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水 利 学 报

2022 年 3 月 SHUILI XUEBAO 第 53 卷 第 3 期

文章编号：0559-9350（2022）03-0333-15

库岸边坡运行的实时风险率量化模型和预警方法

陈 波 ，刘庭赫 ，黄梓莘 ，吴中如 1，2
1，2
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1，2
（1. 河海大学 水利水电学院，江苏 南京 210098；
2. 河海大学 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏 南京 210098；
3. 中国电建集团 中南勘测设计研究院有限公司，湖南 长沙 410014）

摘要：库岸高边坡是状态实时变化的复杂系统，直接参考现行设计规范或套用传统可靠度方法拟定预警指标，都
难以反映和捕捉工程动态演变特征。为此，将原位监测资料融入工程风险率分析方法，提出了库岸边坡运行的实
时风险率量化模型和预警方法。首先，基于实测资料建立了边坡安全时空回归模型，借助回归模型的误差正态分
布特征，构建了边坡运行实时风险率量化模型；然后，联系概率可靠度理论和现行结构可靠性设计统一标准，制
定了反映工程等别和安全级别的边坡风险率客观评价标准；最后，引入质量控制图，定量设计了库岸边坡运行警
情状态的两类实时风险率指标，实现了利用边坡安全监测资料实时转化工程运行风险率和动态监控边坡警情。成
果可为库岸边坡运行状态实时监控提供新思路。
关键词：库岸边坡；安全监测；实时；风险率；预警
中图分类号：TV698 文献标识码：A doi：10.13243/j.cnki.slxb.20210949

1 研究背景

库岸边坡是水利水电工程的重要载体，具有地形深切高陡、地质构造活跃、应力机制复杂、变
形动态演化等特征 ［1-2］ 。在长期运行中，库岸边坡工程常因降雨、库水位及地下水位等外界因素变化
表现出复杂的力学行为，发生变形和失稳破坏，对工程的自身经济效益以及周边的生命财产安全都
产生巨大威胁 ［3-4］ 。因此，开展库岸边坡安全预警研究对于工程健康运行具有重要的现实意义。
目前，边坡安全的预测预警技术总体上可分为 3 大类：内因分析、外因分析及监测分析方法。内
因分析重在建立力学模型来分析边坡未来的受力状况 ［5-8］ ；外因分析是考虑影响边坡安全的环境因素
等，如降雨、地震和人工开挖等因素，建立多参数预警阀值 ［9-10］ ；库岸边坡具有长期的安全监测资
料，研究资料时间序列的变化规律也可以预测边坡的安全演变趋势 ［11-13］ 。近年来，大量工程经验表
明，库岸高边坡的失稳破坏经历了渐变到突变的累进发展过程，且伴随有一定的破坏前兆。如瓦伊
昂水库早在 1960 年蓄水初期，左岸就已经出现缓慢的岸坡蠕动变形，1963 年库水位上升导致岸坡位
移速度累进加快，最终发展成体积达 3 亿 m 的超巨型滑坡 ［14］ ；有学者针对三峡库区的大量岸坡失稳
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现象展开研究，也得到了岸坡失稳是在地质环境因素和外界诱发因素的共同作用下，岸坡变形由量
变发展到质变的结论。边坡变形监测资料记录了失稳灾害孕育的全过程信息，尤其是失稳破坏发生
的前兆信息，能有效反映边坡自身结构性态和外部环境荷载特性的变化规律 ［15］ 。伴随着库岸高边坡
监测数据生成、收集、存贮和处理能力的提高，基于监测数据分析的预警技术快速发展，弥补了传
统边坡预警机制常存在误报、前瞻性考虑不足、预警反馈滞后等问题，实现了直观衡量边坡风险程

收稿日期：2022-03-15；网络首发时间：2022-03-15
网络首发地址：http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.1882.TV.20220311.1658.001.html
基金项目：国家自然科学基金重点项目（51739003）；国家自然科学基金面上项目（52079049）
作者简介：陈波（1986-），教授，博导，主要从事水工结构安全监控研究。E-mail：chenbo@hhu.edu.cn

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