李迎春 (重慶市萬州區(qū)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測站，重慶 404000;中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院，湖北 武漢 430074)

三峽庫區(qū)萬州地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研究

李迎春 (重慶市萬州區(qū)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測站，重慶 404000;中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院，湖北 武漢 430074)

針對三峽庫區(qū)萬州地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生情況，總結(jié)歸納了滑坡、危巖的現(xiàn)有監(jiān)測技術(shù)與方法，選擇合理監(jiān)測內(nèi)容，開發(fā)監(jiān)測終端設(shè)備，采用“物聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)和C/S架構(gòu)，將不同監(jiān)測儀器進(jìn)行集成，形成了一套較完備的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，最后以正在變形的萬州區(qū)政協(xié)滑坡為例，介紹了該系統(tǒng)的應(yīng)用情況。該系統(tǒng)能夠?qū)θf州地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行全天候、實時連續(xù)的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警，并能夠及時提供預(yù)警信息給相關(guān)人員，大大提高了萬州地質(zhì)災(zāi)害防治工作水平。

三峽庫區(qū)；地質(zhì)災(zāi)害；監(jiān)測數(shù)據(jù)；采集系統(tǒng)

重慶市萬州區(qū)地處四川盆地東緣，重慶市東北邊緣。萬州區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害類型主要為危巖、滑坡及潛在塌岸等。自20世紀(jì)80年代以來，包括長江水利委員會、南江水文地質(zhì)隊等諸多單位，為萬州區(qū)崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害做過大量的勘察研究。長江水利委員會綜合勘測局經(jīng)過詳勘, 在萬州城市規(guī)劃用地及周邊的68km2內(nèi), 圈定崩滑體與變形體186處, 面積達(dá)16.6km2?？刂瞥鞘杏玫氐奶讕r、關(guān)塘口等8大滑坡前緣多位于135m水位以下，在三峽水庫正常運營期間，在庫水的沖刷、浸泡作用下，很容易誘發(fā)庫岸崩塌、滑坡失穩(wěn)等現(xiàn)象。因此，加強對萬州區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行長期監(jiān)測并予以預(yù)警具有重大的現(xiàn)實意義。

目前國內(nèi)大部分滑坡危巖體的變形監(jiān)測主要是采用水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀和全站儀等人工定期采集數(shù)據(jù)及宏觀巡查來進(jìn)行分析[1]，手段和方法上沒有一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各監(jiān)測單位自成體系采用不同的手段和方法對滑坡進(jìn)行監(jiān)測[2-4]，監(jiān)測數(shù)據(jù)不統(tǒng)一、不兼容，同時一些監(jiān)測手段和方法因受監(jiān)測周期頻率及天氣情況等外界條件的制約以及監(jiān)測人員自身對災(zāi)害體認(rèn)知程度的影響，導(dǎo)致數(shù)據(jù)不連續(xù)，關(guān)鍵數(shù)據(jù)缺乏。

為了更高效對萬州地災(zāi)進(jìn)行監(jiān)測，提高地災(zāi)防治水平，筆者在三峽庫區(qū)二、三期萬州地質(zhì)災(zāi)害防治項目效果監(jiān)測工作實踐基礎(chǔ)上，參考他人在野外數(shù)據(jù)采集及自動化傳輸方面的研究成果[5-6]，總結(jié)了滑坡、危巖的現(xiàn)有監(jiān)測技術(shù)與方法，針對萬州地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育情況，展開了滑坡監(jiān)測數(shù)據(jù)與信息技術(shù)集成應(yīng)用研究，開發(fā)了一個基于“物聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)平臺的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括滑坡地表、深部、地下水、應(yīng)力、雨量和裂縫監(jiān)測，能夠?qū)θf州地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行全天候、實時連續(xù)的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警，并能夠及時提供預(yù)警信息給相關(guān)人員。

1 地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)架構(gòu)

萬州地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于“物聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)平臺進(jìn)行研發(fā)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層，系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。

1.1感知層

主要完成各種監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集，包括地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)場的監(jiān)測終端設(shè)備傳感器和數(shù)據(jù)采集器。針對萬州地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育情況，選取的現(xiàn)場監(jiān)測內(nèi)容包括地表位移、深部位移、裂縫位移、降雨量、地下水、應(yīng)力與錨桿(索)應(yīng)力、土壓力7部分，不同監(jiān)測內(nèi)容對應(yīng)的監(jiān)測終端設(shè)備如表1所示。

1.2網(wǎng)絡(luò)層

主要指通信網(wǎng)絡(luò)和滑坡自動監(jiān)測系統(tǒng)的服務(wù)端軟件。通信網(wǎng)絡(luò)指Internet網(wǎng)和GPRS網(wǎng)。服務(wù)端軟件系統(tǒng)指后臺軟件，安裝在監(jiān)測中心的監(jiān)測服務(wù)器上，完成監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理、存儲、發(fā)布、用戶管理等功能。

圖1 萬州地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)架構(gòu)圖

1.3應(yīng)用層

主要指地質(zhì)災(zāi)害自動監(jiān)測系統(tǒng)的客戶端軟件?？蛻舳塑浖到y(tǒng)指前臺軟件，該軟件安裝在監(jiān)測中心的服務(wù)器或客戶桌面PC機上，完成各種監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時數(shù)據(jù)查看、歷史數(shù)據(jù)分析、報表輸出等功能。

2 系統(tǒng)功能

該系統(tǒng)可以實現(xiàn)多個項目的監(jiān)測及管理，目前實現(xiàn)地表位移、雨量、水位、裂縫位移、深部位移、應(yīng)力等多種手段的統(tǒng)一監(jiān)測(見表1)，能在線實時監(jiān)測并顯示各監(jiān)測參數(shù)和監(jiān)測數(shù)據(jù)，及時分析處理監(jiān)測數(shù)據(jù)，以曲線和柱狀圖等多方式顯式監(jiān)測數(shù)據(jù)；實現(xiàn)歷史監(jiān)測結(jié)果按年、月、日查詢；實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)維護(hù)，人工填報數(shù)據(jù)至數(shù)據(jù)庫，支持增加、刪除、修改等功能；實現(xiàn)數(shù)據(jù)報表，按用戶需求可輸出日、月、年或任意時段的監(jiān)測報表；實現(xiàn)告警/預(yù)警，提供4級告警，實現(xiàn)短信、聲音告警功能；實現(xiàn)遠(yuǎn)程設(shè)備參數(shù)配置、控制、工作時段、休眠/喚醒等，可有效地遠(yuǎn)程管理監(jiān)測設(shè)備。

表1 系統(tǒng)監(jiān)測內(nèi)容和終端設(shè)備

3 應(yīng)用實例

萬州地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)已經(jīng)在萬州8個點進(jìn)行了遠(yuǎn)程監(jiān)測數(shù)據(jù)采集工作，其中有5個用于邊坡開挖應(yīng)急監(jiān)測，有3個用于公路施工邊坡安全監(jiān)測。經(jīng)過1年多的運行，成功發(fā)現(xiàn)3處出現(xiàn)險情。下面筆者主要介紹監(jiān)測系統(tǒng)在萬州區(qū)政協(xié)滑坡的應(yīng)用情況。

3.1滑坡概述

萬州區(qū)政協(xié)滑坡位于長江右岸陳家壩街道沙榜村，處于萬縣向斜南東翼近軸部，巖層產(chǎn)狀315°∠5°，屬構(gòu)造剝蝕淺丘斜坡地貌，微地貌為單面斜坡，地形坡度5～15°。

3.2滑坡監(jiān)測布置

為了解和掌握滑坡的穩(wěn)定性和發(fā)展趨勢以及政協(xié)辦公樓的安全性，根據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)測原理和實際工程地質(zhì)概況，應(yīng)用萬州地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該滑坡監(jiān)測工作主要從地表位移監(jiān)測、深部位移監(jiān)測、裂縫位移監(jiān)測3方面開展。監(jiān)測點主要布設(shè)在產(chǎn)生地裂縫的部位及有明顯變形的建筑物上，平面布置圖見圖2所示。

圖2 萬州區(qū)政協(xié)滑坡監(jiān)測點平面布置圖

2.3地表位移監(jiān)測分析

1)JC05 從該點的監(jiān)測曲線圖(見圖3)可以看出，位于滑坡中前部政協(xié)大樓上的JC05點無明顯的變形量，曲線一直在10mm內(nèi)波動，從雷達(dá)圖上看，監(jiān)測點變化也無明顯的方向穩(wěn)性，說明該滑坡中前部變形很小，基本處于定狀態(tài)。

2)JC07 該監(jiān)測點位于滑坡中部斜坡上。由該點6月至9月的監(jiān)測曲線圖(見圖4)可以看出，該點一直都在變形，累計變形量95mm左右，從雷達(dá)圖上可以明顯的看出變形方向為291～300°之間，與滑坡主滑方向基本一致。

圖3 地表位移曲線及實時雷達(dá)圖(JC05)

3)JC08 該點位于滑坡中部，從監(jiān)測曲線圖(見圖5)可以看出，雖然由于受政協(xié)大樓的遮擋，監(jiān)測曲線波動較大，但曲線總體有上升的趨勢明顯，表明該區(qū)域穩(wěn)定性差。6月至9月的變形總量與JC07相當(dāng)，都是95mm左右，總體變形方向310°左右。

4)JC01 該點位于滑坡后部，從監(jiān)測曲線圖(見圖6)可以看出該點一直都在變形，表明該區(qū)域穩(wěn)定性差。從4月到9月累計變形量達(dá)270mm 左右，從雷達(dá)圖上可以明顯的看出變形方向為291～300°之間。

圖4 地表位移監(jiān)測曲線及實時雷達(dá)圖(JC07)

圖5 地表位移監(jiān)測曲線及實時雷達(dá)圖(JC08)

圖6 地表位移監(jiān)測曲線及實時雷達(dá)圖(JC01)

圖7 深部位移監(jiān)測變化曲線圖(SW01)

圖8 墻裂縫監(jiān)測變化曲線圖

由地表位移監(jiān)測結(jié)果可知，2012年6月～9月萬州區(qū)政協(xié)滑坡中后部地表位移出現(xiàn)明顯變化，中部位移變化量約95mm，后部位移變化量約120mm，變形方向介于290～300°之間，與滑坡主滑方向基本一致。目前滑坡前部政協(xié)辦公大樓樓頂?shù)?個監(jiān)測點無變形量，主要是由于大樓為深樁基礎(chǔ)，樁基礎(chǔ)抗滑力大于滑坡的下滑力。

3.4深部位移監(jiān)測分析

該滑坡原設(shè)計2個深部位移監(jiān)測孔，SW02孔位于應(yīng)急治理抗滑樁施工樁位上，施工時被毀，故只有SW01孔2個層位的監(jiān)測數(shù)據(jù)。SW01位于滑坡后緣，固定測斜儀分別安裝在孔口以下14m(高程279.8m)和20m(高程273.8m)處。從曲線圖7上可以看出，2012年4月底～6月初該監(jiān)測孔口下14m處于2012年5月10日出現(xiàn)了一個明顯的滑動，最大滑動量約15mm。

3.5裂縫位移監(jiān)測分析

裂縫監(jiān)測點有2個，其中裂縫1監(jiān)測點位于滑坡中部已變形公路堡坎上，裂縫2監(jiān)測點位于滑坡前部萬州區(qū)政協(xié)大樓后面車庫已變形的墻體上。從裂縫變化曲線圖8上可以看出，位于滑坡中部的裂縫1有近3mm的變形增量，而位于滑坡前部的裂縫2有縮小的現(xiàn)象，說明裂縫1為剪張裂縫，裂縫2為鼓脹裂縫。

4 結(jié) 語

萬州地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于“物聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)平臺，將地表位移監(jiān)測、深部位移監(jiān)測、應(yīng)力監(jiān)測、孔隙水壓力監(jiān)測以及降雨量監(jiān)測等監(jiān)測手段集成，監(jiān)測內(nèi)容豐富，數(shù)據(jù)連續(xù)，自動化程度高。通過一年多的運行，該系統(tǒng)運行正常，能夠?qū)θf州地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行完成全天候、實時連續(xù)的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警，極大地提高了地質(zhì)災(zāi)害防治工作水平。

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2012-12-16

李迎春(1965-)，女，高級工程師，現(xiàn)主要從事地質(zhì)災(zāi)害防治及監(jiān)測預(yù)警方面的研究工作。

TP274.2;P694

A

1673-1409(2013)07-0021-05

[編輯] 洪云飛