李 雷

(中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司，湖北武漢 430063)

通常情況下，滑坡監(jiān)測的具體目有以下兩個方面:(1)了解滑坡發(fā)生以及演變的過程，為邊坡穩(wěn)定性分析和預測、預報提供準確可靠的數(shù)據(jù);(2)檢測防治工程的效果。綜合說來，其根本監(jiān)測對象是坡體的位移變化。近年來，已有人對滑坡監(jiān)測精度以及監(jiān)測周期的確定方法進行研究，認為監(jiān)測精度以及周期的確定應從以下三個方面進行考慮:①監(jiān)測體的實際情況;②現(xiàn)有監(jiān)測規(guī)范的要求;③國內(nèi)外滑坡監(jiān)測的經(jīng)驗。

以上提出的方法沒有充分考慮滑坡監(jiān)測精度、復測周期和斜坡位移之間的關(guān)系以及斜坡變形的特點，在參照滑坡變形監(jiān)測規(guī)范的時候存在很大的盲目性，如果確定的監(jiān)測精度過低，或者復測的周期不合理，位移的變化往往被測量的誤差所掩蓋，監(jiān)測結(jié)果不能反映斜坡變形的真實情況。因此，有必要研究滑坡監(jiān)測精度、復測周期和斜坡位移之間的關(guān)系，在此基礎(chǔ)之上，結(jié)合斜坡變形的特點，提出合理確定滑坡監(jiān)測精度和復測周期的方法。

1 監(jiān)測精度、復測周期與斜坡位移之間的關(guān)系

設(shè)t時刻斜坡體上監(jiān)測點P的三維坐標為xt、yt、zt，經(jīng)過時間 Δtx、Δty、Δtz(Δtx、Δty、Δtz分別為三個方向的觀測周期，測得其三維坐標分別為 xt+Δt、yt+Δt、zt+Δt，則P點兩期監(jiān)測的位移量為

水平和垂直位移速度分別為

根據(jù)概率統(tǒng)計基本原理，假定k為由誤差分布類型和置信水平所決定的系數(shù)，Δx、Δy、Δz的中誤差分別為 σΔx、σΔy、σΔz，則只有當下列三式

中至少有一個成立時，才可以認為監(jiān)測點在兩次監(jiān)測期間產(chǎn)生了位移變化;如果上述三式均不成立，則可以認為監(jiān)測點坐標的變化是由于觀測誤差引起，不能精確地反映監(jiān)測點的位移變化。

假如監(jiān)測點在復測周期內(nèi)未產(chǎn)生位移，則兩期監(jiān)測的坐標差Δx、Δy、Δz可視為均值為零而方差分別為的正態(tài)隨機分布，故系數(shù)k可由下式確定

式中 Δ——相鄰兩期監(jiān)測的坐標差(Δx或 Δy或Δz);

σ——坐標差的中誤差(σΔx或 σΔy或 σΔz);

α——顯著水平。

根據(jù)以上的分析以及公式，解算可以得到如下公式

由以上三式又可以求得

上述公式揭示了監(jiān)測精度、監(jiān)測周期和坡體位移三者之間的關(guān)系，為合理確定滑坡變形監(jiān)測的精度以及復測周期提供了理論依據(jù)。為了定量地觀察和分析滑坡位移速度、觀測精度以及觀測周期三者之間的關(guān)系，現(xiàn)選取三者中的幾組數(shù)值，見表1。

表1 監(jiān)測精度監(jiān)測周期和位移之間關(guān)系

2 合理確定監(jiān)測精度以及精測周期的方法

2.1 確定合理的觀測精度

分析上表中的數(shù)據(jù)，不難得出如下結(jié)論:

①當位移速度很小時，要求有很高的監(jiān)測精度;

②當位移速度較大時，可以相應的降低監(jiān)測精度;

③當位移速度一定時，監(jiān)測周期越短，監(jiān)測的精度越高;

④隨著位移速度的增大，必須縮短相應的監(jiān)測周期，同時適當降低觀測精度。

2.2 確定合理的觀測周期

如上面所述，滑坡的位移速度與滑坡變形監(jiān)測的精度以及復測周期之間存在一定的關(guān)系，如果已知位移速度和觀測周期，可以確定必要的監(jiān)測精度;如果已知位移速度和監(jiān)測精度，可以確定合理的監(jiān)測周期。目前滑坡變形監(jiān)測主要采用常規(guī)大地測量與GPS方法相結(jié)合，其位移的大小主要由監(jiān)測點的三維坐標決定，復測周期可由下述方法初步確定:

①當vx≥max{vy，vz}時，說明 x的方向為位移的主要方向，則取Δt=Δtx;

②當vy≥max{vx，vz}時，說明y的方向為位移的主要方向，則取Δt=Δty;

③當vz≥max{vx，vy}時，說明z的方向為位移的主要方向，則取Δt=Δtz;

④當 vx≈vy≈vz時，取 Δt=min{Δtx，Δty，Δtz}。

如果水平位移與垂直位移不是同時監(jiān)測，垂直方向上的監(jiān)測精度以及周期也可以通過前面位移與兩者之間的關(guān)系來確定，具體方法是要確定出豎直方向上位移的速度，此時平面上的監(jiān)測周期可以按如下方法來確定:

①當 vx≥vy時，Δt=Δtx;

②當 vx≤vy時，Δt=Δty;

③當 vx≈vy時，Δt=min{Δtx，Δty}。

以下通過具體實例加以說明。某單位曾在1996年～1998年連續(xù)兩年對四川某市某峽口進行變形監(jiān)測，主要監(jiān)測方法采用的是GPS靜態(tài)監(jiān)測，監(jiān)測期間滑坡體正處于變形加劇階段，監(jiān)測周期由專家組確定為每月一次，該坡體的位移主方向為平面內(nèi)的y坐標方向，由實際監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)求得的部分監(jiān)測點月平均位移速度如表2。

表2 四川某市某峽口部分GPS監(jiān)測點點位以及位移平均速度

由于觀測周期已經(jīng)確定，位移速度也已經(jīng)計算得出，我們可以根據(jù)上文的內(nèi)容確定出各監(jiān)測點必要的觀測精度，如表3。

表3 四川某市某峽口部分GPS監(jiān)測點必要監(jiān)測精度

從表3可以看出，各監(jiān)測點的必要監(jiān)測精度不同，其中最高的必要精測精度和最低的必要監(jiān)測精度相差約在100倍左右。由此可見，滑坡體上位置不同監(jiān)測點，其位移速度往往不一樣，因此不同的監(jiān)測點對監(jiān)測精度的要求也會不一樣。

據(jù)資料顯示，通過雙頻GPS接收機進行靜態(tài)監(jiān)測，若要求監(jiān)測精度達到±2.4 mm，觀測1 h即可;如果要求監(jiān)測精度達到1.0 mm，則至少連續(xù)進行6 h的觀測，由此可見，隨著監(jiān)測精度的降低，可以大大縮短監(jiān)測的時間。以上的實例如果按照精度1.0 m進行變形監(jiān)測，則只有50號點才有必要，而對于其他點來說這樣的精測精度過高，會造成人力、物力以及時間的大量浪費，因此這個監(jiān)測精度的確定就是不合理的?？梢圆捎萌缦碌姆椒ń鉀Q這個問題:在每期監(jiān)測結(jié)束之后，可以根據(jù)當期的監(jiān)測周期以及計算得出的監(jiān)測點位移速度分別求得各監(jiān)測點的必要監(jiān)測精度，在接下來一期的監(jiān)測過程中，根據(jù)求得的各點的監(jiān)測精度，不同的點采用不同的監(jiān)測精度，監(jiān)測精度相差不大的點同時進行監(jiān)測，既可以滿足滑坡變形監(jiān)測的要求，又可以節(jié)省大量的時間以及人力和物力，取得預期的效果。

3 結(jié)束語

在斜坡變形過程的緩慢變形和變形發(fā)展階段，由于坡體位移的速度不是很大，需要有較高的監(jiān)測精度，可以適當采取較長的復測周期。在這個階段應該根據(jù)監(jiān)測所采用的儀器和方法，分析和確定出在各方面條件可行的情況下所能達到的最高監(jiān)測精度，按照此監(jiān)測精度進行監(jiān)測，可以通過這個監(jiān)測精度以及求得的坡體位移速度確定合理的監(jiān)測周期。

在滑坡體變形加劇和急劇變形兩個階段，坡體位移速度大，此時監(jiān)測工作的關(guān)鍵問題是怎樣根據(jù)位移量的大小和必要監(jiān)測精度確定最恰當?shù)谋O(jiān)測周期，從而及時地捕捉到滑坡體的變形信息，為滑坡體的變形提供及時準確的預報。因此，在這兩個階段應該首先確定出監(jiān)測周期，再根據(jù)求得的坡體位移速度算出合理的必要監(jiān)測精度。

［1］ 晏同珍，楊順安，方云．滑坡學［M］．武漢:中國地質(zhì)大學出版社，2000

［2］ 陶本藻．自由網(wǎng)平差與變形分析［M］．武漢:武漢測繪科技大學出版社，2000

［3］ 黃聲享．監(jiān)測網(wǎng)的穩(wěn)定性分析［J］．測繪信息與工程，2001(3)

［4］ 盛驟，謝式千，潘乘毅．概率論與數(shù)理統(tǒng)計［M］．北京:高等教育出版社，1999

［5］ 陶本藻．測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析［M］．北京:測繪出版社，1993

［6］ 楊叔子，吳雅，等．時間序列分析的工程應用［M］．武漢:華中理工大學出版社，1991

［7］ 陳永奇，吳子安，吳中如．變形監(jiān)測分析和預報［M］．北京:測繪出版社，1992

［8］ 施闖．大規(guī)模、高精度GPS網(wǎng)平差處理與分析理論及其應用［D］．武漢:武漢測繪科技大學，1999

［9］ 喬建平，陳永波．用GPS觀測滑坡變形的結(jié)果分析［J］．水土保持學報，2000，14(1)

［10］胡小軍，趙子俊．砂壩滑坡變形監(jiān)測與分析［J］．鐵道勘察，2007，24(2):55-58

［11］閻繼峰．曹家坡滑坡工程地質(zhì)特征研究［J］．鐵道勘察，2009，24(3):46-48