嘉陵江亭子口水电站库区张家湾滑坡变形监测与分析

王 佳,李 悦

(1. 中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，西安 710065；2. 嘉陵江亭子口水利水电开发有限公司，四川 苍溪 628400)

0 前 言

滑坡(含崩塌)是斜坡岩土体在重力以及其他外界因素(如降雨、地震、人类工程活动等)作用下，所表现出的一种变形破坏过程和现象[1]。

滑坡监测中，最关键的是监测量应与滑坡发展和触发机理[2]相对应，所以，寻找合适的反映滑坡发展过程的监测手段，并分析监测量演化与滑坡时空发展及机理的关联，对于理解滑坡发展过程并探索其预警方法十分重要[3]。很多灾难性滑坡往往不在已有的滑坡编目数据中，所以非常有必要对潜在滑坡隐患进行早期识别[4]。近些年来，随着科学技术的进步，野外灾害点的识别方法实现了从传统的目视解译，到人机交互解译，再到智能解译等形成跳跃式的发展格局；识别精度也达到了厘米级别；灾害点的识别标志更加详细，不同类型的地质灾害均有典型的识别标志[5]。专家学者对滑坡稳定性研究较多，其主要分为两大类分析方法，一类是定性分析,如图解法[6]，工程类比法等；另一类是定量分析法，如极限平衡法[7]、可靠度[8]分析法等，运用相关有限元分析软件，使用计算数据评价了滑坡的稳定性。张家湾滑坡为近年来新发现滑坡，此类滑坡有“不易发现，一旦出现，将会严重威胁周边居民人身及财产安全”的特点。该滑坡在采用“群测群防”方式监测的同时，本文先后采用“常规监测”和“自动化监测”两种方式对滑坡进行了监测与分析，定性和定量[9]两种方式相结合，分析结果为该滑坡以及该类型滑坡的防灾减灾工作提供借鉴。

1 张家湾滑坡监测简介

1.1 概 况

2018年5月，群测群防过程中发现嘉陵江右岸剑阁县江口镇陵峰村二组张家湾地表出现开裂现象，经专家现场查勘，发现该区域有3条明显裂缝，滑坡东西方向约800 m，南北方向约350 m，2018年7月开始对该滑坡开展常规监测。常规监测可以采用多种测量方式来印证分析结论，但存在监测频次低、数据采集过程中耗费的劳动量大、监测数据的采集过程容易受到外界不可抗力的影响等缺点，2020年12月，在常规监测多期后发现滑坡中部前缘位移量较大，且变化速率较快；为了能更好的了解滑坡变化趋势，2021年5月建立了自动化监测系统，自动化监测系统具备独立的测记功能，所得到的监测数据分析评价科学快捷[10]，为张家湾滑坡地质灾害预测预报提供依据。

1.2 监测点位布置

监测点位选择，主要是威胁人居建筑、关键设施或公共场所的灾害风险区段，监测布置的点、线、面结合要考虑崩塌滑坡的前后缘、侧缘与关键地点的深部[11]。

1.2.1常规监测点位布置

2018年5月，根据现场情况以及山体易发生线性滑坡特性[3]，在滑坡区域外基岩上布设基准点4点(正方形点位)，滑坡区域内布设常规监测点20点(圆形点位)。依据群测群防及专家意见，将滑坡分3个区域，具体监测点位分布如图1所示。

图1 常规监测点位分布

1.2.2自动化监测点位布置

2021年3月，根据常规监测分析结果，结合现场实际情况，在滑坡区域外基岩上布设自动化监测基准点1点(正方形点位)，滑坡重点区域布设监测点4点(圆形点位)。张家湾滑坡自动化监测点位分布见图2。

图2 自动化监测点位分布

2 监测数据采集与处理

2.1 监测数据采集

2.1.1常规监测数据采集

常规监测水平位移测量采用Trimble R8s型GNSS接收机，接收机静态平面测量精度3 mm+0.5 ppm，高程测量精度5 mm+0.5 ppm，将接收机分别架设在基准点及监测点上同时接卫星信号。垂直位移测量采用Trimble DiNi03水准仪，其标称精度为±0.3 mm/ km，采用精密水准测量法采集高差数据。

2.1.2自动化监测数据采集

自动化监测基准点采用徕卡AR10天线及徕卡GM30 GNSS接收机，天线相位中心稳定性≤1 mm，接收机平面精度3 mm+0.1 ppm，高程精度3.5 mm+0.4 ppm；监测点采用徕卡GMX910 GNSS一体接收机，接收机平面精度3 mm+0.5 ppm，高程精度5 mm+0.5 ppm。将接收机分别架设在基准点及监测点上同时接收卫星信号，通过4G通讯模块将采集数据传输至办公区服务器。

2.2 监测数据处理

2.2.1常规监测数据处理

GNSS数据处理一般的过程为[12]：① GNSS基线解算；② 在WGS一84坐标系上进行三维无约束平差；③ 在根据工程独立坐标系定义的测区局部椭球上，进行二维约束平差。

水准测量数据处理包括：① 高差改正；② 限差校核；③ 高程平差计算。

常规监测GNSS数据解算等级为D级，水准数据平差等级为二等，平面和高程成果精度均满足优于10 mm精度设计要求。

2.2.2自动化监测数据处理

软件中进行数据后处理设置，主要包括后处理文件名称、站点名称、站点文件产品、基准点名称、基准点文件产品、数据解算方式、保存路径等，开始自动解算处理。自动化监测平面和高程成果精度均满足优于5 mm精度的设计要求。

2.2.3监测点变形量计算

水平方向位移量及垂直方向位移量的计算公式如下：

ΔX=Xj-Xi

(1)

ΔY=Yj-Yi

(2)

ΔH=Hj-Hi

(3)

式(1)～(3)中：ΔX、ΔY为变形点的北、东位移量，mm；当ΔX>0，变形点向北位移，当ΔX<0，变形点向南位移；ΔY>0，变形点向东位移，ΔY<0，变形点向西位移；ΔH为变形点的沉降位移量，mm；ΔH>0，变形点上抬，ΔH<0，变形点下沉；Xj、Yj、Hj为变形点的第j次北、东坐标及高程,m；Xi、Xi、Hi为变形点的第i次北、东坐标及高程,m。

3 数据分析

3.1 常规监测数据分析

张家湾滑坡常规监测于2018年7月首次监测，2018年7月至2019年8月共监测17次，2019年9月至2020年7月中断监测，2020年7月恢复监测，2020年12月最后一次监测，2020年共监测4次。区域1位于滑坡下游，共布设6个监测点，各监测点位累计位移量见表1。

表1 区域1常规监测点位累计位移量统计表

分析表1数据可以得出以下结论：① 区域1监测点累计位移量均较小，截止2020年12月26日，累计位移量最大点位为TP06,该点位向南移动13.8 mm，向西移动12.0 mm，上抬了2.3 mm；② 区域1监测点周边变形缓慢，监测点年变幅均小于20 mm，区域1监测点位周边处于稳定状态。区域1各变形监测点累计位移过程线如图3所示。区域2位于滑坡中游道路下方，共布设7个监测点，各监测点位累计位移量见表2。

图3 区域1各变形监测点累计位移过程线

由表2数据可以得出以下结论：① 2018年7月23日至2019年8月2日期间，区域2上游监测点TP15、TP16、TP17累计位移量较小，处于蠕滑阶段，区域2中下游监测点TP07、TP08、TP11、TP12累计位移量较大，均超过100 mm，处于滑动阶段，2020年7月至2020年12月期间，区域2所有监测点累计位移量均较大，处于剧滑阶段；② 2018年10月至2019年6月期间，区域2监测点位移量较小，2018年7—9月和2019年7—8月位移量较大，2020年7—9月变形加速，位移量极大；③ 区域2所有监测点持续向嘉陵江方向滑动，区域2监测点周边极不稳定。

表2 区域2常规监测点位累计位移量统计表

每年7—9月，在区域2范围外布设警示标志，避免人员误入。区域2各变形监测点累计位移过程线如图4所示。区域3位于滑坡上游道路上方，共布设7个监测点，各监测点位累计位移量见表3。

图4 区域2各变形监测点累计位移过程线

表3 区域3常规监测点位累计位移量统计表

由表3数据可以得出以下结论：① 2018年7月23日至2020年7月15日期间，区域3监测点累计位移量均较小，处于蠕滑阶段，2020年7月15日至2020年12月26日期间，区域3远离公路监测点TP10、TP14、TP18、TP19、TP20累计位移量仍较小，仍处于蠕滑阶段，区域3靠近公路监测点TP09、TP13累计位移量较大，处于滑动阶段；② 区域3远离公路监测点TP10、TP14、TP18、TP19、TP20变形缓慢，该区域周边处于稳定状态，区域3靠近公路监测点TP09、TP13前期变形缓慢，2020年7月起变形加速，该区域周边处于非稳定状态。区域3各变形监测点累计位移过程线如图5所示。

3.2 自动化监测数据分析

张家湾滑坡自动化监测于2021年5月14日开始实时监测，截止2022年5月14日，已监测12个月，提取每月1、11、21日数据进行分析。自动化监测共布设4个监测点，各监测点位累计位移量见表4。

图5 区域3各变形监测点累计位移过程线

表4 自动化监测点位累计位移量统计表

由表4数据可以得出以下结论：① 监测点ZJW01累计位移量极小，该点位周边处于稳定状态；② 2021年10月1日至10月11日期间，监测点ZJW02、ZJW04有少量位移，ZJW03有明显位移，其余时段位移量较小。

群测群防过程中发现2021年10月4日至10月6日期间连将暴雨，由此可知自动化监测点ZJW02、ZJW03、ZJW04周边在暴雨期间会变形加速，暴雨季节，在ZJW02、ZJW03、ZJW04点位外侧布设警示标志，禁止人员进入此区域。自动化监测点累计位移过程线如图6所示。

图6 自动化监测各变形监测点累计位移过程线

4 结 论

经过数据处理和可靠的分析，可以得到以下结论：

(1) 滑坡后缘及两侧不受库区水位及降雨影响，位移较小。

(2) 滑坡中部前缘缓坡区域不受库区水位影响，暴雨季节有小幅位移。

(3) 滑坡中部前缘陡坡区域受库区水位和暴雨影响，在库区蓄水期和暴雨季节变形加速，位移明显。

极端天气的频繁出现，严重威胁到库区周边居民的人身及财产安全。采用“群测群防”、“常规监测”和“自动化监测”3种方式相结合，可对该类型滑坡的防灾减灾工作起到指导作用，为同类型项目提供了有益参考。