GPS監(jiān)測(cè)滑坡體的應(yīng)用研究

田 野 張 峰 徐立軍 黃紅日

（遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，遼寧 沈陽 110006）

1 桑干河白馬寺水庫滑坡體概況

桑干河白馬寺水庫工程地質(zhì)條件復(fù)雜，從壩軸線上溯8km 庫區(qū)河段內(nèi)，兩岸傾向坡蠕變形的表面巖層發(fā)生拉裂傾倒，促使巖層長(zhǎng)期緩慢蠕變破壞，巖層各向分離，發(fā)育成十幾個(gè)大小不等的滑坡體。一旦這些滑坡體滑坡或坍塌，將對(duì)大壩施工及運(yùn)行產(chǎn)生危險(xiǎn)與影響，并對(duì)水庫蓄水與庫容產(chǎn)生一定的影響，因此，對(duì)這些滑坡體進(jìn)行監(jiān)測(cè)是十分必要的。

蓄水前，我們就對(duì)危險(xiǎn)程度較大的1#、2#滑坡體和木底溝傾倒變形體進(jìn)行了每月一次的連續(xù)跟蹤測(cè)量，到目前為止，采用常規(guī)測(cè)量方法共進(jìn)行12 次。

1 #滑坡體位于大壩上游約3.7 km，滑體方量約1100萬方；布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)21 個(gè)，編號(hào)為101-121，按不同高程分4 層布設(shè)，以便隨著水位升高帶來的浸蝕影響，對(duì)滑體的漸次坍塌可以分層控制，細(xì)化變形量。

2 #滑坡體位于大壩上游約2.8km,滑體約410萬方，布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)16 個(gè)，編號(hào)為201-216，分3 層布設(shè)。

木底溝傾倒變形體位于大壩上游，緊靠大壩，滑體方量較小，但是由于離大壩近，其危險(xiǎn)性不可低估。布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)4 個(gè)，編號(hào)為301-304。

從前12 次的監(jiān)測(cè)來看，滑坡體在水庫蓄水前，變形量很小，但是，隨著水庫蓄水，水位升高，個(gè)別地段有坍塌現(xiàn)象，并出現(xiàn)較大裂縫?？梢?，由于水庫蓄水，對(duì)滑坡體進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)為大壩施工提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，是十分必要的。

2 常規(guī)監(jiān)測(cè)手段及其局限性

常規(guī)手段中，1#、2#滑坡體是從左岸工作基點(diǎn) HG01、HG02、HG03 三點(diǎn)進(jìn)行平面二維監(jiān)測(cè)，高程向量，1#滑坡體從垂直工作基點(diǎn)G2-G5 聯(lián)測(cè)，2#從G1-G6 聯(lián)測(cè)。3#滑坡體從水平工作基點(diǎn)J1、J2 進(jìn)行平面二維監(jiān)測(cè)，高程向量，從G7、G8 進(jìn)行監(jiān)測(cè)。從前12 次的監(jiān)測(cè)過程與有關(guān)變形監(jiān)測(cè)理論分析，常規(guī)手段存在一些弊端和局限，主要是：

2.1 速度太慢。目前，由于水庫蓄水，滑坡體受浸蝕嚴(yán)重，土質(zhì)變松，含水量增大，變形速度大，每日的變化較大，但是目前觀測(cè)一處滑坡體需在左岸三個(gè)平面工作基點(diǎn)上分別觀測(cè)，三處滑坡體平面監(jiān)測(cè)至少要三天時(shí)間，接著用幾何水準(zhǔn)方法進(jìn)行高程測(cè)量，至少要7 天時(shí)間，這樣下來，整個(gè)監(jiān)測(cè)過程至少要10 天時(shí)間完成，這期間，最早觀測(cè)的點(diǎn)位與最末觀測(cè)的點(diǎn)位顯然不能算是同一期成果，分析變形已失去“實(shí)時(shí)、同步”上的意義。

2.2 天氣影響。由于水庫蓄水，庫區(qū)空氣含水量增大，測(cè)區(qū)經(jīng)常有霧，一個(gè)月難得有一、二個(gè)通視理想的天氣，從左岸工作基點(diǎn)觀測(cè)右岸測(cè)點(diǎn)很難看清，因此，一般無法按計(jì)劃日期、時(shí)間提供實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

2.3 工作條件困難。由于蓄水，從大壩到工作基點(diǎn)HG01-HG03的道路已被淹沒，只好坐船前往，但有的地方船難以靠岸，給工作帶來不便。

因此，常規(guī)手段已不能滿足監(jiān)測(cè)的要求，采用更加快捷，更加精確，更加科學(xué)的方法來監(jiān)測(cè)滑坡體變形已十分必要。

3 GPS用于監(jiān)測(cè)滑坡體的可行性

GPS（全球定位系統(tǒng)）是利用天空中的GPS衛(wèi)星發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行定位測(cè)量，并借助先進(jìn)定位軟件輸出點(diǎn)位坐標(biāo)。GPS測(cè)量相對(duì)常規(guī)的監(jiān)測(cè)手段，它具有定位速度快、定位精度高、可實(shí)時(shí)提供三維坐標(biāo)等特點(diǎn)，是近年新出現(xiàn)的高新技術(shù)。國(guó)內(nèi)部分單位也正嘗試采用GPS對(duì)滑坡體變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)：如長(zhǎng)江委在重慶云陽縣寶塔滑坡體監(jiān)測(cè)時(shí)作過GPS試驗(yàn)，武漢大學(xué)在長(zhǎng)江三峽庫區(qū)的新灘滑坡、黃臘石滑坡開展過GPS監(jiān)測(cè)的研究，并取得一定的成果。

但是，GPS用于滑坡體監(jiān)測(cè)沒有現(xiàn)成的規(guī)范可供參考，以前我委也沒有作過滑坡體GPS監(jiān)測(cè)工作，因此，能否在桑干河白馬寺水庫庫區(qū)滑坡體監(jiān)測(cè)中采用GPS技術(shù)，必需做一定的試驗(yàn)與研究，來探討方法的可行性。

4 GPS監(jiān)測(cè)滑坡體的試驗(yàn)與研究

在常規(guī)監(jiān)測(cè)手段進(jìn)行第10、11、12 次監(jiān)測(cè)工作時(shí)，我們同時(shí)采用GPS技術(shù)，進(jìn)行了對(duì)比測(cè)試，以探討GPS技術(shù)用于滑坡體形變監(jiān)測(cè)的可行性。

4.1 GPS監(jiān)測(cè)方案

4.1.1 觀測(cè)技術(shù)設(shè)計(jì)：由于滑坡體的滑動(dòng)、坍塌，部分點(diǎn)位可能在監(jiān)測(cè)過程中被破壞，同一個(gè)滑坡體上的點(diǎn)位由于受浸蝕程度可能不同，其變形大小、方向可能不同，因此，在GPS觀測(cè)時(shí)，采用雙基點(diǎn)法，同時(shí)對(duì)一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，而不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)間不發(fā)生計(jì)算上的矢量關(guān)系。

4.1.2 工作基點(diǎn)的選擇：三處滑坡體都采用相同的工作基點(diǎn)觀測(cè)，這樣可以綜合分析滑坡體的形變。經(jīng)分析，采用了庫區(qū)地形變點(diǎn)DXBS06 和DXBS12 作為工作基點(diǎn)，DXBS06位于右岸壩軸線附近稍偏下游的山體上，DXBS12位于左岸大壩下游約700m的山體上，兩點(diǎn)位置牢固，點(diǎn)位可靠，是理想的工作基點(diǎn)點(diǎn)位。

4.1.3 觀測(cè)作業(yè)：為了能精確地監(jiān)測(cè)滑坡體的變形情況，投入了六臺(tái)GPS，WILD-200GPS三臺(tái)，WILD-300GPS三臺(tái)。

外業(yè)觀測(cè)前，對(duì)衛(wèi)星情況進(jìn)行了衛(wèi)星星歷預(yù)報(bào)，選取最佳觀測(cè)窗口進(jìn)行外業(yè)觀測(cè)，具體作業(yè)時(shí)間為每天北京時(shí)間9：00-16：00。每個(gè)滑坡體，均可在一天內(nèi)完成觀測(cè)工作，三個(gè)滑坡體僅用三天時(shí)間就可以完成數(shù)據(jù)采集工作，達(dá)到了實(shí)時(shí)跟蹤形變趨勢(shì)、同一個(gè)滑坡體上的點(diǎn)同步監(jiān)測(cè)的目的。

以桑干河白馬寺水庫庫區(qū)GPS地形變監(jiān)測(cè)網(wǎng)點(diǎn)DXBS06、DXBS12兩點(diǎn)做為工作基點(diǎn)，監(jiān)測(cè)1#滑坡體上21 個(gè)變形測(cè)點(diǎn)，2#滑坡體上16 個(gè)變形測(cè)點(diǎn)，木底溝傾倒變形體上4 個(gè)變形測(cè)點(diǎn)。由于1#滑坡體上101、102、103、104、已被水淹沒，105、106 雖未被水淹沒，但離水邊只有幾米，故在初始值觀測(cè)時(shí)只監(jiān)測(cè)107-121，15 個(gè)測(cè)點(diǎn)；在第一次和第二次復(fù)測(cè)時(shí)只監(jiān)測(cè)驗(yàn)112-121，10 個(gè)測(cè)點(diǎn)；2#滑坡體上第一層201-205 都在坎邊，且正在塌陷，故只監(jiān)測(cè)206-216，11 個(gè)測(cè)點(diǎn)。木底溝傾倒變形體4 個(gè)測(cè)點(diǎn)。

外業(yè)作業(yè)時(shí)，有兩臺(tái)GPS接收機(jī)置于DXBS06、DXBS12兩點(diǎn)進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，其余四臺(tái)GPS接收機(jī)分別在1#滑坡體、2#滑坡體、木底溝傾倒變形體上置于一組測(cè)點(diǎn)，觀測(cè)兩小時(shí)后，再遷至下一組測(cè)點(diǎn)。三次觀測(cè)均采用了同樣的觀測(cè)方案，并在初始值觀測(cè)時(shí)，制定了監(jiān)測(cè)儀器與監(jiān)測(cè)點(diǎn)名對(duì)照表，后來復(fù)測(cè)時(shí)均嚴(yán)格按照對(duì)照表執(zhí)行。

4.1.4 GPS觀測(cè)中一些特別注意點(diǎn)：接收機(jī)天線量高采用游標(biāo)卡尺精確量取，精確到0.1mm 級(jí)，并且在開始與結(jié)束時(shí)各測(cè)量一次，取其中數(shù)；接收機(jī)應(yīng)有充足的預(yù)熱時(shí)間；天線指北線要指向正北，左右偏離應(yīng)在5 度內(nèi)；GPS應(yīng)備有充足電源，嚴(yán)防中斷；嚴(yán)禁在接收機(jī)運(yùn)行期間改變運(yùn)行參數(shù)；禁止在接收機(jī)運(yùn)行時(shí)在附近10m 內(nèi)使用無線電報(bào)話機(jī)等。

4.2 GPS監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理

采用GPS專用軟件進(jìn)行基線計(jì)算，數(shù)據(jù)處理中有關(guān)技術(shù)要求是：計(jì)算在WGS-84 系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行；大氣延遲系數(shù)（電離層、對(duì)流層）改正：標(biāo)準(zhǔn)模型；基線解算中在難以獲得IGS（精密星歷）的情況下，可以采用BROADCAST（廣播星歷）處理；計(jì)算時(shí)同一時(shí)段觀測(cè)數(shù)據(jù)的剔除率<10%；基線重復(fù)性檢驗(yàn)應(yīng)<2 標(biāo)稱精度；異步環(huán)閉合差限差為Wx,y,z<3 σ（σ=），同步環(huán)限差要求為異步環(huán)的50%。

4.3 GPS數(shù)據(jù)處理結(jié)果與常規(guī)手段監(jiān)測(cè)結(jié)果的比較

將GPS計(jì)算結(jié)果與常規(guī)手段測(cè)量的結(jié)果進(jìn)行比較，分析它的形變。

GPS在三次監(jiān)測(cè)中，都能達(dá)到最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差<3mm的要求。從GPS測(cè)量位移量與常規(guī)測(cè)量位移量的比較，85%的位移量差值都在10mm 以內(nèi)，且位移方向基本一致。高程部分的偏移量70%在10mm 以內(nèi)，94%在20mm以內(nèi)，可見，用GPS監(jiān)測(cè)滑坡體變形能夠達(dá)到精度要求。

4.4 GPS監(jiān)測(cè)方法的進(jìn)一步探討

從以上分析可知，采用GPS技術(shù)對(duì)滑體監(jiān)測(cè)是可行的，我們優(yōu)化下一步觀測(cè)方案，以便更快速完成每一次監(jiān)測(cè)任務(wù)。

為此，我們對(duì)每次觀測(cè)兩個(gè)小時(shí)的數(shù)據(jù)分2*1h、1h、0.5*2h 三種情況分別進(jìn)行計(jì)算處理,下面僅對(duì)初始值觀測(cè)時(shí)的成果分為兩個(gè)時(shí)段，時(shí)段長(zhǎng)度為1.0 小時(shí)；兩個(gè)時(shí)段，時(shí)段長(zhǎng)度為0.5 小時(shí)進(jìn)行了比較，從比較結(jié)果可以看出，采用GAMIT 軟件進(jìn)行基線解算，武漢大學(xué)POWERADJ 軟件進(jìn)行平差，兩個(gè)時(shí)段，時(shí)段長(zhǎng)度為1.0 小時(shí)的坐標(biāo)精度比兩個(gè)時(shí)段，時(shí)段長(zhǎng)度為0.5 小時(shí)的坐標(biāo)精度普遍要好，這符合GPS觀測(cè)的特點(diǎn)，且兩個(gè)時(shí)段，時(shí)段長(zhǎng)度為0.5小時(shí)的坐標(biāo)精度已能滿足滑坡體監(jiān)測(cè)的需要。

5 結(jié)論

用GPS技術(shù)代替常規(guī)測(cè)量手段進(jìn)行桑干河白馬寺水庫庫區(qū)滑坡體監(jiān)測(cè)是可行的。GPS監(jiān)測(cè)時(shí)可采用1 小時(shí)觀測(cè)，分2*0.5h 計(jì)算的方法進(jìn)行。

試驗(yàn)的成功，為GPS技術(shù)用于桑干河白馬寺水庫工程上其它方面的監(jiān)測(cè)工作提供了科學(xué)的依據(jù)和實(shí)踐基礎(chǔ)。

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