嘉陵江亭子口水電站庫區(qū)張家灣滑坡變形監(jiān)測(cè)與分析

王 佳,李 悅

(1. 中國電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，西安 710065；2. 嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)有限公司，四川 蒼溪 628400)

0 前 言

滑坡(含崩塌)是斜坡巖土體在重力以及其他外界因素(如降雨、地震、人類工程活動(dòng)等)作用下，所表現(xiàn)出的一種變形破壞過程和現(xiàn)象[1]。

滑坡監(jiān)測(cè)中，最關(guān)鍵的是監(jiān)測(cè)量應(yīng)與滑坡發(fā)展和觸發(fā)機(jī)理[2]相對(duì)應(yīng)，所以，尋找合適的反映滑坡發(fā)展過程的監(jiān)測(cè)手段，并分析監(jiān)測(cè)量演化與滑坡時(shí)空發(fā)展及機(jī)理的關(guān)聯(lián)，對(duì)于理解滑坡發(fā)展過程并探索其預(yù)警方法十分重要[3]。很多災(zāi)難性滑坡往往不在已有的滑坡編目數(shù)據(jù)中，所以非常有必要對(duì)潛在滑坡隱患進(jìn)行早期識(shí)別[4]。近些年來，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，野外災(zāi)害點(diǎn)的識(shí)別方法實(shí)現(xiàn)了從傳統(tǒng)的目視解譯，到人機(jī)交互解譯，再到智能解譯等形成跳躍式的發(fā)展格局；識(shí)別精度也達(dá)到了厘米級(jí)別；災(zāi)害點(diǎn)的識(shí)別標(biāo)志更加詳細(xì)，不同類型的地質(zhì)災(zāi)害均有典型的識(shí)別標(biāo)志[5]。專家學(xué)者對(duì)滑坡穩(wěn)定性研究較多，其主要分為兩大類分析方法，一類是定性分析,如圖解法[6]，工程類比法等；另一類是定量分析法，如極限平衡法[7]、可靠度[8]分析法等，運(yùn)用相關(guān)有限元分析軟件，使用計(jì)算數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)了滑坡的穩(wěn)定性。張家灣滑坡為近年來新發(fā)現(xiàn)滑坡，此類滑坡有“不易發(fā)現(xiàn)，一旦出現(xiàn)，將會(huì)嚴(yán)重威脅周邊居民人身及財(cái)產(chǎn)安全”的特點(diǎn)。該滑坡在采用“群測(cè)群防”方式監(jiān)測(cè)的同時(shí)，本文先后采用“常規(guī)監(jiān)測(cè)”和“自動(dòng)化監(jiān)測(cè)”兩種方式對(duì)滑坡進(jìn)行了監(jiān)測(cè)與分析，定性和定量[9]兩種方式相結(jié)合，分析結(jié)果為該滑坡以及該類型滑坡的防災(zāi)減災(zāi)工作提供借鑒。

1 張家灣滑坡監(jiān)測(cè)簡(jiǎn)介

1.1 概 況

2018年5月，群測(cè)群防過程中發(fā)現(xiàn)嘉陵江右岸劍閣縣江口鎮(zhèn)陵峰村二組張家灣地表出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，經(jīng)專家現(xiàn)場(chǎng)查勘，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域有3條明顯裂縫，滑坡東西方向約800 m，南北方向約350 m，2018年7月開始對(duì)該滑坡開展常規(guī)監(jiān)測(cè)。常規(guī)監(jiān)測(cè)可以采用多種測(cè)量方式來印證分析結(jié)論，但存在監(jiān)測(cè)頻次低、數(shù)據(jù)采集過程中耗費(fèi)的勞動(dòng)量大、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集過程容易受到外界不可抗力的影響等缺點(diǎn)，2020年12月，在常規(guī)監(jiān)測(cè)多期后發(fā)現(xiàn)滑坡中部前緣位移量較大，且變化速率較快；為了能更好的了解滑坡變化趨勢(shì)，2021年5月建立了自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具備獨(dú)立的測(cè)記功能，所得到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析評(píng)價(jià)科學(xué)快捷[10]，為張家灣滑坡地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)提供依據(jù)。

1.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布置

監(jiān)測(cè)點(diǎn)位選擇，主要是威脅人居建筑、關(guān)鍵設(shè)施或公共場(chǎng)所的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)段，監(jiān)測(cè)布置的點(diǎn)、線、面結(jié)合要考慮崩塌滑坡的前后緣、側(cè)緣與關(guān)鍵地點(diǎn)的深部[11]。

1.2.1常規(guī)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布置

2018年5月，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況以及山體易發(fā)生線性滑坡特性[3]，在滑坡區(qū)域外基巖上布設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)4點(diǎn)(正方形點(diǎn)位)，滑坡區(qū)域內(nèi)布設(shè)常規(guī)監(jiān)測(cè)點(diǎn)20點(diǎn)(圓形點(diǎn)位)。依據(jù)群測(cè)群防及專家意見，將滑坡分3個(gè)區(qū)域，具體監(jiān)測(cè)點(diǎn)位分布如圖1所示。

圖1 常規(guī)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位分布

1.2.2自動(dòng)化監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布置

2021年3月，根據(jù)常規(guī)監(jiān)測(cè)分析結(jié)果，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在滑坡區(qū)域外基巖上布設(shè)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)1點(diǎn)(正方形點(diǎn)位)，滑坡重點(diǎn)區(qū)域布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)4點(diǎn)(圓形點(diǎn)位)。張家灣滑坡自動(dòng)化監(jiān)測(cè)點(diǎn)位分布見圖2。

圖2 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)點(diǎn)位分布

2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集與處理

2.1 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集

2.1.1常規(guī)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集

常規(guī)監(jiān)測(cè)水平位移測(cè)量采用Trimble R8s型GNSS接收機(jī)，接收機(jī)靜態(tài)平面測(cè)量精度3 mm+0.5 ppm，高程測(cè)量精度5 mm+0.5 ppm，將接收機(jī)分別架設(shè)在基準(zhǔn)點(diǎn)及監(jiān)測(cè)點(diǎn)上同時(shí)接衛(wèi)星信號(hào)。垂直位移測(cè)量采用Trimble DiNi03水準(zhǔn)儀，其標(biāo)稱精度為±0.3 mm/ km，采用精密水準(zhǔn)測(cè)量法采集高差數(shù)據(jù)。

2.1.2自動(dòng)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集

自動(dòng)化監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)采用徠卡AR10天線及徠卡GM30 GNSS接收機(jī)，天線相位中心穩(wěn)定性≤1 mm，接收機(jī)平面精度3 mm+0.1 ppm，高程精度3.5 mm+0.4 ppm；監(jiān)測(cè)點(diǎn)采用徠卡GMX910 GNSS一體接收機(jī)，接收機(jī)平面精度3 mm+0.5 ppm，高程精度5 mm+0.5 ppm。將接收機(jī)分別架設(shè)在基準(zhǔn)點(diǎn)及監(jiān)測(cè)點(diǎn)上同時(shí)接收衛(wèi)星信號(hào)，通過4G通訊模塊將采集數(shù)據(jù)傳輸至辦公區(qū)服務(wù)器。

2.2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理

2.2.1常規(guī)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理

GNSS數(shù)據(jù)處理一般的過程為[12]：① GNSS基線解算；② 在WGS一84坐標(biāo)系上進(jìn)行三維無約束平差；③ 在根據(jù)工程獨(dú)立坐標(biāo)系定義的測(cè)區(qū)局部橢球上，進(jìn)行二維約束平差。

水準(zhǔn)測(cè)量數(shù)據(jù)處理包括：① 高差改正；② 限差校核；③ 高程平差計(jì)算。

常規(guī)監(jiān)測(cè)GNSS數(shù)據(jù)解算等級(jí)為D級(jí)，水準(zhǔn)數(shù)據(jù)平差等級(jí)為二等，平面和高程成果精度均滿足優(yōu)于10 mm精度設(shè)計(jì)要求。

2.2.2自動(dòng)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理

軟件中進(jìn)行數(shù)據(jù)后處理設(shè)置，主要包括后處理文件名稱、站點(diǎn)名稱、站點(diǎn)文件產(chǎn)品、基準(zhǔn)點(diǎn)名稱、基準(zhǔn)點(diǎn)文件產(chǎn)品、數(shù)據(jù)解算方式、保存路徑等，開始自動(dòng)解算處理。自動(dòng)化監(jiān)測(cè)平面和高程成果精度均滿足優(yōu)于5 mm精度的設(shè)計(jì)要求。

2.2.3監(jiān)測(cè)點(diǎn)變形量計(jì)算

水平方向位移量及垂直方向位移量的計(jì)算公式如下：

ΔX=Xj-Xi

(1)

ΔY=Yj-Yi

(2)

ΔH=Hj-Hi

(3)

式(1)～(3)中：ΔX、ΔY為變形點(diǎn)的北、東位移量，mm；當(dāng)ΔX>0，變形點(diǎn)向北位移，當(dāng)ΔX<0，變形點(diǎn)向南位移；ΔY>0，變形點(diǎn)向東位移，ΔY<0，變形點(diǎn)向西位移；ΔH為變形點(diǎn)的沉降位移量，mm；ΔH>0，變形點(diǎn)上抬，ΔH<0，變形點(diǎn)下沉；Xj、Yj、Hj為變形點(diǎn)的第j次北、東坐標(biāo)及高程,m；Xi、Xi、Hi為變形點(diǎn)的第i次北、東坐標(biāo)及高程,m。

3 數(shù)據(jù)分析

3.1 常規(guī)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

張家灣滑坡常規(guī)監(jiān)測(cè)于2018年7月首次監(jiān)測(cè)，2018年7月至2019年8月共監(jiān)測(cè)17次，2019年9月至2020年7月中斷監(jiān)測(cè)，2020年7月恢復(fù)監(jiān)測(cè)，2020年12月最后一次監(jiān)測(cè)，2020年共監(jiān)測(cè)4次。區(qū)域1位于滑坡下游，共布設(shè)6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位累計(jì)位移量見表1。

表1 區(qū)域1常規(guī)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位累計(jì)位移量統(tǒng)計(jì)表

分析表1數(shù)據(jù)可以得出以下結(jié)論：① 區(qū)域1監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)位移量均較小，截止2020年12月26日，累計(jì)位移量最大點(diǎn)位為TP06,該點(diǎn)位向南移動(dòng)13.8 mm，向西移動(dòng)12.0 mm，上抬了2.3 mm；② 區(qū)域1監(jiān)測(cè)點(diǎn)周邊變形緩慢，監(jiān)測(cè)點(diǎn)年變幅均小于20 mm，區(qū)域1監(jiān)測(cè)點(diǎn)位周邊處于穩(wěn)定狀態(tài)。區(qū)域1各變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)位移過程線如圖3所示。區(qū)域2位于滑坡中游道路下方，共布設(shè)7個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位累計(jì)位移量見表2。

圖3 區(qū)域1各變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)位移過程線

由表2數(shù)據(jù)可以得出以下結(jié)論：① 2018年7月23日至2019年8月2日期間，區(qū)域2上游監(jiān)測(cè)點(diǎn)TP15、TP16、TP17累計(jì)位移量較小，處于蠕滑階段，區(qū)域2中下游監(jiān)測(cè)點(diǎn)TP07、TP08、TP11、TP12累計(jì)位移量較大，均超過100 mm，處于滑動(dòng)階段，2020年7月至2020年12月期間，區(qū)域2所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)位移量均較大，處于劇滑階段；② 2018年10月至2019年6月期間，區(qū)域2監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移量較小，2018年7—9月和2019年7—8月位移量較大，2020年7—9月變形加速，位移量極大；③ 區(qū)域2所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)持續(xù)向嘉陵江方向滑動(dòng)，區(qū)域2監(jiān)測(cè)點(diǎn)周邊極不穩(wěn)定。

表2 區(qū)域2常規(guī)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位累計(jì)位移量統(tǒng)計(jì)表

每年7—9月，在區(qū)域2范圍外布設(shè)警示標(biāo)志，避免人員誤入。區(qū)域2各變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)位移過程線如圖4所示。區(qū)域3位于滑坡上游道路上方，共布設(shè)7個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位累計(jì)位移量見表3。

圖4 區(qū)域2各變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)位移過程線

表3 區(qū)域3常規(guī)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位累計(jì)位移量統(tǒng)計(jì)表

由表3數(shù)據(jù)可以得出以下結(jié)論：① 2018年7月23日至2020年7月15日期間，區(qū)域3監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)位移量均較小，處于蠕滑階段，2020年7月15日至2020年12月26日期間，區(qū)域3遠(yuǎn)離公路監(jiān)測(cè)點(diǎn)TP10、TP14、TP18、TP19、TP20累計(jì)位移量仍較小，仍處于蠕滑階段，區(qū)域3靠近公路監(jiān)測(cè)點(diǎn)TP09、TP13累計(jì)位移量較大，處于滑動(dòng)階段；② 區(qū)域3遠(yuǎn)離公路監(jiān)測(cè)點(diǎn)TP10、TP14、TP18、TP19、TP20變形緩慢，該區(qū)域周邊處于穩(wěn)定狀態(tài)，區(qū)域3靠近公路監(jiān)測(cè)點(diǎn)TP09、TP13前期變形緩慢，2020年7月起變形加速，該區(qū)域周邊處于非穩(wěn)定狀態(tài)。區(qū)域3各變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)位移過程線如圖5所示。

3.2 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

張家灣滑坡自動(dòng)化監(jiān)測(cè)于2021年5月14日開始實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，截止2022年5月14日，已監(jiān)測(cè)12個(gè)月，提取每月1、11、21日數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。自動(dòng)化監(jiān)測(cè)共布設(shè)4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位累計(jì)位移量見表4。

圖5 區(qū)域3各變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)位移過程線

表4 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)點(diǎn)位累計(jì)位移量統(tǒng)計(jì)表

由表4數(shù)據(jù)可以得出以下結(jié)論：① 監(jiān)測(cè)點(diǎn)ZJW01累計(jì)位移量極小，該點(diǎn)位周邊處于穩(wěn)定狀態(tài)；② 2021年10月1日至10月11日期間，監(jiān)測(cè)點(diǎn)ZJW02、ZJW04有少量位移，ZJW03有明顯位移，其余時(shí)段位移量較小。

群測(cè)群防過程中發(fā)現(xiàn)2021年10月4日至10月6日期間連將暴雨，由此可知自動(dòng)化監(jiān)測(cè)點(diǎn)ZJW02、ZJW03、ZJW04周邊在暴雨期間會(huì)變形加速，暴雨季節(jié)，在ZJW02、ZJW03、ZJW04點(diǎn)位外側(cè)布設(shè)警示標(biāo)志，禁止人員進(jìn)入此區(qū)域。自動(dòng)化監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)位移過程線如圖6所示。

圖6 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)各變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)位移過程線

4 結(jié) 論

經(jīng)過數(shù)據(jù)處理和可靠的分析，可以得到以下結(jié)論：

(1) 滑坡后緣及兩側(cè)不受庫區(qū)水位及降雨影響，位移較小。

(2) 滑坡中部前緣緩坡區(qū)域不受庫區(qū)水位影響，暴雨季節(jié)有小幅位移。

(3) 滑坡中部前緣陡坡區(qū)域受庫區(qū)水位和暴雨影響，在庫區(qū)蓄水期和暴雨季節(jié)變形加速，位移明顯。

極端天氣的頻繁出現(xiàn)，嚴(yán)重威脅到庫區(qū)周邊居民的人身及財(cái)產(chǎn)安全。采用“群測(cè)群防”、“常規(guī)監(jiān)測(cè)”和“自動(dòng)化監(jiān)測(cè)”3種方式相結(jié)合，可對(duì)該類型滑坡的防災(zāi)減災(zāi)工作起到指導(dǎo)作用，為同類型項(xiàng)目提供了有益參考。