Page 91 - 2022年第53卷第3期

4 边坡实时动态预警方法

4.1 质 量 控 制 图 理 论 典 型 质 量 控 制 图 如 图 6 所 示 。 图 中 自 上 向 下 的 三 条 直 线 分 别 是 上 控 制 线
UCL、中心线 CL 和下控制线 LCL，折线则是由测点测值按时间顺序从左至右依次排列而成的测值
线。在质量控制图中，测值将大概率位于上下控制线的包络范围内，而且在中心线两侧呈随机分
布的态势，反之，当测值超过上下控制线的包络范围，或测值在中心线两侧出现显著趋势性和规
律性时，则表明有异常情况发生。
4.2 风险率动态预警

4.2.1 预警指标的划分及选定 边坡工程按照警情等级可划分为安全状态、预警状态和应急状态三
个等级。安全状态指的是边坡工程处在稳定的安全状态；预警状态指的是边坡工程处在不稳定的安
 
全临界状态；应急状态指的是边坡处在极其不稳定的安全应急状态。如图 7 所示，P f1 、P f2 分别作为
区别不同测值状态的一类预警指标和二类应急指标。

运行实时风险率
测值
应急状态
UCL 
P f1
预警状态
CL P f2 

LCL 安全状态
时间 时间
图 6 典型质量控制图 图 7 边坡工程的警情等级

结合表 3，考虑库岸高边坡为安全级别一级的工程，采用一类破坏和二类破坏对边坡工程的极限状
态作进一步细分。其中，一类破坏是破坏前存在明显预兆的非突发性破坏，破坏过程缓慢；二类破坏
是突发性破坏，破坏前无明显征兆或结构一旦发生破坏难以补救或修复 ［17］ 。需要特别说明的是，规范
中的可靠度指标是工程在服役期间满足其结构持续承载能力的极限状态指标，低于这一标准表明工程
的寿命终止。一般水利工程失效时并不处于该极限状态，而是在某一服役期间工程的可靠度指标小于
目标可靠度，但经过病变修复后，结构的可靠度又能满足要求。因此，为了对边坡工程运行状态作出
安全预警，及时除险加固，常需对工程实际使用的目标可靠度指标进行一定的折减。此处，将αβ 定义为
t
［18］
在役边坡工程状态评估的目标可靠度指标，参考《工程结构可靠性理论与应用》 选取折减系数α=0.85。
在区分边坡工程的安全状态和预警状态时，设置可靠度指标αβ =3.7×0.85≈3.0 作为测值分布的目标可
t1

靠度，由此生成测值分布的一级控制线，对应容许风险率为 P =1.35×10 ，设为一类预警指标P f1 ；在
-3
rf
区分边坡工程的预警状态和应急状态时，设置可靠度指标αβ =4.2×0.85≈3.5 作为测值分布的目标可
t2

-4
靠度，由此生成测值分布的二级控制线，对应容许风险率为 P =2.33×10 ，设为二类应急指标P f2 。
rf
4.2.2 预警方法 结合图 8 介绍边坡运行实时动态预警方法：
（1）训练区。假设存在某一区域的测点序列{ }，i=1，2，…，n，n 为时序长度，对该测点按照
X i
2.1 节所述建立时空回归模型得到复相关系数 R 和标准差 S，选择复相关系数 R>0.8 的测点，将该测点
历史测值和模型拟合值输入图 8 所示模型训练区。
（2）判断区。随着测值更新，输入测点实测值 X i+1以及对应的库水位 H 、降雨量 P 、温度 T 、
i+1 i+1 i+1
时刻θ 和测点坐标 x、y、z，计算模型预测值X ̂ ，并将该测点的更新测值和模型预测值输入图 8 所
i+1 i + 1
示模型判断区。

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