邊坡分析判別方法

邊坡分析判別方法聚類分析是數(shù)理統(tǒng)計(jì)中的一種多元分析方法，即用數(shù)學(xué)方法定量地確定樣品的親疏關(guān)系，從而客觀地分型劃類。依據(jù)地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)變形的序列特征對(duì)其進(jìn)行聚類分析，可以定量與定性地分析邊坡變形的程度和滑坡危險(xiǎn)區(qū)域，從而為邊坡的重點(diǎn)監(jiān)測(cè)和穩(wěn)定性分析提供依據(jù)。1基于監(jiān)測(cè)點(diǎn)聚類分析的邊坡危險(xiǎn)區(qū)域識(shí)別1.1聚類分析原理根據(jù)監(jiān)測(cè)線上各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變形特征，可以將監(jiān)測(cè)點(diǎn)分為危險(xiǎn)點(diǎn)和安全點(diǎn)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)分類原則是，若該監(jiān)測(cè)點(diǎn)變形序列為趨勢(shì)序列則稱該點(diǎn)為危險(xiǎn)監(jiān)測(cè)點(diǎn);若該監(jiān)測(cè)點(diǎn)變形序列為平穩(wěn)序列，則稱該點(diǎn)為安全監(jiān)測(cè)點(diǎn)。因此判斷監(jiān)測(cè)點(diǎn)變形序列是否為平穩(wěn)序列是監(jiān)測(cè)點(diǎn)分類的關(guān)鍵。文獻(xiàn)［1～5］中平穩(wěn)序列或趨勢(shì)序列的判斷一般采用以下兩種方法:(1)利用序列圖進(jìn)行判斷將所得的樣本序列數(shù)據(jù)繪成序列圖，如果各觀測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)值不是在水平直線的上、下波動(dòng)，而是表現(xiàn)為一種向上或向下的趨勢(shì)，則可認(rèn)為該邊坡監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)樣本是具有一定趨勢(shì)的序列，即邊坡變形的發(fā)展具有某種趨勢(shì)。(2)利用樣本自相關(guān)函數(shù)γ^k進(jìn)行平穩(wěn)性判斷，其計(jì)算式為:式中:xt是變形樣本序列;k是延遲點(diǎn)。由樣本序列資料算出樣本自相關(guān)函數(shù)γ^k，如果k增大時(shí)，γ^k迅速衰減，則認(rèn)為該邊坡變形序列是平穩(wěn)的;如果k增大時(shí)，γ^k衰減緩慢，則該邊坡變形序列就是非平穩(wěn)的。1.2實(shí)例分析(1)礦區(qū)工程概況小龍?zhí)兜V務(wù)局是云南省的重要能源基地，主要為滇南地區(qū)火力發(fā)電廠、化肥、水泥等企業(yè)及居民供煤。小龍?zhí)兜V田是云南省探明并已開發(fā)的最大褐煤礦區(qū)，礦區(qū)為一南北長7km，東西寬2～3km的橢圓形盆地，面積約17km2，勘探地質(zhì)儲(chǔ)量1099.59Mt。其中布沼壩露天礦原生產(chǎn)能力4.8Mt/a，根據(jù)云南省發(fā)展規(guī)劃要求其生產(chǎn)能力達(dá)到12Mt/a，因此，需要加速礦山采掘推進(jìn)速度，由此也誘發(fā)了邊坡的劇烈變形問題。小龍?zhí)睹禾锸切碌谌o(jì)小龍?zhí)睹合档貙訕?gòu)成的一北東向山間向斜盆地。向斜長軸方向?yàn)楸睎|—西南，全長約5km;短軸方向?yàn)楸蔽鳌蠔|，寬約2.43km，受向斜構(gòu)造的影響，西幫邊坡巖層形成了倒轉(zhuǎn)，下部為粘土巖，上部為碎裂灰?guī)r體，由此對(duì)邊坡穩(wěn)定產(chǎn)生了非常不利的影響。區(qū)內(nèi)有三條較大的斷層F2、F3、F4，形成了煤田的東、西、南側(cè)的自然邊界。(2)閾值確定本文設(shè)邊坡水平位移累計(jì)值不超過30mm的變形序列為平穩(wěn)序列。下面以布沼壩露天礦邊坡水平位移分析為例，邊坡地表位移從2005年3月開始進(jìn)行變形觀測(cè)，每月對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)觀測(cè)一次，截至2008年7月已獲得了40期觀測(cè)數(shù)據(jù)。若邊坡水平位移累計(jì)值不超過30mm，說明監(jiān)測(cè)點(diǎn)所處邊坡位置是比較穩(wěn)定的。(3)邊坡地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)聚類實(shí)例預(yù)測(cè)與分析布沼壩露天礦西幫邊坡共布設(shè)13條監(jiān)測(cè)線、51個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，按照前述方法進(jìn)行聚類分析。圖1是jn2-1監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水平位移序列及其自相關(guān)函數(shù)，從水平位移圖上看，該序列是趨勢(shì)序列，即位移曲線隨時(shí)間呈遞增趨勢(shì);從自相關(guān)函數(shù)圖上看，該點(diǎn)邊坡的水平位移序列也是趨勢(shì)序列。圖2是jw350-2監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水平位移序列及其自相關(guān)函數(shù)，從水平位移圖上看，該點(diǎn)邊坡的水平位移序列是平穩(wěn)序列，即位移曲線在某水平線的上下震蕩;從自相關(guān)函數(shù)圖上判斷，該點(diǎn)水平位移序列也是平穩(wěn)序列。應(yīng)用相同方法，對(duì)邊坡51個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水平位移變形序列的變形特性進(jìn)行了分析，得到聚類結(jié)果:jn2-1、jn2-2、……、jn7-3、jw342-2、jw342-3、……、jw350-1共33個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水平位移序列是趨勢(shì)序列，這些序列對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)為危險(xiǎn)點(diǎn)，表明該區(qū)域的邊坡變形比較大，屬于危險(xiǎn)變形區(qū)域;其余8個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水平位移序列為平穩(wěn)序列，對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)為安全點(diǎn)，表明該區(qū)域的邊坡變形相對(duì)比較小，屬于相對(duì)安全區(qū)域。從邊坡變形危險(xiǎn)點(diǎn)的空間分布位置來看［6～9］，這些點(diǎn)彼此相鄰，構(gòu)成一個(gè)完整的邊坡危險(xiǎn)變形區(qū)域，基本位于該邊坡的西北角地區(qū);從地形地勢(shì)分布來看，該危險(xiǎn)變形區(qū)位于兩個(gè)山脊之間的溝谷地帶，雨季期間匯水量大，再加上上部防洪體系不好，導(dǎo)致雨水對(duì)下部巖體的浸泡，且該區(qū)域的下部巖體為粘土巖，在雨水浸泡下強(qiáng)度降低較大，由此導(dǎo)致了邊坡變形量比較大。依據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的聚類分析結(jié)果和對(duì)地層分布及地形地勢(shì)分布特征的綜合分析，可以判定該區(qū)域是滑坡體的潛在危險(xiǎn)范圍，稱為邊坡危險(xiǎn)區(qū)，對(duì)該區(qū)域邊坡應(yīng)該重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，提前預(yù)防滑坡的發(fā)生。通過區(qū)劃，本工程西幫邊坡的危險(xiǎn)區(qū)域分布如圖3所示，圖中實(shí)線所圍的邊坡區(qū)域是基于變形序列趨勢(shì)特性確定的危險(xiǎn)區(qū)范圍。根據(jù)上述方法就可以確定潛在的危險(xiǎn)區(qū)和相對(duì)安全區(qū)，從而為邊坡的重點(diǎn)監(jiān)測(cè)和滑坡防治提供科學(xué)依據(jù)。依據(jù)聚類分析方法，通過對(duì)布沼壩露天邊坡地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變形分析，可以得出如下結(jié)論。(1)隨著坡角的增大，邊坡危險(xiǎn)區(qū)域位移量伴隨著影響因素強(qiáng)度的增大而增大。如雨季，邊坡變形出現(xiàn)急劇加速，說明邊坡巖體變形與降雨強(qiáng)度直接相關(guān)。(2)通過聚類分析，結(jié)合邊坡工程地質(zhì)特點(diǎn)，確定本邊坡的西北角是個(gè)潛在滑坡體，這與實(shí)際變