滑坡應急變形監(jiān)測方法的探討

覃永兵

（四川省煤田地質局一三七隊，四川 達州 635006）

地球內部活動的加劇和城市的高速發(fā)展，是各種地質災害頻發(fā)的根源。地質災害隱患的頻繁發(fā)生，給人民的生命和財產安全帶來巨大的危害。在治理這些地質災害隱患點的同時，應急變形監(jiān)測是必不可少的一項工作，且起著極其凸顯的作用。但各個災害點特點迥異，有時采用一種方法，有時又需采用幾種方法同時進行。而一種合適的變形監(jiān)測方法顯得尤其重要。本文以通川區(qū)石龍溪滑坡應急變形監(jiān)測為例，介紹了在應急變形監(jiān)測中一些常用的方法，并對變形監(jiān)測方案設計的優(yōu)化進行了分析。

1 項目概況

1.1 變形監(jiān)測區(qū)域概況

滑坡區(qū)位于達州市通川區(qū)北外鎮(zhèn)石龍溪，鎮(zhèn)政府駐地高家壩，距市中心城區(qū) 7km，距北外鎮(zhèn)城鎮(zhèn)以南約2km，屬210國道過境場鎮(zhèn)。其東與盤石鄉(xiāng)接壤，南與東城街道辦事處相依，西與西外鎮(zhèn)、雙龍鎮(zhèn)、東岳鄉(xiāng)交界，北與羅江鎮(zhèn)相鄰，境內犀牛山和鳳凰山各座東西，州河橫貫南北。

2012年7月10日至12日暴雨期間該滑坡初次發(fā)生滑動，變形破壞主要表現(xiàn)為后部滑移錯臺、中部拉張裂縫、前緣滑塌。直接威脅到滑坡下方達州市紀委監(jiān)察局培訓中心住宅大樓 200余人及停車場等生命財產安全，其直接經(jīng)濟損失達1000萬元以上。至2013年5月在暴雨以及持續(xù)降雨時，滑坡位移量仍持續(xù)加劇，鑒于此滑坡危害的嚴重性對其進行治理和監(jiān)測是非常必要的。

滑坡區(qū)為土質陡坎和斜坡平臺組成，陡緩相間，土坎一般高2～5m，長15～60m；平臺寬5～15m，均被達州市紀委監(jiān)察局種植的草木覆蓋；滑坡左右兩側基巖出露，右側居民零星分布，右側地形成脊狀，為簡單的緩斜坡地貌?；潞缶壸罡邩烁呒s為347.7m，前緣最低標高約為284.4m，高差約為63m。坡面整體呈階梯狀發(fā)育，同時呈陡坎、斜坡平臺、緩斜坡等微地貌發(fā)育。該滑坡縱向長約75m，橫向寬約115m，面積約0.863×104m2，滑坡平均厚度約8m，總方量6.90×104m3，屬小型土質滑坡，此次監(jiān)測僅為滑塌部分。

1.2 監(jiān)測目的

本次監(jiān)測的目的是為了精確掌握滑坡體和周邊建筑物的水平位移、垂直位移、滑帶相對位移及裂縫寬度變化等動態(tài)數(shù)據(jù)。在本次監(jiān)測過程中我單位科學、準確、及時的分析和預報了滑坡體和建筑物的變形狀況，為相關部門科學決策提供了基礎數(shù)據(jù)，確保了周邊群眾和現(xiàn)場施工人員的生命財產安全，保證了應急施工的如期進行。

2 監(jiān)測方法

2.1 應急變形監(jiān)測中常用的方法

應急變形監(jiān)測是在地質災害點發(fā)生重大險情后立即組織實施的一項監(jiān)測工作，面臨時間急迫、任務重，受監(jiān)測場地的限制監(jiān)測方法不好選擇。一般采用的方法有：

1）大地測量法。大地測量方法包括三角交會法、幾何水準法、小角法、測距法、視準線法等；主要常用的儀器設備有高精度光學和光電測量儀器如水準儀、全站儀等，通過測角、測邊來完成邊坡的監(jiān)測；其主要優(yōu)點是投入快、精度高、監(jiān)測范圍寬，直觀、安全，便于確定滑坡位移方向及變形速率。

2）GPS法。GPS法適用于邊坡體地表的三維位移監(jiān)測，特別適合于地形條件復雜、起伏大或建筑物密集、通視條件差的邊坡監(jiān)測。精度可達毫米級。

3）近景攝影法。近景攝影監(jiān)測適應于變形速率較大的邊坡水平位移及危巖陡壁裂縫變化監(jiān)測，受氣候條件影響較大。精度不如傳統(tǒng)的測量方法。

4）測縫法。測縫法屬于簡易觀測法，適應于裂縫量測，巖土體張開、閉合、位錯、升降變化的監(jiān)測。

2.2 本項目的監(jiān)測流程

1）本次滑坡應急變形監(jiān)測采用四等導線測量的方式進行基點聯(lián)測。所用儀器為Topcon GPT-7501全站儀，根據(jù)檢定結果顯示其測距中誤差為±1.06mm，一測回水平方向標準偏差為0.59″，完全滿足本次變形監(jiān)測的精度要求。由于本次變形監(jiān)測采用的是獨立坐標系和獨立高程基準，沒有和已知點聯(lián)測，并且我們所需要的僅僅是各個監(jiān)測點的相對位置變化情況，故在進行基點聯(lián)測的時候水平角、垂直角和距離分別各測2個測回。

2）在每周期的觀測中采用測回法對各個監(jiān)測樁進行了精密的測角、測距（其中水平角、垂直角和距離分別觀測2測回），再根據(jù)角度和距離等數(shù)據(jù)計算出各個監(jiān)測樁的三維坐標、坐標變化量、變化速度等。在最開始的半個月之內每天通過測角和測距的方式檢核各個基準點的穩(wěn)定性，經(jīng)檢核各個基準點位置選擇相當好，埋設特別穩(wěn)固，沒有發(fā)生移動。

圖1 觀測墩

3）由于此滑坡監(jiān)測工程進度要求得太急，在剛進場的時候埋設了7個臨時監(jiān)測點，采用極坐標測量的方式進行了臨時監(jiān)測，于此同時埋設高精度的強制對中監(jiān)測樁。

4）由于滑坡體內及周邊出現(xiàn)多處裂縫，為了更準確的分析預報，采用了數(shù)顯游標卡尺（精度達0.01mm）對裂縫進行監(jiān)測，并保持與水平位移監(jiān)測和垂直位移監(jiān)測同步進行。

5）監(jiān)測預警。

圖2 監(jiān)測樁

2.3 方案優(yōu)化設計：

1）采用Topcon GPT-7501全站儀進行四等導線測量的方式布設水平位移監(jiān)測基準網(wǎng)和垂直位移監(jiān)測基準網(wǎng)。

2）采用測回法對各個監(jiān)測樁進行精密的測角、測距，計算出三維坐標，其中水平角、垂直角和距離分別觀測2測回。

3）由于滑坡區(qū)前、后緣房屋較密集，無法埋設監(jiān)測樁，為此采用固定棱鏡的方式對重要房角點進行水平位移監(jiān)測和垂直位移監(jiān)測。

4）由于房屋及地面出現(xiàn)多處裂縫，為了更準確的分析預報，在周邊選擇了有代表性的25處房屋裂縫采用數(shù)顯游標卡尺進行了監(jiān)測，并保持與水平位移監(jiān)測和垂直位移監(jiān)測同步進行。

5）監(jiān)測周期：①臨時監(jiān)測階段5月29日至6月5日每天監(jiān)測4次；②監(jiān)測樁穩(wěn)固之后，從6月6月至7月2日每天監(jiān)測2次；③7月3日起滑坡體后緣減載、前緣壓腳及鋼管樁施工逐漸完成并起到了明顯效果，故7月3日至7月30日每天監(jiān)測1次；④在暴雨、連續(xù)降雨或其它外力影響時前后各測一次，變形速度加快時加密觀測；⑤水平位移、垂直位移、裂縫監(jiān)測同步進行；⑥當變形量特別小，甚至沒有發(fā)生變形時適當加長了監(jiān)測周期，但最長沒超過1次/2天；⑦由于施工原因裂縫監(jiān)測點全數(shù)破壞，故裂縫監(jiān)測于6月16日終止；⑧施工現(xiàn)場情況復雜多變，當監(jiān)測樁被破壞則終止對其監(jiān)測，同時根據(jù)需要及時補點，并按周期重新監(jiān)測、計算、繪圖和分析。

3 變形監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

3.1 水平位移監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

本次監(jiān)測通過精密測角、測距計算出各個監(jiān)測點的三維坐標，并進行前后比對計算出了每次監(jiān)測的本次水平位移量和本次累計水平位移量，來分析滑坡的總體位移情況。

水平位移速度分析：根據(jù)各個監(jiān)測點的位移量及時間可以作出時間-水平位移量曲線圖，這樣可以更加直觀的反映滑坡體的變形過程（圖3）。

水平位移方向分析：①滑坡體的后緣移動方向約為北偏西8°，中部移動方向基本為正北方向，前緣移動方向約為北偏西 23°；②滑坡體從后到前位移方向發(fā)生了明顯的轉向，根據(jù)現(xiàn)場實際情況分析是因為左側和前緣的擋墻綜合作用所引起，同時再次說明前緣擋墻起到了阻擋作用；傘后緣的 JC5為鋼管樁施工前所作點，其位移方向與鋼管樁施工后所作點位移方向明顯不一樣，這說明鋼管樁施工完成后對后緣的土體起到了較大阻擋作用，使其位移方向也發(fā)生了轉向。另外前緣點NC8位移方向與其他前緣點也有較大區(qū)別，是因為7月20日暴雨使得其后面的土體下滑將其扎歪所致；④總體上看該滑坡體的位移趨于受阻力薄弱的北偏西15°左右手方向移動。

3.2 垂直位移數(shù)據(jù)分析

累計垂直位移量分析：①該滑坡體除側緣和后緣點受擠壓而出現(xiàn)少量上升以外，都發(fā)生了或多或少的沉降；②越接近滑坡體主滑面沉降量越大；滑坡體中部沉降最大，速度最快，前緣次之，后緣沉降較小，鋼管樁也發(fā)生了較大沉降；JC6、JC7、JC9及NC8、NC9、NC10沉降量相對較大，沉降速度較快；沉降量較大的點主要集中在前緣，故前緣擋墻不能輕易拆掉；③JC7點即大石頭處沉降量最大，兩個月時間沉降了約-575mm，其危險性相當大應妥善處理。

垂直位移速度分析：①總體來看同水平位移一樣強降雨、暴雨和持續(xù)降雨對此滑坡體的垂直位移速度影響較大，位移速度根據(jù)降雨量多少和滑坡體進水多少成倍增加，部分點最大達約 100mm/d。由垂直位移數(shù)據(jù)再次說明防水工程是后續(xù)綜合治理階段中一項重中之重的工作；②從全晴天的角度分析，同水平位移一樣，預計只要滑坡體內不大量進水，該滑坡體將處于相對穩(wěn)定狀態(tài)，即垂直位移速度逐漸減小；③根據(jù)各個監(jiān)測點的位移量及時間可以作出時間-垂直位移量曲線圖，這樣可以更加直觀的反映滑坡體的變形過程。

圖4 裂縫寬度變化曲線圖

3.3 裂縫監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

裂縫監(jiān)測點累計寬度變化分析：①整體上看，南北方向裂縫監(jiān)測點累計寬度變化比東西方向監(jiān)測點要大（前緣點LF9除外，因其在左下角受力最大）。這說明滑坡體南北方向移動比東西方向要大，并且此數(shù)據(jù)與水平位移方向較統(tǒng)一。②裂縫以平均每天 3.0mm/d的速度加寬；南北方向監(jiān)測點以平均每天3.7mm/d的速度加寬；東西方向監(jiān)測點以平均每天1.1mm/d的速度加寬；LF9以6.9mm/d的速度加寬。③裂縫監(jiān)測數(shù)據(jù)從另一個角度反映了水平位移和垂直位移的位移特性，同時顯示出了三種監(jiān)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性和正確性。

從裂縫監(jiān)測點累計寬度變化分析可知：裂縫寬度變化速度同水平位移及垂直位移一樣受降雨影響較大。6月6日到6月9日平均加寬速度為1.37mm/d；受強降雨影響6月9日到6月11日平均加寬速度為4.54mm/d；6月12日到6月16日平均加寬速度為2.59mm/d。裂縫寬度變化情況從時間-寬度變化曲線圖上可更加直觀反映。（圖4）

3.4 經(jīng)驗總結

針對該項目的特點，共總結出以下幾點經(jīng)驗共勉：

1）全面的、盡可能多的收集滑坡變形監(jiān)測相關的圖件和文字資料，以便更合理的布設監(jiān)測點位，更準確的掌握滑坡體的變形特性。

2）現(xiàn)場布設基準點時盡可能選擇在滑坡體正對面穩(wěn)定的位置，因為目前測距精度比測角精度要高，并且采用強制對中裝置和高精度儀器設備。布設監(jiān)測點時邀請相關地質專家一同選點，盡量沿剖面線布設，同樣采用強制對中裝置。如果監(jiān)測點位被破壞應盡快補上，并重新觀測。

3）監(jiān)測中不能采用直接測坐標的方式，而應用多測回法進行精密的測角、測距，再解算出監(jiān)測點坐標。盡快分析出滑坡體的變形特性，以便后續(xù)監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)異值。

4）強降雨前后必須進行觀測；變形速度加劇時必須加密監(jiān)測；變形速度特別小時可以加長監(jiān)測周期，因為變化量小誤差的影響就相對較大。

5）每次監(jiān)測完之后及時分析數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)異常情況及時發(fā)出預警通知，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)交由相關單位分析，以便采取相應的措施。

4 結束語

目前，地球正處于活躍期，城市的規(guī)模在不斷擴大，發(fā)展的速度在不斷增加，地質災害隨時都有可能發(fā)生，有地質災害就有應急搶險，應急監(jiān)測則會給應急搶險提供完善、安全的保障。優(yōu)化設計出一套科學適用的應急監(jiān)測方法，將會給搶險救災工作帶來足夠的安全保障和技術支撐。

[1]《變形監(jiān)測技術及應用》.伊曉東,李保平.黃河水利出版社.2007.

[2] DZ/T0221-2006《崩塌、滑坡、泥石流監(jiān)測規(guī)范》.

[3] 馬能武,葉青,劉祖強. 三峽高邊坡變形監(jiān)測新技術研究及其應用[A].武漢：湖北辭書出版社,2003.

[4] 劉祖強,劉彥杰. 清江庫區(qū)丹水撇洪渠邊坡變形監(jiān)測與變形分析[J].地理空間信息,2007.