關于地質滑坡變形監測方法的理論探究

摘要：現代建筑工程施工必須面對的現實是更為復雜多變的地質環境，由于很多地質環境的惡化，如地震、滑坡等各類地質災害發生的可能性越來越大，這無疑會給施工增加更大的難度。嚴重的地質災害問題遣成巨大的經濟損失，對于現場施工作業人員的生命財產安全也帶來了極大的威脅。該文針對地質滑坡變形的問題展開討論，并就地質滑坡變形監測的理論方法進一步深入透析。

關鍵詞：建筑工程 地質滑坡 變形監測 理論方法

地質變形監測，即是通過利用專門的測量儀器和科學的測量方法對建筑工程中變形體的變形問題進行有效監測，其主要任務在于確定因各種外部荷載作用于建筑體導致變形體形狀、大小及空間位置發生變化，這里既包括自然形成的，也包括認為原因所致。通常我們認為，變形監測是人通過變形現象來獲取科學認識、檢驗理論或假設的一種必要科學手段。以下內容將就這一方面內容展開深入淺出地分析并闡述歸納。

1 變形監測技術與方法的理論概述

在20世紀80年代初期，地質變形監測在當前主要還是依靠相對比較常規的近距離特殊的地面測量手段。比較常規的近距離地面測量則經常通過利用如經緯儀、水平儀、測距儀或全站儀等進行相關點位的地質變形測量，雖然比較普通，但其優勢則是能夠有效監測出測量對象的整體變形狀態，且同時可以適用于多種不同精度要求或不同類型的變形體變形監測任務，最終所取得的數據結果是絕對的。但是，不可避免的劣勢則在于依仗非常多的外業工作量，且在外業操作過程中多會受到如監測布設點受現場地形、地貌干擾多的問題，實則難以全自動化展開測量工作。而這里所說的特殊測量手段即是指涉及應變測量、準直測量或傾斜測量三種特殊情況的應用監測方法，由于這種監測手段的操作過程相對比較簡單，且能夠監測變形體的內部變形狀態，實現自動化監測相對較為容易些都是這種特殊監測手段突出的優勢。隨著近十年來我國科學生產技術水平的突飛猛進，對有關地質變形監測要求更為嚴格的同時，地質變形監測的技術手段也進一步得到了良好的發展。更為先進的數據采集儀器代代更新，無疑對推動地質變形監測的技術發展百利而無一害。如數字化的近景攝影技術、GPS技術、高自動化全站儀、三維激光掃描技術、激光跟蹤技術、激光雷達技術、關節式坐標測量以及Indoor GPS技術等。筆者就比較常用的幾種測量技術著以詳細的分析。

1.1 GPS技術

全球衛星空間定位技術的應用實則給世界測量工程技術帶來了一場具有十分意義的革命。我們都知道，國外一些發達國家從上個世紀八十年代初就已經開始應用GPS技術手段來進行有關地質變形的測量工作。近幾年來，我國在利用GPS技術來進行有關滑坡、大壩壩體變形、礦區地表沉陷問題以及地質形變監測等方面都做了非常多的工作。筆者認為，GPS技術在地質變形監測中的應用具有凸顯出以下幾方面的優勢：其一，大范圍內的測量精度比較高，且基線長度在10km以上時，GPS測量的相對精度可達到10^-6-10^-7的精度；其二，應用操作要明顯優于傳統的大地測量手段；其三，測量工作完全不會受到氣候條件的影響，全天候的觀測過程可以掌握全部在控的信息；其四，內業工作如記錄、計算和校核工作可全自動化完成，既保證了測量成果的客觀性和可靠性，同時也大大地降低了測量工作人員的勞務強度；其五，各個測量布設點之間無需完全通視，選擇布設點位也不受地形、地貌的干擾；其六，測量布設點位的三維空間坐標可以同步測定；其七，應用GPS技術所花費的建網費用僅僅是常規大地測量技術所需花費建網費用的1/3不到，經濟效益更優。

1.2 自動全站儀

在地質滑坡變形自動化監測方面，自動全站儀已經漸漸成為了一種首選的自動監測量技術儀器。通過利用這種自動化全站儀即可以對現場地質情況進行全方位的監測，一般可據根實地情況因地適宜地選擇以下兩種方式，即固定式全自動持續監測和移動式監測。固定式全自動化變形監測可實現全天候無人值守連續監測，明顯具有更為高效、更準確的工作特點。

1.3 三維激光掃描儀

三維激光掃描測距技術在我國已經發展了近二十年時間，但是對于更為新型的非接觸式三維激光掃描技術則僅僅在最近幾年來跟隨著自控控制技術水平的發展和提高而得到更為廣泛地推廣和應用空間，主要具有檢測均衡的特點。三維激光掃描儀的應用相信在未來一段時間內還會得到更為深入的拓展和應用。由于三維激光掃描技術可以在極短的時間內完成對實體形變發生前后表面監測布設點的三維空間坐標進行即時抓取，并最終以“點云”數據的形式被存儲于計算機數據庫中，從而快速實現了建立三維空間模型的過程，并有效提取點、線、面和體的基本制圖數據實現完整的“實景復制”。

2 GPS技術在滑坡變形監測中的應用

2.1 網點布設

監測網點布設由基準網和變形網兩個組成部分構成。在基準網點控制中，比較地質滑坡監測點不同時刻觀測量和首期觀測值之間的坐標差值，即可以判斷出地質滑坡體的穩定性。監測網點一般根據滑坡體的特點進行選擇，這些網點必需能反映出滑坡體的整體變形方向和量值，同時也需反映滑坡體的范圍變形速率。

2.2 數據采集

基準點的外業觀測通常是利用至少兩臺雙頻接收機，監測點則利用至少六臺單頻接收機。采用靜態相對的定位辦法在監測范圍內進行數據采集。觀測過程中，基準點的觀測分為三個時段，每個時段設定為4h，且在一個監測點要保證連續觀測2h，并即時采集需要的有效原始數據。

2.3 數據處理

在對GPS監測網點進行變形監測時，首先要采取強制對中措施來保證對中的精度在1mm以內，同時也要保證在高程方向上的監測精度，必要時可采用固定天線高的方法來避免天線高的測量偏差。而對地質滑坡體進行變形監測中，外業觀測質量合格僅僅能夠說明GPS監測布設網點沒有出現過大的粗差，監測網中是否還含有小誤差或異常值則需要通過計算網平差和相關的質量評價最終確定。需強調的一點事，單個GPS監測網只有通過以上兩方面的水平檢核，才能夠最終認為這項地質滑坡監測是合格的。而內業數據處理是在觀測過程完畢之后，利用TGO軟件進行詳細解算。

3 結語

該文闡述了當今變形監測主要應用的幾類有關技術。對于地質滑坡變形監測技術，重點以GPS技術在地質滑坡變形監測中的作為研究對象，詳盡闡述滑坡GPS監測網布設、數據采集和數據處理的工作程序，旨在能夠基于保證預測有效度，使得地質滑坡變形監測取得更好地預測效果提供一些理論方面的參考依據。