地質滑坡監測技術研究

楊軍偉，李 蘭，成玉祥

(1. 河南省地質環境監測院，河南 鄭州 450018； 2. 長安大學 地質工程與測繪學院，陜西 西安 007154)

地質滑坡監測技術研究

楊軍偉1，李 蘭2，成玉祥2

(1. 河南省地質環境監測院，河南 鄭州 450018； 2. 長安大學 地質工程與測繪學院，陜西 西安 007154)

以前峪滑坡為基礎，通過對前峪滑坡監測技術的研究，對存在的問題提出相對應的方法，也為以后滑坡監測儀器設計提供理論支撐。

監測技術；前峪滑坡；地質監測

1 前峪滑坡情況

前峪滑坡位于林州市最北部太行山區任村鎮前峪，地理坐標為東經113(°)50(′)48(″)，北緯35(°)19(′)42(″)，前峪滑坡的滑坡體方位處于正北方向，總體形態較緩，被專家認為是老滑坡，然后居民在滑坡體上建立了新房子。根據對前峪滑坡的監測數據顯示，前峪滑坡處于蠕動狀態。坡長約500 m，主要是基巖滑帶穩定性在暴雨/地震狀態下持續降低，坡下居民約200戶，威脅巨大，根據滑坡規模，屬于大型滑坡，通過在詳查時鉆探資料佐證滑帶，是典型的牽引式滑坡，通過對本滑坡監測技術的應用，更好地研究滑坡的穩定性。

1.1 前峪滑坡的形成機理研究

從力學角度討論滑坡的形成機理，主要就是剪切應力大于摩擦應力，再者就是坡體由于軟弱夾層的存在使抗剪強度降低。從外界條件分析，地形地貌，震動，加上地下水的物理化學作用，使巖體結構改變甚至破壞。

坡角部位是較陡臨空面，從客觀上就構成了斜坡體產生滑坡的空間要素。斜坡前地形坡角約23(°)，主滑方向坡角為45(°)，前緣為河谷階地地帶，居民將房子建在滑坡的滑體和坡腳上，居民區的自重應力嚴重破壞了區域的力學平衡，因此，雖然坡體較緩，但為滑坡的剪出口提供了較好的空間條件[1-2]。

根據調查和鉆孔資料，地層從下往上為:砂巖，殘積粉質粘土夾碎石，上覆有第四系塊石土坡積層。地表水的水源主要是大氣降水，而殘積粉質粘土屬于相對的個稅層，但在長期降雨的條件下，形成了飽和土，在震動作用下就會形成滑動帶[3]。

大氣降水決定了斜坡的蠕變、斜坡的發生。大氣降水通過巖土孔隙和孔洞補給，還有來自高處的石英砂巖基巖裂隙水的補給作用，水體在運動過程中將粉質粘土軟化，使之飽和，在不斷增大的水壓作用下，大氣降水變為淺表地下水儲存起來。飽和的粉質粘土的極低抗剪強度，在特定情況下就形成的滑動帶，為滑坡的發生提供了相當于潤滑劑的滑帶，當所有的軟弱夾層形成了貫通帶，滑坡就隨之產生了。

總結來說，斜坡前緣是完全臨空的，在大氣降水的長期作用下，使坡體的粘性土達到飽和狀態，進而將其軟化，使其抗剪強度急劇下降，最后當軟弱結構面貫通后，就會形成坡體失穩，進而形成滑坡。

1.2 破壞機制分析

破壞機制是在滑坡形成的基礎上，加上人工改造上覆蓋層，加強了地表水的連通性，長期對下伏的石英砂巖浸泡，降低其抗剪強度，剪應力增大。根據滑坡的變形特征可以看出，前峪滑坡為推移式滑坡[4]。

綜合分析認為前峪滑坡在各種不利因素的影響下，有繼續發展變形破壞外部條件，雖然在一定的工況下基本穩定狀態，如果不能及時防治，隨著滑坡體蠕變加劇，就可能會在長期降雨條件下引起整體失穩，威脅坡腳及坡體居民生命財產安全。

根據滑坡的破壞形式和計算模型，采用《滑坡防治工程勘查規范》附錄E推薦的滑坡穩定性評價和推力計算公式。

根據河南地震烈度圖，林州市烈度為Ⅶ度。根據地震區劃圖，任村鎮地震加速度值為0.10 g。

根據當地的實際情況,將滑坡的自重、地震和暴雨3個主要條件結合起來考慮，我們就可以分以下3種情況，每種情況都會得到一個穩定系數，這也是指導我們工作的一個重要指標。

按3種工況進行滑坡體的穩定性計算，即：自重工況；自重+暴雨工況；自重+地震工況，見表1。

表1 3個剖面穩定性計算結果

對3種工況對應的3個剖面逐一進行計算，根據《滑坡防治工程勘查規范》第12.4.6條的規定，滑坡穩定狀態分級由其穩定系數和3種工況如表2。

表2 3種工況滑坡穩定狀態分級表

由3種工況的計算結果可知：

1) 只存在自重條件下，斜坡土體的穩定系數計算值Fs>1.15，斜坡在自重條件下是穩定的。

2) 自重和暴雨兩個條件同時存在時，3個剖面的穩定系數計算值Fs<1.00，斜坡是不穩定狀態的。

3) 自重和地震兩個條件同時作用時，3個剖面的穩定系數計算值Fs<1.00和1.0≤Fs<1.05兩種情況，是在欠穩定—不穩定之間，有必要加強重視。

2 監測儀器設備

本滑坡監測利用的儀器主要有測含水率，測深度位移等參數，測地表位移的GPS，儀器主要是通過軟件將測得的數據傳輸到相連接的電腦里，電腦是一天24 h工作，當位移達到設定的值時，還會有報警提示，這個軟件還有手機版，工作人員也可以實時觀測數據，以免發生意外時可以第一時間進行解決。尤其是暴雨季節，必須實時監測。

雨量監測站主要是由數據采集端，GPRS終端，太陽能接收板蓄電池、充電保護器，DC模塊，太陽能板，雨量傳感器等。中心軟件可以分析10 min雨強，1 h雨強，24 h雨強，等滑動窗口統計。并有預警系統，當雨強超過我們設定的閾值，便會發出預警聲音，引起工作人員的注意。

深部位移監測站也是由數據采集端。GPRS終端，太陽能接收板蓄電池，充電保護器、DC模塊，泥位傳感器，泥位傳感器安裝的是測斜探頭等。深部位移計的量程是±5(°)，分辨率：0.01(°)，精度：±0.1% F.S.R，輸入電壓18～24 V DC，量測單位：mA，絕緣電阻大于100 MΩ/500 V，工作溫度-10℃～+60℃。

表面裂縫監測站由數據采集終端，GPRS終端，蓄電池，太陽能接收板，一體化GNSS接受監測站由GNSS接收終端，蓄電池，太陽能板等。

變形監測是指對變形體進行測量，確定其空間位置及內部形態隨時間的變化特征，根據變形體的性質和地基情況包括山體邊坡、大橋、大壩、高層建筑、尾礦等應用方向。系統主要由GNSS高性能測量型天線、GNSS高精度接收機、高精度靜態網平差軟件、數據鏈路、中心服務器、供電系統(太陽能板市電電池組)等組成。諾瓦泰OEM6或北斗天權高精度接收機結合GrafNet靜態后處理軟件，可以快速進行海量數據處理，為用戶提供連續可靠的毫米級高精度定位解算結果，實現對目標對象科學、準確、及時的變形分析和預報。

裂縫位移計測量范圍：0～200 mm，最小讀數k≤0.12 mm/F，測量精度±0.1% F.S，電池電壓在4.2～12 V之間。

土壤含水率主要技術指標單位(m3/m3)，量程0～100%(m3/m3)，范圍內為±2，測量區域：90%的影響在圍繞中央探針的直徑3 cm，長為5.8 cm的圓柱體內，精度偏移量無。傳感器線性離散偏差概率：1%(線性)，穩定時間：通電后約1 s，響應時間：響應在1 s內進入穩定狀態，工作電壓：輸入為4～6.5 V，標準5 V DC，工作電流28～30 mA，典型值28 mA，輸出信號：輸出為0～2.5 V DC，工作溫度-30～+70℃，電纜長度：標準長度9 m，差分采集最大接線長度400 m。接線方式：4線式。

3 結 語

前峪滑坡的監測是十分有必要的，監測數據的分析對政府有著相當重要的作用。本次儀器使用的太陽能板接收器有著一定的弊端，連續陰雨天對數據采集有著很大的影響。現在的滑坡監測儀器都朝著監測項目多，精度高方向發展，從原本的基本地表監測位移，到深度位移監測，從原本的含水量監測，到現在的十分雨強監測，即使是處于蠕動狀態的滑坡也可以監測出相當精確的數據。但是監測儀器會受到環境的限制，環境限制主要是蓄電池，怎樣能使太陽能接收器和蓄電池完美結合，是接下來大家需要解決的。監測儀器的創新不是一個固定的方向，為了能更好的接收到實時數據，監測儀器已安裝攝像頭，儀器接受終端可以操控讓監測儀器及時攝像或者錄像，這對地質災害突發性有著很好的監控作用。

[1] 謝謨文. TLS技術及其在滑坡監測中的應用進展[J]. 國土資源遙感，2014, 26(3): 8-15.

[2] 陳朋超. 光纖光柵埋地管道滑坡區監測技術及應用[J]. 巖土工程學報，2010, 32(6): 897-902.

[3] 田東升. 河南省地質災害險情評估[J].災害學，2014(4)：48-51.

[4] 劉韜. GNSS技術在滑坡穩定性監測中的應用研究與實例分析[D]. 成都：成都理工大學，2015.

An Research of Landslide Monitoring Technology

YANG Junwei1，LI Lan2, CHENG Yuxiang2

(1.GeologicalEnvironmentalMonitoringInstituteofHenanProvince,Zhengzhou,Henan450018,China; 2.CollegeofGeologicalEngineeringandSurveying,Chang'anUniversity,Xi'an,Shanxi007154,China)

Through the study of Qian Yu landslide monitoring technology, this paper puts forward corresponding methods for the existing problems for the future. It tries its best to provide theoretical support for landslide monitoring instrument design.

Monitoring technology; Qian Yu landslide; Suggestion

2017-04-15

國家自然科學基金(211026160240)

楊軍偉(1972-)，男，河南林州人，高級工程師，研究方向：水文地質、工程地質和環境地質，手機：13633805856，E-mail：8546825900@qq.com.

P642.22

B

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.03.053