邊坡位移監測系統在地質災害中的應用

陳浩

【摘要】介紹了一種邊坡位移監測系統，可以實現對邊坡的巖土體動態運移情況進行監測。最終實現數字化、自動化、可靠性高，并能實施長期監測，具有預警功能的監測系統。

【關鍵詞】邊坡監測；監測系統

Application of Slope Displacement Monitoring System in Geological Hazards

Chen Hao

（Xian Xinghang Municipal Design and Research Institute Co.， LtdXianShanxi710000）

【Abstract】This paper introduces a slope displacement monitoring system， which can monitor the dynamic movement of rock and soil mass of slope. And ultimately the realization of digital， automated， high reliability， and can implement long-term monitoring， with early warning function of the monitoring system.

【Key words】Slope monitoring；Monitoring system

1. 引言：

隨著現代化電子信息技術的普及應用，將自動化監測系統應用于山體邊坡失穩滑坡已經屢見不鮮。位于我國云南省紅河州地質災害監測預警示范區建設項目于2014年開始實施，并在2015年度完成。

2. 紅河州地質災害監測預警示范區建設項目所應用的自動化監測系統

2.1紅河地質災害信息平臺是專門針對地質災害監測預警應用開發的專業軟件，是2013年云南省地質災害監測預警示范區建設項目第三標段監測預警系統平臺軟件的重要組成，該平臺軟件主要用于對系統的整體管理和信息發布智能評判。平臺通過通訊系統獲取相關的監測站數據，并進行存儲、圖形化處理和輸入輸出（無線LED顯示、無線廣播等） ，并且通過預警信息發布平臺對指定區域和人員發布相關信息。該平臺軟件為運行人員提供了保存和處理滑坡點安全信息的現代化手段，以便利用滑坡點安全監測數據和各種安全信息對滑坡點性態作出分析判斷，生成有關報表和圖形，作好滑坡點居民安全和管理工作。

2.2對紅河州區域布設滑坡專業監測預警設備進行實時監測，主要工作內容包括：

（1）對擬選定的地質災害隱患點進行現場調查或勘查；

（2）對監測預警設備安裝點位進行選擇，并對監測預警設備進行安裝、調試及防護；

（3）建立統一的地質災害監測預警信息平臺，保證監測數據及時有效傳輸到云南省地質環境監測院和州級、縣級監測預警信息平臺。

3. 技術方案

3.1根據邊坡情況及監測需求，本次監測擬設以下監測項目（見圖1）：

（1）表面位移監測，即邊坡的表面三維位移量（X，Y，Z）；

（2）深部位移監測，主要為了觀察邊坡體內部位移變化情況；

（3）相對位移監測，主要為地表裂縫的監測；

（4）地下水監測，主要監測地下水位、水溫等的變化情況；

（5）降雨量監測，降水對邊坡體有沖蝕作用，是引起滑坡的主要原因。

3.2表面位移監測。

（1）表面位移監測，首先在變形區外尋一穩定的地點，建立觀測墩，此點即是基準站。在變形區的關鍵點（如坡頂）建立觀測墩，即是監測站。在觀測墩上安放GNSS儀器設備，儀器設備24小時不間斷監測位置信息，并將其上傳至服務器，通過監測軟件地對基準站與監測站的數據進行解算，從而實現對整個高危坡體的高精度位移監測。

（2）表面位移監測是基于GNSS技術，其GNSS設備能夠全天候作業，幾乎不受氣候影響，各個設備間也不需通視，這就克服了傳統監測方法對地理環境依賴很大的缺點（表面位移監測設備示意圖見圖2）。

3.3深部位移監測。

（1）深部位移監測是對監測結構體內部結構的擾度變形的直接反應，是影響變形結構體穩定的重要因素。結合表面位移監測，可以立體反應結構體的變形情況。

（2）內部位移監測是通過在變形區打孔，埋設專門的內部位移監測設備，實時的采集內部位移數據發到服務器上，從而完成內部位移監測；內部位移監測主要的監測設備為固定式測斜儀，通過鉆孔方式，將測斜探頭通過連桿方式埋入地下，當壩體內部有位移變化時，測斜探頭隨之傾斜，信號電纜引入地面接收設備，從而可精確測出水平位移量ΔX，ΔY或傾角（內部位移示意圖見圖3）。

（3）每個內部位移監測點采用一組內部測斜儀，對結構體內部結構的擾度變形進行實時、連續的監測，所用設備為GN系列固定式測斜儀。監測點位的選取需要結合地質勘查報告和現場地形情況確定。在每個孔位不同深度安裝一組（N支）固定式測斜儀，儀器沿著鉛垂線的方向在變形面的指定勘測位置進行安裝。

（4）固定式測斜儀由固定式測斜儀、測桿、導向輪、連接軟纜、傳輸電纜等組成。測斜儀采用的是耐沖擊型傾斜傳感器，可靠性好穩定時間快，安裝附件少組裝方便，配合測斜管使用，可方便實現測量的自動化，廣泛適用于測量土石壩、面板壩、邊坡、路基、基坑、巖體滑坡等結構物的水平或垂直位移、垂直沉降及滑坡的監測。

3.4相對位移監測-地表裂縫監測。

（1）監測滑坡、崩塌重點變形部位裂縫、崩滑面/帶等兩側點與點之間的相對位移量，包括張開、閉合、錯動等。

（2）VW系列位移計主要以可伸縮測桿為主。安裝簡便，使用方便，待機狀態過程不消耗電能，需要監測時，通過系統軟件控制開啟即可，不需要人工進行干預。監測點數據經前端集成軟件處理。

（3）當被測結構物發生變形時將會引起位移計的位移，經萬向連軸節傳遞給二級機械負放大機構，經負放大后的位移傳遞給振弦轉變成振弦應力的變化，從而改變振弦的振動頻率。電磁線圈激振振弦并測量其振動頻率，頻率信號經電纜傳輸至讀數裝置，即可測出被測結構物的位移量。

3.5地下水監測。

（1）地下水的變化往往對災害點的加速惡化起到很大作用。因此地下水監測項目，是一項重要的監測項目。

（2）在關鍵點鉆孔，在孔內安放水壓力傳感器，當地下水位有變化時，水壓力使設備頻率發生改變，信號通過光纜傳輸至信號解調器，即可得出監測孔內的水位、水溫等參數。監測站采用VWP系列滲壓計進行測量。

3.6降雨量監測。

（1）滑坡、崩塌的發生與降雨量、降雨持續時間、降雨雨型有著密切的關系，不同雨型的降雨誘發地質災害的機制具有明顯的差異。臺風降雨型、持續強降雨型、局部暴雨型誘發地質災害的規模、時間等有著各自的特點。在變形監測點設置1個降雨量監測站，加強對變形點降雨量的實時監控，有利于分析變形體的安全情況，為災害預警提供可靠的參數。

（2）系統采用的雨量監測站由雨量計及PVC立柱墩（或鍍鋅鋼支架，視具體情況而定）等組成，雨量計采用JD系列雨量計。具有雨量數據智能采集，長期存儲和遠距離傳輸功能。

4. 結論

邊坡位移監測裝置與傳統的邊坡監測大地測量方法相比，具有以下顯著優點：

（1）邊坡內部監測可以很好的反映出邊坡內部土體地運移情況；

（2）誤差率小，避免以往測量法人為因素造成的誤差；

（3）自動化程度高，無需人為過多地操作，測量結果直接由普通顯示器顯示出來；

（4）具有預警功能。此系統可以根據現場實際情況設定初始參數定義預警界限，當信號發射裝置到達并超過預警界限時進行報警提示。

參考文獻

[1]姜晨光，賀勇，蔡偉，等. GPS-RTK露天礦邊坡監測系統的研究[J]. 儀器儀表學報.

[2]《自然災害學報》， 2008， 17（3）：69-74.