金峰+王竑

[摘 ?要]為提高邊坡科學(xué)管養(yǎng)水平，2014年，浙江上三高速公路有限公司運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對尚未具備穩(wěn)定狀態(tài)的G15W112邊坡實施了自動化遠(yuǎn)程監(jiān)測，并通過一個水文年的數(shù)據(jù)監(jiān)測、分析，基本掌握了該邊坡的地質(zhì)特性，為持續(xù)跟蹤邊坡狀態(tài)、科學(xué)治理、加強(qiáng)邊坡管理積累了經(jīng)驗和做法。

[關(guān)鍵詞]物聯(lián)網(wǎng);深部位移;G15W112邊坡

中圖分類號：TP212.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）22-0148-02

一、前言

2009年8月，上三高速公路G15W112邊坡受臺風(fēng)持續(xù)強(qiáng)降雨影響，坡頂土層出現(xiàn)坍塌、滑落等現(xiàn)象?；绿幹喂こ淘O(shè)計單位地質(zhì)勘探報告顯示該山體地質(zhì)復(fù)雜、地下水發(fā)育。處治工程治理期間，由浙江大學(xué)地質(zhì)勘測測量專家組對該滑坡進(jìn)行監(jiān)測跟蹤，對坡體現(xiàn)狀進(jìn)行穩(wěn)定性評價，監(jiān)測分析結(jié)果顯示，邊坡還處于蠕變變形狀態(tài)。工程完工后由繼續(xù)進(jìn)行了長期監(jiān)測及穩(wěn)定性評價，期間邊坡一直處于暫時穩(wěn)定狀態(tài)。因尚未具備趨于穩(wěn)定的條件，在持續(xù)強(qiáng)降雨作用下存在發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險，因此科學(xué)應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測技術(shù)，持續(xù)加強(qiáng)實時監(jiān)測、防汛預(yù)警等防范工作顯得尤為重要。

二、邊坡水文地質(zhì)環(huán)境

G15W112邊坡位于上三高速公路K237+840-980左側(cè)，馬岙嶺隧道與排江大橋之間。為二元結(jié)構(gòu)邊坡，坡腳為曹娥江河谷，線路切斜坡前緣通過，形成左側(cè)路塹邊坡。中部發(fā)育一條淺溝，地表水豐富，主要為基巖裂隙水和松散巖類孔隙潛水。該邊坡為類土質(zhì)邊坡，坡高53.4m。邊坡地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，全年平均降水量1405.6毫米。地層巖性從老到新分別為：（1）上侏羅統(tǒng)大爽組（J3d），為公路沿線主要基巖，巖性為紫紅色、灰紫色晶屑凝灰?guī)r、角礫凝灰?guī)r，局部夾碎屑沉積巖;（2）第三系上新統(tǒng)嵊縣組（N2s），巖性為玄武巖，分別于公路沿線丘陵上部，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎;（3）第四系殘坡積層，分布于丘陵斜坡，巖性為含粘性土碎石為主，厚度為1～3m，碎石以玄武巖為主。

三、物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測方案優(yōu)勢

物聯(lián)網(wǎng)（傳感網(wǎng)）技術(shù)的地質(zhì)災(zāi)害遠(yuǎn)程自動化監(jiān)測系統(tǒng)由現(xiàn)場布設(shè)的各類分布式傳感器、數(shù)據(jù)采集發(fā)射設(shè)備、傳感器數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)（GSM/GPRS/CDMA/ZIGGEE）和監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)處理軟件構(gòu)成，以實現(xiàn)對地質(zhì)災(zāi)害的全面感知和可靠傳輸。物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測方案具有三項技術(shù)優(yōu)勢，具體如下：

1、具有全面感知、實時采集功能。通過各類智能傳感器及ZigBee、工業(yè)現(xiàn)場總線等短距離無線/有線傳輸技術(shù)，實時感知公路邊坡所處環(huán)境信息、監(jiān)測對象自身狀態(tài)信息;

2、具有可靠傳遞、高效管理功能。借助現(xiàn)有的移動通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)及專用網(wǎng)絡(luò)，將感知到的相關(guān)信息實時、準(zhǔn)確、安全地傳遞出去，存儲于云計算平臺內(nèi)，實現(xiàn)感知數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲、查詢和分析;

3、具有智能分析、科學(xué)決策功能。利用巖土力學(xué)分析軟件及云計算、模糊識別等技術(shù)，對感知和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，識別潛在的安全隱患，評估災(zāi)害發(fā)生可能性，解決突發(fā)事件發(fā)生后各部門之間如何互聯(lián)互通，為科學(xué)決策提供依據(jù)，最終實現(xiàn)智能化的管理、服務(wù)及應(yīng)用。

四、監(jiān)測方案實施

（一）監(jiān)測目的

針對G15W112邊坡存在失穩(wěn)風(fēng)險，運用高速公路邊坡自動化遠(yuǎn)程監(jiān)測技術(shù)及監(jiān)測設(shè)備，在邊坡上安裝各類監(jiān)測設(shè)備。所有設(shè)備能自動監(jiān)測邊坡體內(nèi)部位移變形、地下水位變化、場區(qū)降雨等情況和擋墻傾斜位移變化狀態(tài)，并將數(shù)據(jù)定時、無線傳送到公路管理部門。

（二）監(jiān)測內(nèi)容

基于監(jiān)測手段有效性、監(jiān)測數(shù)據(jù)實時性、監(jiān)測結(jié)果可靠性和預(yù)警評估科學(xué)性的設(shè)計原則，安全監(jiān)測的內(nèi)容包括：

1、深部位移監(jiān)測：采用深部巖土鉆孔變形測量儀（基于MEMS陣列的深部位移監(jiān)測系統(tǒng)），實時監(jiān)測巖土層不同深度地層的水平位移量、水平位移方向和變形速率，對邊坡當(dāng)前變形狀態(tài)、未來發(fā)展趨勢進(jìn)行識別和判定;

2、地下水位監(jiān)測：同孔地下水位監(jiān)測儀固定安裝于深部位移監(jiān)測設(shè)備端部，實時監(jiān)測邊坡內(nèi)地下水水位動態(tài)，掌握地下水變化規(guī)律，分析地下水、地表水、庫水、大氣降水的關(guān)系，進(jìn)行其與邊坡變形的相關(guān)分析;

3、降雨量監(jiān)測：采用ARN雨量計，實時監(jiān)測邊坡場區(qū)降水量，分析其與邊坡變形的關(guān)系。

（三）監(jiān)測點布設(shè)

根據(jù)G15W112邊坡變形區(qū)的特點，在監(jiān)測范圍設(shè)置兩條監(jiān)測線——剖面I和剖面II，構(gòu)成二橫二縱監(jiān)測網(wǎng)，見圖1。

雨量監(jiān)測點布置：共布設(shè)1個雨量監(jiān)測點，編號為YL01。

地下水位監(jiān)測點布置：共布設(shè)2個地下水位監(jiān)測點，編號分別為SW1_1和SW1_2。

深部位移監(jiān)測點布置：共設(shè)置4個深部位移監(jiān)測孔，編號分別為SB1_1、SB1_2、SB2_1和SB2_2。其中，鉆孔SB1_1內(nèi)部布設(shè)14只MEMS傳感器;鉆孔SB1_2內(nèi)部布設(shè)18只MEMS傳感器;鉆孔SB2_1內(nèi)部布設(shè)12只MEMS傳感器;鉆孔SB2_2內(nèi)部布設(shè)18只MEMS傳感器、一只錯動位移傳感器。

（四）監(jiān)測平臺

本監(jiān)測系統(tǒng)為SAAS云服務(wù)模式，平臺采用綜合考慮邊坡靜態(tài)、動態(tài)體征數(shù)據(jù)與力學(xué)演化機(jī)理的GMD診斷方法，科學(xué)、高效地完成病害邊坡的監(jiān)測、預(yù)警及風(fēng)險評估。

五、邊坡監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

（一）深部位移監(jiān)測

1、數(shù)據(jù)檢測：2015年2月1日至12月1日期間，對G15W112邊坡四個鉆孔的水平位移曲線記錄見圖2。

圖中，橫軸為測點在鉆孔中的布設(shè)位置，縱軸為測點自2月1日起的水平位移量。圖中6條曲線分別代表各測點在2月（春季）、3-4月（春雨）、5-6月（梅雨）、7月（夏季）、8-9月（臺風(fēng)季）、以及10-11月（秋季）的平均位移量。2月作為起始參照，設(shè)定為0。

2、數(shù)據(jù)分析與判斷：

（1）時間維度上，剖面I巖土體處于蠕滑變形狀態(tài)，累計位移隨時間不斷增加。鉆孔SB1_1位于坡腳，降雨對其淺表層和深層巖土體蠕滑變形都有很大影響，變形速率隨降雨量變化而變化。7-9月份持續(xù)強(qiáng)降雨影響下，鉆孔SB1_1的變形速率在8-9月份達(dá)到最大值。鉆孔SB1_2位于坡體中部，降雨僅影響其淺表層巖土體變形，對其深層巖土體蠕滑變形影響不明顯?？傮w速率保持不變，處于勻速變形狀態(tài)。剖面I巖土體變形破壞自下而上發(fā)展，坡體底部位移量大于坡體中部位移量，屬于牽引式滑坡類型;鉆孔SB1_1已處于整體變形階段，主滑面已形成，位于深部變形區(qū)，在地下水位線以下;受地下水長期作用，主滑面不斷向坡體中部擴(kuò)展，導(dǎo)致累計位移不斷增大。

（2）空間維度上，剖面I巖土體存在多個潛在變形區(qū)。鉆孔SB1_1存在3個潛在變形區(qū)：孔口以下-2m位置處的淺表層變形區(qū)、孔口以下-6m位置處的中部變形區(qū)、孔口以下-16m位置處的深部變形區(qū)。鉆孔SB1_2存在3個潛在變形區(qū)：孔口以下-5m位置處的淺表層變形區(qū)，孔口以下-10m位置處的中部變形區(qū)，孔口以下-18m位置處的深部變形區(qū)。鉆孔SB1_2仍處于局部變形階段，淺表層變形主要由于降雨入滲誘發(fā)，中部和深部變形區(qū)均在地下水位線以上，受地下水影響小，尚未形成主滑面。

（二）地下水位監(jiān)測

1、數(shù)據(jù)檢測：2015年2月1日至5月31日期間對地下水位進(jìn)行檢測，圖3為剖面I地下水位分布圖;圖4為SW1_1和SW1_2監(jiān)測點地下水位變化情況。

2、數(shù)據(jù)分析：

（1）該邊坡地下水位的上升完全來源于地表降雨補給。枯水期時，SW1_1的地下水位在路面以下-5m處，SW1_2的地下水位在路面以上1.8m處。進(jìn)入雨季后，SW1_1的地下水位通常上漲0.7m，SW1_2的地下水位通常上漲1.0m;

（2）SW1_1水位上升與降雨同步，SW1_2水位上升滯后于降雨發(fā)生時間。SW1_1監(jiān)測點因處于坡腳處，對地表降雨更為敏感。當(dāng)日降雨量超過10毫米后，該監(jiān)測點水位將同步出現(xiàn)上漲現(xiàn)象。SW1_2監(jiān)測點因處于坡體中部，其地下水位上漲通常在降雨發(fā)生后1至2天后出現(xiàn)。

（3）SW1_1水位最大上升位置為高出地面位置0.5m，SW1_2水位最大上升位置約在地面以上6m處。強(qiáng)降雨時，SW1_1水位最大上升位置基本與地面持平，超過地表的地下水能有效排除，說明坡腳位置排水性能良好。強(qiáng)降雨時，SW1_2水位上升分為兩級：第一級為5m內(nèi)，第二級為5m-6m。通常水位上升處于第一級范圍內(nèi)，但長時間持續(xù)降雨時會進(jìn)入第二級，此時，坡體中部已處于最大極限飽和排泄?fàn)顟B(tài)。

（4） SW1_2水位超2m漲幅均出現(xiàn)于日降雨量超過30mm情況下。此時，坡體表面的入滲量已遠(yuǎn)大于坡體內(nèi)部的排泄量，坡體內(nèi)部出現(xiàn)地下水平急劇抬升，短時產(chǎn)生超孔隙水壓力和浮托力，容易誘發(fā)邊坡發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。因此，將G15w112邊坡降雨報警最小閾值定為日降雨量超過30mm。

（三） 降雨量監(jiān)測

1、數(shù)據(jù)檢測：2015年2月1日至12月1日，對邊坡月、日降雨量進(jìn)行統(tǒng)計，其月降雨量2月至11月分別95mm、97mm、100mm、106mm、231mm、375mm、281mm、137mm、49mm、242mm。日降雨量變化見圖5。

2、數(shù)據(jù)分析：

（1）2015年2月1日至12月1日期間，邊坡降雨總量為1713mm，與常年1300mm平均值相比，雨量增加30%。其中，7月、8月、9月、11月降雨量比常年同月相比，雨量增加近1倍;

（2）2015年2月1日至12月1日期間，邊坡日降雨量超過30mm的強(qiáng)降雨量共出現(xiàn)18次，日降雨量超過60mm的強(qiáng)降雨共出現(xiàn)3次，最大日降雨量為115.8mm，出現(xiàn)在7月11日。

六、結(jié)論

綜合基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)及后期分析，對G15W112邊坡做如下結(jié)論：

（1）該邊坡為牽引式滑坡，存在多個變形區(qū)。坡腳位置的主滑面已形成，而剖面II坡體中部受地下水長期作用，促進(jìn)了坡體中主滑面形成;

（2）該邊坡整體處于勻速變形的蠕滑階段，降雨是主導(dǎo)因素，變形速率為每月毫米量級。坡腳變形速率要快于坡體中部的變形速率;

（3）該邊坡預(yù)警級別屬于注意級別、中風(fēng)險等級，滑動面尚未貫通，短期內(nèi)發(fā)生滑坡可能性不大。但在強(qiáng)降雨持續(xù)作用下，滑動面逐漸擴(kuò)展，風(fēng)險將不斷增大。

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作者簡介：

金峰（1967—）男，浙江紹興人，現(xiàn)供職于浙江滬杭甬高速公路股份有限公司紹興管理處，從事高速公路安全、養(yǎng)護(hù)管理工作。

王竑（1981—）男，浙江紹興人，現(xiàn)供職于浙江滬杭甬高速公路股份有限公司紹興管理處，本科，工程師，從事高速公路養(yǎng)護(hù)管理工作。