地质滑坡监测技术研究

杨军伟，李 兰，成玉祥

(1. 河南省地质环境监测院，河南 郑州 450018； 2. 长安大学 地质工程与测绘学院，陕西 西安 007154)

地质滑坡监测技术研究

杨军伟1，李 兰2，成玉祥2

(1. 河南省地质环境监测院，河南 郑州 450018； 2. 长安大学 地质工程与测绘学院，陕西 西安 007154)

以前峪滑坡为基础，通过对前峪滑坡监测技术的研究，对存在的问题提出相对应的方法，也为以后滑坡监测仪器设计提供理论支撑。

监测技术；前峪滑坡；地质监测

1 前峪滑坡情况

前峪滑坡位于林州市最北部太行山区任村镇前峪，地理坐标为东经113(°)50(′)48(″)，北纬35(°)19(′)42(″)，前峪滑坡的滑坡体方位处于正北方向，总体形态较缓，被专家认为是老滑坡，然后居民在滑坡体上建立了新房子。根据对前峪滑坡的监测数据显示，前峪滑坡处于蠕动状态。坡长约500 m，主要是基岩滑带稳定性在暴雨/地震状态下持续降低，坡下居民约200户，威胁巨大，根据滑坡规模，属于大型滑坡，通过在详查时钻探资料佐证滑带，是典型的牵引式滑坡，通过对本滑坡监测技术的应用，更好地研究滑坡的稳定性。

1.1 前峪滑坡的形成机理研究

从力学角度讨论滑坡的形成机理，主要就是剪切应力大于摩擦应力，再者就是坡体由于软弱夹层的存在使抗剪强度降低。从外界条件分析，地形地貌，震动，加上地下水的物理化学作用，使岩体结构改变甚至破坏。

坡角部位是较陡临空面，从客观上就构成了斜坡体产生滑坡的空间要素。斜坡前地形坡角约23(°)，主滑方向坡角为45(°)，前缘为河谷阶地地带，居民将房子建在滑坡的滑体和坡脚上，居民区的自重应力严重破坏了区域的力学平衡，因此，虽然坡体较缓，但为滑坡的剪出口提供了较好的空间条件[1-2]。

根据调查和钻孔资料，地层从下往上为:砂岩，残积粉质粘土夹碎石，上覆有第四系块石土坡积层。地表水的水源主要是大气降水，而残积粉质粘土属于相对的个税层，但在长期降雨的条件下，形成了饱和土，在震动作用下就会形成滑动带[3]。

大气降水决定了斜坡的蠕变、斜坡的发生。大气降水通过岩土孔隙和孔洞补给，还有来自高处的石英砂岩基岩裂隙水的补给作用，水体在运动过程中将粉质粘土软化，使之饱和，在不断增大的水压作用下，大气降水变为浅表地下水储存起来。饱和的粉质粘土的极低抗剪强度，在特定情况下就形成的滑动带，为滑坡的发生提供了相当于润滑剂的滑带，当所有的软弱夹层形成了贯通带，滑坡就随之产生了。

总结来说，斜坡前缘是完全临空的，在大气降水的长期作用下，使坡体的粘性土达到饱和状态，进而将其软化，使其抗剪强度急剧下降，最后当软弱结构面贯通后，就会形成坡体失稳，进而形成滑坡。

1.2 破坏机制分析

破坏机制是在滑坡形成的基础上，加上人工改造上覆盖层，加强了地表水的连通性，长期对下伏的石英砂岩浸泡，降低其抗剪强度，剪应力增大。根据滑坡的变形特征可以看出，前峪滑坡为推移式滑坡[4]。

综合分析认为前峪滑坡在各种不利因素的影响下，有继续发展变形破坏外部条件，虽然在一定的工况下基本稳定状态，如果不能及时防治，随着滑坡体蠕变加剧，就可能会在长期降雨条件下引起整体失稳，威胁坡脚及坡体居民生命财产安全。

根据滑坡的破坏形式和计算模型，采用《滑坡防治工程勘查规范》附录E推荐的滑坡稳定性评价和推力计算公式。

根据河南地震烈度图，林州市烈度为Ⅶ度。根据地震区划图，任村镇地震加速度值为0.10 g。

根据当地的实际情况,将滑坡的自重、地震和暴雨3个主要条件结合起来考虑，我们就可以分以下3种情况，每种情况都会得到一个稳定系数，这也是指导我们工作的一个重要指标。

按3种工况进行滑坡体的稳定性计算，即：自重工况；自重+暴雨工况；自重+地震工况，见表1。

表1 3个剖面稳定性计算结果

对3种工况对应的3个剖面逐一进行计算，根据《滑坡防治工程勘查规范》第12.4.6条的规定，滑坡稳定状态分级由其稳定系数和3种工况如表2。

表2 3种工况滑坡稳定状态分级表

由3种工况的计算结果可知：

1) 只存在自重条件下，斜坡土体的稳定系数计算值Fs>1.15，斜坡在自重条件下是稳定的。

2) 自重和暴雨两个条件同时存在时，3个剖面的稳定系数计算值Fs<1.00，斜坡是不稳定状态的。

3) 自重和地震两个条件同时作用时，3个剖面的稳定系数计算值Fs<1.00和1.0≤Fs<1.05两种情况，是在欠稳定—不稳定之间，有必要加强重视。

2 监测仪器设备

本滑坡监测利用的仪器主要有测含水率，测深度位移等参数，测地表位移的GPS，仪器主要是通过软件将测得的数据传输到相连接的电脑里，电脑是一天24 h工作，当位移达到设定的值时，还会有报警提示，这个软件还有手机版，工作人员也可以实时观测数据，以免发生意外时可以第一时间进行解决。尤其是暴雨季节，必须实时监测。

雨量监测站主要是由数据采集端，GPRS终端，太阳能接收板蓄电池、充电保护器，DC模块，太阳能板，雨量传感器等。中心软件可以分析10 min雨强，1 h雨强，24 h雨强，等滑动窗口统计。并有预警系统，当雨强超过我们设定的阈值，便会发出预警声音，引起工作人员的注意。

深部位移监测站也是由数据采集端。GPRS终端，太阳能接收板蓄电池，充电保护器、DC模块，泥位传感器，泥位传感器安装的是测斜探头等。深部位移计的量程是±5(°)，分辨率：0.01(°)，精度：±0.1% F.S.R，输入电压18～24 V DC，量测单位：mA，绝缘电阻大于100 MΩ/500 V，工作温度-10℃～+60℃。

表面裂缝监测站由数据采集终端，GPRS终端，蓄电池，太阳能接收板，一体化GNSS接受监测站由GNSS接收终端，蓄电池，太阳能板等。

变形监测是指对变形体进行测量，确定其空间位置及内部形态随时间的变化特征，根据变形体的性质和地基情况包括山体边坡、大桥、大坝、高层建筑、尾矿等应用方向。系统主要由GNSS高性能测量型天线、GNSS高精度接收机、高精度静态网平差软件、数据链路、中心服务器、供电系统(太阳能板市电电池组)等组成。诺瓦泰OEM6或北斗天权高精度接收机结合GrafNet静态后处理软件，可以快速进行海量数据处理，为用户提供连续可靠的毫米级高精度定位解算结果，实现对目标对象科学、准确、及时的变形分析和预报。

裂缝位移计测量范围：0～200 mm，最小读数k≤0.12 mm/F，测量精度±0.1% F.S，电池电压在4.2～12 V之间。

土壤含水率主要技术指标单位(m3/m3)，量程0～100%(m3/m3)，范围内为±2，测量区域：90%的影响在围绕中央探针的直径3 cm，长为5.8 cm的圆柱体内，精度偏移量无。传感器线性离散偏差概率：1%(线性)，稳定时间：通电后约1 s，响应时间：响应在1 s内进入稳定状态，工作电压：输入为4～6.5 V，标准5 V DC，工作电流28～30 mA，典型值28 mA，输出信号：输出为0～2.5 V DC，工作温度-30～+70℃，电缆长度：标准长度9 m，差分采集最大接线长度400 m。接线方式：4线式。

3 结 语

前峪滑坡的监测是十分有必要的，监测数据的分析对政府有着相当重要的作用。本次仪器使用的太阳能板接收器有着一定的弊端，连续阴雨天对数据采集有着很大的影响。现在的滑坡监测仪器都朝着监测项目多，精度高方向发展，从原本的基本地表监测位移，到深度位移监测，从原本的含水量监测，到现在的十分雨强监测，即使是处于蠕动状态的滑坡也可以监测出相当精确的数据。但是监测仪器会受到环境的限制，环境限制主要是蓄电池，怎样能使太阳能接收器和蓄电池完美结合，是接下来大家需要解决的。监测仪器的创新不是一个固定的方向，为了能更好的接收到实时数据，监测仪器已安装摄像头，仪器接受终端可以操控让监测仪器及时摄像或者录像，这对地质灾害突发性有着很好的监控作用。

[1] 谢谟文. TLS技术及其在滑坡监测中的应用进展[J]. 国土资源遥感，2014, 26(3): 8-15.

[2] 陈朋超. 光纤光栅埋地管道滑坡区监测技术及应用[J]. 岩土工程学报，2010, 32(6): 897-902.

[3] 田东升. 河南省地质灾害险情评估[J].灾害学，2014(4)：48-51.

[4] 刘韬. GNSS技术在滑坡稳定性监测中的应用研究与实例分析[D]. 成都：成都理工大学，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

国家自然科学基金(211026160240)

杨军伟(1972-)，男，河南林州人，高级工程师，研究方向：水文地质、工程地质和环境地质，手机：13633805856，E-mail：8546825900@qq.com.

P642.22

B

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.03.053