滑坡監(jiān)測技術(shù)方法綜述

　　1、前言

　　滑坡是斜坡巖土體沿著貫通的剪切破壞面所發(fā)生的滑移地質(zhì)現(xiàn)象，是一種全球性的地質(zhì)災(zāi)害，其數(shù)量大、分布廣、發(fā)生頻繁。滑坡能夠中斷交通，阻塞河道，摧毀廠礦，掩埋村鎮(zhèn)，造成人員傷亡和巨大的經(jīng)濟損失，而且能夠產(chǎn)生重大的政治和社會影響。露天礦開采工程，水利水電工程，交通隧道工程中都會遇到各種各樣的高陡邊坡，做好滑坡地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測是保證各種工程建設(shè)順利安全進行的前提。

　　滑坡監(jiān)測就是觀測和分析各種滑坡前兆現(xiàn)象，記錄滑坡形成活動過程的各種工作。為減少滑坡災(zāi)害帶來的嚴重危害，科學準確的預(yù)測預(yù)報是關(guān)鍵。監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性、及時性及全面性，直接影響著滑坡預(yù)測預(yù)報成果的可靠性、真實性 addin ne.ref.{7275a24a-4eb7-4966-90e5-ad8327f6d6c8}[1]。

　　2、滑坡監(jiān)測的目的

　　滑坡監(jiān)測是滑坡研究工作中一種重要的手段和方法，通?；卤O(jiān)測有以下幾方面的目的：(1)通過對滑坡變形體的監(jiān)測，評估滑坡失穩(wěn)破壞的可能性;(2)研究滑坡變形破壞規(guī)律并建立各種相應(yīng)的動態(tài)模型，為滑坡穩(wěn)定性評估提供依據(jù);(3)為提出合理經(jīng)濟的滑坡治理和防治方案奠定基礎(chǔ);(4)在滑坡防治工程結(jié)束后，驗證防治方案的效果。通過滑坡監(jiān)測，可以了解和掌握滑坡體的演變過程、及時捕捉崩滑災(zāi)害的特征信息、為正確分析、評價滑坡以及滑坡預(yù)測、預(yù)報等提供可靠資料和科學依據(jù) addin ne.ref.{da6b8235-68c9-4a05-a4aa-a7857bdc8e4e}[2]。

　　3、滑坡監(jiān)測內(nèi)容

　　滑坡監(jiān)測的主要監(jiān)測內(nèi)容包括：單一現(xiàn)象監(jiān)測，綜合現(xiàn)象監(jiān)測和下滑力本質(zhì)監(jiān)測。

　　3.1現(xiàn)象監(jiān)測

　　按監(jiān)測對象的不同，現(xiàn)象監(jiān)測可分為: 變形監(jiān)測，位移監(jiān)測、水監(jiān)測和氣象監(jiān)測見表1。這幾類類監(jiān)測又可分為若干小類，每類監(jiān)測采取的方法手段不同，使用的儀器不同，獲取的參數(shù)也不同。

　　3.2本質(zhì)監(jiān)測

　　常規(guī)變形監(jiān)測主要是針對地表位移和巖層傾斜進行的，是一種“現(xiàn)象監(jiān)測”，不能夠真實反映滑坡體滑動面上應(yīng)力變化情況，因此，必須尋找一種可以對滑坡本質(zhì)進行監(jiān)測的技術(shù)與方法，真正實現(xiàn)對滑坡災(zāi)害的超前預(yù)警預(yù)報的目的。

　　滑坡作為一個天然的力學系統(tǒng)，滑坡發(fā)生與否決定于“下滑力”和“抗滑力”之間的平衡狀態(tài)變化 addin ne.ref.{14f5f3d3-5a28-4688-a30b-c4ff5a1b1f78}[3]。只從現(xiàn)象監(jiān)測難以實現(xiàn)對滑坡的超前準確預(yù)報，因此，要超前準確預(yù)報滑坡災(zāi)害，必須找到滑坡發(fā)生的超前信息。只有對滑坡發(fā)生的本質(zhì)進行監(jiān)測，才能夠科學準確的預(yù)報滑坡。

　　中國科學院何滿潮院士自主研發(fā)了滑坡超前滑動力物理模擬實驗系統(tǒng)。通過實驗研究，結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查分析，得出滑坡發(fā)生前和發(fā)生的過程中，潛在滑動面上的滑動力首先發(fā)生變化，邊坡巖體滑動力與抗滑力之間的平衡不斷被打破，又不斷形成新的平衡，滑坡發(fā)生與否決定于滑動力和抗滑力之間的平衡狀態(tài)變化?；瑒恿Φ淖兓扔谖灰啤⒘芽p產(chǎn)生，當監(jiān)測到巖體有明顯變形時，邊坡已經(jīng)發(fā)生了一定程度的滑動破壞。因此，滑坡前的滑動力變化可以作為預(yù)測滑坡的充分必要條件?；诖私ⅰ盎掳l(fā)生的充分必要條件是滑動力大于滑動面抗滑力，并將滑動力的變化作為滑坡監(jiān)測預(yù)報主要參數(shù)”的學術(shù)思想，采用“穿刺攝動”技術(shù)，把錨索穿過滑面，施加一個小的預(yù)應(yīng)力擾動，推導攝動力和滑動力之間的函數(shù)關(guān)系，從而反映超前滑動力的變化。并確立把對位移裂縫等變化的常規(guī)監(jiān)測轉(zhuǎn)變?yōu)椤巴ㄟ^監(jiān)測滑動力變化預(yù)測預(yù)報滑坡地質(zhì)災(zāi)害”的技術(shù)途徑 addin ne.ref.{78de1285-02de-4f25-bcd5-15dd4322ba68}[4, 5]。

　　4、滑坡監(jiān)測方法

　　從滑坡的監(jiān)測內(nèi)容來看,常用的監(jiān)測方法有宏觀地質(zhì)監(jiān)測法、大地精密測量法、gps法,近景攝影測量法。比較先進的監(jiān)測方法有時間域反射測試光纖技術(shù)(tdr)，布里淵散射光時域反射技術(shù)(botdr)，干涉合成孔徑雷達(insar)技術(shù)，差分干涉測量(d-insar)技術(shù)，三維激光掃描儀監(jiān)測技術(shù)，熱紅外成像監(jiān)測技術(shù)，聲發(fā)射監(jiān)測技術(shù)和基于下滑力監(jiān)測的遠程監(jiān)測方法的本質(zhì)監(jiān)測法等。

　　4.1常規(guī)監(jiān)測方法

　　宏觀地質(zhì)監(jiān)測法主要是對滑坡發(fā)育過程中的各種跡象進行監(jiān)測。大地精密測量法采用儀器測角和測距來完成監(jiān)測任務(wù)。gps作為現(xiàn)代大地測量的一種技術(shù)手段，已廣泛應(yīng)用于滑坡地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測中。近景攝影測量法是把攝影儀放置在2個不同的固定測點上，同時對邊坡范圍內(nèi)觀測點攝影構(gòu)成立體像時，利用立體坐標儀量測像片上觀測點三維坐標的一種方法。常規(guī)滑坡監(jiān)測方法的特點如下表2所示：

表2. 常規(guī)監(jiān)測方法的特點

　　4.2先進監(jiān)測方法

　　時間域反射測試光纖技術(shù)(tdr)用于滑坡監(jiān)測時，向埋入監(jiān)測孔內(nèi)的電纜發(fā)射脈沖信號，當電纜在孔中產(chǎn)生變形時,就會產(chǎn)生反射波信號。通過監(jiān)測同軸電纜的變形狀態(tài)，可獲取崩滑體地表以下的變形信息 addin ne.ref.{767073d1-acbe-4367-91a4-437b77b89bd2}[6, 7]。布里淵散射光時域反射技術(shù)(botdr)適用于巖體的表層和深層監(jiān)測。目前國內(nèi)主要用于橋梁、隧道等構(gòu)筑工程的變形監(jiān)測，在三峽巫山的滑坡監(jiān)測中使用了該技術(shù) addin ne.ref.{010dc72d-0830-44fc-a153-7188c2857087}[8]。

　　insar 技術(shù)可以大面積、高效地對滑坡地表形變進行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)一些未知的滑坡?；诙嘣磾?shù)據(jù)可以提高 insar 監(jiān)測滑坡的可靠性及精度 addin ne.ref.{5eb23cba-c346-4497-9f53-7c421269fddb}[9, 10]。合成孔徑雷達差分干涉技術(shù)( d-insar) 是一種空間對地測量技術(shù)，利用d-insar 技術(shù)可以監(jiān)測區(qū)域地表的變形，是輔助目前傳統(tǒng)監(jiān)測手段的一種切實可行的空間測量技術(shù) addin ne.ref.{71c03477-764e-4a14-8406-a79e1779dd08}[11-13]。

　　激光掃描技術(shù)(lidar)是對待測物進行快速格網(wǎng)式掃描從而獲取三維空間坐標信息點的云數(shù)據(jù)，它可以完整地展現(xiàn)出待測物的表面形態(tài)。采用三種方法，數(shù)字高程模型比較，斷面比較與固定點比較，分析經(jīng)過前處理的點云數(shù)據(jù)集，從而得到監(jiān)測結(jié)果 addin ne.ref.{bd92286a-94fd-4ef4-8ba8-1f8ee339c527}[14]。

　　熱紅外成像技術(shù)用于滑坡監(jiān)測是一種新的比較有效的手段 addin ne.ref.{061eab56-b934-49c2-9117-65abcbf7bd08}[15]。

　　聲發(fā)射監(jiān)測技術(shù)在工程的穩(wěn)定性評價、預(yù)測預(yù)報大面積地質(zhì)災(zāi)害等方面取得了可喜的成就。巖石聲發(fā)射技術(shù)在邊坡監(jiān)測方面的應(yīng)用剛剛起步 addin ne.ref.{fdf76b76-f03e-42c3-8a06-3770e3d3bf97}[16]。

　　下滑力監(jiān)測方法為通過恒阻大變形纜索穿過滑動面，對邊坡巖體施加一個預(yù)應(yīng)力 p。通過可以直接測出的擾動力 p，可以推導擾動力和滑動力之間的函數(shù)關(guān)系，*終得到滑動力的變化量 addin ne.ref.{ce1bd0ee-846a-4eb8-8fcf-f644930163e4}[3]。邊坡滑動力監(jiān)測力學模型見圖1。由力的平衡原理，推導邊坡滑動力為

　　gt= k1·p + k2

　　式中: gt———滑動力，kn;

　　p———擾動力，kn。

　　k1= cos(α+θ) + sin(α +θ)·tanф，

　　k2 =g·cosα·tanф+ c·l

　　式中: g———滑體重力，kn;

　　α———滑動面與水平面夾角，( °) ;

　　θ———監(jiān)測纜索加固角，( °) ;

　　ф———邊坡滑動體各土層內(nèi)摩擦角加權(quán)平均值，( °) ;

　　c———滑動面各土層黏聚力的加權(quán)平均值，kpa;

　　l———滑動面長度，m。

先進滑坡監(jiān)測方法的特點如下表3所示：

表3. 先進監(jiān)測方法的特點

　　5、遠程實時監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)

　　滑坡的失穩(wěn)破壞，都有一個從漸變到突變的發(fā)展過程，要對邊坡進行實時監(jiān)測，掌握邊坡的發(fā)展趨勢。由于目前計算機和無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，各種自動監(jiān)測系統(tǒng)相繼被開發(fā)，并被應(yīng)用于滑坡災(zāi)害的自動監(jiān)測。

　　基于變形監(jiān)測的地形微變遠程監(jiān)測系統(tǒng)(ibis-l)是一種新型的監(jiān)測手段，它是基于步進頻率連續(xù)波技術(shù)(sf-cw)與合成孔徑雷達技術(shù)(sar)的一種全新的監(jiān)測技術(shù) addin ne.ref.{cd94f9b8-b1f7-4df7-a4db-a78d8019f465}[17]。在滑坡、大壩及地表變形等的監(jiān)測中，地形微變遠程監(jiān)測系統(tǒng)是一種高效、高精度可被廣泛運用的手段。

　　基于普通數(shù)碼相機進行的近景攝影測量法的滑坡監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)在露天礦邊坡監(jiān)測使用取得一定效果 addin ne.ref.{3f89970a-9003-4fb7-a699-41e2c745cf4d}[18]。

　　基于下滑力監(jiān)測的滑坡災(zāi)害遠程監(jiān)控(sprm)系統(tǒng)是由中國礦業(yè)大學(北京)深部巖土力學與地下工程國家重點實驗室主任何滿潮院士帶領(lǐng)研究團隊自主研發(fā)的一種新型的邊坡穩(wěn)定性遠程智能監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)以滑動力大于抗剪強度是滑坡產(chǎn)生的充分必要條件為基本研究理念，將邊坡滑坡體、滑床和攝動監(jiān)測錨索之間的相互力學關(guān)系作為力學依據(jù)，通過對滑動力和抗滑力的不間斷動態(tài)監(jiān)測，深入到邊坡內(nèi)部從本質(zhì)上實現(xiàn)滑坡災(zāi)害的遠程監(jiān)控及預(yù)警。在邊坡內(nèi)部打入預(yù)應(yīng)力錨索實施監(jiān)測，具有監(jiān)測、加固與防治、預(yù)報預(yù)警一體化的作用效果 addin ne.ref.{eb8ecdab-c32e-4a0b-bd75-caf7cb8f5350}[3-5]。目前，由何滿潮院士研發(fā)的滑坡遠程監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)已經(jīng)在全國十多個地區(qū)近200個監(jiān)測點進行了推廣應(yīng)用。應(yīng)用領(lǐng)域涉及金屬礦山、露天煤礦、西氣東輸沿線邊坡、高速公路邊坡、發(fā)震斷層活動性監(jiān)測、古滑坡體穩(wěn)定性監(jiān)測、多滑面滑坡體穩(wěn)定性監(jiān)測等領(lǐng)域 addin ne.ref.{8bf60e7b-086b-4d09-bd3b-87497ac1cdd5}[3-5, 19-21]。

　　6、結(jié)論

　　總結(jié)了滑坡地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測的目的、內(nèi)容和方法。比較現(xiàn)有方法的優(yōu)缺點，明確了今后滑坡地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展方向。新興的監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)具有自動高效的優(yōu)點，可全天候?qū)崟r連續(xù)的觀測滑坡狀況，是今后滑坡監(jiān)測發(fā)展的主要方向。

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