基于雷达监测的道路边坡降雨条件下稳定性研究

郭宇明

(北京市公联公路联络线有限责任公司，北京 100161)

0 引 言

目前对道路边坡变形监测手段主要有全站仪测量、GPS测量和摄影测量等，此测量方式不仅需要耗费大量的人力和物力，测量精度低，监测区域覆盖面积小，且难以实现全天候实时监测并预警。基于以上不足国内引进并自主研发了高分辨率、高精度的边坡雷达监测系统，并已逐步推广应用于露天边坡变形及山体滑坡的实时监测预警工程中，成功预报多起滑坡险情，边坡雷达的监测工作为工程安全施工，正常运行提供了高效、可靠的保障。

降雨作为影响边坡稳定性的因素之一，尤其在雨季，短时间大量雨水的渗入，是引发边坡滑坡的主要诱因。对于裂隙发育的破坏岩体，雨水的渗入使岩体结构面内充填物力学性质弱化，造成裂隙扩展、贯通并最终形成滑移面导致滑坡事故。论文基于边坡雷达监测系统，对某道路工程边坡进行长期实时动态监控，结合当地降雨量信息，探讨边坡位移量与降雨的关系，建立降雨条件下边坡失稳模型，为工程预测、预报提供科学参考。

1 工程背景

边坡高度约160 m，岩体节理裂隙较为发育，在强降雨作用下高边坡滑坡问题突出。边坡所在地区年降雨量充沛，年平均降雨量约为1 200 mm，降雨主要集中与6～9月。边坡雷达是一套用于露天边坡稳定性测量和监测的设备，无须与监测区岩壁发生任何接触，即可沿整个岩壁表面以次毫米级精度进行连续监测。并能实现快速预警，保障生产安全。监测使用雷达为MSR300边坡雷达，其主要技术参数如表1所示。边坡雷达布置场地地基牢固且平整，与被监测边坡之间没有明显障碍物。雷达安置与右岸高程为850 m的稳固平台上，数据采集频率为10 min。

表1 雷达技术参数

2 边坡变形与降雨关系分析

2.1 边坡变形与降雨量的关系

为了研究降雨量与边坡位移量的关系，位移与降雨量数据同步采集，月降雨量和月边坡变形量统计分别如图1和图2所示，根据2012年～14年三年的统计结果分析，10月到来年的5月边坡变形趋于稳定，基本保持在10 mm以下，进入6月以后，边坡变形增加，7月份累计位移量达到峰值，三年中7月份边坡变形均为最大，平均位移量超过40 mm。与相应月份降雨量相比可得，边坡变形与降雨量有较高的相关性。当月降雨量小于100 mm，边坡月累计位移基本维持在10 mm左右，边坡保持相对稳定。降雨量开始增加，边坡位移也随之增加，在每年7月达到最大。

图1 月累计降雨量

图2 月累计位移量

2.2 边坡失稳与降雨强度的关系

降雨强度以单位时间内的降雨量(mm/min)表示，边坡失稳滑坡灾害与降雨强度密不可分，降雨强度对边坡稳定性的影响程度通常超过月累计降雨量。我国对降雨强度分为6个等级，对左岸边坡监测过程中发生过多次表面破坏岩石滑落现象，针对其中一次较大的滑坡实例(2014年7月22日)，选取滑坡日期前后一周的边坡位移量数据及降水量进行分析。滑坡区域岩体累计变形量与降雨强度的关系曲线如图3所示。降雨强度以天为计量单位，共15 d。边坡累计变形量及变形速度以小时为单位，共采集180个数据。

图3 滑坡区域边坡累计边坡位移量-时间-降雨强度关系

月中旬边坡累计变形量10.2 mm，之后2 d降雨量均小于10 mm/d，属小雨等级，边坡累计变形量较稳定，增加至12.4 mm，边坡处于稳定阶段，如图3所示。随后降雨量增加至中雨级别，由于降雨强度低，没有引起边坡变形大幅度增加，但随着累计降雨量达到58 mm，，边坡累计变形量在随后3 d增加至23 mm。第6 d时降雨强度突增至46 mm/d，属大雨级别，边坡累计变形量也随后发生较大幅度增加，发生滑坡当天降雨强度为暴雨级别，降雨量超过100 mm，按降雨强度等级划分为暴雨-大暴雨级别，边坡累计变形量突增至39 mm，降雨强度减弱后，发生区域性滑坡事故，边坡滑坡相对于降雨具有一定的时间滞后性。之后几天中，降雨强度减弱，累计降雨量仍再增加，由于滑坡后岩体应力得到部分释放， 内部较为完整岩体暴露，其力学性质优于已发生滑坡的岩体，边坡累计变形量趋于稳定。短时间内，降雨量的缓慢增加对新暴露的岩体稳定性影响较小。

降雨是引发边坡失稳的重要和主要因素，其中累计降雨量和降雨强度均对边坡稳定性产生不利影响，累计降雨量对岩体力学性质弱化作用是个缓慢的过程，在外荷载或强降雨激励下引发滑坡事故。降雨强度是引发滑坡的直接因素，短时间内大量水进入岩体，不仅加速岩体力学性质的弱化，而且作为一种外荷载施加于边坡岩体，导致其突然失稳破坏。因此在强降雨季节加强边坡监测工作。

3 结 论

(1)边坡雷达在边坡监测过程中获取大量实时变形数据，准确、及时的反映边坡岩体在不同外荷载扰动作用下的变形过程，全天候、高精度的连续测量为边坡灾害预警及防护工作提供有效数据支持。

(2)降雨是引发边坡失稳的重要和主要因素，结合雷达监测数据得到该道路工程边坡累计变形量与降雨量呈线性关系，可根据线性拟合函数对降雨过程中的边坡累计位移量进行计算，为边坡安全防护工作提供依据，为类似工程边坡的监测提供科学参考。

(3)强降雨是引发滑坡事故的直接因素，短时间内大量水进入岩体，不仅加速岩体力学性质的弱化，而且作为一种外荷载施加于边坡岩体，导致其失稳破坏，可依据降雨量和降雨强度条件结合边坡变形量数据建立边坡监测的多级预警值，以完善滑坡预测和预报工作。