摘 要：為有效掌握高陡巖質(zhì)邊坡的防治等級(jí)，結(jié)合邊坡現(xiàn)狀特征，以邊坡變形數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在開展變形數(shù)據(jù)去噪分解處理基礎(chǔ)上，通過(guò)位移判據(jù)、速率判據(jù)進(jìn)行邊坡防治等級(jí)的綜合劃分。結(jié)果表明，在邊坡防治等級(jí)劃分過(guò)程中，二類判據(jù)的評(píng)價(jià)結(jié)果存在一定差異，按不利原則，建議強(qiáng)變形區(qū)及其附近周邊按Ⅳ級(jí)進(jìn)行防治，其余位置可按Ⅱ級(jí)～Ⅲ級(jí)進(jìn)行防治。結(jié)合邊坡防治等級(jí)分析結(jié)果，得出需重點(diǎn)開展強(qiáng)變形區(qū)及其附近周邊的防治處理，待其治理穩(wěn)定后再進(jìn)行后續(xù)施工，其余位置可在適當(dāng)防治或加強(qiáng)監(jiān)測(cè)頻率基礎(chǔ)上進(jìn)行施工，以期為工程施工奠定理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：圖像處理技術(shù)；智慧公路；圖像增強(qiáng)；圖像校正；異常目標(biāo)檢測(cè)

中圖分類號(hào)：TP317.4；O347"""""""""""""""""""""" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A""""""""""""""""""""" 文章編號(hào)：1001-5922（2024）07-0161-04

Classification method of prevention and control levels

for high and steep rock slopes

LI Ruipeng

（The Fourth Geological Exploration Institute Co.，Ltd.，Zhengzhou 450000，China）

Abstract： In order to effectively grasp the prevention and control level of high and steep rock slopes， combined with the current characteristics of slopes， based on slope deformation data， and on the basis of carrying out deformation data denoising and decomposition processing， the comprehensive classification of slope prevention and control levels was carried out through displacement and rate criteria. The analysis results showed that there was a certain difference in the evaluation results of the two criteria in the classification of slope prevention and control levels. According to the unfavorable principle， it was recommended to prevent and control the strong deformation area and its surrounding areas according to level IV， while other locations could be prevented and controlled according to level II?III. Combined with the results of the" slope prevention and control levels， it was concluded that it was necessary to focus on the prevention and control of strong deformation areas and their surrounding areas. Subsequent construction could only be carried out after their treatment was stable. Other locations could be constructed on the basis of appropriate prevention and control or strengthened monitoring frequency， in order to lay a theoretical basis for engineering construction.

Key words： rock slope；denoising decomposition；displacement criterion；rate criterion

一般來(lái)說(shuō)，邊坡變形可作為其穩(wěn)定性反映依據(jù)之一，進(jìn)而從變形角度構(gòu)建邊坡防治等級(jí)劃分是可行的。在邊坡變形監(jiān)測(cè)過(guò)程中，受多種不確定因素影響，變形數(shù)據(jù)中會(huì)含有一定的噪聲信息［1］，為保證分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，先開展邊坡變形數(shù)據(jù)的去噪分解處理是十分必要的。同時(shí)，在巖土變形領(lǐng)域，一般通過(guò)累計(jì)變形和變形速率構(gòu)建預(yù)警體系，因此，從此2方面入手，構(gòu)建位移判據(jù)、速率判據(jù)開展邊坡防治等級(jí)劃分，以期為工程實(shí)際奠定一定理論基礎(chǔ)。

1"" 基本原理與模型構(gòu)建

以高陡巖質(zhì)邊坡為工程背景，結(jié)合邊坡變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，在進(jìn)行去噪處理基礎(chǔ)上，通過(guò)位移判據(jù)、速率判據(jù)開展邊坡防治等級(jí)劃分，作為邊坡防治處理的理論補(bǔ)充。

考慮到邊坡變形是其穩(wěn)定狀態(tài)的直觀體現(xiàn)，因此，以其為基礎(chǔ)開展邊坡防治等級(jí)劃分亦是可行的。在邊坡防治等級(jí)劃分過(guò)程中，考慮到監(jiān)測(cè)過(guò)程可能存在不確定因素影響，致使其變形數(shù)據(jù)含有一定噪聲信息，為保證邊坡變形數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，有必要先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪處理。累計(jì)變形、變形速率均可作為巖土變形領(lǐng)域的預(yù)警指標(biāo)［2］，因此，將邊坡防治等級(jí)劃分判據(jù)確定為位移判據(jù)和速率判據(jù)。

1.1"" 去噪分解模型

由于經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解（EMD）的數(shù)據(jù)分解能力較強(qiáng)，提出以其為基礎(chǔ)，構(gòu)建邊坡變形數(shù)據(jù)的去噪分解模型；據(jù)EMD原理，將其分解函數(shù)表示為：

[yt=i=1mct-i+εt-m]""""""""""""""""""" （1）

式中：[ct-i]為固態(tài)變形量，代表邊坡變形的真實(shí)分量；m為固態(tài)變形量的個(gè)數(shù)；[εt-m]為噪聲余量，代表邊坡變形的噪聲分量。

據(jù)EMD使用經(jīng)驗(yàn)，其應(yīng)用過(guò)程仍存在一定不足，如式（1）處理過(guò)程易出現(xiàn)模態(tài)混疊問(wèn)題和固態(tài)變形量的累積問(wèn)題。為克服模態(tài)混疊問(wèn)題，提出將白噪聲添加至邊坡變形數(shù)據(jù)中，構(gòu)建出集合經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解，即構(gòu)建互補(bǔ)式集合經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解［3］；顧及固態(tài)變形量可能存在的累積問(wèn)題，再進(jìn)一步提出通過(guò)固態(tài)變形量的頻率、幅值參數(shù)重構(gòu)來(lái)提升去噪分解效果，即構(gòu)建出改良的互補(bǔ)式集合經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)（MCE-EMD）。

結(jié)合文獻(xiàn)［14］～文獻(xiàn)［16］，提出利用降噪誤差比（dnSNR）作為去噪分解效果評(píng)價(jià)指標(biāo)：

[dnSNR=10×lg（PsPg）]""""""""""""""""""""""" （2）

式中：[Ps]為原始變形序列的功率；[Pg]為去噪處理后變形序列的功率。一般來(lái)說(shuō)，dnSNR值越小，說(shuō)明變形需的去噪分解效果越優(yōu)。

通過(guò)MCE-EMD將邊坡變形數(shù)據(jù)分解為真實(shí)分量和噪聲分量，并將對(duì)應(yīng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的真實(shí)分量作為后續(xù)位移判據(jù)、速率判據(jù)的數(shù)據(jù)來(lái)源。

1.2"" 位移判據(jù)模型

若邊坡累計(jì)變形越大，其對(duì)應(yīng)穩(wěn)定性相對(duì)越弱，且其現(xiàn)有變形值越近接極限變形值，那么其失穩(wěn)可能越大，因此，可提出以現(xiàn)有變形值和極限變形值構(gòu)建位移判據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)（Fr）：

[Fr=St/Sc]""""""""""""""""""""""""""""""""" （3）

式中：[St]為現(xiàn)有變形值；[Sc]為極限變形值。

據(jù)式（3）構(gòu)建原理，[Fr]值越大，其對(duì)應(yīng)穩(wěn)定性相對(duì)越差，對(duì)應(yīng)防治等級(jí)應(yīng)越高，且欲計(jì)算得到[Fr]值，需先計(jì)算極限變形值[Sc]。結(jié)合相關(guān)研究成果，雙曲線模型可作為[Sc]值的求解方法［7］，其計(jì)算公式為：

[yl=t/（a+bt）]""""""""""""""""""""""""""" （4）

式中：[yl]為變形擬合值；t為時(shí)間參數(shù)；a、b為擬合常數(shù)。

當(dāng)時(shí)間參數(shù)t趨近于無(wú)窮大時(shí)，[yl]趨近于極值1/b，其即為[Sc]值。

1.3"" 速率判據(jù)模型

在速率判據(jù)構(gòu)建過(guò)程中，若變形速率后續(xù)具減小趨勢(shì)，那么其變形后續(xù)趨于穩(wěn)定，其對(duì)應(yīng)邊坡穩(wěn)定性會(huì)維持現(xiàn)狀，甚至趨于有利；反之，若變形速率后續(xù)具增加趨勢(shì)，其防治等級(jí)應(yīng)越高。

一般來(lái)說(shuō)，邊坡變形速率具減小、波動(dòng)性強(qiáng)等特征，難以通過(guò)預(yù)測(cè)或極限值等手段進(jìn)行判據(jù)構(gòu)建；由于非趨勢(shì)波動(dòng)分析方法（DFA）能有效評(píng)價(jià)變形序列的發(fā)展趨勢(shì)。因此，可通過(guò)其構(gòu)建速率判據(jù)。

據(jù)原理可計(jì)算得到標(biāo)度指數(shù)（a），并通過(guò)標(biāo)度指數(shù)即可評(píng)價(jià)邊坡變形速率的發(fā)展趨勢(shì)［8?9］，判據(jù)為：

（1）若a值小于0.5，邊坡變形速率具減小趨勢(shì)；

（2）若a值等于0.5，無(wú)法判斷邊坡變形速率的發(fā)展趨勢(shì)；

（3）若a值大于0.5，邊坡變形速率具增加趨勢(shì)。

當(dāng)a值與0.5間的距離值d越大，其變形趨勢(shì)程度越強(qiáng)，即可以d值開展邊坡變形速率的趨勢(shì)等級(jí)劃分，其劃分依據(jù)見(jiàn)表1。

1.4"" 邊坡等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

結(jié)合評(píng)價(jià)指標(biāo)Fr和評(píng)價(jià)指標(biāo)a將邊坡防治等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定如表2所示。

2"" 實(shí)例分析

邊坡平面近似呈“扇形”形態(tài)，發(fā)育邊界主要為邊坡開挖范圍，縱向長(zhǎng)度約140 m，橫向?qū)挾冉橛?0～210 m，平面面積約16 000 m2。

為定量掌握邊坡變形特征，在邊坡上布設(shè)了9個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，其中，5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)用于監(jiān)測(cè)邊坡邊界周邊的變形特征；4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)用于監(jiān)測(cè)強(qiáng)變形區(qū)的變形特征。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，得到9個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的累計(jì)變形量如表3所示。

由表3可知， 邊坡周邊變形值為6.19～10.25 mm，平均值為8.20 mm；強(qiáng)變形區(qū)變形值為13.28 ～18.15 mm，平均值為15.63 mm。對(duì)比而言，強(qiáng)變形明顯大于邊坡周邊變形。

3"" 變形防治等級(jí)劃分結(jié)果與討論

3.1"" 數(shù)據(jù)去噪分解結(jié)果

對(duì)9個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變形數(shù)據(jù)均進(jìn)行去噪分解處理，考慮到MCE-EMD具多階段優(yōu)化處理特征，因此，提出對(duì)EMD、E-EMD、CE-EMD及MCE-EMD均進(jìn)行去噪分解處理，得其dnSNR值依次為35.88、28.62、24.85及21.37，具逐步減小趨勢(shì)，證明通過(guò)多階段優(yōu)化處理能有效提高去噪分解效果。說(shuō)明MCE-EMD能滿足邊坡數(shù)據(jù)處理。

3.2"" 防治等級(jí)劃分結(jié)果

在邊坡變形數(shù)據(jù)去噪分解處理基礎(chǔ)上，以其真實(shí)分量作為防治等級(jí)劃分的數(shù)據(jù)來(lái)源，并以位移判據(jù)和速率判據(jù)進(jìn)行邊坡防治等級(jí)劃分。

3.2.1"" 位移判據(jù)的結(jié)果

經(jīng)計(jì)算統(tǒng)計(jì)，得到位移判據(jù)的結(jié)果如表4所示。

由表4可知，在位移判據(jù)計(jì)算過(guò)程中，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的擬合度均較接近于1，說(shuō)明其擬合過(guò)程較優(yōu)，求得的極限變形值具有較高的可信度。且各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的極限變形值存在不同，側(cè)面也驗(yàn)證了位移判據(jù)構(gòu)建思路的合理性。結(jié)合現(xiàn)有變形值，計(jì)算得到邊坡周邊監(jiān)測(cè)點(diǎn)的Fr值介于0.724～0.913，平均值為0.814，防治等級(jí)為Ⅱ～Ⅳ級(jí)；強(qiáng)變形區(qū)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的Fr值介于0.892～0.952，平均值為0.925，防治等級(jí)為Ⅲ～Ⅳ級(jí)。

按照Fr值計(jì)算結(jié)果，將位移判據(jù)條件下的防治必要性排序由強(qiáng)至弱排序依次為：JC6、JC12、JC10、JC3、JC13、JC4、JC2、JC14、JC15。

3.2.2"" 速率判據(jù)的結(jié)果

利用DFA計(jì)算得到各監(jiān)測(cè)點(diǎn)在速率判據(jù)條件下的結(jié)果如表5所示。

由表5可知，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)R值變化為0.929～0.967，也較接近于1，說(shuō)明a指數(shù)的計(jì)算結(jié)果具有較高的可信度；在相關(guān)性評(píng)價(jià)方面，J14和J15監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變形速率具負(fù)相關(guān)特征，其余監(jiān)測(cè)點(diǎn)均具正相關(guān)特征。根據(jù)a指數(shù)判定，邊坡周邊監(jiān)測(cè)點(diǎn)的趨勢(shì)等級(jí)為1級(jí)，其中，J14和J15監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變形速率還具較小趨勢(shì)，即其防治等級(jí)為Ⅰ～Ⅱ級(jí)；強(qiáng)變形區(qū)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的趨勢(shì)等級(jí)介于1～3級(jí)，其防治等級(jí)為Ⅱ～Ⅳ級(jí)。

按照a指數(shù)計(jì)算結(jié)果，將速率判據(jù)條件下的防治必要性排序由強(qiáng)至弱排序依次為：JC10、JC13、JC6、JC12、JC4、JC3、JC2、JC15、JC14。

3.2.3"" 防治等級(jí)綜合評(píng)價(jià)

以位移判據(jù)結(jié)果和速率判據(jù)結(jié)果開展邊坡防治等級(jí)綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果見(jiàn)表6。

由表6可知，對(duì)比而言，強(qiáng)變形區(qū)的防治等級(jí)明顯更高，也是與前述現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查成果一致；在相應(yīng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)處，JC10監(jiān)測(cè)點(diǎn)在2類判據(jù)條件下的防治等級(jí)一致，J13監(jiān)測(cè)點(diǎn)速率判據(jù)的防治等級(jí)相對(duì)更高，其余監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移判據(jù)的防治等級(jí)均是大于速率判據(jù)的防治等級(jí)。因此，一般來(lái)說(shuō)，位移判據(jù)的防治等級(jí)一般略高。

綜上，邊坡周邊防治等級(jí)介于Ⅱ～Ⅳ級(jí)，強(qiáng)變形區(qū)防治等級(jí)為Ⅳ級(jí)，且結(jié)合監(jiān)測(cè)點(diǎn)所處位移，建議強(qiáng)變形區(qū)及其附近周邊按Ⅳ級(jí)進(jìn)行防治，其余位置可按Ⅱ～Ⅲ級(jí)進(jìn)行防治。

4"" 結(jié)語(yǔ)

（1）邊坡現(xiàn)狀較為陡峻，其量化變形值雖較小，但鑒于其屬巖質(zhì)邊坡，其變形量對(duì)邊坡威脅性已較高，加之地表變形變形特征顯著，因此，開展邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)及防治等級(jí)劃分顯得格外重要；

（2）在邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)結(jié)果中，邊坡不同位置處的穩(wěn)定性差異明顯，局部具較優(yōu)的穩(wěn)定性，但局部亦存在較大的失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)，主要表現(xiàn)為強(qiáng)變形區(qū)具較弱的穩(wěn)定性；

（3）2類判據(jù)在邊坡防治等級(jí)評(píng)價(jià)中的效果存在一定差異，按不利原則，建議強(qiáng)變形區(qū)及其附近周邊按Ⅳ級(jí)進(jìn)行防治，其余位置可按Ⅱ～Ⅲ級(jí)進(jìn)行防治，即需重點(diǎn)開展強(qiáng)變形區(qū)及其附近周邊的防治處理。

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