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水 利 学 报

２０２３年 ４月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５４卷 第 ４期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２３）０４ － ０４６１ － １３

阶跃型滑坡综合变形预测及监测预警方法研究

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袁 维 １，２，３ ，孙瑞峰 ，钟辉亚 ，焦海明 ，胡惠华 ，林 杭 ３
（１．中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，湖南 长沙 ４１００１４；２．石家庄铁道大学 土木工程学院，河北 石家庄 ０５００４３；
３．中南大学 资源与安全工程学院，湖南 长沙 ４１００１２；４．中铁十七局集团城市建设有限公司，贵州 贵阳 ５５００２９；
５．湖南省交通规划勘察设计院有限公司，湖南 长沙 ４１０２００）

摘要：大型库岸滑坡的长期变形在汛期降雨作用下呈现明显的周期性 “阶跃式” 陡增特征。针对阶跃型滑坡的变
形特征，本文提出了一种多源数据 “融合－ 预测－ 预警” 的三步式滑坡监测预警方法：（１）“融合”，即基于经验模
态分解法将多点位移监测数据分别分解为趋势项和周期项，采用加权值法分别融合不同监测点的趋势项和周期项
位移得到融合趋势项和融合周期项序列，并将两者叠加得到滑坡体的现状综合变形时间序列；（ ２）“预测”，即引
入 “一个预测周期” 概念，采用滑动多项式拟合法和随机森林算法分别对融合趋势项和融合周期项进行预测并叠
加得到滑坡体的预测综合变形时间序列；（ ３）“预警”，即基于斜率变点分析方法搜索综合变形曲线的 “稳定点”
和 “跃迁点”，确定稳定变形和加速变形区间的斜率，建立阶跃型滑坡的四级递进式分级预警模型，基于该预警
模型对滑坡现状进行预警。以向家坝水库某滑坡体自动化位移监测数据为研究对象，采用本文所提方法对该滑坡
进行了综合变形预测和监测预警，结果表明：综合变形时间序列可以整体反映滑坡的变形演化规律，且预测结果
可靠，根据分级预警模型判断此滑坡体当前处于稳定变形阶段（ Ⅰ级预警）。
关键词：阶跃型滑坡；变形预测；监测预警；数据融合；经验模态分解；灰色关联理论；随机森林算法；变点分
析方法
中图分类号：ＴＵ４５７
文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２２０３３９
１ 研究背景

我国是滑坡地质灾害频发的国家，据 “全国地质灾害通报（２０２０年）” 统计，２０２０年全国共发生
地质灾害 ７８４０起，其中滑坡 ４８１０起，占比 ６１．３５％ ［１］ 。滑坡体的变形破坏除了受自身地质条件控制
外，降雨亦是一个重要的外在诱发因素 ［２ － ３］ 。从 “累积位移 － 时间” 曲线形状来看，变形曲线在汛期
出现一个明显的变形增长陡坎，汛期结束后变形又恢复平稳，整个曲线表现出与降雨时间相对应的阶
梯状演化特征，此类型滑坡被称为降雨诱发阶跃型滑坡 ［４ － ５］ 。为了尽可能避免或降低该类型滑坡造成
的破坏和损失，学界围绕位移预测及监测预警方法开展了系列研究。
滑坡位移预测是滑坡预警系统中的重要组成部分，一般包含以下三个步骤：原始总位移分解、预
测模型的建立和预测结果的评价 ［６］ 。滑坡位移的产生与变化是坡体自身地质条件和外界诱发因素共同
作用的结果，因此，滑坡总位移可分解为趋势项位移（由坡体自身条件决定）和周期项位移（受降雨等
外在因素控制） ［７ － ８］ 。目前常用的位移分解方法主要有移动平均法、小波变换法、模态分解法（包含经
验模态分解、变分模态分解）等 ［９］ 。例如，杨背背等 ［８］ 以白水河滑坡 ＺＧ１１８监测点 近 １０年 的 ＧＰＳ

收稿日期：２０２２ － ０４ － ２９；网络首发日期：２０２３ － ０１ － ０３
网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｋｃｍｓ?ｄｅｔａｉｌ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２３０１０３．０９５０．００１．ｈｔｍｌ
基金项目：河北省重点研发计划项目（２２３７５４０２Ｄ）；河北省自然科学基金项目（Ｅ２０２１２１００４１）；国家自然科学基金项目（１１９０２２０８）；
湖南省自然科学基金项目（ ２０２２ＪＪ３０６４１）；湖南省交通运输科技进步与创新计划项目（２０２１２０）
作者简介：袁维（ １９８６ － ），博士，副教授，主要从事工程地质灾害安全防控研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｙｕａｎｗｅｉｓｕｐｅｒ００１＠１２６．ｃｏｍ
通讯作者：胡惠华（１９６５ － ），本科，正高级工程师，主要从事交通工程勘察设计研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｈｕｈｕｉｈｕａ＿ｈｎｊｔ＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ

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