坡自動監測預警系統的預警方法，包括以下步驟：

S1：于待監測邊坡的監測點布設至少一監測站1，監測站1包括GNSS接收機12和連接于GNSS接收機的第一通信模塊，GNSS接收機實時獲取監測點的三維坐標，GNSS接收機通過所第一通信模塊向外發送攜帶三維坐標和獲取三維坐標的監測時間的第一信號。

S2：提供一云平臺，云平臺包括通信連接于第一通信模塊的接收模塊、連接于接收模塊的存儲模塊、連接于存儲模塊的第一計算模塊、連接于第一計算模塊和接收模塊的鑒別模塊，連接于鑒別模塊的第二計算模塊以及連接于第二計算模塊的預警模塊，接收模塊接收第一通信模塊發送的攜帶待監測邊坡的監測點的三維坐標和獲取該三維坐標的監測時間(監測時刻)的第一信號、并將該三維坐標和監測時間存儲于存儲模塊中。存儲模塊將存儲的三維坐標和監測時間生成攜帶三維坐標和監測時間的第二信號并發送至第一計算模塊。

S3：第一計算模塊獲取攜帶三維坐標和監測時間的第二信號、建立監測點的水平位移形變監測曲線。

具體的，第一計算模塊計算監測點的相鄰的二次所述監測時間所獲取的三維坐標之間的形變量(y)，以監測時間(t)為X軸、形變量(y)為Y軸建立待測邊坡的監測點的水平位移形變監測曲線。

S4：鑒別模塊中預設有滑坡體的雙耦合蠕變時效曲線模型，雙耦合蠕變時效曲線模型包括連續的流變整合時段、穩態蠕變時段以及失穩蠕變時段，所述鑒別模塊根據全數計算鑒別所述水平位移形變監測曲線是否擬合所述雙耦合蠕變時效曲線模型。

具體的，本發明的邊坡自動監測預警系統在大量被監測體監測數據的基礎上，建立滑坡體的雙耦合蠕變時效數學模型包括以下內容：

根據巖土結構穩定性基礎理論，其蠕變時效聯立方程組的數學模型表達式為：

(1)、(2)式中：

t：時間；

y：形變量；

ξ：材料的粘-彈性滯后系數；

A：失穩強度系數；

α：失穩時效指數。

聯立數學模型依共軛點連續性導出如下非線性超越函數代數方程組：

(3)、(4)式中：

y1，y2，y3：穩態蠕變時段等時差監測周期的形變量賦值；

yz，yq：失穩蠕變時段跟蹤性的失穩形變量賦值，其時間間隔不受制約；

Twj：監測點選取的時間間隔，既監測周期；

tp：穩態轉向失穩蠕變時段共軛點(拐點)時間；

tf：失穩劇滑(奇異點)預測時間。

該非線性超越函數代數方程組揭示出如下定論：

①聯立代數方程組存在著唯一實數根tp，tf；

②共軛點(tp，yp)實數根唯一存在，鎖定二階微分方程組是耦合的；

③tf與蠕變量絕對值無關，僅決定于監測點賦值相對形變量之比，這是可預測性的必然結果。

圖7為本發明邊坡自動監測預警系統的滑坡體的雙耦合蠕變時效數學模型耦合的巖土體形變運動軌跡。圖7中，滑坡體的雙耦合蠕變時效數學模型分為三個階段：流變整合時段是滑坡體滑移面逐漸形成過程的時段；穩態蠕變時段是滑移面同步并依時效特性轉向失穩開始的過渡階段；失穩蠕變時段是從滑坡體失穩起點到失穩巨滑的全過程。

基本要點如下：

1、從定量分析任何突發性地質事件，唯有通過非線性失穩函數的奇異點來實現?；蛘哒f它必須進入雙耦合時效曲線，方可實現失穩劇滑或垮塌。雙耦合曲線存在唯一的耦合點(tp)和奇異點(tf)，當時間到達tf時，形變量(位移)無窮大。

2、施加任何拉伸、壓縮、彎曲、剪切的載荷體，α的賦值與載荷體的受力狀態以及材料粘-彈性滯后系數無關，僅依賴于施加的載荷比β值。它具有蠕變時效普適規律。恰好載荷比的倒數就是滑波穩定性系數Ksf。因此不管滑坡體受力狀態多復雜，盡可擬合t-y曲線蠕變的運動量求出α值，反推導出滑坡的綜合動力量。這就是巖土結構穩定性理論自身的和諧性。

3、失穩時效指數α在臨滑狀態下趨向于2，它與失穩強度系數A之間自行調整，存在自擬合特性，失穩蠕變時段的巖土體運動軌跡隨時間進程求解tf時間保持不變。因此，在雙耦合失穩曲線的初期時段求解實數根tp、tf，采取加密監測頻率跟蹤分析就可實現準確預報。

雙耦合蠕變時效曲線的鑒別

1、巖土結構穩定性理論兩個二階微分方程組中以耦合點tp分為穩態蠕變時段與失穩蠕變時段兩個時段。

2、穩態蠕變時段曲線二階導數為負值，即t0為穩態蠕變的初始點，它是待定時間參量，穩態蠕變終點為tp。失穩蠕變時段曲線二階導數為正值，即tp為失穩蠕變的起點，終點為奇異點tf，當t→tf時，形變量(位移)y→∞。曲線發展趨勢呈現出非線性。兩個時段的曲線連通耦合，即可看出tp點既是穩態蠕變時段的終點，又是失穩蠕變時段的起點；曲線在該點的形變量(位移)與形變率(速度)連續，形變位移量y與速率(函數一階導數)在該點相等。因此，耦合點tp是曲線從穩態轉向失穩蠕變時效的拐點，稱為共軛點。連通的耦合曲線既是雙耦合時效曲線。

3、雙耦合時效曲線含有5個待定參數，穩態蠕變時段含有v0，ξ，t0，失穩蠕變時段含有A，α，通過監測手段獲取穩態蠕變時段三組等時差監測時空坐標值(t1、y1；t2、y2；t3、y3)，從失穩蠕變時段任取二組監測時空坐標值(tz、yz；tq、yq)，代入非線性超越函數方程組，運行三重代數平方法數值求解，方程組的解既包涵v0，ξ，t0，A，α5個參數解，還存在唯一的實數根tp、tf，其中tp即是實際監測曲線的拐點，tf是失穩劇滑時間。所以，運用代數方法求解判斷巖土結構失穩破壞或失穩劇滑時間tf，總稱為解析判據。因此，雙耦合時效曲線擬合實際的監測點的水平位移形變監測曲線，五個監測點成為全數擬合點，或者說全數擬合點模擬出雙耦合時效曲線是監測曲線的抽象曲線，這就賦予雙耦合曲線指導實踐的科學內涵。

雙耦合時效監測曲線連續性，必須滿足如下條件：

ξ≥0 y3-y2≤y2-y1 y3＞y2＞y1

(5)、(6)式稱為雙耦合時段函數解的充分與必要條件，它們也是跟蹤水平位移形變監測曲線是否進入雙耦合時效曲線鑒別式。

4、任何一座邊坡的滑坡體均歷經初期的流變整合時段，從后緣開裂始，在滑移面尚待貫通以前，將多次呈現出階梯式攀升逐增速、滑移性整合流變，在實際跟蹤監測進程中，亦多次呈現雙耦合時效曲線，此時，亦可運用全數計算鑒別實際的水平位移形變監測曲線是否進入雙耦合時效曲線。

全數計算分兩種方法：

1)ξ＝0，按4點全數計算方法；

2)ξ＞0，按5點全數計算方法。

全數計算結果鑒別：

1)計算程序無解，則需判斷yz、yq賦值是否符合門檻值要求。

2)倘若計算程序有解，但tf為違背時序預測值，既預測值tf日期小于跟蹤監測日期，它反饋出滑塊處于非恒定載荷力驅動下的整合流變，其發展趨勢或是回穩停歇，或是進入雙耦合時效時段。

3)倘若計算程序有解，但預測值tf日期離跟蹤監測日期較遠，則可做中、長期預測發展趨勢參考，繼續跟蹤分析。

4)倘若計算程序有解，且預測值tf日期離跟蹤監測日期接近，應加密跟蹤監測頻率，遵循失穩蠕變時段tf預測時間不變和自擬合特性做跟蹤分析。此時，鑒別模塊向接收模塊發送加密接收GNSS接收機的獲取的監測點的三維坐標的加密監測頻率(加密監測頻率小于初始監測頻率)，遵循滑坡體的失穩蠕變時段tf預測時間不變和自擬合特性做跟蹤分析。

S5：當所述水平位移形變監測曲線擬合所述雙耦合蠕變時效曲線模型時，所述第二計算模塊利用全數擬合點解析計算得到所述待監測邊坡的失穩劇滑預測時間。

第二計算模塊根據失穩劇滑預測時間的計算式計算得到所述待監測邊坡的失穩劇滑預測時間。

失穩劇滑預測時間的計算式為根據所述雙耦合蠕變時效曲線模型表達式依共軛點連續性導出非線性超越函數代數方程組：

式(3)和式(4)中，y1、y2和y3為穩態蠕變時段的等時差監測周期的形變量；yz和yq為失穩蠕變時段跟蹤性的失穩形變量；Twj為監測點選取的監測時間的時間間隔，即監測周期；tp為穩態蠕變時段轉向失穩蠕變時段的共軛點時間；tf為失穩劇滑預測時間。

第二計算模塊應用全數擬合點解析判據求解，給出自擬合守恒常數值Cf，Cf反饋出待監測邊坡的監測點位置的滑塊所承受載荷狀態，用以鑒別跟蹤水平位移形變監測曲線的時效性。水平位移形變監測曲線一旦從整合流變時段進入穩態蠕變時段(穩態首序擬合點t1不得選在整合流變段內)而轉向逐增速，按全數擬合點解析判據，給出tf、tp以及Cf，依此作出以下預測值判斷：

1)倘若Cf隨跟蹤監測賦值保持不變值(有時因工況變化跟蹤監測值發生上下波動)，最后求索出Cf連接曲線。該水平位移形變監測曲線即為雙耦合時效曲線，tf值即為待監測邊坡的監測點位置的滑塊的失穩劇滑預測時間。

2)倘若Cf隨加密接收GNSS接收機的獲取的監測點的三維坐標的頻率跟蹤監測賦值呈遞減變化，則處于變載荷驅動下整合流變，待監測邊坡的監測點位置的滑塊最終將出現回穩和停息。

作為滑塌預報還應滿足以下兩個條件：

1)雙耦合時效曲線沖量流標度Ltg＞0；

2)滿足滑坡整體性條件：單點監測站的位移應與宏觀形變同步；多點網狀監測站的各監測站的失穩劇滑預測時間tf不大于加密監測周期Tw。

通過加密獲取待監測邊坡的監測點的三維坐標的監測頻率，通過數據計算、分析，使得失穩劇滑預測時間的結果判斷更趨于精確。

S6：當水平位移形變監測曲線由流變整合時段進入穩態蠕變時段時，預警模塊生成攜帶失穩劇滑預測時間的預警信號并向外發送所述預警信號。

具體的，當云平臺2的第一計算模塊形成的水平位移形變監測曲線由流變整合時段進入穩態蠕變時段時，預警模塊生成攜帶失穩劇滑預測時間的預警信號并通過發送模塊向外發送預警信號。

S7：提供第一控制器，第一控制器通信連接于預警模塊，第一控制器接收預警信號。第一控制器3接收云平臺2發送的預警信號，以便監測人員根據失穩劇滑預測時間tf提前做好防范措施降低損失。

具體的，第一控制器3通過第二通信模塊通信連接于云平臺2的接收模塊和發送模塊。第一控制器通過第二通信模塊接收預警信號，并通過第二通信模塊向接收模塊發送獲取下載存儲模塊存儲的三維坐標和監測時間的信息。

某邊坡待的監測點于2013年1月9日開始水平位移形變監測，設計監測頻率3天一次，取值精度毫米級。2013年3月13日地表宏觀檢查測點周邊部位發現開裂，監測跟蹤到2013年3月16日，水平位移形變監測曲線(t-y曲線)呈現3月4日至3月16日有從穩態(曲率半徑為負)轉入失穩(曲率半徑為正)的位移過程，見圖8。

依據巖土結構穩定性基礎理論，監測曲線在穩態蠕變時段與失穩蠕變時段初期呈線性增速(ξ＝0)，選取4點全數計算法，4點全數賦值見表1。

表1：3013年3月16日監測點賦值

代入YRG計算程序，程序顯示13日yz賦值(49.5)，恰好就是失穩蠕變時段yz門檻值(監測賦值＝門檻值則計算程序無解)。

2013年3月19日，經17日整天降雨過后，地表宏觀檢查裂縫明顯加寬，并有向兩側發展趨勢，監測點跟蹤顯示位移量明顯加大，t-y曲線見圖9。

依據4點全數計算法，監測點跟蹤賦值見表2。

表2：3013年3月19日監測點跟蹤賦值

代入YRG計算程序，程序運算結果見表3。

表3：3013年3月19日全數賦值運算解析判據

解析判據說明：

tf預測時間悖時，不能作為預報依據。鑒于位移速率加快，決定加密監測頻率為日監測周期。

2013年3月20日，地表宏觀檢查裂縫呈圈椅狀發展，加密跟蹤顯示位移量下降，t-y曲線見圖10。

對t-y曲線分析，雖然速率減緩，經雙耦合時效曲線鑒別式辨別，監測點賦值仍滿足失穩蠕變時段非線性發展充要條件。監測點跟蹤4點全數賦值見表4。

表4：3013年3月20日監測點跟蹤賦值

代入YRG計算程序，程序運算結果見表5。

表5：3013年3月20日全數賦值運算解析判據

解析判據說明：

依據失穩時效曲線自擬合原理，Cf值無常數，因此，tf預測時間不能作為預報依據。

2013年3月21日，地表宏觀檢查裂縫呈圈椅狀貫通，前部剪出痕跡明顯，滑坡地表特征已經全部顯現，沿裂縫范圍量測，再依后壁裂縫及前部剪出痕跡位置勾畫滑移線，計算滑坡體積約36m³，確定為淺層微型滑坡。監測跟蹤顯示位移量加大，t-y曲線見圖11。

監測點跟蹤5點全數賦值見表6。

表6：3013年3月21日監測點跟蹤賦值

代入YRG計算程序，程序運算結果見表7。

表7：3013年3月21日全數賦值運算解析判據

解析判據說明：

依據失穩時效曲線的自擬合原理，Cf值無常數，仍不能確認是否在失穩時效曲線上，因此，tf預測時間不能作為預報依據。

4.5、2013年3月22日，地表宏觀檢查滑移體裂縫沉陷錯位，監測點跟蹤賦值顯示位移量明顯增大，t-y曲線見圖12。

監測點跟蹤4點全數賦值見表8。

表8：2013年3月22日監測點跟蹤賦值

代入YRG計算程序，程序運算結果見表9。

表9：2013年3月22日全數賦值運算解析判據

解析判據說明：

1)19日、21日監測曲線波動，顯然是受17日降雨的影響。

2)依據失穩時效曲線的自擬合原理(臨滑狀態下Cf值為常數)，按第一組與第二組監測點賦值擬合出蠕變時效曲線，見圖13。

3)根據圖11的曲線擬合點，判定被測體進入恒定載荷力驅動下的失穩時效蠕變。再以失穩蠕變時段做3點非全數程序運算，各組非全數賦值見表10。

表10：失穩蠕變時段非全數賦值

代入YRG計算程序，3點非全數程序運算結果見表11。

表11：非全數程序運算解

至此，確定由擬合點監測賦值構成的t-y曲線即為蠕變時效雙耦合曲線，程序給出滑坡的失穩劇滑預測時間tf在2013年3月24日?？紤]到滑坡的位置較高，且施工腳手架及設備已搭至滑坡部位，應預留拆除撤離時間。遂于2013年3月22日21時，做出紅色預警滑坡預報：“失穩劇滑預測時間tf：2013年3月23日上午至2013年3月24日，如遇下雨影響失穩破壞時間提前?！?/p>

滑坡預報后的應急處置：立即采取應急措施，連夜對失穩體做減荷卸載，挖除了失穩體上部的土石方。由于原監測點同時破壞，隨即于22日晚23時在殘留失穩體上布設應急監測點，監測頻率按小時周期跟蹤，23日監測跟蹤t-y曲線顯示殘留失穩體在23日14時止滑回穩，隨后項目部在16時后將殘留失穩體排除。由于預報及時，處理得當，避免了安全事故的發生。

需要說明的是，本說明書所附圖式所繪示的結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內容，以供熟悉此技術的人士了解與閱讀，并非用以限定本發明可實施的限定條件，故不具技術上的實質意義，任何結構的修飾、比例關系的改變或大小的調整，在不影響本發明所能產生的功效及所能達成的目的下，均應仍落在本發明所揭示的技術內容得能涵蓋的范圍內。同時，本說明書中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”及“一”等的用語，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本發明可實施的范圍，其相對關系的改變或調整，在無實質變更技術內容下，當亦視為本發明可實施的范疇。

以上結合附圖實施例對本發明進行了詳細說明，本領域中普通技術人員可根據上述說明對本發明做出種種變化例。因而，實施例中的某些細節不應構成對本發明的限定，本發明將以所附權利要求書界定的范圍作為保護范圍。