湖南省沅麻盆地紅層地區(qū)滑坡專業(yè)監(jiān)測初探
——以懷化辰溪大水田窩棚溪滑坡為例

曾令科，雷耀波，黃煒敏（湖南省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測站總站，湖南 長沙　410007）

湖南省沅麻盆地紅層地區(qū)滑坡專業(yè)監(jiān)測初探
——以懷化辰溪大水田窩棚溪滑坡為例

曾令科*，雷耀波，黃煒敏
（湖南省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測站總站，湖南 長沙410007）

湖南沅麻盆地紅層地區(qū)是我省地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)，多年來一直是我省地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險預(yù)警重點關(guān)注區(qū)域。本文以懷化市辰溪縣大水田鄉(xiāng)窩棚溪滑坡專業(yè)監(jiān)測點為例，初探沅麻盆地紅層地區(qū)滑坡專業(yè)監(jiān)測方法。通過分析強(qiáng)降雨過程各監(jiān)測因子數(shù)據(jù)變化情況，分析判定已布設(shè)各監(jiān)測設(shè)備的監(jiān)測效果，對后期沅麻盆地紅層區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測手段和方法提出建議，同時希望能對影響滑坡的降雨量、孔隙水壓力、土壤含水率，地表位移及深部位移等因素和滑坡氣象預(yù)警指標(biāo)體系建立有一定的指導(dǎo)意義。

沅麻盆地；地質(zhì)災(zāi)害；專業(yè)監(jiān)測

湖南省地質(zhì)災(zāi)害具有點多、面廣、危害大特點，全省有73%的地區(qū)為地質(zhì)災(zāi)害高中易發(fā)區(qū)。湘西地區(qū)的沅麻紅層盆地是我省地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)的地區(qū)之一，特別是該區(qū)域的紅層巖質(zhì)滑坡，是滑坡多發(fā)地層。

本文以懷化辰溪大水田窩棚溪滑坡專業(yè)監(jiān)測示范點為例，主要對雨量、土壤含水率、地表裂縫、深部位移等布設(shè)監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測，從而對我省典型的紅層地區(qū)滑坡的監(jiān)測作初步研究，以期掌握同類型滑坡的最佳監(jiān)測方法，便于今后專業(yè)監(jiān)測工作在全省的推廣應(yīng)用。

1　滑坡概況

1.1基本情況

辰溪縣大水田鄉(xiāng)窩棚溪滑坡始發(fā)于2014年6月20日5～7時，滑坡已造成該自然寨多棟房屋地面開裂，磚墻開裂、磚墻傾斜、扭轉(zhuǎn)錯位等變形，已造成整個斜坡坡面裂縫密布，坡體上樹木局部為“醉漢林”，通往村寨的公路已多處塌滑而徹底中斷，前緣已發(fā)生規(guī)模較大的塌滑點4處，塌滑規(guī)模300～3000 m3左右，所幸均無人員傷亡。造成的直接經(jīng)濟(jì)損失約100萬元，潛在經(jīng)濟(jì)損失約1100萬元，直接威脅坡體上房層72棟79戶379人的生命財產(chǎn)安全，及坡體上水田、耕地等。

滑坡區(qū)為侵蝕剝蝕型丘陵斜坡地貌，海拔標(biāo)高158.12～335.70 m，相對高差約177.58 m。斜坡由多級臺階狀組成，單級臺階高1～4 m，局部高15～50 m（前緣）。斜坡總體坡度10°左右，前緣坡相對較陡，局部坡度達(dá)50°，斜坡中段相對平緩。斜坡中下段為主要變形區(qū)，主要變形區(qū)域標(biāo)高為160～175 m滑坡長430 m，垂直滑動方向?qū)?80 m左右，平均厚度9.9 m，變形區(qū)面積約11.6萬m2?；路搅考s100萬m3。主滑方向212°，前后緣高差約為115 m，滑體由第四系殘坡積含碎石粉質(zhì)粘土、粉土夾塊石及白堊系下統(tǒng)強(qiáng)風(fēng)化巖層組成，滑床為白堊系下統(tǒng)中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖。村民主要聚居在斜坡坡度較緩的中段，次為斜坡下段。坡體上耕地以旱地為主，水田主要分布于坡體前緣、次為坡體中段，其它地段植被較發(fā)育。

1.2地質(zhì)環(huán)境條件

區(qū)內(nèi)出露地層從新到老主要為第四系粉質(zhì)粘土夾粉土層及白堊系下統(tǒng)東井組紫紅色泥質(zhì)粉砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖，滑體主要以粉質(zhì)粘土、粉土，含泥質(zhì)粉砂巖碎石組成，滑床主要以白堊系下統(tǒng)東井組（K1d）紫紅色中厚層泥質(zhì)粉砂巖夾泥巖為主，局部呈互層狀。巖層傾向一般210～250°，傾角5～10°?；瑤б宰霞t色粉質(zhì)黏土、粉土構(gòu)成，可塑為主，局部呈軟塑，平均厚度6.31 m。分布于整個場地。

工作區(qū)位于沅麻盆地腹地，北東向大斷裂從滑坡區(qū)南東側(cè)經(jīng)過，滑坡區(qū)附近沒有發(fā)現(xiàn)明顯的褶皺、斷裂構(gòu)造，具體表現(xiàn)為一單斜構(gòu)造，巖層產(chǎn)狀：傾向210～250°，少數(shù)傾向160～200°，傾角一般5～10°。坡向210°左右，巖層傾向與坡向基本一致。工作區(qū)新構(gòu)造運動以間歇性整體抬升為主，主要表現(xiàn)為溝谷深切，沖溝發(fā)育，山坡較陡。該區(qū)地震動峰值加速度為0.05 g，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.35 s，該區(qū)地震基本烈度為Ⅵ度區(qū)。

工作區(qū)地下水類型主要有泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖裂隙水及第四系孔隙水兩種類型。第四系殘坡積層孔隙水含水層屬松散巖類孔隙水，孔隙水主要賦存于第四系殘坡積粘性土層、碎塊石層中，水量貧乏。其水量隨季節(jié)變化非常明顯，雨季時地下水水量劇增?？紫端苯訚B入下伏的強(qiáng)風(fēng)化巖層，如村中飲用水井，大氣降水為淺層坍塌或淺層滑坡的形成提供了水動力條件。白堊系下統(tǒng)東井組粉砂巖、泥巖裂隙含水層屬基巖裂隙水，裂隙水賦存于白堊系紫紅色粉砂巖、泥巖裂隙中，接受大氣降水、孔隙水入滲補(bǔ)給，裂隙發(fā)育的強(qiáng)風(fēng)化層富水性相對較好，較完整的中風(fēng)化層富水性相對較差。地下水一般沿節(jié)理裂隙入滲并匯集于強(qiáng)風(fēng)化層與中風(fēng)化層界面，特別是當(dāng)界面為粉砂質(zhì)泥巖層時，更利于形成沿面逕流，并向南東窩棚溪方向排泄，水量隨季節(jié)、降水量變化而變化。大氣降水、孔隙水的入滲為滑坡的形成提供了水動力條件。區(qū)域上該地層富水性弱—中等，水質(zhì)類型為型，PH值6.5～7.5，總礦化度300 mg/L左右，屬重碳酸硫酸鈣鎂型低礦化中性淡水。

2　監(jiān)測方法及儀器布設(shè)

2.1 監(jiān)測方法

滑坡監(jiān)測內(nèi)容分為變形監(jiān)測、相關(guān)因素監(jiān)測、宏觀前兆監(jiān)測?；伦冃伪O(jiān)測一般包括位移監(jiān)測和傾斜監(jiān)測，以及與變形有關(guān)的物理量監(jiān)測。位移監(jiān)測分為地表的和地下（鉆孔、平硐內(nèi)等）的絕對位移監(jiān)測和相對位移監(jiān)測。其中絕對位移監(jiān)測包括監(jiān)測滑坡的三維（X、Y、Z）位移量、位移方向與位移速度。相對位移監(jiān)測包括滑坡重點變形部位裂縫等兩側(cè)點與點之間的位移量。傾斜監(jiān)測分為地面傾斜和地下（平硐、豎井、鉆孔等）傾斜監(jiān)測，監(jiān)測滑坡、崩塌的角變位與傾角、傾擺變形及切層蠕滑。相關(guān)因素監(jiān)測主要是對氣象變化、地下水動態(tài)等方面。

根據(jù)滑坡災(zāi)害的主要誘發(fā)因素和成災(zāi)特性，對滑坡災(zāi)害監(jiān)測其主要誘發(fā)因素（降雨量）、主要相關(guān)物理參數(shù)（地下水滲壓、土壤含水率、地表位移、深部位移）進(jìn)行監(jiān)測。

2.2監(jiān)測儀器布設(shè)

根據(jù)滑坡變形特征及勘查情況分析，滑坡體布設(shè)降雨量監(jiān)測自動雨量計1個、1個土壤含水率、1個孔隙水壓力監(jiān)測點，1個激光表面位移監(jiān)測點和4個GPS變形監(jiān)測點和1個基準(zhǔn)點，3個深部測斜監(jiān)測點以及 1個野外圖像監(jiān)測站。

2.2.1降雨與滲水監(jiān)測

降雨是滑坡發(fā)生的主要誘發(fā)因素，雨水下滲軟化滑體，降低物理性質(zhì)，地下水滲流作用對滑體產(chǎn)生滲透力，容易造成滑坡失穩(wěn)，地表表現(xiàn)為地面裂縫等。為了監(jiān)測滑坡所在區(qū)域的降雨，在滑坡體后緣外坡體上選取1處位置開闊、無遮擋、地勢高區(qū)域，布設(shè)1處雨量自動監(jiān)測站。

在隱患體中部強(qiáng)烈變形區(qū)布置1處土壤含水率監(jiān)測點和1處孔隙水壓力監(jiān)測點，監(jiān)測滑體內(nèi)部土壤含水率以及土體滲水壓力、地下水位變化。

2.2.2地表位移監(jiān)測

滑坡體平面形態(tài)呈舌形，滑坡主要變形方式為強(qiáng)降雨作用下沿滑面滑動變形，總體變形方向215°，與斜坡坡向較為一致。

圖1　辰溪大水田窩棚溪滑坡影像圖Fig.1 Chenxi Dashuitian landslide image field

滑坡后部地表拉張裂縫走向為垂直主滑方向，已貫通200～300 m，寬度10～50 cm，為滑坡主要變形裂縫，在該處布置1處激光地表位移監(jiān)測站，對滑坡體變形裂縫進(jìn)行監(jiān)測。

建立一個GNSS地表位移監(jiān)測網(wǎng)，對滑坡長400m寬500 m（面積20×104 m2）的變形范圍進(jìn)行監(jiān)測。GNSS監(jiān)測網(wǎng)由5個控制點組成，1個基準(zhǔn)點位于滑坡西側(cè)山坡穩(wěn)定點，4個監(jiān)測點分別沿滑坡主滑方向和垂直主滑方向呈“十”字形布置，監(jiān)測控制滑坡各方向的變形情況。

2.2.3深部位移監(jiān)測

建立一個深部測斜監(jiān)測網(wǎng)，對滑坡中后部、兩側(cè)等變形強(qiáng)烈區(qū)域的不同深度滑體變形進(jìn)行監(jiān)測。深部測斜監(jiān)測網(wǎng)由3個控制點組成，呈“T”字形布設(shè)，2個深部測斜點沿主滑方向分布于滑體中部和后部，分別對5 m、8 m、10 m層位的滑體變形情況進(jìn)行監(jiān)測，1個深部測斜點分布于滑坡西側(cè)強(qiáng)烈變形區(qū)中部，對3 m、5 m、8 m層位的滑體變形情況進(jìn)行監(jiān)測。

2.2.4視頻監(jiān)測

選取隱患體1戶沒破壞居民房屋，在房屋頂布設(shè)360°旋轉(zhuǎn)攝像頭，能較好地監(jiān)測隱患體變形較大局部區(qū)域和部分監(jiān)測設(shè)備。

懷化辰溪大水田窩棚溪滑坡專業(yè)監(jiān)測設(shè)備布置情況（圖2）。

圖2　　辰溪大水田窩棚溪滑坡監(jiān)測系統(tǒng)平面布置圖Fig.2　Chenxi Dashuitian landslide monitoring system layout

3　監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)

3.1系統(tǒng)總構(gòu)架

為了滿足省、市、縣級人員各級用戶的不同需求，更好的服務(wù)于各級用戶，監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)采用基于B/S技術(shù)架構(gòu)的分層設(shè)計架構(gòu)。該設(shè)計架構(gòu)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的統(tǒng)一采集管理以及數(shù)據(jù)的分級分權(quán)限服務(wù)，在減少了系統(tǒng)管理維護(hù)成本的同時更加精準(zhǔn)、方便為各級用戶提供監(jiān)測預(yù)警服務(wù)（圖3）。

3.2系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

根據(jù)項目建設(shè)目標(biāo)、系統(tǒng)需求、網(wǎng)絡(luò)和基礎(chǔ)設(shè)施現(xiàn)狀、系統(tǒng)數(shù)據(jù)服務(wù)需求及數(shù)據(jù)安全防護(hù)要求，設(shè)計系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見圖4。

地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測數(shù)據(jù)中心和地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)部署于省級節(jié)點。系統(tǒng)基于移動網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)，專業(yè)監(jiān)測設(shè)備通過移動網(wǎng)絡(luò)向數(shù)據(jù)中心發(fā)送專業(yè)監(jiān)測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)專業(yè)監(jiān)測數(shù)據(jù)的上報和采集；通過金土專網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)交換，為省、市、縣工作人員提供地災(zāi)監(jiān)測預(yù)警服務(wù)；通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)監(jiān)測預(yù)警信息對外發(fā)布，提供公眾用戶災(zāi)害預(yù)警信息。

圖3　系統(tǒng)設(shè)計架構(gòu)Fig.3　System design architecture

圖4　系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig.4　System topology diagram

3.3系統(tǒng)功能

3.3.1地質(zhì)災(zāi)害信息展示模塊

以樹形目錄結(jié)構(gòu)，分別以行政區(qū)劃和儀器設(shè)備為導(dǎo)航，在地圖上展示相對應(yīng)資源在空間上的分布情況，以及對應(yīng)的數(shù)據(jù)列表信息，方便用戶快捷定位到所關(guān)注的數(shù)據(jù)。

3.3.2專題數(shù)據(jù)管理

將地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測過程中遇到的各類基礎(chǔ)圖件，如基礎(chǔ)地質(zhì)、水文地質(zhì)、遙感影像等專題圖層進(jìn)行組合及疊加顯示，通過統(tǒng)一的導(dǎo)航菜單進(jìn)行管理。

3.3.3監(jiān)測預(yù)警信息展示

地質(zhì)災(zāi)害點等級預(yù)警、設(shè)備異常等信息都統(tǒng)一在地圖上以動態(tài)標(biāo)注的形式顯示出來，用戶可以清晰、直觀地看到異常報警信息（包括預(yù)警點空間位置、預(yù)警點名稱、預(yù)警等級、監(jiān)測數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)等）。在該界面下，以信息提示框的形式分類統(tǒng)計了用戶所關(guān)心的各類數(shù)據(jù)，包括災(zāi)害點預(yù)警數(shù)據(jù)、儀器狀態(tài)數(shù)據(jù)、儀器類型數(shù)據(jù)、災(zāi)害點儀器類型數(shù)據(jù)等。通過定位用戶可以快速調(diào)用到所關(guān)心的各類數(shù)據(jù)，為了解預(yù)警原因提供技術(shù)支撐。

3.3.4監(jiān)測設(shè)備信息

用戶可以在監(jiān)測設(shè)備功能中分別以行政區(qū)劃和儀器類型為導(dǎo)航，查詢出他所關(guān)心的設(shè)備列表，通過設(shè)備類型查看設(shè)備的空間地理位置、設(shè)備現(xiàn)場照片、設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)等信息。

3.3.5監(jiān)測數(shù)據(jù)

監(jiān)測數(shù)據(jù)功能提供用戶查詢?nèi)我獗O(jiān)測設(shè)備不同時間段的監(jiān)測數(shù)據(jù)，該監(jiān)測數(shù)據(jù)以圖表的形式展示。同時用戶可以選擇不同位置的設(shè)備在同一個圖表中分析它們在同一時間段內(nèi)的數(shù)據(jù)情況，這就避免了單一設(shè)備的數(shù)據(jù)查詢，無法從整體上來對比和分析的弊端，是用戶能夠更加全面準(zhǔn)確的掌握災(zāi)害點的真實情況。

4　監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

選取2次強(qiáng)降雨過程對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

4.1實例1

2016年5月7～9日，辰溪縣大水田鄉(xiāng)出現(xiàn)了一次降雨過程，主要降雨時段為5月7日，降雨97 m；其它時段5月6日降雨量為16.5 mm，5月8日降雨量為7.5 mm。受強(qiáng)降雨影響，激光表面位移5月8日出現(xiàn)了6.5 cm的變化，但監(jiān)測數(shù)據(jù)又變回初始值，說明該變化量不準(zhǔn)確，不符合滑坡裂縫持續(xù)增大的客觀規(guī)律；裂縫伸縮儀5月7日變化量為2 mm，坡體土壤含水率和孔隙水壓力數(shù)據(jù)都變大，具體情況見圖5～9。

圖5　2016年5月6日-8日降雨量情況Fig.5　May 6- 8 rainfall situation

圖6　2016年5月7日-5月9日土壤含水率監(jiān)測數(shù)據(jù)變化情況Fig.6　May 7- 9 soil moisture monitoring data changes

圖7　2016年5月7日-9日激光表面位移監(jiān)測數(shù)據(jù)變化情況Fig.7　May 7-9 laser surface displacement monitoring data changes

圖8　2016年5月7日-9日裂縫伸縮儀監(jiān)測數(shù)據(jù)變化情況Fig.8　May 7-9 crack monitor data changes

圖9　2016年5月7日-9日空隙水壓力監(jiān)測數(shù)據(jù)變化情況Fig.9　May 7-9 gap water pressure monitoring data changes

圖10　2016年7月3日-5日降雨量監(jiān)測情況Fig.10　July 3-5 rainfall monitoring data

4.2實例2

2016年7月3日至5日，辰溪縣大水田鄉(xiāng)出現(xiàn)了一次降雨過程，主要降雨時段為7月3日，降雨量為178 mm；7月4日降雨量為74 mm，7月5日降雨量為12 mm。受強(qiáng)降雨影響，激光表面位移7月3日變化量12.8 cm、7月5日變化量35.4 cm，但監(jiān)測數(shù)據(jù)又變回初始值，說明該變化量不準(zhǔn)確，不符合滑坡裂縫持續(xù)增大的客觀規(guī)律；裂縫伸縮儀7月4日變化量為1.1 mm，坡體土壤含水率和孔隙水壓力數(shù)據(jù)都變大（圖10～14）。

Professional monitoring of the red layer landslide in Hunan Yuanling-Mayang Basin——A Case Study of Huaihua Chenxi Dashuitian landslide

Zeng lingke， Lei yaobo， Huang weim in
（Hunan Geological Environment Monitoring Station， Changsha Hunan410007）

Hunan Yuanling Mayang basin in red beds area is our province geological disaster prone areas， over the years has been our province geology disaster weather risk forewarning emphasis region of interest. This paper takes Huaihua Chenxi county flood Dashuitian landslide monitoring point as an example， primary study on the Yuanma basin red bed landslide monitoring method. Through analyzing the monitoring factor data changes in the heavy rainfall process ， the thesis analysis the effect of the monitoring equipment that have been arranged， and suggests about red layer of regional geological hazard monitoring tools and methods of late Yuanma basin， also hope to have certain guiding significance on building index system of influence landslide rainfall， pore water pressure， soil moisture rate and surface displacement and deep displacement factors and landslide meteorological early warning .

yuanling-mayang basin； geologic hazard； professional monitoring

圖11　　2016年7月3日-5日土壤含水率監(jiān)測數(shù)據(jù)變化情況Fig.11　July 3-5 soil moisture content monitoring data changes

圖12　　2016年7月3日-5日激光表面位移監(jiān)測數(shù)據(jù)變化情況Fig.12　July 3-5 laser surface displacement monitoring data changes

圖13　　2016年7月3日裂縫伸縮儀監(jiān)測數(shù)據(jù)變化情況Fig.13　July 3 crack monitor data changes

圖14　　2016年7月3日-5日空隙水壓力監(jiān)測數(shù)據(jù)變化情況Fig.14 July 3-5 gap water pressure monitoring data changes

P694

A

1672-5603（2016）03-034-8

*第一作者簡介曾令科，男，1981年生，碩士，工程師，主要研究方向：工程地質(zhì)，地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警、治理工程領(lǐng)域。E-mail: 21544958@qq.com

2016-6-21；改回日期：2016-7-25。