智能监控在边坡工程中的应用及处治方法研究

许康曦 杨美云

作者简介：

许康曦（1989—），工程师，硕士，主要从事桥梁及市政工程相关结构设计工作;

杨美云（1988—），工程师，主要从事桥梁工程设计工作。

为研究自动化智能监测系统在边坡监测中的应用效果，文章以河池三中边坡工程监测为例，采用自动化监测手段对边坡进行雨量监测、表面裂缝监测以及深部位移监测，分析了边坡的位移变化规律和发展趋势，并给出了两种滑坡处治方案。分析结果表明：监测系统的可行性较好，数据准确度较高，完全可应用于边坡的变形监测;河池三中滑坡位移受降雨影响波动较大，雨水渗流导致了土体强度下降，形成软弱的滑动面层，位移变形主要发生在地表至地下深部8.0 m的水平方向上，垂直方向上的深部位移变化较小;根据滑坡体的工程地质特性，提出两种有效的综合处治措施，可为同类型滑坡治理工程提供参考。

滑坡;GNSS监测技术;雨量监测;深部位移监测;处治方法

U416.1+4A120404

0 引言

近年来，随着我国基础设施建设力度地不断加大，以边坡滑塌为代表的地质灾害已成为工程建设中不能忽视的重要环节，大规模的山体滑坡不仅会造成一定的经济损失和人员伤亡，也会带来一系列社会影响。因此，有必要对滑坡开展监测防治方面的研究工作[1-2]。

随着科技的发展，地面摄影测量技术、GNSS自动化在线监测技术、北斗云监测技术、基于物联网的监测技术等一大批先进监测技术逐渐取代以常规大地测量法为代表的传统边坡监测技术，解决了以往监测技术存在的时效性差、操作力度大等缺点，提高了监测效率和监测精度[3-5]。赵鹏涛[6]等、李家春[7]等运用GNSS监测技术对边坡进行监测，验证了GNSS系统在边坡监测应用中的可靠性与准确性。喻小[8]等通过GNSS采集的实时位移，采用变形速率、加速度等参数指标作为滑坡的稳定性评价和预警预报依据，并成功运用于滑坡的治理防治。李奎良[9]等、崔春晓[10]等采用GNSS自动化监測手段对边坡进行变形监测，取得了不错的工程应用效果，实现了自动化的数据监测与管理。

大部分学者将GNSS监测技术成功地运用于工程实践当中，表明GNSS监测技术的可行性较高。本文以河池三中滑坡监测为案例，采用边坡自动化智能监测技术对滑坡进行在线的实时雨量监测、表面位移监测以及深部位移监测，并根据滑坡体的地质特性，提出两种综合处治方案，研究成果可为同类型滑坡治理工程提供参考，对今后滑坡的处治研究具有重要意义。

1 自动化智能监测预警系统

如图1所示，自动化智能监测预警系统主要由监测终端、网络通信系统、监测数据处理服务中心以及预警发布平台等结构组成。通过现场监测终端的数据采集，由网络通信系统传输至后台监测数据处理服务中心进行自动化分析处理，可以得到被监测滑坡体的实时稳定形态，同时对超出预警阀值的监测部位能够同步实现App推送报警、短信及邮件报警功能，方便监测人员及时准确地了解滑坡体的安全状态。

2 工程实例

2.1 工程概况

河池市金城江区第三初级中学滑坡位于河池市金城江区九龙山南侧斜坡上，该处为低山丘陵地貌，四周为岩溶峰丛、峰林地貌，周边山顶标高在251.3～452.1 m之间。滑坡体边界范围及滑坡区域建筑分布如图2所示。滑坡平面形态呈半圆状，坡体相对高差约17.6 m，顺坡向长约85 m，滑坡平均宽约84 m、厚度约8 m，主滑方向为193°，滑坡体体积约为5.7×104 m3，规模为小型。滑坡后缘裂缝不明显，滑体中部存在5处裂缝，其中张拉裂缝宽度为0.6～1.2 cm，可见深度约1.0 m，长度为2.1～39 m。滑坡主要由岩土体本身性质及强降雨作用形成，滑坡坡脚、坡上存在人工切坡，滑坡体上地形起伏大，自然坡度为25°～30°，人工切坡坡度为70°～80°。在监测过程中，教学区（升旗台区域）陆续出现地面裂缝、墙体开裂、地面隆起、坡脚雨后冒水、综合楼晃动等病害现象。滑坡体危害等级划分为一级。

2.2 监测方案

2.2.1 监测目的

本次监测的目的主要有以下三个方面：（1）准确测定该滑坡监测网和监测点的平面坐标、高程及空间三维相对位移值，经合理的数据处理提供监测网和监测点的水平位移、垂直位移等动态数据，为监测体的安全态势提供分析预报;（2）为防止稳定区域朝蠕动变形发展甚至成为滑坡而提供数据支撑，结合监测场地建筑物的位移和变形发展趋势，对滑坡体的时效特性进行监测;（3）建立该地区地质灾害变形监测网络，在施工前进行监测及预报地质灾害的变形发展趋势，可为地方有关部门在开展地质灾害预警工作时提供监测资料。

2.2.2 监测内容

（1）雨量监测

雨量是滑坡的重要触发因素，及时、准确掌握滑坡体周围的雨量情况，能更加及时地提供预警预报。雨量变化采用北斗云智能雨量计进行监测，布设1个雨量监测点，编号为Y1。

（2）表面位移监测

滑坡体或建筑物表面位移是滑坡形变的重要判断指标，能较为直观地判断滑坡的形变程度。表面位移采用北斗GNSS位移监测一体机进行监测，采用北斗云拉线式位移计实时监测裂缝的相对位移变化，共布设有5个地表位移及沉降监测点，编号分别为D1～D5。设有1个拉线式位移监测点，编号为L1。

（3）深部位移监测

该滑坡属于推移式滑坡，深部滑动是引起地表变形的重要原因。监测滑坡体深部的滑动面，可为滑坡处治方案的设计提供依据。深部位移采用北斗云测斜绳进行全自动监测，设计监测深度为地表至地下12 m，在深度方向每米设置一个监测点，共设有2个深部位移监测点，编号分别为S1、S2。

监测点平面布置如下页图3所示。

2.3 监测结果分析

2.3.1 雨量监测结果分析

图4为雨量监测成果图。分析图4可知，在监测过程中存在两个连续降雨阶段，即日期为20171227～20171230和20180101～20180104，两个连续降雨阶段只间隔1 d，最大降雨天数为4 d，最大降雨量达到10.8 mm/d，最小降雨量为1.4 mm/d，平均降雨量为1.63 mm/d。据气象资料显示，2017年3～11月，金城江区降雨量不大，累计最大月降雨量为6月的422.4 mm，历年区内平均降雨量为1 452.1 mm，最大降雨量达2 057.1 mm，最小降雨量为1 101.7 mm，多年平均蒸发量为1 514.6 mm， 滑坡区的雨量较为充沛。降雨对滑坡的主要影响是经地表渗入至地下而增加土体的自重，降低滑体的力学强度指标，并在滑面形成地下潜流，破坏边坡力学平衡。

2.3.2 表面位移监测结果分析

图5、图6为监测点D1～D5水平及垂直方向上的累计变化量成果图，由于L1监测点在监测期间的相对位移均保持不变，这里不做详细分析。分析图5、图6可知，D1处水平位移累计变化量要大于其他监测点处的水平位移累计变化量，各监测点处的水平位移相对于垂直位移在降雨前的波动变化不大，而在降雨后水平位移和垂直位移均出现不同程度的位移波动，且垂直方向上的位移波动相对较大，表明降雨對地表处的位移影响较大。据勘察资料显示，滑坡体下存在地下水，雨水的渗入会使得地下水位升高，增加土体自重，降低土体强度，形成软弱滑动面层，从而导致地表水平和垂直方向上的位移波动变化较大。

2.3.3 深部位移监测结果分析

图7、图8为S1和S2在水平方向上的位移监测成果图。由于S1和S2监测点在降雨期间沿垂直方向上的位移几乎为0，因此这里不再赘述。分析图7和图8可知，在降雨期间，深部位移监测显示S1和S2沿水平方向上的位移量波动较大。20180103～20180104，S1监测点在深度约为8.0 m处时位移量开始发生了突变，可推断S1点处滑动面深度约为8.0 m，期间沿水平方向上最大累计位移增量为0.48 mm;同理，可推断S2点处滑动面深度约为6.0 m，期间沿水平方向上最大累计位移增量为-0.41 mm。结合深部位移滑动变形以及开展监测前滑体出现的张拉、剪切裂缝明显增加的情况可知，滑坡正处于蠕动变形阶段。

3 综合处治方案

3.1 滑坡发展趋势及危害性预测

监测工作开展前不久，滑体前中上部出现张拉、剪切裂缝明显增加的情况，说明滑坡处于蠕动变形阶段。监测期间滑坡虽未整体产生滑动，但考虑在今后雨水下渗、坡体地下水水位抬高、岩土体力学强度降低等综合因素的进一步影响下，坡体很可能会产生规模较大的滑动，导致滑坡体上方建筑随滑体下滑，影响人民的生命财产安全。因此，有必要对河池市金城江区第三初级中学滑坡采取工程处治措施。

3.2 滑坡地质灾害处治方案

根据滑坡的地质特点、稳定性、剩余下滑力计算结果、地形条件以及滑体上建筑物分布状况，提出如下两种可行的综合处治方案：

（1）锚索格构梁+抗滑桩+重力式混凝土挡墙+排水措施+监测措施

根据滑坡岩性及现状、剩余推力值、施工条件，建议对教学楼后方边坡采用锚索格构梁加固，在教学楼前和综合楼前采用抗滑圆桩加固，在操场与宿舍楼之间的挡墙前设一堵高6.0 m，上顶宽1.5 m，下边宽2.0 m的钢筋混凝土挡墙，并在场地内建设系统的排水措施。根据边坡的特点，开展边坡地表位移变形、支挡结构位移、应力变化等长期监测工作。

该方案的优点在于对抗滑圆桩、挡墙工程进行封闭施工后，学校可在有限区域内恢复教学工作，治理周期较短，费用较低;不足之处在于施工过程中，可能对已有的建筑物地基造成损害。

（2）拆除滑体上建筑+削坡卸荷+锚索格构梁防护加固+排水措施+监测措施

根据河池市政府及教育部门的规划，学校已不能满足教学要求，采取异地重新建校，勘查区场地将作为棚户区改造建设用地，拆除滑体上所有建筑，对滑坡进行削坡卸荷，然后在削坡形成的边坡上进行锚索格构梁防护加固，并在滑坡场地建设系统的排水措施，同时对坡体进行长期监测。该方案的优点在于可彻底消除滑坡威胁，但周期较长，同时因该场地未来建筑规划尚未进行，无法准确估算费用，初步预计费用可能将远大于方案一，且建设风险较高。

4 结语

通过采用自动化智能监测预警系统对河池三中滑坡进行雨量监测、表面裂缝监测以及深部位移监测，分析了滑坡的位移变化规律，并针对滑坡的工程特性提出了两种综合处治方案，得到的结论如下：

（1）采用自动化智能监测预警系统能高效、准确地对滑坡工程中监测的数据进行全天候自动采集，采集的数据精度符合规范要求，并可根据采集的数据与预警阀值进行对比分析，做到智能化的预警预报，验证了自动化智能监测技术运用于工程中的可行性与准确性。

（2）结合雨量监测、表面裂缝监测以及深部位移监测的数据显示，河池三中的滑坡位移受降雨的影响波动较大，墙体表面裂缝在监测期间的相对位移保持不变，沿垂直方向上的地表至地下12 m范围处的位移变化几乎为零，位移变形主要发生在水平方向上。

（3）根据河池三中滑坡的工程地质特性以及滑体周围建筑物的分布情况，提出了两种综合处治措施：①锚索格构梁+抗滑桩+重力式混凝土挡墙+排水措施+监测措施;②拆除滑体上建筑+削坡卸荷+锚索格构梁防护加固+排水措施+监测措施。

以上研究成果可为同类型滑坡监测及处治工程提供可靠、有效的解决方案。

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