滑坡位移分析中數(shù)據(jù)預(yù)處理的運(yùn)用研究

白德貴，韓 文

（1.重慶市勘測(cè)院，重慶 400020；2.上海勘察設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司重慶分公司，重慶 401120）

0 引言

我國(guó)幅員遼闊，地質(zhì)條件十分復(fù)雜，為了對(duì)滑坡的位移進(jìn)行實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)掌握和監(jiān)測(cè)，就需要對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，保證滑坡位移的變化時(shí)刻處于相關(guān)管理工作者的控制范圍之內(nèi)。其中滑坡監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)是對(duì)滑坡穩(wěn)定性分析的最基本的資料。在對(duì)滑坡進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)時(shí)，從數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中所提取的數(shù)據(jù)不可避免會(huì)出現(xiàn)一定的誤差，而滑坡的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)投入到變形模型中進(jìn)行分析時(shí)，往往會(huì)造成遇想不到的錯(cuò)誤。在巖土工程當(dāng)中數(shù)據(jù)預(yù)處理的起步比較晚，而且使用的范圍也比較局限，所以為了更好地完善和提升巖土工程質(zhì)量水平，需要對(duì)數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)體系以及相關(guān)理論方法進(jìn)行深刻的理解和掌握，使其廣泛應(yīng)用到對(duì)滑坡的位移相關(guān)分析工作過(guò)程中。大量的研究發(fā)現(xiàn)，滑坡位移量的突變往往都是由于外界的影響因素變化。正因如此，本文將以某預(yù)警示范站崩滑體的外界影響因素位移，庫(kù)水位變化以及降雨等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，對(duì)滑坡的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)體系進(jìn)行分析，對(duì)理論方法進(jìn)行探討。在獲得有效數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)之上，實(shí)現(xiàn)對(duì)滑坡，位移相關(guān)分析的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，來(lái)確保工程的安全性和正常進(jìn)行。

1 滑坡位移分析過(guò)程中的數(shù)據(jù)預(yù)處理的具體應(yīng)用分析

在對(duì)滑坡位移進(jìn)行相關(guān)分析工作過(guò)程當(dāng)中的數(shù)據(jù)預(yù)處理的方法實(shí)際上有很多，而本文就實(shí)際工程的特點(diǎn)對(duì)滑坡監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)，并對(duì)其相關(guān)數(shù)據(jù)分別進(jìn)行剔除，等距化以及平滑處理。在處理的過(guò)程當(dāng)中需要注意的是，要確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)剔除過(guò)程當(dāng)中，結(jié)合實(shí)際并謹(jǐn)慎地分析和甄別，如圖1所示。

1.1 滑坡數(shù)據(jù)的剔除處理分析

在對(duì)滑坡位移進(jìn)行實(shí)際分析的過(guò)程當(dāng)中，絕大多數(shù)的情況下其數(shù)據(jù)會(huì)受滑坡的外界觀測(cè)因素影響，導(dǎo)致實(shí)際收集的數(shù)據(jù)和信息存在一些異常或者突變的情況，最終造成數(shù)據(jù)分析的誤差容易發(fā)生安全事故。所以需要對(duì)監(jiān)測(cè)收集到的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除處理，以免發(fā)生安全事故。在進(jìn)行剔除處理的過(guò)程當(dāng)中，通常情況下會(huì)采用肖維納檢驗(yàn)、t檢驗(yàn)及拉依達(dá)檢驗(yàn)的方式來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)剔除。在進(jìn)行數(shù)據(jù)提出處理的過(guò)程當(dāng)中，要注意的是在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)時(shí)，其異常數(shù)據(jù)除了會(huì)因?yàn)楸O(jiān)測(cè)儀器的故障產(chǎn)生之外，還有其他因素可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)異常。比如地質(zhì)災(zāi)害體的變形階段，以及突變都會(huì)對(duì)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)帶來(lái)巨大的影響和變化，所以相關(guān)管理工作者在進(jìn)行數(shù)據(jù)剔除處理的過(guò)程當(dāng)中，要對(duì)這些因素加以重視。并根據(jù)實(shí)際狀況進(jìn)行具體的分析，在進(jìn)行數(shù)據(jù)剔除的過(guò)程中，要對(duì)工程實(shí)際情況進(jìn)行結(jié)合，嚴(yán)格分析和甄別。所提出的數(shù)據(jù)僅僅局限于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)故障所導(dǎo)致的數(shù)據(jù)異常，從而避免一些重要的數(shù)據(jù)被剔除，影響后續(xù)的工程進(jìn)行。

圖1 滑體監(jiān)測(cè)平面

1.2 滑坡數(shù)據(jù)的平滑處理分析

在進(jìn)行數(shù)據(jù)平滑處理過(guò)程當(dāng)中，可以發(fā)現(xiàn)所監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)會(huì)受到不同程度的干擾。之所以要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理，是因?yàn)楸O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)會(huì)呈現(xiàn)出“鋸齒形”，這種形狀對(duì)于滑坡位移實(shí)際分析工作來(lái)說(shuō)具有一定的影響，所以要對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理，使坡度較陡的數(shù)據(jù)散點(diǎn)曲線趨向平滑的趨勢(shì)，從而能夠?qū)τ^測(cè)量之間的相關(guān)度進(jìn)行提高。有利于滑坡位移數(shù)據(jù)的實(shí)際分析，在進(jìn)行數(shù)據(jù)平滑處理的過(guò)程當(dāng)中，可以使用的方法分別為正交多項(xiàng)式算法以及分段多項(xiàng)式算法。其中的正交多項(xiàng)式算法和分段多項(xiàng)式算法上來(lái)比較，前者平滑的效果要差一些，但是正交多項(xiàng)式算法更能夠反映出原始狀態(tài)的鋸齒型數(shù)據(jù)的實(shí)際變化趨勢(shì)。由于所監(jiān)測(cè)的滑坡具有一定的突變性，完全平滑掉突變點(diǎn)也可能會(huì)丟失一些重要的信息。所以正交多項(xiàng)式算法和分段式算法，兩者要根據(jù)實(shí)際的情況進(jìn)行綜合的應(yīng)用，從而使數(shù)據(jù)平滑處理的質(zhì)量水平得到保證。

1.3 滑坡數(shù)據(jù)的等距化處理分析

需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行等距化處理的原因主要在于在對(duì)滑坡位移進(jìn)行實(shí)際的監(jiān)測(cè)工作過(guò)程當(dāng)中，會(huì)由于諸多的因素導(dǎo)致在滑坡監(jiān)測(cè)實(shí)施過(guò)程當(dāng)中會(huì)使監(jiān)測(cè)資料出現(xiàn)不等時(shí)距的變化。為了避免數(shù)據(jù)不等時(shí)距所造成的安全隱患，所以要對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整體的等距化處理，從而有助于下一步的具體分析和工程的進(jìn)行。在對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行等距化處理的過(guò)程當(dāng)中，相關(guān)工作者可以使用逆函數(shù)，三次樣條函數(shù)以及S型曲線等方法來(lái)進(jìn)行。但是這些方法之間會(huì)有一定的區(qū)別，要根據(jù)實(shí)際情況綜合的應(yīng)用，從而使等距化的效果達(dá)到最佳，其中，逆函數(shù)以及S型曲線往往都比較適用于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)樣本較小的工作過(guò)程中。在對(duì)滑坡位移分析時(shí)，其監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如果規(guī)模較大屬于大樣本數(shù)據(jù)，則需要采取三次樣條函數(shù)來(lái)對(duì)其進(jìn)行等距化才能使等距的效果達(dá)到最佳。

2 GPS在滑坡位移監(jiān)測(cè)過(guò)程中的應(yīng)用概述

2.1 滑坡監(jiān)測(cè)變形誤差橢圓

若在監(jiān)測(cè)過(guò)程當(dāng)中的Ⅰ、Ⅱ兩次監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果當(dāng)中出現(xiàn)了其中一個(gè)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)，其協(xié)方差的表達(dá)式為：

坐標(biāo)差的協(xié)方差計(jì)算表達(dá)式為：

得到以上數(shù)據(jù)后，可以將變形量的誤差橢圓利用以下相關(guān)元素進(jìn)行計(jì)算：

如果置信水平處于α=95%，其相應(yīng)的變形量的置信誤差橢圓參數(shù)為c=2.446，而半徑比會(huì)根據(jù)以上計(jì)算的數(shù)據(jù)得到的變形誤差橢圓大2.446倍。在監(jiān)測(cè)過(guò)程當(dāng)中如果發(fā)現(xiàn)其變形量不在誤差橢圓的范圍之內(nèi)那么將確定其實(shí)際變形量在置信水平α=95%的條件下十分明顯。可以認(rèn)為在對(duì)滑坡進(jìn)行變形量分析時(shí)，置信誤差的分析和判斷是一個(gè)十分有效的方法，也是一項(xiàng)具有顯著直觀性的方法。

2.2 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

在對(duì)滑坡的位移分析時(shí)，其變形量監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水平以及高程方向的位移量的分析十分重要。在對(duì)本案例進(jìn)行GPS的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換工作過(guò)程當(dāng)中可以選取測(cè)站點(diǎn)北方向（Ns）、東方向（Es）和法線方向（Us）的位移量作為變形分析量。其計(jì)算公式為：

2.3 GPS變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)在統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)之下的平差

在對(duì)滑坡的位移分析過(guò)程當(dāng)中，各個(gè)時(shí)期的GPS監(jiān)測(cè)相關(guān)數(shù)據(jù)信息需要進(jìn)行全面系統(tǒng)的整理分析，并保證分析結(jié)論的準(zhǔn)確性。所以在數(shù)據(jù)分析過(guò)程中要確保GPS的變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)在統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)下平差，對(duì)剔除各個(gè)時(shí)期的數(shù)據(jù)進(jìn)行粗差之后再使用統(tǒng)一的軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而保證其統(tǒng)一性。最后將在統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)下得到的平差，將各個(gè)時(shí)期得到的變形監(jiān)測(cè)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合回歸到統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)語(yǔ)

在對(duì)滑坡位移進(jìn)行分析的過(guò)程當(dāng)中，對(duì)其監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理是十分重要的。在對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理的過(guò)程當(dāng)中要分別進(jìn)行數(shù)據(jù)剔除處理，數(shù)據(jù)平滑處理以及數(shù)據(jù)等距化處理。但在數(shù)據(jù)處理的過(guò)程當(dāng)中，需要注意的是實(shí)際工程的具體情況與分析過(guò)程相結(jié)合，靈活處理并注意分析甄別。影響滑坡的外因素大致分為降雨量庫(kù)水位變化等，而這些因素對(duì)滑坡的位移影響都有比較明顯的滯后性，降雨量對(duì)滑坡位移的影響呈正相關(guān)，而庫(kù)水位對(duì)滑坡位移的影響呈負(fù)相關(guān)，要明確對(duì)滑坡位移造成影響的外界因素，并對(duì)這些因素進(jìn)行具體分析。