边坡变形监测技术发展现状及问题对策

王念秦，申辉辉, 鲁兴生

(1.西安科技大学地质与环境学院，西安 710054；2.陕西省煤炭绿色开发地质保障重点实验室，西安 710054)

中国是一个多山国家，地质结构复杂，地貌类型繁多，地形起伏较大，其中山地、丘陵约占国土面积的2/3，为地质灾害的多发提供了基础条件。近年来，由于受极端天气、地震以及人类工程活动的影响，岩土体内部应力状态由平衡—非平衡—平衡逐渐过渡，致使中国地质灾害频繁发生，尤以滑坡最为突出。据不完全统计，2017—2019年全国共发11 375起滑坡，占地质灾害总数的68.2%，因滑坡造成的人员伤亡和经济损失占总地质灾害的60%～70%。其中发生在2017年四川省茂县新磨村的顺层高位滑坡导致10人死亡、73人失踪，直接经济损失达8.81亿余元[1]，以及2019年发生在山西省乡宁县枣岭乡滑坡导致3栋楼房垮塌，造成20人死亡的重大滑坡灾害事故[2]。通过这些案例不难看出，滑坡地质灾害对人类的生命财产安全威胁十分严峻。

2017年国土资源部印发的《全国地质灾害防治“十三五”规划》明确要求，要以最大限度避免和减少人员伤亡及财产损失为目标，建成系统完善的监测预警体系[3]。因此，科学的监测预警工作是防范地质灾害和保障人民生命财产安全的重要手段，对国民经济建设起着至关重要的作用。同时，通过定量化监测数据来客观反映边坡变形特征及变形规律，可为滑坡预警预判和风险管控提供重要依据。

如今，地质灾害监测预警工作在中国发展了近60年，地质灾害监测手段以及监测方法得到多元化发展。因此，针对既有的变形监测手段进行梳理和经验性总结，提出当前边坡变形监测所存在的问题和解决办法，以期为今后地灾害监测工作的开展提供指导和借鉴。

1 边坡监测技术发展历程

边坡监测是指导边坡稳定性分析的重要手段之一。国际上对边坡监测的研究已有一百多年的历史，其中意大利在1860年就开始了对边坡变形监测的研究工作，是边坡地质灾害研究最早的国家之一。中国对边坡监测的研究相对较晚，直到20世纪60年代，陆续开展地质灾害监测预警研究工作，并取得了丰硕的科研成果。其中不乏一些成功预报典型案例，如秭归县马家坝滑坡、鸡鸣寺滑坡以及甘肃黄茨滑坡等，最为突出的是1985年对长江三峡新滩滑坡的成功预报，确保了滑坡区内1 371名居民的生命安全，成为中国滑坡监测预警史上的里程碑。

纵观边坡监测的研究历史，可大体将其发展过程划分为三大阶段。

1.1 探索期——定性分析评判阶段

20世纪50年代以前为定性分析评判阶段，该阶段受科学水平的制约，主要通过巡视，靠肉眼和听觉，结合一些简易工具(皮尺、罗盘等)对边坡的稳定性进行分析。对其监测方法，如坡体上建筑物开裂通过贴纸条、涂油漆的方式进行变形观察；地裂缝在其两侧埋桩用皮尺量测其位移变化量。除此之外，通过观察异常现象评价其稳定性，如动物惊恐不安、地下水位突变、岩土体发出声响、局部出现小型滑塌、坡脚前缘鼓胀或出现涌水、树木歪斜等。

总的来说该阶段监测特点主要以防为主，其监测方法存在精度低、内容单一、劳动强度大等缺点。

1.2 深化期——理论研究、半定量分析评判阶段

20世纪50—90年代为理论研究、半定量分析评判阶段，该阶段科学技术蓬勃发展，各种监测仪器设备相继研发并广泛应用于边坡监测系统中。与此同时，各国专家、学者对边坡变形理论研究相继取得突破，开始大量引入数理统计、概率论、灰色系统理论、模糊数学等现代数理力学理论与模型，各学科相互贯通，研究方向趋于多样化，对边坡的稳定性评价也由此从定性分析过渡到半定量分析。

对其研究成果，苏联滑坡专家叶米里扬诺娃[4]在《滑坡作用的基本规律》一书中全面地论述了自然滑坡产生的条件、因素、机理和过程；日本学者Saito[5]提出了著名的“斋藤法”滑坡预报公式，并成功预报一起隧道滑坡；智利学者Hoek[6]提出根据滑坡变形曲线的形态和趋势外推求滑动时间的外延法；崔政权[7]首次提出运用系统工程地质学(system engineering geology,SEG)法对边坡稳定性进行评价的思路；谢守益等[8]设计了降雨滑坡的典型阈值，并根据极值分布理论对典型滑坡降雨诱发概率进行了统计分析；马莉等[9]、唐春艳等[10]先后运用灰色理论和交互多模算法对滑坡监测数据进行处理，并建立滑坡预测模型和一种卡尔曼平滑算法等。

与此同时，中国研制了一批常规监测仪器设备，但与发达国家相比仍存在差距。主要表现在仪器的精度和自动化方面。因此，起初主要通过引进国外监测技术进行研究。如探测边坡滑动面的多点钢丝伸长计、测定倾斜和位移变化的数字显示钻孔测斜仪、监测沉陷或隆起可远距离读数的多点液力水准仪、美制Sinco盘式倾斜仪、日本蔡司007自动安平水准仪和SET2测距仪等[11]。在第六个五年计划之后，中国专家学者针对一些传统监测仪器的缺陷，自主研发了PSH-1型双向伺服加速度计式倾斜仪、T字形倾斜仪、钻孔多点位移计以及测距仪、水准仪、经纬仪、全站仪等一批高精度光电和光学测量仪器。

该时期的特点主要为监测方向和仪器设备趋于多样化，监测手段也不再局限于地表宏观形迹，监测指标从地表延伸到地下，监测效率大幅提升。其监测方法精度较高，但劳动强度较大、易受地形和通视等因素的影响。

1.3 发展期——监测预警自动化、定量分析评判阶段

20世纪90年代以后为监测预警自动化、定量分析评判阶段，该阶段，计算机、电子、测量、通信等技术迅速发展，出现一批新型监测技术，边坡监测手段也因此得到充实。如“3S”[遥感(remote sensing,RS)、地理信息系统(geographic information system,GIS)和全球定位系统(global positioning system,GPS)]技术、三维激光扫描技术、时域反射技术、合成孔径雷达干涉测量技术、分布式光纤传感技术以及近景摄影测量技术等。其中D-InSAR(differential interferometric synthetic aperture radar)技术首次被提出可用于探测大范围区域的地表变形[12]，为边坡监测手段提供了新思潮。至此，国际上对边坡监测的手段不再仅仅依靠单一的宏观传统监测，正在转变为由点到面、由浅至深、由宏观到微观的多样化监测。伴随着无线传感器、遥测技术和云计算技术的突破，边坡变形监测技术不断朝向自动化、实时化、信息化等方向发展，极大地推动了边坡远程实时动态化监测，边坡监测效率得以提升。实时动态监测系统对跟踪灾害体的变形过程进而反演分析起着关键作用，因此中外竞相对其研发工作涌现热潮。如澳大利亚研制的CSRIO(commonwealth scientific and industrial research organisaction)实时动态边坡变形监测系统以及智利的APA-Win边坡自动监测系统等，通过实际应用检验均达到良好的监测效果；何满潮[13]开发了滑坡地质灾害远程监测预报系统，实现摄动力动态变化的远程实时监测，并提出4种监测预警模型；许强等[14]通过自主研发的“地质灾害实时监测预警系统”以变形速率阈值和改进切线角为预警指标，对甘肃省永靖县黑方台滑坡进行7次成功预警。

“十二五”期间，国务院印发的《关于加强地质灾害防治工作的决定》(简称《决定》)明确提出，要对地质灾害隐患点开展专群结合的监测预警。自《决定》颁布以来，中国已先后在三峡库区、四川雅安、重庆巫山、陕西延安等地区开展专业监测和预警研究工作，为后期专家、学者的研究提供了宝贵经验。

该时期常规监测技术应用较为成熟，新型监测技术正处于上升发展期，监测系统的远程化、自动化、实时化性能是该时期的一个亮点，尤以遥测技术最为突出。该时期所研发的新型监测技术具有精度高、效率高、劳动强度小等优点，但其监测精度易受气象等自然因素的影响。

2 边坡变形监测技术现状

边坡失稳破坏是从渐变到突变的一个发展过程，单凭人的直觉观察很难发现。因此，现阶段，简易监测只能作为辅助手段，主要通过常规监测手段和新型监测手段对边坡变形进行监测。

2.1 常规边坡变形监测技术

常规边坡变形监测主要通过一些比较成熟的非自动化的监测仪器设备对边坡进行监测，其监测方法及其特点如表1所示。

表1 常规边坡变形监测技术及其特点

2.2 新型边坡变形监测技术及其组合应用

由于常规监测手段效率较低、耗费人力且易受地形条件、通视情况等因素影响。因此，为了克服这些局限性，中外学者不断研制出新型边坡监测技术，并根据各监测技术的特点进行组合应用，使得边坡变形监测工作的效率得以提升。本节根据监测技术的接触特性，将新型边坡变形监测技术划分为接触型边坡变形监测技术和非接触型边坡变形监测技术。

2.2.1 接触型边坡变形监测技术

1)TDR技术

时域反射法(time domain reflection，TDR)是一种用于测量电缆变形程度和变形位置的电测量技术。早期主要应用于通信行业，用来检测通信电缆的断点位置。基于该技术的特性，因此被引领到滑坡监测领域对地下深部变形进行监测。当边坡发生位移时，电缆受到剪切和拉伸变形，使阻抗发生改变，从而电缆反射回来的脉冲信号发生显著变化。通过观察异常峰值，便可以确定滑动面。TDR边坡监测系统如图1所示。

图1 TDR边坡监测系统

中外学者针对该技术的特性不断进行应用并深入研究，并发现TDR技术要比常规监测方法效果更好，如Aghda等[15]在监测Darian大坝边坡变形状态时，将TDR传感器和测斜仪安装在同一钻孔中，得出了TDR技术相比于测斜仪对滑动面中的小移动监测更为敏感的结论，并创造出一种TDR波形较为易读的计算方法。由于不同型号电缆受剪切变形程度不同，因此对不同型号电缆进行剪切实验研究就显得尤为重要。针对此问题，朱健[16]通过对某高速公路边坡的实际应用，研究了同轴电缆的剪切变形和灵敏度数值规律；陈云敏等[17]、谭捍华等[18]分别对不同型号同轴电缆进行室内剪切试验和实际工程应用, 研究了不同型号同轴电缆的剪切变形对TDR波形的影响。

2)分布式光纤传感技术

分布式光纤传感技术(distributed fiber optic strain sensor，DFOSS)是一种利用光纤作为传感敏感元件和传输信号介质，通过分析光纤中反射光的波长和频率等变化来测量光纤周围环境参数(温度、应变等)。当前，由于该技术具有轻便、耐腐蚀、灵敏度高、抗电磁干扰等优势，被广泛应用于边坡监测领域。其中，光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)和布里渊光时域反射(Brillouin optical time domain reflection,BOTDR)技术的应用最为典型。

FBG是一种周期性，作为波长选择性的微结构，主要通过测量布拉格波长的变化，从而得到光纤所受的应变或温度值。FBG测量原理如图2所示。

图2 FBG测量原理

在对该监测技术应用的同时，相关领域学者也在不断进行改进和完善。如马豪豪等[19]介绍了基于FBG技术的新型测斜管工作原理、埋设及位移计算方法，并通过实际应用与传统测斜管进行对比分析，验证了该测斜方法的可靠性。Pei等[20]针对边坡深部变形监测仪器存在的不足，提出了一种基于FBG技术和磁致伸缩效应的测斜仪。

BOTRD技术通过测量后向布里渊散射光的频移来实现应变或温度的测量。其监测方法如图3所示。该技术能够对大型滑坡进行全分布式监测，因此在工程领域达到很好的监测效果。布里渊频移与应变、温度都存在线性关系[21]，其表达式为

图3 BOTDR监测方法示意图

ε=Cs(Vb-Vb0)+ε0

(1)

T=CT(Vb-Vb0)+T0

(2)

式中：ε是光纤的应变；Cs是布里渊频移的应变系数；Vb是光纤的布里渊频移；Vb0和ε0是光纤的初始布里渊频移和初始应变；T是光纤的温度；CT是布里渊频移的温度系数；T0是光纤的初始温度。

中外学者对BOTRD技术很早就进行过研究，如Horiguchi等[22]研究了单模光纤中布里渊频移随拉伸应变的变化规律，并测出布里渊频移的应变系数，证实了布里渊散射光谱法对纤维中的拉伸应变进行评价的潜力，为边坡监测手段提供了新思路。对其应用，Wang等[21]应用BOTDR技术对室内土坡模型的变形进行监测，实验表明了该技术对土质边坡监测的可行性和早期预警特性。孙义杰等[23]将BOTDR技术应用于三峡库区马家沟滑坡进行研究，根据沟槽植入式光纤的监测结果分析了不同布设方式下光纤的分布特征。结果表明该技术能够对滑坡变形异常点的位置进行识别和定位，并能准确测量坡体局部异常的变形值。

3)AE技术

声发射(acoustic emission，AE)是用检波仪器对声发射信号进行探测、记录和分析的一种技术，也被称为微地震技术。当地下深部土壤发生变形时，通过埋设的检波仪器装置对破裂面传输的声发射信号进行接收，进而分析破坏区域的位置和应力状态，监测示意图如图4所示。主要的地声监测仪器有国产DY-2型地音仪、YSS-1型岩体声发射仪、美制AE5000B型声发射仪等。该技术与传统变形监测技术相比，具有成本低、易监测、应用广等优点。

图4 声发射监测示意图

20世纪70—90年代期间，Robert等[24]就在不断开展土壤AE特性基础实验，实验结果表明土壤级配、颗粒形状和应力水平等因素都会对AE特性产生不同的影响。Smith等[25]探讨了有源波导产生的AE测量数据对斜坡首次破坏进行早期监测的可能性，通过建立大型模拟滑坡物理模型，验证了声发射技术能够监测剪切面的发展，还可以测出斜坡变形过程中的位移速率，并得出AE率与位移速率成正比的结论，为早期边坡失稳提供了依据。Dixon等[26]通过对前人室内实验的总结，得到边坡变形与声发射率间的标准，分为慢、中等、快3个量级，并应用于现场试验中。陈乔等[27]对土剪破坏次声监测进行了试验研究，探索了土质滑坡中次声产生的机理，并针对常规土体应变式直剪仪在声发射实验时接收声学信号微弱的缺陷，研发了一种能够探测次声信号的专用变尺寸直剪仪，为土质滑坡次声监测技术研究奠定了基础。

2.2.2 非接触型边坡变形监测技术

1)测量机器人

测量机器人是在全站仪基础上改进的能够代替人类进行搜索、跟踪、辨识并能精准获得距离、角度、三维坐标及影像信息的测量系统。其监测原理就是通过测量机器人对边坡表面预监测点放置的棱镜进行搜寻，自动收集、记录监测数据，最终对数据进行整理分析，并根据预设安全预警阈值进行自动预警报警，从而实现边坡变形的全方位监测。该监测技术精度高、速度快，并能进行多点监测。就TCA2003全站仪而言，其测距精度为±(1 mm+10-6)，测角精度为±0.5°，因此常被应用于特殊危险性环境和滑坡发生后的应急监测中。近年来，中国学者不断对该技术进行实际应用，以检测其监测效果。如李胜[28]、张金钟等[29]都相继在露天矿边坡对其进行检验，结果表明该技术性能稳定，数据可靠，可以取得很好的监测效果，并对仪器的布设提出合理化建议，可以说该监测技术为矿山安全生产提供了重要保障。除此之外，闫强等[30]、王常磊等[31]将该技术分别应用于高速公路边坡和隧道进行变形监测，为边坡和构筑物的稳定性提供了数据依据，很好地验证了该技术的可靠性。

2)“3S”技术

进入21世纪，“3S”技术在地质领域迅速蔓延，为滑坡监测提供了强有力的手段。运用“3S”技术可对滑坡监测分析、掌握滑坡时空演化规律以及滑坡监测工作的进展起到关键作用。

RS技术在滑坡监测领域可以快速获得大范围研究区域的动态滑坡信息，并可以同步进行滑坡监测。具有覆盖范围广、获取信息块、受地面障碍限制小，并能连续反复进行观测等优点[32]。国外学者Moayedi等[33]通过遥感提供的空间数据，研究检验了两种新型理论模型——入侵性杂草优化模糊神经(invasive weed optimization-neuro fuzzy,IWO-NF)和大象放牧优化模糊神经(elephant herding optimization-neuro fuzzy，EHO-NF)对伊朗西部边坡稳定性监测的可行性，成为用于识别边坡破坏与环境参数之间数学关系和分析方法的有效替代。

GIS技术具有对地球表层空间中有关地理分布数据进行采集、分析等功能。可以从不同空间和时间尺度上分析滑坡发生与环境因素之间的统计关系,从而定量-半定量地监测和评价滑坡发生的时间及可能的影响范围[34]。基于GIS技术具备的强大功能，吴振君等[35]采用Map Objects集成开发了基于GIS的滑坡监测信息管理与分析系统，并成功用于三峡库区泄滩滑坡的信息系统管理。李邵军等[36]将滑坡监测与GIS技术及三维可视化相结合，建立了三维滑坡的监测信息系统，为滑坡监测方案设计提供了一个可视化的信息平台。李如仁等[37]利用GIS强大的空间显示、分析能力等优点，将GB-InSAR 技术得到的变形数据与GIS相结合，实时、高效地对露天矿边坡进行变形监测。邓庆等[38]利用Arc GIS空间分析和栅格计算功能，结合力学原理的滑坡稳定性评价，得出稳定系数在平面上的分布图, 能够直观地反映滑坡体的稳定状态。

GPS因其强大的服务功能，在国民经济建设各领域中扮演着关键角色。GPS监测的基本原理是通过GPS卫星发送的导航定位信号进行空间后方交会测量，确定地面待测点的三维坐标，根据坐标值在不同时间段的变化来获取绝对位移数据及其变化情况[39]。由于GPS具有精度高、自动化程度高、实时动态监测、不受气候条件限制以及无需站点之间通视等优点，因此在地质灾害领域发展十分迅速，成为滑坡监测的有力手段，其对水平位移量的观测精度可达到±5 mm。中国已在长江三峡库区建立GPS监测网。其中，根据玉黄阁滑坡GPS监测网监测结果表明，玉黄阁滑坡的水平位移平均每月为0.02～0.28 mm[40]，为边坡稳定性分析提供了参考依据。

与此同时，以GPS为基础的CORS(continuous operational reference system)和GNSS(global navigation satellite system)等技术也相继得到发展。向迪等[41]通过CORS技术对魏家峁露天煤矿边坡进行了实际应用，有效观测到边坡位移情况，验证了CORS系统在边坡监测中数据的可靠性。魏平新等[42]采用新型算法模型，对地质灾害隐患点开展了一系列高精度(毫米级)滑坡地表形变远程动态监测，验证了CORS技术在滑坡灾害动态监测预警中的适用性。Akio等[43]使用GNSS的日坐标数据监测到日本中部半岛的不稳定位移。庞浩等[44]通过滑坡位移变形监测数据与气象数据对照分析，验证了GNSS实时变形监测技术对黄土滑坡监测的适用性。

3)三维激光扫描技术

三维激光扫描技术最早出现于20世纪90年代，由激光雷达技术发展而来。其主要包括扫描系统、激光测距系统和支架系统等，测量原理如图5所示。三维激光扫描系统通过激光传播速度、激光脉冲反射时间获得监测点的距离[45]，其计算公式为

图5 三维激光扫描仪测量原理图

(3)

式(3)中：s为激光扫描仪到监测点的距离；cg为激光束在介质中的传播速度；t为时间；co为激光束在真空中的传播速度；ng为介质的激光特性参数。

根据激光测距系统测得的监测点距离以及扫描系统获得的激光脉冲纵、横向扫描角度，便可解算出监测点的三维坐标为

(4)

式(4)中：θ为激光脉冲纵向扫描角度；α为激光脉冲横向扫描角度。

由于大量监测手段如GPS、全站仪等只能进行单点监测，且观测墩一旦破坏将会影响监测数据的连续性。为克服这些监测方法的弊端，基于三维激光扫描技术具有非接触、高效率、高精度并可全面掌握滑坡变形情况等诸多优势，因此，该技术受到众多学者的关注。对该技术应用最为典型的是国外学者Julien 等[46]使用地面式激光扫描仪在2007年开始对法国南部阿尔卑斯山脉一处滑坡进行了为期3年的变形监测，通过大量数据采集和处理，验证了三维激光扫描技术在滑坡监测中的可行性。在矿山边坡的稳定性监测中中国学者江颜等[47]、韩亚等[48]、刘钰等[49]相继将三维激光扫描技术进行应用，认为该技术性能可靠，可以达到良好的监测效果，并针对所存在的缺陷提出宝贵意见。王堃宇等[50]基于三维激光扫描技术，利用扫描点云生成的网格和等高线获取整个边坡三维模型及位移云图。

4)InSAR技术

合成孔径雷达干涉测量(interferometric synthetic aperture radar，InSAR)技术是空间对地的一种新型监测技术。通过雷达向目标区域发射微波，然后接收反射的回波，根据干涉图中两次成像中微波的路程差，计算出目标区域地表的微小变化。该技术具有全天时、全天候、高精度、低成本等优势，多用于解决大面积的滑坡监测。

Achache等[51]首次利用InSAR技术对法国南部Saint-Etienne-de-Tinee 滑坡进行研究，利用ERS-1获得SAR数据，并基于InSAR技术处理获得的6幅不同的干涉图，发现InSAR技术测出的位移变化值与常规监测法所得结果基本一致，验证了InSAR技术在边坡变形监测方面的可行性。Tarchi等[52]研制了一种基于雷达干涉测量技术并利用地面仪器实现的创新技术，通过对意大利Belluno地区Tessina滑坡的实际应用，发现该技术能够以较高的空间分辨率和精度得到滑坡多时相地表形变图，监测记录的像素位移与电子测距仪数据相吻合，验证了该创新技术的可靠性。在中国，针对2017年四川茂县新磨村滑坡监测结果可以看出，InSAR技术不仅可以提前识别和圈定滑坡的空间变形范围，还可以利用多期数据对同一点的变形时间序列进行分析，从而得到滑坡区内某些关键点的位移-时间曲线，并据此进行滑坡稳定性判识和中长期预警[53]。

5)近景摄影测量技术

摄影测量是通过对影像进行量测与解译等处理，并采用非接触式数据获取方式的一种测量技术。近景摄影测量技术因其具有低成本、高灵活、应用性强等优点，被引领到边坡监测领域。

21世纪初，日本应用摄影测量方法进行隧道的收敛测量，推动了数字化近景摄影测量的进一步发展[54]。李彩林等[55]基于近景摄影测量技术，提出一种无需二次控制、非接触、快速的滑坡监测方法，并通过人工模拟滑坡实验，证明了该方法的可行性。Gance等[56]鉴于地面光学摄影测量技术对位移评估的局限性，提出了一种基于目标检测和跟踪(target detection and tracking,TDT)算法的替代互补方法，用于快速计算图像时间序列中目标的位移。

2.2.3 监测技术的组合应用

针对滑坡不同特征、不同阶段，应充分利用各监测手段的“优势互补”原则进行组合应用，多手段综合监测有利于不同监测方法之间资料的相互印证对比，以达到更加经济、高效的监测效果。例如，史彦新等[57]分析了FBG与BOTDR的各自优缺点，提出两者联合监测滑坡的方案，并通过在巫山残联滑坡中的实际应用，获得了滑坡体较完整的应变信息；韩军强等[58]在实际黄土滑坡监测应用中，将高精度智能全站仪、GNSS和位移计分别应用于滑坡不同阶段。在滑坡萌芽初期，采用高精度智能全站仪进行周期性监测以降低成本。当滑坡进入加速期后，在裂缝处增加位移计用于分析滑坡块体局部区域的应力变化趋势。在地表滑动面特征点增加GNSS手段用于快速识别滑坡体的大幅移动。

2003年中国地质调查局在重庆市巫山县建立了地质灾害实时监测示范站，通过选用GPS监测地表位移、TDR技术和固定式钻孔倾斜仪监测深部位移、孔隙水压力计监测滑体孔隙水压力及饱水时的水位，将采集仪所采集到的多种监测数据经GPRS远程传输，以此达到远程实时动态监测[59]。2006年中国地质勘察局与加拿大地质勘察局联合开展了对四川西部深谷中甲居寨滑坡的长期监测，通过利用InSAR技术与GPS技术联合监测，InSAR每月提供一次垂直位移数据，GPS提供连续的水平位移数据，取得了良好的监测效果[60]。

3 边坡监测技术问题分析

随着时代的发展，各种各样的边坡监测手段出现在人们的视野中，与此同时也存在着各种弊端，主要表现为以下几方面。

(1)工作量大，耗费财力、人力和物力。一些常规监测方法,如大地测量法、测斜法、测缝法等，都需要人工花费大量的时间到现场进行监测。一旦突发崩塌、滑坡等地质灾害将会对专业人员生命和仪器设备构成威胁。虽然新型监测技术具备自动化远程实时监测功能，省了不少人力，提高了监测效率，但由于成本过高，难以得到大范围推广与应用。

(2)受外界影响因素制约。大多监测手段受地形和气象条件的影响，如大地测量法、测量机器人等对通视条件要求很高；GPS监测信号在高山丛林地区易被遮挡,无法对监测点进行定位；遇到恶劣天气，InSAR、近景摄影测量等技术精确度会降低。此外，各种监测仪器设备长期在野外不易维护保养，各种传感器在雨水长期浸泡后易受到腐蚀，也易受周边环境电磁干扰而降低监测数据采集的精确性。另一方面，一些监测手段因自身特性而受到局限，如TDR技术以电缆变形程度为前提，若电缆形变量较小未能产生变形破坏，就不能准确获取边坡的变形动态。以及近景摄影测量技术因其精度较低，只适用于对形变量较大的边坡进行监测。

(3)监测不够连续，不能准确获得边坡完整的变形规律。地表变形监测手段多受气象条件和卫星周期性的影响而使边坡连续性监测受到干扰。如果对滑坡监测预警研究最关键的一点“临滑阶段”没有采集到完整的数据链条，可以说前期的准备工作都将功亏一篑。对于深部监测手段，如传统锚索和锚杆的应用，当发生滑坡时，下滑力远大于锚索的抗拉强度以至锚索被拉断，整个监测系统也就失效。除此之外，TDR、钻孔测斜仪等深部监测手段也都存在着“一孔之见”的弊端，虽然能够确定滑面位置，但是边坡一旦发生较大错动后，监测设备就会被剪断，连续监测的可能也就宣告终止。

(4)监测内容局限，无法综合分析。现阶段监测手段基本都是针对某一指标进行独立监测，就TDR技术而言，该技术只能监测滑面位置，却无法获知滑体的移动方位和位移。虽然针对这一问题可以通过各种监测手段之间的组合应用加以解决，但对多种指标进行同步监测的综合监测系统的研究还存在一些技术难题。Zhong等[61]就曾提出需要建立一个用于监测边坡表面和深部位移、孔隙水压力、土压力、降雨量等参数，并能实现集数据自动采集、存储、发送和分析等功能于一体的综合监测系统，实现边坡变形过程中各种力学参量的监测。如果对某一边坡的监测指标仅仅局限于表层变量，没有深层次内容(地下水位、孔隙水压力等)的监测，而去判定该边坡的稳定性也只是解决燃眉之急，却不能解决长远问题。同时，也失去了对滑坡预警预报研究的意义。

除此之外，现阶段滑坡监测类型比较局限。如目前滑坡监测主要针对土质滑坡，而对岩质滑坡监测的研究还不够深入，由于其滑坡机制的复杂性和不确定性等因素，岩质滑坡往往会发生得更加突然，就现阶段技术而言，还无法满足其监测预警效果。从大多文献资料来看，现阶段对监测指标的选取基本以位移变量和诱发因素进行确立，对其边坡失稳的关键要素“滑面”形成机理有所忽视。同时，针对不同的边坡其监测技术的选择和监测网的布设不尽合理，以及后期监测数据的分析处理没有对伪数据有效剔除，不免对专家、学者产生误导。就政府机构层面而言，在边坡监测这方面并没有下发统一的技术规范，以及各个部门之间的数据不能实时共享，导致数据资源不能相互借鉴和有效利用。

4 结论及对策建议

通过对边坡变形监测的发展历程及其现状进行总结，以此来充分认识当前边坡变形监测领域中监测技术、监测理论、监测过程中所存在的问题，进而提出以下针对性对策建议，以便更好地为边坡变形监测技术的发展启迪思路。

(1)未来应重点开发经济实惠、简单易行、并能够适应各种恶劣复杂环境的监测仪器设备，以此减少人力的投入以及排除外界因素的干扰。在滑坡不同的发育阶段合理的选择监测方法可以降低其监测成本，如在发育初期，坡体处于相对稳定状态，因此可以采用周期性的监测方法。

(2)为了能够保证对边坡的连续性监测，应根据所监测区域的气象条件、地质环境、规模大小、成因机制、变形阶段、诱发因素等综合考虑，选取适宜的监测手段。通过学者对各监测技术实际应用情况来看，非接触型监测技术更为方便、快捷，但容易受气象条件的干扰，因此气象条件较差时，选用接触型监测技术就显得尤为重要。此外，当滑坡进入加速变形阶段，应选用具有自动变频采集功能的监测设备，使其数据采集频率随边坡变形速率的加剧而加快，以此达到对边坡完整变形规律监测的目的和“临滑阶段”监测数据的有效采集，为边坡监测预警预报的研究提供数据支持。

(3)由于滑坡机理的复杂性，因此对滑坡的监测就需要从多个角度进行考虑，要做到监测指标内外统筹协调。“十滑九水”是前人对滑坡经验的总结，内部地下水这一指标对边坡失稳破坏起关键性作用，因此对水文(气象水文、水文地质)的监测要引起重视，并且要加强监测手段的组合应用以便取长补短，进而获得更加全面的边坡参数信息。同时，开展研究建立一套可以对边坡表面位移、深部位移、孔隙水压力、地下水位等多种参数同步监测的综合监测系统，将可以大大提升其监测效率。

(4)就现阶段而言，对土质滑坡监测成果较为丰富，但岩质滑坡的突发性一直阻碍着对其探究的步伐，并且对群众生命财产安全构成的威胁更为严重，因此还需继续对岩质滑坡的机理以及监测方法进行探究。除此之外，掌握滑坡内部的“时空前兆特征” 即滑面位置形成要素，应深入研究、探讨滑面的形成机理，要想根治滑坡，就要从“根本”出发，如同“铲草要除根”。当今时代，要充分利用物联网技术，将监测手段向区域性的角度进行考虑，认识大数据思想，将会简化对边坡失稳的认识；同时还需继续对滑坡监测新的理论模型进行探索。

(5)实时动态监测系统正处于发展上升期，是集数据采集、数据传输、分析处理、预警发布于一体，由于整个链条的相互关联性，任何一个环节出现故障就会导致系统无法正常工作，因此要定期对监测系统维护保养，以保障系统的正常运行。对监测网的布设要因地制宜，形成三维立体监测网架构可对边坡的变形方位、变形量、变形速率达到良好的监测。监测仅是手段，预警才是目的。因此，对后期监测数据的分析处理速度要想方设法进行改进，以免耽误预警预报的及时发布。同时，针对监测数据中的异常数值应严密分析其真伪性，去伪存真，以免误导做出错误判断。除此之外，国家相关部门应当制定相应的监测技术规范，同时协调好各个部门之间数据的共享，以便今后对边坡监测研究工作的顺利开展。