檀木村滑坡自動化監(jiān)測與穩(wěn)定性分析

張 杰，呂軍濤

（1.陜西省公路局，陜西 西安 710068；2.陜西省交通規(guī)劃設(shè)計研究院，陜西 西安 710065）

引言

對危險滑坡體變形及穩(wěn)定性分析是滑坡治理的重要依據(jù)。能夠進行實時監(jiān)測的自動化監(jiān)測系統(tǒng)不僅能夠更加全面的監(jiān)測滑坡體變形，而且能取得更加精確的測量數(shù)據(jù)用以進行穩(wěn)定性分析[1-2]。監(jiān)測數(shù)據(jù)分析成果與地勘結(jié)論進行相互驗證，可進一步為滑坡勘察、治理提供參考依據(jù)。

1 滑坡自動化監(jiān)測

1.1 滑坡簡述

檀木村滑坡所處地貌單元屬于中低山地貌區(qū)。邊坡處山體坡度約42°，G210 位于坡腳處?；聟^(qū)地層巖性主要為侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組（J2s）基巖，以塊狀紫色泥巖、黃綠色砂巖為主，夾長石石英砂巖和煤條帶，泥巖、砂巖多呈互層狀產(chǎn)出。區(qū)內(nèi)大多基巖直接出露，但因風(fēng)化嚴重，多呈全風(fēng)化狀，可見零星坡積層。該邊坡山勢稍高，勘察期間坡面以上鉆孔未見地下水。國道上鉆孔地下水位約10 ～16.2 m，地下水位隨降雨上下起伏較大。在調(diào)查過程中，坡面可見一處自流泉眼，常年流水，水量較小，降雨時水量稍大。

該段邊坡現(xiàn)狀無防護，坡腳常年發(fā)生小型滑塌、坡面溜滑現(xiàn)象。2019 年10 月，受長時間降雨影響，坡體發(fā)生較大變形；2020 年3 月至4 月，再次發(fā)生較大變形，主要表現(xiàn)為下邊坡滑塌40 余米高，時有落石發(fā)生，滑塌高度不斷向上擴展；中后部發(fā)育多道環(huán)形裂縫；坡頂位置產(chǎn)生一弧形貫通裂縫。

1.2 監(jiān)測方案

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查滑坡范圍、滑坡結(jié)構(gòu)、變形破壞特征，布設(shè)縱向三個監(jiān)測剖面，每個剖面設(shè)兩個地表位移監(jiān)測點；在中間剖面及主裂縫設(shè)三個拉線式位移計監(jiān)測裂縫；在中間剖面設(shè)兩個測斜孔（共10個測斜儀）監(jiān)測深部位移，鉆孔利用勘探孔。GNSS基站和雨量計設(shè)在山頂穩(wěn)定開闊處?；履蟼?cè)道路路肩上設(shè)視頻監(jiān)控一套。

監(jiān)測點位置見圖1，監(jiān)測傳感器安裝位置經(jīng)過詳細勘查和GNSS-RTK 精確定位。

圖1 監(jiān)測網(wǎng)布設(shè)

1.3 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

1.3.1 降雨量

項目區(qū)6 ～8 月降雨量較大，頻率較高，6 月降雨為107 mm，7 月降雨量為262.6 mm，8 月降雨量為103 mm，9 月降雨量為31 mm，10 月降雨量為85 mm，見圖2。降雨頻次較多，有些天時斷時續(xù)，有利于降雨入滲，對滑坡體穩(wěn)定性不利。

圖2 項目區(qū)降雨量統(tǒng)計

1.3.2 GNSS 位移

自2020 年6 月15 日至11 月16 日各點地表位移監(jiān)測數(shù)據(jù)：（1）GNSS 1 點位移：該點累計水平位移0.4 mm，數(shù)據(jù)平穩(wěn)，波動一般不超過5 mm，均值穩(wěn)定，受6 ～8 月降雨量影響數(shù)據(jù)有一定波動，但降雨結(jié)束后恢復(fù)穩(wěn)定。（2）GNSS 2 點位移：該點累計水平位移-1.95 mm，數(shù)據(jù)圍繞-2.62 mm 均線波動，波幅小，趨勢平穩(wěn)。（3）GNSS 3 點位移：該點累計水平位移1.08 mm，數(shù)據(jù)圍繞0.27 mm 均線波動，波幅小，趨勢平穩(wěn)。（4）GNSS 4 點位移：該點累計水平位移0.24 mm，數(shù)據(jù)圍繞0.01 mm 均線波動，波幅小，趨勢平穩(wěn)。（5）GNSS 5 點位移：該點累計水平位移-3.63 mm，數(shù)據(jù)圍繞-3.92 mm 均線波動，波幅小，趨勢平穩(wěn)。（6）GNSS 6 點位移：該點累計水平位移0.44 mm，數(shù)據(jù)圍繞0.03 mm 均線波動，波幅小，趨勢平穩(wěn)，見圖3。

圖3 GNSS 位移監(jiān)測

1.3.3 裂縫位移

自2020 年6 月15 日至12 月8 日各點拉線式位移計監(jiān)測數(shù)據(jù)：（1）裂縫計1 位移：該點測得的位移量較為明顯，累積裂縫位移約43 mm。（2）裂縫計2 位移：該點測得的位移量較為明顯，累積裂縫位移約65 mm。（3）裂縫計3 位移：該點裂縫累積位移約300 mm。11 月8 日，累計位移量到達220.8 mm，達到監(jiān)測系統(tǒng)預(yù)設(shè)的黃色預(yù)警閾值220 mm，并發(fā)出警報，見圖4。

圖4 裂縫計位移監(jiān)測

1.3.4 深部位移

深部位移監(jiān)測鉆孔，利用勘探孔5 號孔及6 號孔，自2020 年8 月6 日至12 月8 日各點深部位移監(jiān)測數(shù)據(jù)：（1）5 號孔：23 m 處的深部位移測量，具有明顯形變，累計形變量約為110 mm。（2）6 號孔：18 m 處的深部位移測量形變不明顯，累計形變量約為11 mm；23 m 處的深部位移測量形變不明顯，累計形變量約為16 mm。見圖5。

圖5 深部位移監(jiān)測

深部位移監(jiān)測結(jié)果表明：坡體內(nèi)部發(fā)生不均勻的形變，在5 號孔23 m 處發(fā)生較明顯形變約為110 mm，而在5 號孔其它深度的傳感器的形變量不明顯。其它鉆孔的深部位移量不大，約為15 mm 左右，表明巖土體內(nèi)部存在緩慢蠕滑。

從監(jiān)測設(shè)備獲得的監(jiān)測數(shù)據(jù)中，深度位移計數(shù)據(jù)顯示在局部點位的不同深度發(fā)生不同程度的形變，表明在坡體深部發(fā)生蠕滑。地面裂縫計獲得的形變量表明，在1 號、2 號、3 號測線位置發(fā)生不同程度的地表形變，沿測線位置的形變量為43 mm、65 mm和300 mm。因為三條測線長度和位置不一樣，獲得的測量值不一，整體表明滑坡體在緩慢蠕滑。

2 滑坡穩(wěn)定性分析

2.1 監(jiān)測結(jié)果分析

根據(jù)滑坡性質(zhì)、監(jiān)測點位置，結(jié)合數(shù)據(jù)特征，滑坡動態(tài)評價結(jié)果：（1）滑坡體變形次序：北部前緣先發(fā)生向臨空面變形，逐級向上遞進牽引變形；南部中上部蠕滑拉裂。（2）從深部位移監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，滑坡處于緩慢蠕變階段，滑面未貫通。（3）降雨對滑坡穩(wěn)定性有明顯影響，裂縫計監(jiān)測數(shù)據(jù)在降雨過后有加速變化的現(xiàn)象，降雨滲入裂縫，對滑坡穩(wěn)定性有一定的影響。

2.2 地勘成果分析

2.2.1 定性分析

滑坡自2020 年6 月15 日以來，坡腳處多次發(fā)生次級垮塌。定性認為坡腳的次級滑坡，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，整體滑坡目前處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。隨著次級滑坡的進一步發(fā)展，坡腳支擋力進一步降低，在降雨坡體飽和后，邊坡將有發(fā)生大規(guī)模整體滑移的可能性。

2.2.2 定量分析

滑坡計算模型采用傳遞系數(shù)法，取單位寬度的主滑方向斷面，進行分條，假定每一分塊為一剛體，即不考慮塊體內(nèi)部的變形與應(yīng)力，建立塊體間的平衡方程[3-4]。根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》（GB 50021—2018）推薦的滑坡穩(wěn)定性公式計算[5]。

根據(jù)計算，定量計算結(jié)果與定性分析基本一致。（1）現(xiàn)狀已經(jīng)垮塌邊坡前緣部分在正常工況（天然）下穩(wěn)定系數(shù)為1.03，處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，在非正常工況I（暴雨）狀態(tài)下穩(wěn)定系數(shù)為0.97，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，與現(xiàn)場狀況基本一致。整個邊坡在正常工況（天然）下穩(wěn)定系數(shù)為1.089 ～1.091，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，在非正常工況I（暴雨）狀態(tài)下穩(wěn)定系數(shù)為1.033 ～1.036，處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。定量計算與定性分析一致。（2）主滑面天然狀態(tài)在1.15 的安全系數(shù)下，剩余下滑力3 171 kN/m，非正常工況I 在1.10的安全系數(shù)下，剩余下滑力3 565 kN/m。前緣已經(jīng)垮塌部分，天然狀態(tài)在1.15 的安全系數(shù)下，剩余下滑力958 kN/m，非正常工況I 在1.10 的安全系數(shù)下，剩余下滑力1 034 kN/m。

2.2.3 穩(wěn)定性評價

邊坡前緣已經(jīng)發(fā)生垮塌，危害道路安全，正常工況和非正常工況I 狀態(tài)下，處于欠穩(wěn)定～不穩(wěn)定狀態(tài)，需要治理。邊坡整體受前緣牽引，后緣出現(xiàn)變形和破壞，對道路危害嚴重，非正常工況I 狀態(tài)下，處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，不滿足道路安全儲備要求，需要治理?？傮w認為，隨著次級滑坡的進一步發(fā)展，在降雨坡體飽和后，邊坡將有發(fā)生大規(guī)模整體滑移的可能性，應(yīng)對邊坡整體采取必要防護措施。

3 結(jié)語

對危險滑坡體建立動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，能夠及時掌握邊坡的變化情況并指導(dǎo)工作人員發(fā)現(xiàn)問題，有效避免或減少因滑塌而造成的人民生命和財產(chǎn)損失。采用GNSS 位移、裂縫相對位移、深部位移等多種自動化監(jiān)測技術(shù)相結(jié)合的手段來實施動態(tài)監(jiān)測，不僅能夠更直觀地查看滑坡體位移變化情況，還能夠提示并剔除因各種原因造成的個別監(jiān)測點誤差，為研判滑坡體變化趨勢及判斷滑坡穩(wěn)定性提供參考依據(jù)。