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我国地质灾害频发，每年由于各种地质灾害造成大量基础设施破坏和生命财产损失。山区公路的实践表明，地质灾害监测与预警已成为山区公路建设和运营期防灾减灾工作中迫切需要解决的关键问题之一。本文以湖南湘西山区高速公路为依托，借鉴自动化监测与信息科学的相关先进技术，建立了山区公路边坡地质灾害远程监测系统，以变形和降雨量为主要变量，研究了单体边坡变形预测预警方法和基于有效降雨量的地质灾害区域预警模型，在此基础上开发了融地质灾害监测信息数据库、边坡地质结构三维可视化、边坡地质灾害多层次预测预警和监测预警信息多元发布为一体的多目标、多任务的边坡地质灾害信息管理与决策支持系统，并在工程中得到了应用。本文主要研究工作和结论如下：
(1)针对山区公路边坡沿公路呈点状分布、间隔距离长、规模相对较小的特点，确立了以变形和降雨量为主的监测原则，以触发式位移计、容栅式雨量计为主要监测单元、短距离传讯器和GPRS模块为无线传输单元、太阳能系统为供电单元，开展了远程监测系统的总体设计；采用精密触发式变形监测技术、高精度雨量监测技术、局域与远程无线传输技术、高效稳定供电技术等关键技术方法，建立了经济、自动、精确、高效的边坡远程监测硬件系统；采用Visual C++网络通信编程技术，开发了地质灾害远程监测系统控制软件，实现了数据实时接收存储和多用户组网通信，在武汉和长沙建立了远程监控中心；通过在常吉公路的安装运行验证了远程监测系统的有效性，为系统进一步集成和推广应用奠定了基础。
(2)通过广泛收集地质灾害和气象监测资料，统计分析了地质灾害的成因及时空分布规律。详细调查了湖南省内89个降雨诱发滑坡的基本资料及灾害发生前15d内的日降雨量信息，分析了滑坡发生与降雨特征的关系，指出连续性的小雨和中雨是降雨型滑坡发生的基础，大雨和暴雨是主要的诱发因素，应采用有效降雨量作为滑坡区域预警指标。采用饱和与非饱和渗流有限元方法对研究区域内典型滑坡进行了降雨入渗模拟，结合极限平衡法研究了降雨强度、降雨持时和降雨类型对边坡渗流和稳定性的影响，以及降雨影响的时间效应，提出了更符合该区域典型坡体结构降雨入渗规律的改进的有效降雨量模型。基于历史统计的滑坡发生概率曲线，建立了有效降雨量区域预警模型。
(3)针对公路边坡变形破坏模式复杂多样的特点，研究了非线性最小二乘模型、神经网络模型、时间序列模型、灰色模型和Verhulst反函数模型的适用性，建立了边坡变形预测模型库；针对降雨型滑坡的变形特征提出灰色-时间序列组合预测方法，并通过典型历史滑坡的变形预测对模型进行了验证，为决策支持系统中的变形跟踪预测建立理论基础；运用加卸载响应比理论，以一周为加卸载周期，将日降雨量及其变化量作为边坡的加卸载参数，相应的日平均变形速率及其变化值为加卸载响应参数，从而建立基于变形加卸载响应比的降雨型滑坡短周期预警模型，由此形成单体边坡变形预测预警方法。
(4)基于三维GIS平台，结合Web Service技术和GSM网络技术，集成开发了多目标、多任务的边坡地质灾害信息管理与决策支持系统，建立了地质灾害监测信息数据库，实现了监测信息的实时查询分析、公路边坡三维建模及可视化、变形跟踪预测分析、雨量实时预警和地质灾害监测预警信息的多元发布等功能，为地质灾害的防灾减灾提供了高效的信息管理与决策支持平台。
(5)以湖南娄新公路边坡地质灾害监测预警为例，基于沿线边坡地质灾害辨识评价结果，选择了典型滑坡分析其成因并建立远程监测系统，实时监测滑坡的变形和雨量信息，捕捉了滑坡体局部变形破坏的过程，揭示了滑坡失稳的时空演化规律；同时采用单体边坡变形预测模型、加卸载响应比分析和有效降雨量区域预警模型进行了综合预测预警，正确判断了滑坡所处的变形演化阶段，预测了滑坡变形趋势，及时发布了区域预警信息，有效验证了该系统的科学性和时效性，为边坡地质灾害防灾减灾提供了新的手段和方法。