震區(qū)牛圈溝不穩(wěn)定斜坡災(zāi)害原位監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)處理

陳建坤

（湖南有色新田嶺鎢業(yè)有限公司 湖南 郴州 423000）

1 不穩(wěn)定斜坡監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)獲取

1.1 監(jiān)測(cè)內(nèi)容與方法

震中不穩(wěn)定斜坡位于汶川縣映秀鎮(zhèn)牛圈溝飛魚(yú)咀對(duì)面（即二號(hào)攔砂壩右側(cè)），為一土砂質(zhì)不穩(wěn)定斜坡，滑坡在地貌上呈北向U形凹地，縱長(zhǎng)約70m，寬約30m，上側(cè)以滑坡后沿山體為界，左右兩側(cè)以山體叢生灌木為界，下部以公路為界，滑體總面積2000m2，一旦發(fā)現(xiàn)滑坡會(huì)阻斷道路，阻塞河道，影響人們的正常的生活。

本控制網(wǎng)平面坐標(biāo)外業(yè)觀測(cè)采用中國(guó)中海達(dá)測(cè)繪公司生產(chǎn)的HD8200G單頻GPS接收機(jī)6臺(tái)，觀測(cè)方法采用靜態(tài)相對(duì)定位的方法進(jìn)行野外數(shù)據(jù)采集。

控制網(wǎng)高程坐標(biāo)采用日本生產(chǎn)的拓普康GTS7501全站儀進(jìn)行測(cè)量，具有許多特性和特點(diǎn)：高精度且實(shí)際精度遠(yuǎn)高于標(biāo)稱指標(biāo)，該全站儀測(cè)角精度為1″，標(biāo)稱測(cè)距精度為2mm+2ppm，一般氣象條件下的測(cè)程為3000m。

坡體形變監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面坐標(biāo)采用日本生產(chǎn)拓普康GTS-102型全站儀進(jìn)行觀測(cè)，高程采用萊卡NA720光學(xué)水準(zhǔn)儀進(jìn)行觀測(cè)。

1.2 主要精度指標(biāo)

震區(qū)牛圈溝不穩(wěn)定斜坡要求按《全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范》的C級(jí)GPS點(diǎn)布設(shè)。

國(guó)家水準(zhǔn)網(wǎng)布設(shè)成一等、二等、三等、四等4個(gè)等級(jí)?，F(xiàn)用的水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范為：GB/T 12897-2006《國(guó)家一、二等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》與GB/T 12898-2009《國(guó)家三、四等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》。工程上常用的水準(zhǔn)測(cè)量為：三、四等水準(zhǔn)測(cè)量；等外水準(zhǔn)測(cè)量。

表1 常用地表不穩(wěn)定斜坡垂直位移監(jiān)測(cè)方法各自特點(diǎn)

1.3 控制網(wǎng)點(diǎn)布設(shè)

牛圈溝飛魚(yú)咀對(duì)面不穩(wěn)定斜坡的控制網(wǎng)遵守布設(shè)原則布設(shè)為了6個(gè)點(diǎn)，其中D03，D04為基準(zhǔn)點(diǎn)，其它控制點(diǎn)分別為D05，D06，D07，D08。

1.4 控制網(wǎng)施測(cè)

（1）GPS測(cè)量：

GPS控制網(wǎng)外業(yè)觀測(cè)時(shí)，作業(yè)人員應(yīng)參照靜態(tài)觀測(cè)基本作業(yè)技術(shù)要求來(lái)執(zhí)行。天線對(duì)中誤差不應(yīng)大于3毫米，基座圓水準(zhǔn)氣泡必須居中，觀測(cè)前后在天線互為120°方向上量取天線斜高，互差應(yīng)小于5毫米。開(kāi)機(jī)后把測(cè)站相關(guān)信息輸入GPS接收機(jī)并做外業(yè)觀測(cè)記錄。牛圈溝局部控制網(wǎng)采用4臺(tái)中海達(dá)GPS同時(shí)段測(cè)量，由于牛圈溝地形復(fù)雜，開(kāi)機(jī)時(shí)間不少于2小時(shí)。

圖1 牛圈溝飛魚(yú)咀對(duì)面不穩(wěn)定斜坡控制網(wǎng)布設(shè)圖

圖2 震區(qū)牛圈溝不穩(wěn)定斜坡外觀變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖

表2 控制網(wǎng)點(diǎn)坐標(biāo)

（2）全站儀對(duì)向三角高程測(cè)量的原理

對(duì)向觀測(cè)又稱為往返觀測(cè)，其觀測(cè)原理與單向觀測(cè)相同。將全站儀置于A 點(diǎn)，棱鏡置于B 點(diǎn)，測(cè)得A、B 兩點(diǎn)間的高差hAB，hAB稱為往測(cè)高差；再將全站儀置于B 點(diǎn)，棱鏡置于A 點(diǎn)，測(cè)得B、A 兩點(diǎn)間的高差hBA，hBA稱為返測(cè)高差。往返兩次觀測(cè)高差的平均值即可作為最終的測(cè)量結(jié)果。往測(cè)計(jì)算公式：

返測(cè)計(jì)算公式：

式中：S往、S返、α往和α返分別為往返觀測(cè)的斜距和豎直角，i往、i返、v往和v返分別為往返觀測(cè)的儀器高和棱鏡高，K往和K返分別為往返觀測(cè)時(shí)的大氣折光系數(shù)。在全站儀進(jìn)行往返測(cè)量時(shí)，如果觀測(cè)是在相同氣象條件下進(jìn)行的，特別是在同一時(shí)間進(jìn)行，則可假定大氣折光系數(shù)對(duì)于反向觀測(cè)基本相同，因此。又和同是A、B兩點(diǎn)間的平距，也可認(rèn)為近似相等，即有：

從式（1）、（2）可得對(duì)向觀測(cè)計(jì)算高差的基本公式為：

式中符號(hào)意義同前。

因此，在氣象條件穩(wěn)定時(shí)，全站儀對(duì)向三角高程測(cè)量可以不考慮地球曲率及大氣折光系數(shù)的影響，與單向觀測(cè)相比有明顯優(yōu)勢(shì)。

1.5 形變監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)

牛圈溝宜使用方格網(wǎng)型，方格網(wǎng)型為在不穩(wěn)定斜坡體范圍內(nèi)，多條縱向、橫向測(cè)線近直交，組成方格網(wǎng)，測(cè)點(diǎn)設(shè)在測(cè)線的交點(diǎn)上（也可加密布設(shè)在交點(diǎn)之間的測(cè)線上）。這種網(wǎng)型測(cè)點(diǎn)的分布的規(guī)律性強(qiáng)，且較均勻，監(jiān)測(cè)精度高，適用于不穩(wěn)定斜坡體地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，或群體性不穩(wěn)定斜坡體。

1.6 形變監(jiān)測(cè)點(diǎn)施測(cè)

布樁采用大鐵錘把木樁打入監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置中，并用小鐵錘打進(jìn)木樁中，并同時(shí)反復(fù)用鋼卷尺測(cè)量樁高，使它控制在10cm。由于鋼卷尺的精度不高，經(jīng)過(guò)實(shí)地測(cè)量操作，方法可行。

牛圈溝飛魚(yú)咀對(duì)面不穩(wěn)定斜坡應(yīng)采用前方交會(huì)法，在D06號(hào)點(diǎn)架全站儀，對(duì)后視點(diǎn)D05，檢驗(yàn)誤差精度，前視點(diǎn)為各樁號(hào)點(diǎn)，觀測(cè)各樁號(hào)點(diǎn)的坐標(biāo)。高程觀測(cè)采用精密萊卡NA700水準(zhǔn)儀配合5米塔尺從D07號(hào)引高程，用聯(lián)測(cè)方法測(cè)量上中下各兩排木樁，其中測(cè)量為A，B，E，F(xiàn)，H，I排。通過(guò)全站儀與水位儀測(cè)量的高程對(duì)比，解算出高差。

2 不穩(wěn)定斜坡監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理

2.1 GPS數(shù)據(jù)處理

牛圈溝閉合導(dǎo)線數(shù)據(jù)處理結(jié)果

X、Y坐標(biāo)以牛圈溝D03、D04為基準(zhǔn)解算閉合導(dǎo)線數(shù)據(jù)結(jié)果為準(zhǔn)，高程H用以牛圈溝D03、D04為基準(zhǔn)的GPS數(shù)據(jù)結(jié)果為準(zhǔn)。

圖3 震區(qū)牛圈溝不穩(wěn)定斜坡控制網(wǎng)

2.2 三角高程數(shù)據(jù)處理

全站儀對(duì)向三角高程測(cè)量的中誤差：

表3 數(shù)據(jù)融合最終結(jié)果控制網(wǎng)點(diǎn)坐標(biāo)

表4 形變監(jiān)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)結(jié)果

表5 區(qū)不穩(wěn)定斜坡樁位水準(zhǔn)測(cè)量

根據(jù)誤差傳播定律，由公式（2.4）進(jìn)行微分，并轉(zhuǎn)變?yōu)橹姓`差關(guān)系式，則式（2.4）可變?yōu)椋?/p>

式中：mh為往返觀測(cè)平均高差中誤差，mS往、mS返、mα往和mα返分別為往返斜距和堅(jiān)直角中誤差，mi往、mi返、mv往和mv返分別為往返儀器高和棱鏡高量取中誤差，其他符號(hào)意義同前。由于儀器和觀測(cè)條件相同，可取mα往=mα返=mα，mS往=mS返=mS，S往=S返S，mi往=mi返=mv往= mv返=m，α往=α返=α。于是式（3.5）可簡(jiǎn)化為：

對(duì)式（3.6）進(jìn)行開(kāi)平方，則：

三角高程數(shù)據(jù)采用南方平易2005軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最終獲取合格的高程數(shù)據(jù)結(jié)果。

2.3 數(shù)據(jù)融合

對(duì)GPS和三角高程數(shù)據(jù)的處理結(jié)果進(jìn)行融合，平面坐標(biāo)以GPS處理出來(lái)的X、Y坐標(biāo)為準(zhǔn)，高程坐標(biāo)H以三角高程處理處的結(jié)果為準(zhǔn)，最終得到控制點(diǎn)的精確坐標(biāo)。如圖所示：

2.4 監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面坐標(biāo)數(shù)據(jù)處理

對(duì)照《樁號(hào)點(diǎn)號(hào)觀測(cè)對(duì)照表》，將全站儀獲取的每個(gè)形變監(jiān)測(cè)點(diǎn)的3個(gè)坐標(biāo)挑選出來(lái)，統(tǒng)一匯總好，再將其錄入Excel表格，編輯公式，求解出形變監(jiān)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)的平均值，再將其平面坐標(biāo)提取出來(lái)即可，如下表所示

2.5 監(jiān)測(cè)點(diǎn)水準(zhǔn)高程數(shù)據(jù)處理

水準(zhǔn)測(cè)量外業(yè)式作結(jié)束后，要檢查手簿，再計(jì)算各點(diǎn)間的高差。經(jīng)檢核無(wú)誤后，才能進(jìn)行計(jì)算和調(diào)整高差閉合差。最后計(jì)算各點(diǎn)的高程。

2.6 不穩(wěn)定斜坡體形變數(shù)據(jù)處理

不穩(wěn)定斜坡體整體流域因地震，水流等因素的影響會(huì)產(chǎn)生形變，對(duì)其整體的地形改變量測(cè)量具有重要意義。將所獲取的地形數(shù)據(jù)導(dǎo)入南方CASS7.0數(shù)據(jù)處理軟件，按照草圖上所畫(huà)的區(qū)域和標(biāo)記的點(diǎn)號(hào)，用復(fù)合曲線畫(huà)好滑坡的邊界線，然后在圖面上生成三角網(wǎng)和0.5米等高距的等高線，生成不穩(wěn)定斜坡的大比例尺地形圖。

圖4 震區(qū)牛圈溝不穩(wěn)定斜坡1：100大比例尺地形圖

3 結(jié)論

（1）利 用GPS、GPT-102全站儀，建立野外控制網(wǎng)和觀測(cè)站點(diǎn)，繪制大比例尺地形圖，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)震中不穩(wěn)定斜坡進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

（2）將牛圈溝飛魚(yú)咀對(duì)面的不穩(wěn)定斜坡（ 即D05～D07控制點(diǎn)之間的不穩(wěn)定斜坡）確定為首批實(shí)施重點(diǎn)監(jiān)測(cè)對(duì)象是正確的，監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)基本原則合理，監(jiān)測(cè)手段及監(jiān)測(cè)技術(shù)切實(shí)可行，行之有效。

（3）監(jiān)測(cè)實(shí)施過(guò)程可以分為儀器埋設(shè)與安裝、現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)、資料處理與分析、信息反饋及預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)等5個(gè)基本環(huán)節(jié)來(lái)完成，它們對(duì)于掌握和認(rèn)識(shí)各不穩(wěn)定斜坡體的穩(wěn)定性性狀缺一不可。

（4）監(jiān)測(cè)成果與不穩(wěn)定斜坡現(xiàn)場(chǎng)宏觀特征相符，說(shuō)明監(jiān)測(cè)成果的可靠性和科學(xué)性；另外，在已獲取各類監(jiān)測(cè)資料的基礎(chǔ)上，信息反饋必須及時(shí)、準(zhǔn)確即時(shí)應(yīng)重視和加強(qiáng)資料的綜合分析、管理和預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作。