Page 106 - 2024年第55卷第11期

图 ７ 基于三维场景的可视化分析
３．４ 膨胀土岸坡健康在线动态评估及预警
３．４．１ 健康动态评估及预警算法 影响膨胀土边坡健康因素可归纳为三类：①土体内在因素包括膨胀
土物质组成、物理力学参数、成因、边坡地质特征等；②环境影响因素包括汇水条件、地下水等；③人
类活动。其中土体内在因素对于膨胀土边坡稳定起决定作用。从工程实践来看，膨胀土的滑坡多与降
雨关系紧密，往往是在雨季一场降雨以后发生失稳，研究表明土体抗剪强度特性对工程中膨胀土的强
度和边坡的稳定性具有重要影响 ［２４ － ２５］ ，关乎膨胀土岸坡健康，但其需通过室内试验获取，对于膨胀土
健康在线评估系统实时性差的现象，进一步研究发现膨胀土抗剪强度的变化主要受膨胀土的胀缩性影
响 ［２６ － ２７］ ，胀缩特性受土体内的水分状态控制，且土体含水率对抗剪强度指标（黏聚力 ｃ和内摩擦角 φ ）
的大小具有重要影响 ［２８ － ２９］ ，可以通过监测土壤水分达到监测抗剪强度变化的目的。此外，位移量是边
坡破坏最直接反馈的指标，大量工程均通过位移指标实时监测边坡安全，是边坡发生破坏的标志性指
标 ［１７ － １９］ 。基于上述分析，为实现膨胀土岸坡健康状态快速动态评估及预警，兼顾参数的实时性、可靠
性、可得性、可量化性，本文提出膨胀土岸坡健康动态评估及预警算法，通过实时监测土壤含水率和
表面位移量，结合控制标准及稳定计算实现膨胀土岸坡健康动态评估和预警，如式（ ３）和式（４）及图 ８
所示。
Ｓ，ｘ＜Ｗ 且 ｙ＜Ｗ
１ ｘ１ ｙ
ｆ（ｘ，ｙ） ＝ Ｓ，Ｗ ≤ｘ＜Ｗ 且 ｙ＜Ｗ ，或 ｘ＜Ｗ 且 ｙ ≥Ｗ ｙ （３）
ｘ２
ｘ１
２
ｘ１
ｙ
Ｓ，Ｗ ≤ｘ＜Ｗ 且 ｙ ≥Ｗ ，或 ｘ ≥Ｗ
３ ｘ１ ｘ２ ｙ ｘ２
{ Ｓ，ｆ（ｘ，ｙ） ＝Ｓ 且 Ｋ ≥ｈ（ｚ）
１
３
ｇ（ｆ（ｘ，ｙ），Ｋ） ＝ Ｓ，ｆ（ｘ，ｙ） ＝Ｓ 且 Ｋ＜ｈ（ｚ） （４）
４
３
式中：函数 ｆ为膨胀土岸坡健康动态评估算子；自变量 ｘ和 ｙ分别为每天的表面位移量和膨胀土岸坡
土壤含水率；Ｓ、Ｓ和 Ｓ对应健康状态 ３个等级，即 Ｓ＝ 健康、Ｓ＝ 亚健康和 Ｓ＝ 隐患；函数 ｇ为膨胀
１ ２ ３ １ ２ ３
土岸坡预警算子；自变量 ｆ和 Ｋ分别为膨胀土岸坡健康动态评估算子返回值和岸坡安全系数；Ｓ和 Ｓ
４
１
对应报警状态 ２个等级，Ｓ＝ 健康（不报警）、Ｓ ＝ 报警；ｈ（ｚ）为岸坡安全系数标准函数，ｚ为边坡等
１ ４
级。本文参考《水利水电工程边坡设计规范》（ ＳＬ３８６—２００７） ［３０］ 正常运用条件边坡安全系数标准取值，
如式（ ５）所示。
— １ ３ ２ —
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