工程科学学报，第40卷，第4期：407-415,2018年4月 Chinese Journal of Engineering,Vol.40,No.4:407-415,April 2018 DOI:10.13374/j.issn2095-9389.2018.04.003:http://journals.ustb.edu.cn 基于MSR300雷达监测的凹山采场降雨条件下的边坡 变形及滑坡 章 亮2》，任奋华12》四，王培涛2》，赵健存》 1)北京科技大学土木与资源工程学院，北京1000832)北京科技大学金属和矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京100083 3)煤科集团沈阳研究院有限公司，沈阳110000 ☒通信作者，E-mail:renfh_.2001@163.com 摘要降雨是诱发滑坡的主要因素之一，尤其在暴雨条件下，更易激发滑坡.随着南帮边坡开采高陡化，滑坡发生频繁.为 研究降雨条件下南山矿凹山采场南帮边坡稳定性特征，采用MSR3O0型雷达对边坡进行了连续4a的实时稳定性监测，基于采 集到的采场降雨数据和边坡滑移数据，分析了降雨量和降雨强度与边坡变形规律，对凹山采场滑坡各阶段进行了划分，建立 了凹山采场边坡失稳模型和预警阈值.结果表明：凹山采场变形与降雨量呈正相关，服从幂函数规律：边坡变形速度曲线与降 雨强度有良好的一致性，滑坡一般发生在最大降雨强度之后：滑坡阶段主要包括初始变形阶段，稳定变形阶段和加速变形阶 段：报警阙值分别为：6h时序内，位移阈值为20mm,速度阈值1.5mm·h:12h时序内，位移阈值为30mm,速度阈值为2.5mm h·.凹山采场滑坡曲线与岩土体非稳定蠕变曲线具有较高的相似性，位移曲线出现了“阶跃”现象，速度曲线出现了“尖凸” 现象，这种情况易引起滑坡事故，其中在位移曲线的“拐点”处和相应速度曲线的“凸点”处发生滑坡的可能性最大.研究成果 为类似矿山边坡稳定性监测和破坏机制提供了科学依据和参考. 关键词边坡稳定性：降雨量：变形规律：预警阈值：失稳模型：阶跃：尖凸 分类号TU457 Investigation of deformation and failure in washan slope considering rainfall conditions based on MSR300 radar monitoring ZHANG Liang,REN Fen-hua,WANG Pei-tao,ZHAO Jian-cun 1)School of Civil and Resource Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Key Laboratory of High-Efficient Mining and Safety of Metal Mines (Ministry of Education of China),University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083,China 3)CCTEG Shenyang Research Institute,Shenyang 110000,China Corresponding author,E-mail:renfh_2001@163.com ABSTRACT Rainfall,especially in rainstorm conditions,is one of the major factors considered in simulating landslides.Landslides often occur on the southern slope of Washan stope in Nanshan iron mine as the slope has increased in height and steepness.To deter- mine the influence of rainfall on slope stability,the southern slope of Washan stope was monitored dynamically by MSR300 radar system for four years in real time.Based on data on rainfall and slope deformation,the slope deformation law between rainfall and rainfall in- tensity was analyzed.The stages of a landslide were classified by taking a landslide on the southern slope of Washan stope as an exam- ple.The deformation displacement and speed of this slope as well as the duration subjected to heavy rainfall were generalized.Then, the instability model and warning threshold were established.The results show that the slope deformation is positively correlated with 收稿日期：2017-1106 基金项目：国家重点研发计划资助项目(2017Y℉C0804101):国家自然科学基金资助项目(51604017,51774022)：中央高校基本科研业务费专 项资金资助项目(FRF-TP-16017A3)
工程科学学报，第 40 卷，第 4 期: 407--415，2018 年 4 月 Chinese Journal of Engineering，Vol． 40，No． 4: 407--415，April 2018 DOI: 10． 13374 /j． issn2095--9389． 2018． 04． 003; http: / /journals． ustb． edu． cn 基于 MSＲ300 雷达监测的凹山采场降雨条件下的边坡 变形及滑坡 章 亮1，2) ，任奋华1，2) ，王培涛1，2) ，赵健存3) 1) 北京科技大学土木与资源工程学院，北京 100083 2) 北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京 100083 3) 煤科集团沈阳研究院有限公司，沈阳 110000 通信作者，E-mail: renfh_2001@ 163． com 摘 要 降雨是诱发滑坡的主要因素之一，尤其在暴雨条件下，更易激发滑坡． 随着南帮边坡开采高陡化，滑坡发生频繁． 为 研究降雨条件下南山矿凹山采场南帮边坡稳定性特征，采用 MSＲ300 型雷达对边坡进行了连续 4 a 的实时稳定性监测，基于采 集到的采场降雨数据和边坡滑移数据，分析了降雨量和降雨强度与边坡变形规律，对凹山采场滑坡各阶段进行了划分，建立 了凹山采场边坡失稳模型和预警阈值． 结果表明: 凹山采场变形与降雨量呈正相关，服从幂函数规律; 边坡变形速度曲线与降 雨强度有良好的一致性，滑坡一般发生在最大降雨强度之后; 滑坡阶段主要包括初始变形阶段，稳定变形阶段和加速变形阶 段; 报警阈值分别为: 6 h 时序内，位移阈值为 20 mm，速度阈值 1. 5 mm·h － 1 ; 12 h 时序内，位移阈值为 30 mm，速度阈值为 2. 5 mm ·h － 1 ． 凹山采场滑坡曲线与岩土体非稳定蠕变曲线具有较高的相似性，位移曲线出现了“阶跃”现象，速度曲线出现了“尖凸” 现象，这种情况易引起滑坡事故，其中在位移曲线的“拐点”处和相应速度曲线的“凸点”处发生滑坡的可能性最大． 研究成果 为类似矿山边坡稳定性监测和破坏机制提供了科学依据和参考． 关键词 边坡稳定性; 降雨量; 变形规律; 预警阈值; 失稳模型; 阶跃; 尖凸 分类号 TU457 收稿日期: 2017--11--06 基金项目: 国家重点研发计划资助项目( 2017YFC0804101) ; 国家自然科学基金资助项目( 51604017，51774022) ; 中央高校基本科研业务费专 项资金资助项目( FＲF--TP--16--017A3) Investigation of deformation and failure in washan slope considering rainfall conditions based on MSＲ300 radar monitoring ZHANG Liang1，2) ，ＲEN Fen-hua1，2) ，WANG Pei-tao1，2) ，ZHAO Jian-cun3) 1) School of Civil and Ｒesource Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) Key Laboratory of High-Efficient Mining and Safety of Metal Mines ( Ministry of Education of China) ，University of Science and Technology Beijing， Beijing 100083，China 3) CCTEG Shenyang Ｒesearch Institute，Shenyang 110000，China Corresponding author，E-mail: renfh_2001@ 163． com ABSTＲACT Ｒainfall，especially in rainstorm conditions，is one of the major factors considered in simulating landslides． Landslides often occur on the southern slope of Washan stope in Nanshan iron mine as the slope has increased in height and steepness． To determine the influence of rainfall on slope stability，the southern slope of Washan stope was monitored dynamically by MSＲ300 radar system for four years in real time． Based on data on rainfall and slope deformation，the slope deformation law between rainfall and rainfall intensity was analyzed． The stages of a landslide were classified by taking a landslide on the southern slope of Washan stope as an example． The deformation displacement and speed of this slope as well as the duration subjected to heavy rainfall were generalized． Then， the instability model and warning threshold were established． The results show that the slope deformation is positively correlated with
·408· 工程科学学报，第40卷，第4期 rainfall in accordance with the power function.The slope deformation velocity is in good agreement with the rainfall intensity.Further- more,the landslide generally occurs after maximum rainfall intensity.The landslide stages were classified into three,namely,initial deformation,stable deformation,and accelerated deformation.The warning threshold of displacement was 20mm within 6h and 30mm within 12 h.The speed threshold was 1.5mmhwithin 6h and 2.5mmhwithin 12h.The landslide curve on the stope was highly similar to geotechnical non-steady creep curve."Sharp convex"and "step jump"phenomena occurred on the curve,which could cause slope slide particularly at the inflection point of the slope deformation displacement curve and convex point of the corresponding velocity curve.The research results can provide a scientific basis and reference for slope stability monitoring and failure mechanism of similar mines. KEY WORDS slope stability;rainfall:deformation law;warning threshold;instability model;step jump:sharp convex 边坡稳定性是露天矿开采中最重要的问题之 据.该方法受控制点限制，测距有限，精度不如某些 一，随着开采深度不断增加，整体边坡加高加陡，边 传统测量方法.针对以上各种监测手段的不足，谢 坡稳定性愈发严峻，导致边坡失稳滑坡概率也随之 建林与许家林运用地质雷达进行顶板离层的探 增加，特别是露天采场的生产段和交通枢纽段，边坡 测，该技术为顶板离层提供了一种新途径.杨红磊 一旦失稳滑坡，不仅造成严重的经济损失导致采场 等回采用雷达监测技术对露天矿边坡进行了实时 瘫痪，重责危及生命安全，有可能随时诱发多种地质 监测，获取边坡整体变形信息，实现了边坡预警效 灾害四.目前露天矿边坡风险控制的主要手段是边 果.韦忠跟向采用边坡雷达在某露天矿预测预报了 坡监测预警，因此通过测量手段实时监测露天矿边 滑坡位置、时间和滑动土体规模，该技术是滑坡预测 坡，了解边坡变形情况，掌握变形规律，分析边坡各 预报方面切实有效的新方法.林德才等基于边 阶段变形发展信息，建立灾害预警预报显得尤为 坡雷达在浙江丽水“11·13”滑坡救援中的应用，成 重要回 功预报10m3的滑坡险情，证明了边坡监测预警作 目前我国露天矿边坡监测的主要手段有常规表 用的重要意义.李静涛等通过在平朔东露天矿 面位移监测技术，如采用经纬仪、水准仪、全站仪测 使用SSR一X边坡稳定监测雷达无接触实时监测边 量地表变形等：空间定位监测技术如全球定位系统 (global positioning system,GPS)测量、近景摄影测量 帮的微小变形，精度达亚毫米级. 技术、三维激光扫描技术、边坡雷达监测技术 降雨是诱发滑坡的主要因素之一，尤其在暴雨 等-.华前程等)采用TM30全站仪并分别在小 条件下，更易激发滑坡.根据资料统计，暴雨诱发滑 苗岭岩堆群边坡和某露天矿边坡开展地表位移监 坡占滑坡总数的90%.降雨入渗致使岩土体吸水软 测.此测量方式仍为单点接触测量，受监测控制点 化，裂隙扩展，滑动面贯通并最终岩石破坏边坡失 限制，效率相对低下.针对测区控制点较少，测点间 稳.为此，石振明等时分析了广州大夫降雨滑坡， 的通视困难，蔡美峰等网和郑国忠等回采用GPS技 得到了不同降雨强度和历时对滑坡稳定性的影响 术，建立了GPS边坡位移动态监测系统.但GPS只 周家文等图、娄一青和王字等0分析了降雨入 能同时监测若干个接收点，不能满足区域性整体测 渗引起的岩土体变化，研究了降雨条件下的滑坡变 量，有可能漏测边坡局部不稳定区域.在此基础上， 形机理与边坡稳定性问题.沈银斌等如和付宏渊 吴姗等@通过建立应力、断面收敛及全站仪联合监 等四利用有限元软件，分析了降雨持续时间和降雨 测网，对武钢大治铁矿采场开采过程实时监测.马 强度对边坡稳定性的影响.荣冠等在元磨公路 俊伟等u和徐进军等☒认为GPS和全站仪测量的 典型滑坡体工程边坡，进行降雨过程边坡稳定性分 特征点偏少，无法研究边坡整体变形情况，采用三维 析，得到强降雨可导致坡体抗剪强度降低，稳定性明 激光扫描技术进行了滑坡变形监测与试验，获取了 显下降.吴李泉等通过浙江武义山体滑坡，采用 边坡整体变形情况.这种测量受现场条件干扰大， 有限元软件，分析验证了强降雨条件下的边坡滑坡 导致测量的点云数据包含大量不稳定点和噪音点， 本文基于MSR300型真实孔径雷达监测系统， 后期处理强度大，多幅图像拼接后精度严重降低，不 对南山矿凹山采场进行实时动态监测，获取边坡位 如传统测量方式.为满足测量精度同时兼顾整体变 移速度信息，分析了凹山采场变形与降雨关系，讨论 形，李欣等的将数字近景摄影测量技术应用于某高 了凹山采场边坡失稳模型，可为类似矿山边坡稳定 速公路边坡变形测量中，获取了不同阶段的影像数 性监测和破坏机制提供了科学依据和参考
工程科学学报，第 40 卷，第 4 期 rainfall in accordance with the power function． The slope deformation velocity is in good agreement with the rainfall intensity． Furthermore，the landslide generally occurs after maximum rainfall intensity． The landslide stages were classified into three，namely，initial deformation，stable deformation，and accelerated deformation． The warning threshold of displacement was 20 mm within 6 h and 30 mm within 12 h． The speed threshold was 1. 5 mm·h － 1 within 6 h and 2. 5 mm·h － 1 within 12 h． The landslide curve on the stope was highly similar to geotechnical non-steady creep curve． “Sharp convex”and“step jump”phenomena occurred on the curve，which could cause slope slide particularly at the inflection point of the slope deformation displacement curve and convex point of the corresponding velocity curve． The research results can provide a scientific basis and reference for slope stability monitoring and failure mechanism of similar mines． KEY WOＲDS slope stability; rainfall; deformation law; warning threshold; instability model; step jump; sharp convex 边坡稳定性是露天矿开采中最重要的问题之 一，随着开采深度不断增加，整体边坡加高加陡，边 坡稳定性愈发严峻，导致边坡失稳滑坡概率也随之 增加，特别是露天采场的生产段和交通枢纽段，边坡 一旦失稳滑坡，不仅造成严重的经济损失导致采场 瘫痪，重责危及生命安全，有可能随时诱发多种地质 灾害［1］． 目前露天矿边坡风险控制的主要手段是边 坡监测预警，因此通过测量手段实时监测露天矿边 坡，了解边坡变形情况，掌握变形规律，分析边坡各 阶段变形发展信息，建立灾害预警预报显得尤为 重要［2］． 目前我国露天矿边坡监测的主要手段有常规表 面位移监测技术，如采用经纬仪、水准仪、全站仪测 量地表变形等; 空间定位监测技术如全球定位系统 ( global positioning system，GPS) 测量、近景摄影测量 技术、三维激光扫描技术、边坡雷达监测技术 等［3--6］． 华前程等［7］采用 TM30 全站仪并分别在小 苗岭岩堆群边坡和某露天矿边坡开展地表位移监 测． 此测量方式仍为单点接触测量，受监测控制点 限制，效率相对低下． 针对测区控制点较少，测点间 的通视困难，蔡美峰等［8］和郑国忠等［9］采用 GPS 技 术，建立了 GPS 边坡位移动态监测系统． 但 GPS 只 能同时监测若干个接收点，不能满足区域性整体测 量，有可能漏测边坡局部不稳定区域． 在此基础上， 吴姗等［10］通过建立应力、断面收敛及全站仪联合监 测网，对武钢大冶铁矿采场开采过程实时监测． 马 俊伟等［11］和徐进军等［12］认为 GPS 和全站仪测量的 特征点偏少，无法研究边坡整体变形情况，采用三维 激光扫描技术进行了滑坡变形监测与试验，获取了 边坡整体变形情况． 这种测量受现场条件干扰大， 导致测量的点云数据包含大量不稳定点和噪音点， 后期处理强度大，多幅图像拼接后精度严重降低，不 如传统测量方式． 为满足测量精度同时兼顾整体变 形，李欣等［13］将数字近景摄影测量技术应用于某高 速公路边坡变形测量中，获取了不同阶段的影像数 据． 该方法受控制点限制，测距有限，精度不如某些 传统测量方法． 针对以上各种监测手段的不足，谢 建林与许家林［14］运用地质雷达进行顶板离层的探 测，该技术为顶板离层提供了一种新途径． 杨红磊 等［2］采用雷达监测技术对露天矿边坡进行了实时 监测，获取边坡整体变形信息，实现了边坡预警效 果． 韦忠跟［6］采用边坡雷达在某露天矿预测预报了 滑坡位置、时间和滑动土体规模，该技术是滑坡预测 预报方面切实有效的新方法． 林德才等［15］基于边 坡雷达在浙江丽水“11·13”滑坡救援中的应用，成 功预报 104 m3 的滑坡险情，证明了边坡监测预警作 用的重要意义． 李静涛等［16］通过在平朔东露天矿 使用 SSＲ--X 边坡稳定监测雷达无接触实时监测边 帮的微小变形，精度达亚毫米级． 降雨是诱发滑坡的主要因素之一，尤其在暴雨 条件下，更易激发滑坡． 根据资料统计，暴雨诱发滑 坡占滑坡总数的 90% ． 降雨入渗致使岩土体吸水软 化，裂隙扩展，滑动面贯通并最终岩石破坏边坡失 稳． 为此，石振明等［17］分析了广州大夫降雨滑坡， 得到了不同降雨强度和历时对滑坡稳定性的影响． 周家文等［18］、娄一青［19］和王宇等［20］分析了降雨入 渗引起的岩土体变化，研究了降雨条件下的滑坡变 形机理与边坡稳定性问题． 沈银斌等［21］和付宏渊 等［22］利用有限元软件，分析了降雨持续时间和降雨 强度对边坡稳定性的影响． 荣冠等［23］在元磨公路 典型滑坡体工程边坡，进行降雨过程边坡稳定性分 析，得到强降雨可导致坡体抗剪强度降低，稳定性明 显下降． 吴李泉等［24］通过浙江武义山体滑坡，采用 有限元软件，分析验证了强降雨条件下的边坡滑坡． 本文基于 MSＲ300 型真实孔径雷达监测系统， 对南山矿凹山采场进行实时动态监测，获取边坡位 移速度信息，分析了凹山采场变形与降雨关系，讨论 了凹山采场边坡失稳模型，可为类似矿山边坡稳定 性监测和破坏机制提供了科学依据和参考． · 804 ·
章亮等：基于MSR3O0雷达监测的凹山采场降雨条件下的边坡变形及滑坡 ·409· 1工程背景 南山矿凹山采场是马钢公司主要铁矿石生产基 地，位于安徽省东部马鞍山市向山镇，近年来主要针 对南帮-195~-90m进行局部扩帮回采.矿区位 于火山穹隆的北部，断裂构造发育，台阶错落沉陷， 坡面上部岩体破碎严重，多呈碎裂块状结构，形成滑 坡松散体，下部岩体硬性与软弱结构面交叉存在，形 成一系列张拉裂缝，易发生沿此节理面的滑坡.该 区域分别于2004年9月和2005年9月发生滑坡. 同时，降雨也是激发滑坡的重要因素，马鞍山地处长 图2雷达工作图 江下游区，属热带季风气候，全年气候温和，日照充 Fig.2 Working map of radar 足，雨量充沛，年最大降雨量1747.2mm,最小降雨 量591.6mm,年平均降雨量1030mm,雨季主要在夏 季.鉴于该采场边坡滑移的严峻形势，采用MSR300 型真实孔径雷达监测系统对南山矿凹山采场进行实 时动态监测，监测区域如图1所示 位移/mm 10112340 南 #12,3 图3空间分布位置图 Fig.3 Position of space distribution 图1雷达扫描云图 Fig.1 Scanning nephogram of radar 3南帮监测区域数据处理与分析 2 雷达布置概况 边坡雷达监测技术基于差值干涉测量，对被测 物体进行连续不间断无接触重复扫描，雷达发射高 移动测量型雷达(movement and surveying ra- 频电磁能量波到被监测边坡，再对边坡返回的电波 dar,MSR)雷达布置在安全稳定的场基，地势平坦 信号进行解析处理，利用专业软件MSR HMI解析处 (可人工压实平整)，安置点需进行牢固处理并整 理边坡位移、速度、加速度等信息，直接显示三维空 平.雷达与被测南帮边坡之间无明显障碍物，雷达 间数据，实时动态显示边坡变形趋势.并可通过扫 发射波与南帮边坡尽量保持垂直.安置之后，需要 描云图颜色条直观显示边坡位移速度等情况.当位 进行雷达波能量测试，直到能量信号稳定强烈.根 移、速度等参数变化值超过临界阈值便触发预警系 据现场监测条件，选择南帮对面+30m台阶处，地 统，从而做到边坡动态监管，防患于未然 理平面坐标为(10112m,3409m),距离南帮监测区 3.1边坡变形与降雨关系分析 域0.9km,数据采集周期7min.雷达工作图及地理 3.1.1边坡变形与降雨量关系 空间图分别如图2和图3所示，主要工作参数见表1. 为研究降雨量与凹山南帮边坡之间的定量关 表1雷达系统主要参数 系，在雷达动态监测同时，同步监测相应区域的降雨 Table 1 Main parameters of radar system 情况，月变形量与月降雨量统计分别如图4(a)和4 工作。 水平扫描竖直扫描测量空间分辨最大 (b)所示.根据2013年至2016年的监测统计结果， 温度/℃角/()角/()精度/mm率/m2测距/km 位移量在每年6至8月相对集中变大，位移量与降 -30~+50±104 -33~+550.23.5×3.52.5 雨量明显高于其他月份，边坡变形与月降雨量也有
章 亮等: 基于 MSＲ300 雷达监测的凹山采场降雨条件下的边坡变形及滑坡 1 工程背景 南山矿凹山采场是马钢公司主要铁矿石生产基 地，位于安徽省东部马鞍山市向山镇，近年来主要针 对南帮 － 195 ～ － 90 m 进行局部扩帮回采． 矿区位 于火山穹隆的北部，断裂构造发育，台阶错落沉陷， 坡面上部岩体破碎严重，多呈碎裂块状结构，形成滑 坡松散体，下部岩体硬性与软弱结构面交叉存在，形 成一系列张拉裂缝，易发生沿此节理面的滑坡． 该 区域分别于 2004 年 9 月和 2005 年 9 月发生滑坡． 同时，降雨也是激发滑坡的重要因素，马鞍山地处长 江下游区，属热带季风气候，全年气候温和，日照充 足，雨量充沛，年最大降雨量 1747. 2 mm，最小降雨 量 591. 6 mm，年平均降雨量 1030 mm，雨季主要在夏 季． 鉴于该采场边坡滑移的严峻形势，采用 MSＲ300 型真实孔径雷达监测系统对南山矿凹山采场进行实 时动态监测，监测区域如图 1 所示． 图 1 雷达扫描云图 Fig． 1 Scanning nephogram of radar 2 雷达布置概况 移动测量型雷 达( movement and surveying radar，MSＲ) 雷达布置在安全稳定的场基，地势平坦 ( 可人工压实平整) ，安置点需进行牢固处理并整 平． 雷达与被测南帮边坡之间无明显障碍物，雷达 发射波与南帮边坡尽量保持垂直． 安置之后，需要 进行雷达波能量测试，直到能量信号稳定强烈． 根 据现场监测条件，选择南帮对面 + 30 m 台阶处，地 理平面坐标为( 10112 m，3409 m) ，距离南帮监测区 域 0. 9 km，数据采集周期 7 min． 雷达工作图及地理 空间图分别如图 2 和图 3 所示，主要工作参数见表 1． 表 1 雷达系统主要参数 Table 1 Main parameters of radar system 工作 温度/℃ 水平扫描 角/( °) 竖直扫描 角/( °) 测量 精度/mm 空间分辨 率/m2 最大 测距/ km － 30 ～ + 50 ± 104 － 33 ～ + 55 0. 2 3. 5 × 3. 5 2. 5 图 2 雷达工作图 Fig． 2 Working map of radar 图 3 空间分布位置图 Fig． 3 Position of space distribution 3 南帮监测区域数据处理与分析 边坡雷达监测技术基于差值干涉测量，对被测 物体进行连续不间断无接触重复扫描，雷达发射高 频电磁能量波到被监测边坡，再对边坡返回的电波 信号进行解析处理，利用专业软件 MSＲ HMI 解析处 理边坡位移、速度、加速度等信息，直接显示三维空 间数据，实时动态显示边坡变形趋势． 并可通过扫 描云图颜色条直观显示边坡位移速度等情况． 当位 移、速度等参数变化值超过临界阈值便触发预警系 统，从而做到边坡动态监管，防患于未然． 3. 1 边坡变形与降雨关系分析 3. 1. 1 边坡变形与降雨量关系 为研究降雨量与凹山南帮边坡之间的定量关 系，在雷达动态监测同时，同步监测相应区域的降雨 情况，月变形量与月降雨量统计分别如图 4( a) 和 4 ( b) 所示． 根据 2013 年至 2016 年的监测统计结果， 位移量在每年 6 至 8 月相对集中变大，位移量与降 雨量明显高于其他月份，边坡变形与月降雨量也有 · 904 ·
·410 工程科学学报，第40卷，第4期 130r 120 a 500斤间 110 Z☑2013年 ☑2013年 2014年 100 2015年 400 2题2014年 S2015年 206平 350 ■2016平 0 300 250 200 40 150 30 100 10N a 。 50 。豳烈 245 67 89101112 2345678 101112 月份 月份 图4月位移量与月降雨量关系.()边坡月位移量直方图：(b)月降雨量直方图 Fig.4 Relationship between monthly displacement and monthly rainfall:(a)slope monthly displacement histogram:(b)monthly rainfall histogram 着良好的对应关系.当月降雨量小于100mm时，边 55m S=5.0936+0.2115x 坡月变形量小于20mm;月降雨量达到100~200mm 50 R2-0.79(1) 时，变形为20~50mm;月降雨量达到200~300mm 45 ■ 40 ■ 时，边坡变形可达到50~70mm.月降雨量超过300 35 mm时，变形可达70~110mm.主要原因是6~8月 ◆ 30 ■5=0.9762x474 ■ R-0.82(2) 为南方雨季，雨水入渗改变了岩土体的性状，削弱了 岩土体内部颗粒的黏结力，加速甚至诱发岩土体的 20 变形与破坏，当边坡变形达到一定程度时，就很容易 15 ■S=11.924e00x 发生滑坡，因此，降雨量是激发滑坡的一个重要影响 10 R-0.69(3) 因素 位移量与降雨量有一定的正相关性，即边坡位 0 25 5075100125150175200225250 降雨量mm 移趋势整体上与降雨量相对应.根据数据分布特 图5边坡变形与降雨量关系 征，分别以线性函数S,=mx+b(m≠0)、幂函数S。= Fig.5 Relationship between slope deformation and rainfall mx和指数函数S。=mb模型对位移量与降雨量的4 示，对拟合方程式(1)~(3)分别进行相关性检验， a共46组数据进行相关性分析，其中两组数据(361 其相关系数R分别为0.79、0.82和0.69.显然， mm,83.1mm）和(462mm,112mm)没有参与拟合， R>r(可接受的最低相关系数，即0.469)，R2 原因是这两组数据已导致边坡失稳破坏.根据函数 (即0.220)，检验通过. 模型回归分析建立位移量与降雨量之间的回归方 实际上根据统计学及众多学者的研究切，可 程.其中S代表的位移量(mm),x为月降雨量 从IrI的取值范围来判断变量的相关强度：0~0.2 (mm),拟合曲线方程及相关系数见图5. 表示极弱相关或无相关：0.2~0.4表示弱相关： 根据统计学知识，在相关分析中，相关系数是根 0.4~0.6表示中等程度相关；0.6~0.8表示强相 据样本资料计算的，由于样本相关系数具有一定的 关；0.8~1.0表示极强相关.故可认为边坡变形与 随机性，计算出的不一定能反映总体的真实相关关 降雨量有较强的相关性，所建立的方程有实际意义 系.为判断样本相关系数对总体相关程度的代表 比较式(1)~(3)发现，幂函数相关系数式(2) 性，需要对相关系数进行显著性检验.当相关系数 相关系数R最大，达到0.82，线性函数式(1)相关 计算值R>.时(r.为相关系数临界值)，则检验通 系数次之，指数函数式(3)相关性最弱.可见，凹山 过，认为总体相关关系显著 采场岩体边坡位移量与降雨量之间的相关关系更趋 本文取显著性水平a=0.001,自由度N=n- 向幂函数分布规律 2=46-2=44(n为样本容量)，根据统计学知识及 综上所述，凹山采场南帮边坡位移与降雨量的 查询相关系数临界值表得，该显著性水平下，可接受 关系一般服从幂函数分布规律，其关系式为：S= 的相关系数的最低值为ra.01(46-2)=0.469,系数 0.9762x2,据此可为后期降雨过程中边坡位移变 ao(44)=0.220.利用origin拟合的曲线如图5所 化提供很好的参考，从而为边坡稳定性研究和监测
工程科学学报，第 40 卷，第 4 期 图 4 月位移量与月降雨量关系． ( a) 边坡月位移量直方图; ( b) 月降雨量直方图 Fig． 4 Ｒelationship between monthly displacement and monthly rainfall: ( a) slope monthly displacement histogram; ( b) monthly rainfall histogram 着良好的对应关系． 当月降雨量小于 100 mm 时，边 坡月变形量小于 20 mm; 月降雨量达到 100 ～ 200 mm 时，变形为 20 ～ 50 mm; 月降雨量达到 200 ～ 300 mm 时，边坡变形可达到 50 ～ 70 mm． 月降雨量超过 300 mm 时，变形可达 70 ～ 110 mm． 主要原因是 6 ～ 8 月 为南方雨季，雨水入渗改变了岩土体的性状，削弱了 岩土体内部颗粒的黏结力，加速甚至诱发岩土体的 变形与破坏，当边坡变形达到一定程度时，就很容易 发生滑坡，因此，降雨量是激发滑坡的一个重要影响 因素． 位移量与降雨量有一定的正相关性，即边坡位 移趋势整体上与降雨量相对应． 根据数据分布特 征，分别以线性函数 Sl = mx + b( m≠0) 、幂函数Sp = mxb 和指数函数 Se = mbx 模型对位移量与降雨量的 4 a 共 46 组数据进行相关性分析，其中两组数据( 361 mm，83. 1 mm) 和( 462 mm，112 mm) 没有参与拟合， 原因是这两组数据已导致边坡失稳破坏． 根据函数 模型回归分析建立位移量与降雨量之间的回归方 程． 其中 S 代 表 的 位 移 量 ( mm) ，x 为月 降 雨 量 ( mm) ，拟合曲线方程及相关系数见图 5． 根据统计学知识，在相关分析中，相关系数是根 据样本资料计算的，由于样本相关系数具有一定的 随机性，计算出的不一定能反映总体的真实相关关 系． 为判断样本相关系数对总体相关程度的代表 性，需要对相关系数进行显著性检验． 当相关系数 计算值 Ｒ ＞ rα时( rα为相关系数临界值) ，则检验通 过，认为总体相关关系显著． 本文取显著性水平 α = 0. 001，自由度 N = n － 2 = 46 － 2 = 44( n 为样本容量) ，根据统计学知识及 查询相关系数临界值表得，该显著性水平下，可接受 的相关系数的最低值为 r0. 001 ( 46 － 2) = 0. 469，系数 r 2 0. 001 ( 44) = 0. 220． 利用 origin 拟合的曲线如图 5 所 图 5 边坡变形与降雨量关系 Fig． 5 Ｒelationship between slope deformation and rainfall 示，对拟合方程式( 1) ～ ( 3) 分别进行相关性检验， 其相关系数 Ｒ2 分别为 0. 79、0. 82 和 0. 69． 显然， Ｒ ＞ r( 可接受的最低相关系数，即 0. 469) ，Ｒ2 r 2 ( 即 0. 220) ，检验通过． 实际上根据统计学及众多学者的研究［25--27］，可 从|r| 的取值范围来判断变量的相关强度: 0 ～ 0. 2 表示极弱相关或无相关; 0. 2 ～ 0. 4 表 示 弱 相 关; 0. 4 ～ 0. 6 表示中等程度相关; 0. 6 ～ 0. 8 表示强相 关; 0. 8 ～ 1. 0 表示极强相关． 故可认为边坡变形与 降雨量有较强的相关性，所建立的方程有实际意义． 比较式( 1) ～ ( 3) 发现，幂函数相关系数式( 2) 相关系数 Ｒ2 最大，达到 0. 82，线性函数式( 1) 相关 系数次之，指数函数式( 3) 相关性最弱． 可见，凹山 采场岩体边坡位移量与降雨量之间的相关关系更趋 向幂函数分布规律． 综上所述，凹山采场南帮边坡位移与降雨量的 关系一般服从幂函数分布规律，其关系式为: S = 0. 9762x0. 7224，据此可为后期降雨过程中边坡位移变 化提供很好的参考，从而为边坡稳定性研究和监测 · 014 ·
章亮等：基于MSR3O0雷达监测的凹山采场降雨条件下的边坡变形及滑坡 411· 预警提供科学依据。 区域中心划分3个局部监测区域，分别为1"、2"和 3.1.2滑坡过程与降雨强度关系初探 3,间距为10m,如图1所示.滑坡前后的位移速度 矿山边坡雨季滑坡不仅与累计降雨量有关，而 曲线与相应的降雨强度，分别如图6(a)、6(b)和表 且与降雨强度密切相关，降雨强度是指在某一历时 3所示.由图6(b)可知，降雨强度与边坡速度曲线 内的平均降落量，我国降雨强度等级标准如表2 具有良好的一致性.6月23日到6月29日为小到 所示. 中雨，位移速度变化不大，对应图6中0A段.滑坡 表2我国降雨强度标准 前期降雨入渗使岩土体抗剪强度降低，并在一定的 Table 2 Standard of rainfall intensity in China 降雨强度和降雨量下保持短暂的稳定平衡.持续强 降雨强度等级 20h降雨量/mm 12h降雨量/mm 降雨打破这种短暂平衡，6月30日开始大雨（图6 小雨 0.19.9 ≤4.9 中B点)，在7月1日达到峰值降雨强度169mm· d-,并于1日23：00点发生滑坡（图6中C点），最 中雨 10.0-24.9 5.0-14.9 大雨 25.9-49.9 15.0~29.9 大降雨强度处速度达到峰值3.0mmh-1,滑坡进入 暴雨 50.0-99.9 30.0-69.9 加速阶段中期.但滑坡并不是在降雨过程中发生， 大暴雨 100.0-249.9 70.0-139.9 而是在降雨结束后当晚，说明滑坡呈现一定滞后性. 特大暴雨 ≥250 ≥140 因为随着降雨渗入，岩土体的吸水软化，裂隙扩展和 滑动面贯通需要一定的时间来完成.滑坡之后的 为探究降雨强度对滑坡的影响，针对2016年7 1~2d降雨仍会导致边坡发生一定程度的变形，但 月1日23：00发生的滑坡（图6中C点），选取滑坡 变形速度不大，边坡变形可能是前期滑坡后的表面 前8d与滑坡后12d的480条数据进行分析，滑坡 破碎体随雨水下滑.边坡达到新平衡状态后，后期 区域坐标(E,N,R)(10642m,3101m,-92m),以该 非强降雨对其影响不大 130r 180 120 a 170 160 110 150 100 拐点 140 90 130 80 120 110 100 E 50 m国股 30 降雨强度曲线 60 滑坡点 20 % 10 0 0 10 2550751001251501752002525027530325350375400425450475508 时间h 1180 170 30 160 150 8 120 0 降雨强度曲线 8 60 00 02H 8 -0.4 0 255075100125150175200225250275300325350375400425450475508 时间h 图6区域1“、2、3“边坡位移(a)及边坡变形速度(b)和降雨强度与时间的关系曲线 Fig.6 Curves of relationship of slope displacement (a)and slope deformation velocity (b)and rainfall intensity with time in Region 1,2,and 3
章 亮等: 基于 MSＲ300 雷达监测的凹山采场降雨条件下的边坡变形及滑坡 预警提供科学依据． 3. 1. 2 滑坡过程与降雨强度关系初探 矿山边坡雨季滑坡不仅与累计降雨量有关，而 且与降雨强度密切相关，降雨强度是指在某一历时 内的平均降落量，我国降雨强度等级标准如表 2 所示． 表 2 我国降雨强度标准 Table 2 Standard of rainfall intensity in China 降雨强度等级 20 h 降雨量/mm 12 h 降雨量/mm 小雨 0. 1 ～ 9. 9 ≤4. 9 中雨 10. 0 ～ 24. 9 5. 0 ～ 14. 9 大雨 25. 9 ～ 49. 9 15. 0 ～ 29. 9 暴雨 50. 0 ～ 99. 9 30. 0 ～ 69. 9 大暴雨 100. 0 ～ 249. 9 70. 0 ～ 139. 9 特大暴雨 ≥250 ≥140 图 6 区域 1#、2#、3# 边坡位移( a) 及边坡变形速度( b) 和降雨强度与时间的关系曲线 Fig． 6 Curves of relationship of slope displacement ( a) and slope deformation velocity ( b) and rainfall intensity with time in Ｒegion 1，2，and 3 为探究降雨强度对滑坡的影响，针对 2016 年 7 月 1 日 23: 00 发生的滑坡( 图 6 中 C 点) ，选取滑坡 前 8 d 与滑坡后 12 d 的 480 条数据进行分析，滑坡 区域坐标( E，N，Ｒ) ( 10642 m，3101 m，－ 92 m) ，以该 区域中心划分 3 个局部监测区域，分别为 1# 、2# 和 3# ，间距为 10 m，如图 1 所示． 滑坡前后的位移速度 曲线与相应的降雨强度，分别如图 6( a) 、6( b) 和表 3 所示． 由图 6( b) 可知，降雨强度与边坡速度曲线 具有良好的一致性． 6 月 23 日到 6 月 29 日为小到 中雨，位移速度变化不大，对应图 6 中 OA 段． 滑坡 前期降雨入渗使岩土体抗剪强度降低，并在一定的 降雨强度和降雨量下保持短暂的稳定平衡． 持续强 降雨打破这种短暂平衡，6 月 30 日开始大雨( 图 6 中 B 点) ，在 7 月 1 日达到峰值降雨强度 169 mm· d － 1，并于 1 日 23: 00 点发生滑坡( 图 6 中 C 点) ，最 大降雨强度处速度达到峰值 3. 0 mm·h － 1，滑坡进入 加速阶段中期． 但滑坡并不是在降雨过程中发生， 而是在降雨结束后当晚，说明滑坡呈现一定滞后性． 因为随着降雨渗入，岩土体的吸水软化，裂隙扩展和 滑动面贯通需要一定的时间来完成． 滑坡之后的 1 ～ 2 d 降雨仍会导致边坡发生一定程度的变形，但 变形速度不大，边坡变形可能是前期滑坡后的表面 破碎体随雨水下滑． 边坡达到新平衡状态后，后期 非强降雨对其影响不大． · 114 ·
·412 工程科学学报，第40卷，第4期 降雨激发边坡是以降雨为主导因子的多种因子 阶段后期(CD段) 协同作用下发生的复杂过程，尤其是暴雨级以上降 AB段，历时35h,进入该阶段初，位移在1h内 雨更易导致边坡失稳，因此，在强降雨天气应加强边 迅速拉升10mm,呈现“阶跃”现象.初始速度迅速 坡监测，减少人员作业 跳跃，达到1.0mmh',呈现“尖凸”现象.边坡可 表3滑坡前后降雨量强度 能进入加速变形阶段：BC段，历时20h,进入该阶段 Table 3 Rainfall intensity before and after landslide 后位移快速拉升，幅度较大，6h累计值达30mm.同 日期 降雨强度/(mmdl) 时速度亦同步剧烈拉升，瞬时速度达到峰值3.0 6/23 20 mmh'.此阶段曲线呈“上凹型”，根据凹山采场情 6/24 24 况及4a雷达监测数据分析得出，凹山采场南帮监 6/25 9 测预警阈值为：6h时序内位移阈值20mm,速度阈 6/26 8 值1.5mmh1,而这两个参数需要同时满足方可做 6127 10 6128 11 出判断，单一超过仍需人工根据影响因素对预警结 6/29 20 果动态调整.此期间位移速度持续增加，滑坡迹象 6130 34 明显，符合滑坡迹象，表明滑坡进入临滑点：CD段， 71 169 历时30h,该阶段位移持续上升，12h累计达40mm, 72 83.5 增加趋势变缓，位移曲线出现“拐点”，曲线呈“上凸 713 55 714 47.5 型”，在“拐点”处发生滑坡，对应速度“凸点”（图6 715 27 中C点).现场滑坡如图7所示.速度曲线快速回 716 13 落，呈断崖式下降，由3.0mmh-1降到1.0mmh-, 717 12 短暂调整后又降到0mmh-1,进入加速变形阶段后 718 3 期.该阶段1"、2"和3"区域变形规律保持同步，滑坡 719 体呈现整体破坏趋势.由4a的大量监测数据分析 7/10 9 711 5 得出，凹山采场南帮监测预警阈值为：12h时序内位 7/12 移阈值为30mm,速度阈值为2.5mmh-1.以上的 报警阈值是根据凹山采场的地质条件和雷达监测数 3.2滑坡过程规律分析 据分析得出，该阈值是在凹山采场多次滑坡偏帮的 根据位移速度曲线及分析结果（图6），可将滑 案例中总结出并不断修正后的结果.有一定的经验 坡分为初始变形阶段(OP段)、稳定变形阶段(PA、 值，该阈值在后期的滑坡和片帮中也得到了较好的 DE段)和加速变形阶段(AD段)，其中加速变形阶 验证. 段还可细分为前期阶段(AB段)、中期阶段(BC段) (4)DE段一稳定变形阶段. 和后期阶段(CD段) DE段，历时235h,滑坡体于C点滑坡之后，边 3.2.1滑坡阶段划分 坡重新进入调整期，该阶段开始（图6中D点）位移 (1)OP段一初始变形阶段 曲线有短暂小幅增长，6h位移变形量不足5mm,12 OP段，历时80h,位移累计最大值25mm,日位 h不足10mm.区域1、2"和3同步明显，位移速度 移量不足8mm,期间速度最大值不足0.5mmh-, 曲线平缓近以直线，速度值降到0.3mm·h,后期 速度曲线无持续加速现象.位移和速度均有小幅增 在0附近微波动，表明边坡达到新的动态平衡，处于 长，增长趋势明显且幅度不大，该阶段可认为是边坡 稳定变形阶段.实际上于D点后24h解除警报 的初始变形阶段. 3.2.2滑坡过程的“阶跃”与“尖凸”现象 (2)PA段一稳定变形阶段 根据图6(a)和6(b)的1"、2"和3"区域滑坡过 PA段，历时80h,位移速度曲线平缓近似一条 程曲线可知，滑坡体每经历一个阶段，位移曲线都会 直线，速度迅速回落到0附近波动，并持续一段时 出现“阶跃”现象，速度曲线都会出现“尖凸”现象， 间，边坡进入短暂休整期，为稳定变形阶段 但除稳定变形阶段外.“阶跃”现象会促使位移上升 (3)AD段一加速变形阶段. 到一个新高度，一般发生在每个阶段初，如图6(a) 此阶段历时85h,又可细分为加速变形阶段前 中OP段、AB段和CD段，并且“拐点”发生在其中 期(AB段)，加速变形阶段中期(BC段)，加速变形 一个“阶跃”阶段.“尖凸”现象会使速度值发生重
工程科学学报，第 40 卷，第 4 期 降雨激发边坡是以降雨为主导因子的多种因子 协同作用下发生的复杂过程，尤其是暴雨级以上降 雨更易导致边坡失稳，因此，在强降雨天气应加强边 坡监测，减少人员作业． 表 3 滑坡前后降雨量强度 Table 3 Ｒainfall intensity before and after landslide 日期 降雨强度/( mm·d － 1 ) 6 /23 20 6 /24 24 6 /25 9 6 /26 8 6 /27 10 6 /28 11 6 /29 20 6 /30 34 7 /1 169 7 /2 83. 5 7 /3 55 7 /4 47. 5 7 /5 27 7 /6 13 7 /7 12 7 /8 3 7 /9 3 7 /10 9 7 /11 5 7 /12 2 3. 2 滑坡过程规律分析 根据位移速度曲线及分析结果( 图 6) ，可将滑 坡分为初始变形阶段( OP 段) 、稳定变形阶段( PA、 DE 段) 和加速变形阶段( AD 段) ，其中加速变形阶 段还可细分为前期阶段( AB 段) 、中期阶段( BC 段) 和后期阶段( CD 段) ． 3. 2. 1 滑坡阶段划分 ( 1) OP 段—初始变形阶段． OP 段，历时 80 h，位移累计最大值 25 mm，日位 移量不足 8 mm，期间速度最大值不足 0. 5 mm·h － 1， 速度曲线无持续加速现象． 位移和速度均有小幅增 长，增长趋势明显且幅度不大，该阶段可认为是边坡 的初始变形阶段． ( 2) PA 段—稳定变形阶段． PA 段，历时 80 h，位移速度曲线平缓近似一条 直线，速度迅速回落到 0 附近波动，并持续一段时 间，边坡进入短暂休整期，为稳定变形阶段． ( 3) AD 段—加速变形阶段． 此阶段历时 85 h，又可细分为加速变形阶段前 期( AB 段) ，加速变形阶段中期( BC 段) ，加速变形 阶段后期( CD 段) ． AB 段，历时 35 h，进入该阶段初，位移在 1 h 内 迅速拉升 10 mm，呈现“阶跃”现象． 初始速度迅速 跳跃，达到 1. 0 mm·h － 1，呈现“尖凸”现象． 边坡可 能进入加速变形阶段; BC 段，历时 20 h，进入该阶段 后位移快速拉升，幅度较大，6 h 累计值达 30 mm． 同 时速度亦同步剧 烈 拉 升，瞬时速度达到峰值 3. 0 mm·h － 1 ． 此阶段曲线呈“上凹型”，根据凹山采场情 况及 4 a 雷达监测数据分析得出，凹山采场南帮监 测预警阈值为: 6 h 时序内位移阈值 20 mm，速度阈 值 1. 5 mm·h － 1，而这两个参数需要同时满足方可做 出判断，单一超过仍需人工根据影响因素对预警结 果动态调整． 此期间位移速度持续增加，滑坡迹象 明显，符合滑坡迹象，表明滑坡进入临滑点; CD 段， 历时 30 h，该阶段位移持续上升，12 h 累计达 40 mm， 增加趋势变缓，位移曲线出现“拐点”，曲线呈“上凸 型”，在“拐点”处发生滑坡，对应速度“凸点”( 图 6 中 C 点) ． 现场滑坡如图 7 所示． 速度曲线快速回 落，呈断崖式下降，由 3. 0 mm·h － 1降到 1. 0 mm·h － 1， 短暂调整后又降到 0 mm·h － 1，进入加速变形阶段后 期． 该阶段 1# 、2# 和 3# 区域变形规律保持同步，滑坡 体呈现整体破坏趋势． 由 4 a 的大量监测数据分析 得出，凹山采场南帮监测预警阈值为: 12 h 时序内位 移阈值为 30 mm，速度阈值为 2. 5 mm·h － 1 ． 以上的 报警阈值是根据凹山采场的地质条件和雷达监测数 据分析得出，该阈值是在凹山采场多次滑坡偏帮的 案例中总结出并不断修正后的结果． 有一定的经验 值，该阈值在后期的滑坡和片帮中也得到了较好的 验证． ( 4) DE 段—稳定变形阶段． DE 段，历时 235 h，滑坡体于 C 点滑坡之后，边 坡重新进入调整期，该阶段开始( 图 6 中 D 点) 位移 曲线有短暂小幅增长，6 h 位移变形量不足 5 mm，12 h 不足 10 mm． 区域 1# 、2# 和 3# 同步明显，位移速度 曲线平缓近似直线，速度值降到 0. 3 mm·h － 1，后期 在 0 附近微波动，表明边坡达到新的动态平衡，处于 稳定变形阶段． 实际上于 D 点后 24 h 解除警报． 3. 2. 2 滑坡过程的“阶跃”与“尖凸”现象 根据图 6( a) 和 6( b) 的 1# 、2# 和 3# 区域滑坡过 程曲线可知，滑坡体每经历一个阶段，位移曲线都会 出现“阶跃”现象，速度曲线都会出现“尖凸”现象， 但除稳定变形阶段外． “阶跃”现象会促使位移上升 到一个新高度，一般发生在每个阶段初，如图 6( a) 中 OP 段、AB 段和 CD 段，并且“拐点”发生在其中 一个“阶跃”阶段． “尖凸”现象会使速度值发生重 · 214 ·
章亮等：基于MSR3O0雷达监测的凹山采场降雨条件下的边坡变形及滑坡 ·413· 大改变，快速拉升或者急剧下降，如图6(b)中OP 第一阶段第二阶段 第三阶段 段、AB段和BD段.位移速度急剧拉升表征了边坡 前 稳定性损伤，随着“阶跃”和“尖凸”现象的出现，边 位移曲线 速度曲线 坡有从一个阶段迈向另一个阶段的趋势，而这个趋 势可能是重新进入初始变形阶段，或者进入加速变 形阶段 滑坡点拐点) 3.2.3讨论 尖凸（凸点） 根据图6(a)和6(b)的变形曲线规律可初步归 纳凹山采场滑坡模型.滑坡一般从初始变形阶段 (第一阶段，OP段)开始变形，初期位移有一个较明 显拉升，但幅度较小，有一定变形速度，持续时间 时问h 较短. 图8边坡滑坡预测模型 OP段末发生“阶跃”后进入稳定变形阶段（第 Fig.8 Prediction model of slope landslide 二阶段，PA段)，此阶段位移曲线缓慢增长，呈平缓 (2)边坡变形速度曲线与降雨强度具有良好的 直线状，速度曲线平缓幅值变化很小 一致性，强降雨是激发滑坡的重要因素，滑坡一般会 当变形达到一定程度或由于外界强降雨等因素 发生在最大降雨强度之后，有一定的滞后性 的影响，边坡即进入加速变形阶段（第三阶段，AD (3)根据凹山采场多年的雷达监测数据，结合 段).第三阶段前期位移出现“阶跃”后，速度会出 滑坡曲线分析，凹山采场现阶段的报警值分别为：6 现一个“尖凸”现象.随后进入中期阶段(BC段)， h时序内，位移阈值为20mm,速度阈值1.5mm· 位移快速拉升，速度急剧增长，此阶段位移曲线一般 h-1;12h时序内，位移阈值30mm,速度阈值为2.5 呈“上凹型”，在该阶段末或下一阶段初一般会发生 mmh-'.该数据在各边坡区域变形中有较好的 滑坡迹象.该阶段末，位移曲线凹凸性发生变化，位 验证 移曲线“拐点”处发生滑坡的可能性较大，相应速度 (4)凹山采场滑坡曲线与岩土体非稳定蠕变曲 曲线出现“凸点”.后期阶段(CD段)位移持续上 线有较高的相似性.滑坡过程中，位移曲线出现“阶 升，但增加趋势变缓，对应速度曲线断崖式下降，后 跃”现象，并在每一个“阶跃”后进入到一个新的阶 期阶段小幅度增加后迅速回落到0，边坡重新进入 段，在加速变形阶段中期，位移曲线发生凹凸性改 稳定变形阶段.分析结果表明，凹山采场边坡滑坡 变，其“拐点”处易发生滑坡.速度曲线除稳定变形 模型（图8）与岩土体非稳定，蠕变非常一致2s) 阶段都会出现一个“尖凸”现象，在加速阶段前期急 剧拉升达到峰值发生滑坡，随后呈断崖式下降，对应 “凸点”处易发生滑坡 参考文献 [1]Li B,Zhang Y J,Li Q L,et al.Remote online monitoring and early warning system of mining slope stability.Ind Mine Autom, 2016,42(11):5 (李博，张拥军，李乾龙，等.采动边坡稳定性远程在线监测 图7现场滑坡图 预警系统.工矿自动化，2016,42(11)：5) Fig.7 In-situ landslide Yang HL,Peng JH,Cui H Y.Slope of largecale open-pit mine monitoring deformations by using ground based interferometry. 4 结论 Prog Geophys,2012,27(4):1804 (1)凹山采场边坡变形与降雨量呈现正相关性 (杨红磊，彭军还，崔洪曜.GB-SAR监测大型露天矿边坡 质并服从幂函数规律，函数方程为S=0.9762x224 形变.地球物理学进展，2012,27(4)：1804) B] Qin X S,Zhang D,Cao H.Research status and development 研究结果可为后期降雨过程中边坡位移的变化提供 trend of monitoring technology for high and steep slope in open-pit 很好的参考，为类似矿山边坡稳定性研究和监测预 mine.China Min Mag,2017,26(3):107 警提供科学依据. (秦秀山，张达，曹辉.露天采场高陡边坡监测技术研究现状
章 亮等: 基于 MSＲ300 雷达监测的凹山采场降雨条件下的边坡变形及滑坡 大改变，快速拉升或者急剧下降，如图 6 ( b) 中 OP 段、AB 段和 BD 段． 位移速度急剧拉升表征了边坡 稳定性损伤，随着“阶跃”和“尖凸”现象的出现，边 坡有从一个阶段迈向另一个阶段的趋势，而这个趋 势可能是重新进入初始变形阶段，或者进入加速变 形阶段． 3. 2. 3 讨论 根据图 6( a) 和 6( b) 的变形曲线规律可初步归 纳凹山采场滑坡模型． 滑坡一般从初始变形阶段 ( 第一阶段，OP 段) 开始变形，初期位移有一个较明 显拉升，但幅度较小，有一定变形速度，持续时间 较短． OP 段末发生“阶跃”后进入稳定变形阶段( 第 二阶段，PA 段) ，此阶段位移曲线缓慢增长，呈平缓 直线状，速度曲线平缓幅值变化很小． 当变形达到一定程度或由于外界强降雨等因素 的影响，边坡即进入加速变形阶段( 第三阶段，AD 段) ． 第三阶段前期位移出现“阶跃”后，速度会出 现一个“尖凸”现象． 随后进入中期阶段( BC 段) ， 位移快速拉升，速度急剧增长，此阶段位移曲线一般 呈“上凹型”，在该阶段末或下一阶段初一般会发生 滑坡迹象． 该阶段末，位移曲线凹凸性发生变化，位 移曲线“拐点”处发生滑坡的可能性较大，相应速度 曲线出现“凸点”． 后期阶段( CD 段) 位移持续上 升，但增加趋势变缓，对应速度曲线断崖式下降，后 期阶段小幅度增加后迅速回落到 0，边坡重新进入 稳定变形阶段． 分析结果表明，凹山采场边坡滑坡 模型( 图 8) 与岩土体非稳定，蠕变非常一致［28--31］． 图 7 现场滑坡图 Fig． 7 In-situ landslide 4 结论 ( 1) 凹山采场边坡变形与降雨量呈现正相关性 质并服从幂函数规律，函数方程为 S = 0. 9762x 0. 7224 ． 研究结果可为后期降雨过程中边坡位移的变化提供 很好的参考，为类似矿山边坡稳定性研究和监测预 警提供科学依据． 图 8 边坡滑坡预测模型 Fig． 8 Prediction model of slope landslide ( 2) 边坡变形速度曲线与降雨强度具有良好的 一致性，强降雨是激发滑坡的重要因素，滑坡一般会 发生在最大降雨强度之后，有一定的滞后性． ( 3) 根据凹山采场多年的雷达监测数据，结合 滑坡曲线分析，凹山采场现阶段的报警值分别为: 6 h 时序内，位移阈值为 20 mm，速度阈值 1. 5 mm· h － 1 ; 12 h 时序内，位移阈值 30 mm，速度阈值为 2. 5 mm·h － 1 ． 该数据在各边坡区域变形中有较好的 验证． ( 4) 凹山采场滑坡曲线与岩土体非稳定蠕变曲 线有较高的相似性． 滑坡过程中，位移曲线出现“阶 跃”现象，并在每一个“阶跃”后进入到一个新的阶 段，在加速变形阶段中期，位移曲线发生凹凸性改 变，其“拐点”处易发生滑坡． 速度曲线除稳定变形 阶段都会出现一个“尖凸”现象，在加速阶段前期急 剧拉升达到峰值发生滑坡，随后呈断崖式下降，对应 “凸点”处易发生滑坡． 参 考 文 献 ［1］ Li B，Zhang Y J，Li Q L，et al． Ｒemote online monitoring and early warning system of mining slope stability． Ind Mine Autom， 2016，42( 11) : 5 ( 李博，张拥军，李乾龙，等． 采动边坡稳定性远程在线监测 预警系统． 工矿自动化，2016，42( 11) : 5) ［2］ Yang H L，Peng J H，Cui H Y． Slope of large-scale open-pit mine monitoring deformations by using ground based interferometry． Prog Geophys，2012，27( 4) : 1804 ( 杨红磊，彭军还，崔洪曜． GB--InSAＲ 监测大型露天矿边坡 形变． 地球物理学进展，2012，27( 4) : 1804) ［3］ Qin X S，Zhang D，Cao H． Ｒesearch status and development trend of monitoring technology for high and steep slope in open-pit mine． China Min Mag，2017，26( 3) : 107 ( 秦秀山，张达，曹辉． 露天采场高陡边坡监测技术研究现状 · 314 ·
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