滑坡監(jiān)測技術(shù)方法研究

李曉鴿 李東霖

西北勘測設(shè)計研究院有限公司

滑坡監(jiān)測技術(shù)方法研究

李曉鴿 李東霖

西北勘測設(shè)計研究院有限公司

我國地域遼闊、氣候環(huán)境多樣化是世界上地質(zhì)災(zāi)害最嚴(yán)重的國家之一，根據(jù)國土資源部統(tǒng)計，崩塌、滑坡和泥石流的分布范圍占國土陸地面積的44.8%，其中滑坡災(zāi)害是我國主要的地質(zhì)災(zāi)害類型。滑坡具有數(shù)量大、分布廣、發(fā)生頻繁、緩慢性和隱蔽性等特點(diǎn)，一旦發(fā)生除了直接導(dǎo)致災(zāi)害外，還可造成諸多次生災(zāi)害，如中斷交通，阻塞河道，摧毀廠礦，淹沒村莊，造成人員傷亡和巨大的經(jīng)濟(jì)損失，同時能夠產(chǎn)生重大的政治和社會影響。因此，需要應(yīng)用強(qiáng)有力的監(jiān)測和治理手段，防治滑坡現(xiàn)象的發(fā)生，本文重點(diǎn)研究滑坡監(jiān)測技術(shù)方法。

滑坡；監(jiān)測技術(shù)；方法

滑坡位移監(jiān)測是通過儀器或裝置探測滑坡巖體或土體移動的規(guī)律，得到滑坡穩(wěn)定性分析的基礎(chǔ)資料，預(yù)報滑坡。依據(jù)觀測資料了解和掌握滑坡的形態(tài)、規(guī)模和發(fā)展趨勢，采取相應(yīng)的處理措施實現(xiàn)對管道沿線重點(diǎn)地段崩滑災(zāi)害的監(jiān)測，從而確保管道的安全運(yùn)行。

1 滑坡位移監(jiān)測

1.1 監(jiān)測周期的確定

滑坡的形成是一個由微小變形到宏觀變形，最后形成土體整體滑動的累積性變形過程。這一過程可能是連續(xù)性的，也可能是間接性或突發(fā)性的，一般可將其分為緩慢變形、變形發(fā)展、變形加劇和急劇變形4個階段。監(jiān)測周期的確定取決于檢測準(zhǔn)確度、變形速度以及實際情況與需要。最小觀測周期的原則是2次檢測結(jié)果的差值應(yīng)體現(xiàn)邊坡的移動，即邊坡的位移量大于2倍位移觀測中誤差。

1.2 深部位移監(jiān)測

地下深部位移監(jiān)測可準(zhǔn)確掌握正在活動的滑坡面的位置、位移速率、滑坡帶的數(shù)目以及滑坡體隨深度的位移變化情況，為滑坡的穩(wěn)定性評價、預(yù)測預(yù)報以及防治工程設(shè)計提供第一手資料。此外，山體滑坡在多數(shù)情況下為非整體性移動，位移首先出現(xiàn)在內(nèi)部，逐漸向上傳遞至地表。因此通過深部位移監(jiān)測對滑坡的穩(wěn)定性評價和早期預(yù)報具有實際意義。

地下深部位移監(jiān)測包括水平位移的鉆孔測斜儀法和測鉆孔軸向位移的多點(diǎn)位移計法，對邊坡和滑坡及其不同階段都可適用。對于有條件的大型邊坡和重大滑坡，大地測量和鉆孔深部位移測量可以同時采用，對于一般的邊坡和滑坡也可擇一進(jìn)行監(jiān)測。深部位移監(jiān)測可以及時發(fā)現(xiàn)滑動面的出現(xiàn)，確定其位置并監(jiān)視其變化、發(fā)展。

2 GPS快速定位技術(shù)

2.1 GPS-RTK技術(shù)

GPS-RTK技術(shù)的工作原理是，用戶站一方面接收來自基準(zhǔn)站的GPS衛(wèi)星數(shù)據(jù)，另一方面接收來自基準(zhǔn)站的站坐標(biāo)以及無線電觀測數(shù)據(jù)，通過對兩組數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行對比處理，能夠?qū)⑷S坐標(biāo)信息提供給用戶，并且數(shù)據(jù)的精度能夠達(dá)到厘米級。

2.2 GPS單歷元定位技術(shù)

GPS單歷元定位技術(shù)又被稱為單時刻定位技術(shù)，它是指在觀測某一個時點(diǎn)的GPS數(shù)據(jù)后，立即將變形量或者三維坐標(biāo)信息輸出給用戶。該技術(shù)具有采樣頻率高(能夠達(dá)到秒級)、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)(GPS信號中斷頻繁、衛(wèi)星服務(wù)少等)等優(yōu)點(diǎn)，因而在工程變形監(jiān)測中應(yīng)用較為廣泛。

2.3 GPS實時精密單點(diǎn)定位技術(shù)

與GPS單歷元定位技術(shù)類似，GPS實時精密單點(diǎn)定位技術(shù)的工作原理相同，所運(yùn)用的模型也相同。區(qū)別在于：后者數(shù)據(jù)處理時會運(yùn)用已經(jīng)獲得的全部衛(wèi)星數(shù)據(jù)和觀測數(shù)據(jù);借助IGS的精密鐘差，可以對所有觀測點(diǎn)進(jìn)行精密定位。然而，該技術(shù)具有一個顯著缺點(diǎn)，即定位精度相對較低，因此在工程測量中的應(yīng)用通常是輔助性的。

3 綜合物探技術(shù)

3.1 設(shè)站觀測法

設(shè)站觀測法是指在充分了解監(jiān)測區(qū)工程地質(zhì)背景的前提下，在滑坡體上設(shè)立變形監(jiān)測點(diǎn)(線形、格網(wǎng))，在滑坡體影響范圍區(qū)域外的穩(wěn)定之處安置固定觀測站，用各種測量設(shè)備(測距儀、水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀、攝影儀及全站儀、GNSS 接收機(jī)等)定期監(jiān)測滑坡區(qū)內(nèi)監(jiān)測點(diǎn)的三維(x、y、z)坐標(biāo)位移的有效監(jiān)測方法。

設(shè)站觀測法主要包括：①大地測量法。在變形邊坡區(qū)設(shè)置觀測樁、站、網(wǎng)，在變形邊坡以外的穩(wěn)定地段設(shè)置固定站進(jìn)行觀測。一般采用十字形觀測網(wǎng)、放射形觀測網(wǎng)、方格形觀測網(wǎng)等。②近景攝影測量法。采用地面攝影經(jīng)緯儀，在不同的時間內(nèi)，對變形邊坡進(jìn)行攝影測量，其適用于大面積邊坡的移動測量。攝影測量精度主要取決于 y 軸距離(縱向距離)及攝影經(jīng)緯儀的焦距。③GNSS 測量法。利用 GNSS 接收機(jī)布設(shè)監(jiān)測網(wǎng)對變形邊坡進(jìn)行數(shù)據(jù)測量的方法。與常規(guī)的方法相比，利用 GNSS 技術(shù)進(jìn)行工程結(jié)構(gòu)動態(tài)變形監(jiān)測，適合大區(qū)域、大范圍、高精度變形觀測項目。

3.2 基于物聯(lián)網(wǎng)的在線滑坡監(jiān)測系統(tǒng)

(1)感知層。通過翻斗式雨量計、GPS靜力水準(zhǔn)儀、固定式測斜儀、表面式裂縫計等傳感器進(jìn)行降雨量、沉降、傾斜、裂縫等監(jiān)測。按照水平方向連續(xù)5d日平均位移速率、累計位移值(單位：sum)設(shè)置預(yù)警值，垂直方向值為水平方向的2倍。

(2)網(wǎng)絡(luò)層。感知層傳感器采用GPRS進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；應(yīng)用層采用光纖方式；供電采用太陽能供電外加蓄電池。

(3)應(yīng)用層。應(yīng)用層包括高精度GNSS解算軟件、后臺服務(wù)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)發(fā)布系統(tǒng)等模塊。實時采集、傳輸、計算、分析滑坡體降雨量、內(nèi)部變形、GPS沉降等數(shù)據(jù)。當(dāng)出現(xiàn)特大暴雨、土壤含水率超過預(yù)警值、內(nèi)部變形異常、沉降位移或位移變化速率超過預(yù)警值等情況，系統(tǒng)能及時報警。

4 滑坡監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)

對于滑坡等邊坡地質(zhì)災(zāi)害最有效的防災(zāi)減災(zāi)手段就是對滑坡體進(jìn)行有效的監(jiān)測，把監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心并綜合運(yùn)用各種參數(shù)采用適當(dāng)?shù)念A(yù)測模型對滑坡可能發(fā)生的情況進(jìn)行有效可靠的預(yù)測預(yù)警。

其中，數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)是系統(tǒng)成功的起點(diǎn)，決定了采集斜坡體的什么數(shù)據(jù)、采用什么監(jiān)測技術(shù)采集數(shù)據(jù)和采用什么監(jiān)測方案采集數(shù)據(jù)等問題;數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)是系統(tǒng)成功的橋梁，負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)從監(jiān)測現(xiàn)場完整地、實時地、有效地傳遞到監(jiān)控中心;監(jiān)測數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)負(fù)責(zé)把監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、統(tǒng)計和分析，進(jìn)而進(jìn)行準(zhǔn)確有效的預(yù)測預(yù)警。

綜上所述，文中介紹了集中主要的滑坡監(jiān)測技術(shù)，希望我們的相關(guān)工作人員，對這些技術(shù)進(jìn)行充分利用，把滑坡的危害程度減小到最低。

[1]鐘永輝.論我國地質(zhì)災(zāi)害的現(xiàn)狀及主要類型[J].科技咨詢，2009(2)：233.

[2]肖和平，潘芳喜悅.地質(zhì)災(zāi)害與預(yù)防[M].北京：地震出版社，2000.