邊坡位移監(jiān)測系統(tǒng)在地質(zhì)災(zāi)害中的應(yīng)用

陳浩

【摘要】介紹了一種邊坡位移監(jiān)測系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對邊坡的巖土體動(dòng)態(tài)運(yùn)移情況進(jìn)行監(jiān)測。最終實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、自動(dòng)化、可靠性高，并能實(shí)施長期監(jiān)測，具有預(yù)警功能的監(jiān)測系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】邊坡監(jiān)測；監(jiān)測系統(tǒng)

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(xiàn)代化電子信息技術(shù)的普及應(yīng)用，將自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用于山體邊坡失穩(wěn)滑坡已經(jīng)屢見不鮮。位于我國云南省紅河州地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警示范區(qū)建設(shè)項(xiàng)目于2014年開始實(shí)施，并在2015年度完成。

2. 紅河州地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警示范區(qū)建設(shè)項(xiàng)目所應(yīng)用的自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)

2.1紅河地質(zhì)災(zāi)害信息平臺(tái)是專門針對地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警應(yīng)用開發(fā)的專業(yè)軟件，是2013年云南省地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警示范區(qū)建設(shè)項(xiàng)目第三標(biāo)段監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)平臺(tái)軟件的重要組成，該平臺(tái)軟件主要用于對系統(tǒng)的整體管理和信息發(fā)布智能評判。平臺(tái)通過通訊系統(tǒng)獲取相關(guān)的監(jiān)測站數(shù)據(jù)，并進(jìn)行存儲(chǔ)、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(yù)警信息發(fā)布平臺(tái)對指定區(qū)域和人員發(fā)布相關(guān)信息。該平臺(tái)軟件為運(yùn)行人員提供了保存和處理滑坡點(diǎn)安全信息的現(xiàn)代化手段，以便利用滑坡點(diǎn)安全監(jiān)測數(shù)據(jù)和各種安全信息對滑坡點(diǎn)性態(tài)作出分析判斷，生成有關(guān)報(bào)表和圖形，作好滑坡點(diǎn)居民安全和管理工作。

2.2對紅河州區(qū)域布設(shè)滑坡專業(yè)監(jiān)測預(yù)警設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，主要工作內(nèi)容包括：

（1）對擬選定的地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查或勘查；

（2）對監(jiān)測預(yù)警設(shè)備安裝點(diǎn)位進(jìn)行選擇，并對監(jiān)測預(yù)警設(shè)備進(jìn)行安裝、調(diào)試及防護(hù)；

（3）建立統(tǒng)一的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警信息平臺(tái)，保證監(jiān)測數(shù)據(jù)及時(shí)有效傳輸?shù)皆颇鲜〉刭|(zhì)環(huán)境監(jiān)測院和州級、縣級監(jiān)測預(yù)警信息平臺(tái)。

3. 技術(shù)方案

3.1根據(jù)邊坡情況及監(jiān)測需求，本次監(jiān)測擬設(shè)以下監(jiān)測項(xiàng)目（見圖1）：

（1）表面位移監(jiān)測，即邊坡的表面三維位移量（X，Y，Z）；

（2）深部位移監(jiān)測，主要為了觀察邊坡體內(nèi)部位移變化情況；

（3）相對位移監(jiān)測，主要為地表裂縫的監(jiān)測；

（4）地下水監(jiān)測，主要監(jiān)測地下水位、水溫等的變化情況；

（5）降雨量監(jiān)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(jiān)測。

（1）表面位移監(jiān)測，首先在變形區(qū)外尋一穩(wěn)定的地點(diǎn)，建立觀測墩，此點(diǎn)即是基準(zhǔn)站。在變形區(qū)的關(guān)鍵點(diǎn)（如坡頂）建立觀測墩，即是監(jiān)測站。在觀測墩上安放GNSS儀器設(shè)備，儀器設(shè)備24小時(shí)不間斷監(jiān)測位置信息，并將其上傳至服務(wù)器，通過監(jiān)測軟件地對基準(zhǔn)站與監(jiān)測站的數(shù)據(jù)進(jìn)行解算，從而實(shí)現(xiàn)對整個(gè)高危坡體的高精度位移監(jiān)測。

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

3.3深部位移監(jiān)測。

（1）深部位移監(jiān)測是對監(jiān)測結(jié)構(gòu)體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的擾度變形的直接反應(yīng)，是影響變形結(jié)構(gòu)體穩(wěn)定的重要因素。結(jié)合表面位移監(jiān)測，可以立體反應(yīng)結(jié)構(gòu)體的變形情況。

（2）內(nèi)部位移監(jiān)測是通過在變形區(qū)打孔，埋設(shè)專門的內(nèi)部位移監(jiān)測設(shè)備，實(shí)時(shí)的采集內(nèi)部位移數(shù)據(jù)發(fā)到服務(wù)器上，從而完成內(nèi)部位移監(jiān)測；內(nèi)部位移監(jiān)測主要的監(jiān)測設(shè)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(dāng)壩體內(nèi)部有位移變化時(shí)，測斜探頭隨之傾斜，信號(hào)電纜引入地面接收設(shè)備，從而可精確測出水平位移量ΔX，ΔY或傾角（內(nèi)部位移示意圖見圖3）。

（3）每個(gè)內(nèi)部位移監(jiān)測點(diǎn)采用一組內(nèi)部測斜儀，對結(jié)構(gòu)體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的擾度變形進(jìn)行實(shí)時(shí)、連續(xù)的監(jiān)測，所用設(shè)備為GN系列固定式測斜儀。監(jiān)測點(diǎn)位的選取需要結(jié)合地質(zhì)勘查報(bào)告和現(xiàn)場地形情況確定。在每個(gè)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(jìn)行安裝。

（4）固定式測斜儀由固定式測斜儀、測桿、導(dǎo)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(wěn)定時(shí)間快，安裝附件少組裝方便，配合測斜管使用，可方便實(shí)現(xiàn)測量的自動(dòng)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(jié)構(gòu)物的水平或垂直位移、垂直沉降及滑坡的監(jiān)測。

3.4相對位移監(jiān)測-地表裂縫監(jiān)測。

（1）監(jiān)測滑坡、崩塌重點(diǎn)變形部位裂縫、崩滑面/帶等兩側(cè)點(diǎn)與點(diǎn)之間的相對位移量，包括張開、閉合、錯(cuò)動(dòng)等。

（2）VW系列位移計(jì)主要以可伸縮測桿為主。安裝簡便，使用方便，待機(jī)狀態(tài)過程不消耗電能，需要監(jiān)測時(shí)，通過系統(tǒng)軟件控制開啟即可，不需要人工進(jìn)行干預(yù)。監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)經(jīng)前端集成軟件處理。

（3）當(dāng)被測結(jié)構(gòu)物發(fā)生變形時(shí)將會(huì)引起位移計(jì)的位移，經(jīng)萬向連軸節(jié)傳遞給二級機(jī)械負(fù)放大機(jī)構(gòu)，經(jīng)負(fù)放大后的位移傳遞給振弦轉(zhuǎn)變成振弦應(yīng)力的變化，從而改變振弦的振動(dòng)頻率。電磁線圈激振振弦并測量其振動(dòng)頻率，頻率信號(hào)經(jīng)電纜傳輸至讀數(shù)裝置，即可測出被測結(jié)構(gòu)物的位移量。

3.5地下水監(jiān)測。

（1）地下水的變化往往對災(zāi)害點(diǎn)的加速惡化起到很大作用。因此地下水監(jiān)測項(xiàng)目，是一項(xiàng)重要的監(jiān)測項(xiàng)目。

（2）在關(guān)鍵點(diǎn)鉆孔，在孔內(nèi)安放水壓力傳感器，當(dāng)?shù)叵滤挥凶兓瘯r(shí)，水壓力使設(shè)備頻率發(fā)生改變，信號(hào)通過光纜傳輸至信號(hào)解調(diào)器，即可得出監(jiān)測孔內(nèi)的水位、水溫等參數(shù)。監(jiān)測站采用VWP系列滲壓計(jì)進(jìn)行測量。

3.6降雨量監(jiān)測。

（1）滑坡、崩塌的發(fā)生與降雨量、降雨持續(xù)時(shí)間、降雨雨型有著密切的關(guān)系，不同雨型的降雨誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的機(jī)制具有明顯的差異。臺(tái)風(fēng)降雨型、持續(xù)強(qiáng)降雨型、局部暴雨型誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的規(guī)模、時(shí)間等有著各自的特點(diǎn)。在變形監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置1個(gè)降雨量監(jiān)測站，加強(qiáng)對變形點(diǎn)降雨量的實(shí)時(shí)監(jiān)控，有利于分析變形體的安全情況，為災(zāi)害預(yù)警提供可靠的參數(shù)。

（2）系統(tǒng)采用的雨量監(jiān)測站由雨量計(jì)及PVC立柱墩（或鍍鋅鋼支架，視具體情況而定）等組成，雨量計(jì)采用JD系列雨量計(jì)。具有雨量數(shù)據(jù)智能采集，長期存儲(chǔ)和遠(yuǎn)距離傳輸功能。

4. 結(jié)論

邊坡位移監(jiān)測裝置與傳統(tǒng)的邊坡監(jiān)測大地測量方法相比，具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)：

（1）邊坡內(nèi)部監(jiān)測可以很好的反映出邊坡內(nèi)部土體地運(yùn)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(dòng)化程度高，無需人為過多地操作，測量結(jié)果直接由普通顯示器顯示出來；

（4）具有預(yù)警功能。此系統(tǒng)可以根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況設(shè)定初始參數(shù)定義預(yù)警界限，當(dāng)信號(hào)發(fā)射裝置到達(dá)并超過預(yù)警界限時(shí)進(jìn)行報(bào)警提示。

參考文獻(xiàn)

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