GNSS 监测技术在黄土滑坡监测中的应用

庞浩 李骏

(山西省第三地质工程勘察院，山西晋中 030620)

1 概述

山西省山地、丘陵面积占比大，受地形地貌、风化冻融作用等因素的影响，地质灾害高易发区面积大，在各种地质灾害中滑坡造成的经济损失和人身伤亡不容小觑，仅2018年发生多次山体滑坡，如2018年4月30日吕梁市离石区枣林乡彩家庄南沟发生土坡崩滑;2018年7月19日，山西省五台山景区发生滑坡，景区交通干道完全被阻断，造成一定的经济损失。因此对滑坡的监测十分必要，但多年来对滑坡监测手段主要是人工的目视巡查，以及贴条法、埋桩法等简易的手段，监测预警有着一定的局限性和滞后性。GNSS实时监测技术能在无人值守的情况下进行全天候24 h的监测，能实时对坡体进行监测预警，从而减少人员伤亡和财产损失。

2 GNSS变形监测系统的组成、工作原理

GNSS边坡监测系统主要由硬件系统和软件系统两大部分构成，硬件系统以GNSS柜式监测杆、监测墩的形式设置在坡体变形监测部位，负责数据的采集与发送，部分监测设备还具备有数据存储功能［1］。GNSS监测杆、监测墩集成了GNSS接收机、GNSS天线、传输系统、供电系统、避雷系统及配件。GNSS接收机与服务器接入方式包括无线接入、有线接入。无线接入通过安装物联网卡发送数据，监测站点选址不受距离限制，但监测站点应选择在通信信号稳定的地段;有线接入需要对线路的搭建，优点是传输数据稳定，不易受信号的影响。

软件系统由GNSS数据采集、GNSS后处理解算及数据分析、在线监测预警三部分软组成。负责对接收到的监测数据进行处理、分析以及预警信息的提示与发布。GNSS数据采集软件接收采集的数据，并将这些数据保存至服务器的数据库，数据分析软件即可实时解算并分析数据库中的监测数据，若变形数据大于设定好的预警阀值便发出预警信息，预警的形式包括现场声光报警、手机群发短信、电子邮件群发等多种形式。

3 GNSS技术在黄土滑坡变形监测中的应用实例

3.1 滑坡概况

晋城市某黄土滑坡地貌上属侵蚀剥蚀中起伏低中山区与黄土丘陵区的交接部，构造上位于晋获断裂带东边缘，受七佛山—游仙山向斜控制，滑坡位长约445 m，宽约237 m，坡高约90 m，岩性为第四系上更新统粉质粘土为主，下伏基岩为二叠系砂岩、页岩，坡度约35°，坡体的控制结构面是土岩接触面，由于黄土垂直节理极为发育和人工坡上加载等累进性破坏造成抗剪强度降低，为推移式滑坡，受暴雨或久雨等因素的诱发产生的中型滑坡地质灾害，坡体有多处地裂缝，可见深度最深达4 m，该村有村民54户，常住人口210人，滑坡直接威胁着该地的村民人身安全和公路、居民建筑物等财产安全(见图1)。

图1 滑坡剖面示意图

3.2 监测网的布设

依现场踏勘情况，该滑坡体共布设监测站6套，包括表面位移监测站5套(基准点1套、测量点4套)雨量站1套。监测网根据滑坡体的地质因素、通信信号件及施工要求，布设为梯型。

前缘(西)位移监测点SKYDHZX-010位于西圪咀;前缘(东)位移监测点 SKYDHZX-011位于菜地;后缘位移监测点SKYDHZX-009位于村大院地里;中部位移监测点SKYDHZX-008位于梨园地内;位移基准点SKYDHZX-007位于移动信号塔东侧地里。以上各点均满足基本安装要求，即设备上方45°内净空，无遮挡无阴影;监测站点周边范围内无强电磁场或强振动源;无线公网通讯信号通畅稳定;位移基准站设立于滑坡体范围外的稳定基岩(见图2)。

图2 监测点位置图

3.3 滑坡变形监测数据分析

数据选取设备安装调试完成后2个月的滑坡变形监测数据，系统可根据旱季雨季等因素人为设定数据的传输频率，当前系统设定每天传输一个变形监测和雨量数据，由表1分析可知，上月变化量在X向上最大为SKYDHZX-08监测点，为3.16 mm，最小为SKYDHZX-09监测点，－0.79 mm;Y向最大为SKYDHZX-10监测点，－2.54 mm，最小为 SKYDHZX-11 监测点，0.02 mm;H 向最大为SKYDHZX-10监测点，－10.4 mm，最小为SKYDHZX-11监测点，－1.14 mm。本月变化量在X向上最大为SKYDHZX-08监测点，为3.16 mm，最小为 SKYDHZX-09监测点，－0.79 mm;Y 向最大为SKYDHZX-10监测点，－2.54 mm，最小为SKYDHZX-11监测点，0.02 mm;H 向最大为 SKYDHZX-10 监测点，－10.4 mm，最小为SKYDHZX-11监测点，－1.14 mm。总体趋势上看，所有测点的变形量均在合理可控范围内，未发现变形增大趋势。这说明在这两个月的监测时段内，滑坡体总体趋于稳定。

表1 GNSS站点位移统计结果表 mm

图3 8号机GNSS监测数据曲线

图4 9号机GNSS监测数据曲线

由图3～图6看出滑坡目前变形位移量较小，变形速率较低，坡体目前处于基本稳定状态，值得注意的是在2月1日、2月11日前后边坡位移尤其竖向位移波动较大，查询雨量站数据(如图7所示)可看出2月1日、2月10日监测到降水的数据，推测降水对坡体的稳定性产生了不利的影响，若出现滑坡后部加载、滑坡前部切坡、在无有效支挡条件下受暴雨、地震等情况，会使滑坡产生滑动变形。因此在降水条件下应当加密监测频率，并采用相应的措施，防止地质灾害的发生。

图5 10号机GNSS监测数据曲线

图6 11号机GNSS监测数据曲线

图7 雨量站数据曲线

4 结语

本文以晋城市某黄土滑边坡监测为例，通过结合滑坡位移变形监测数据与气象数据对照分析，验证结果为GNSS实时变形监测技术适用于黄土滑坡监测。监测结果表明:监测站点的平面位移变化较小，未发现变形增大的趋势，滑坡受降水影响位移量有一定的波动，滑坡目前处基本稳定状态;GNSS技术应用于黄土滑坡监测的有效性、可行性得以验证，该技术值得在同类型滑坡监测中推广。