趙安文

(山西省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心,太原 030024)

地質(zhì)災(zāi)害是指在地球的發(fā)展演化過(guò)程中,由各種地質(zhì)作用形成的災(zāi)害性地質(zhì)事件。由于地質(zhì)災(zāi)害威脅性較強(qiáng),常給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及人民生命財(cái)產(chǎn)造成巨大損失，有的甚至是毀滅性的災(zāi)難。隨著科技的進(jìn)步,開(kāi)展地質(zhì)災(zāi)害專(zhuān)業(yè)監(jiān)測(cè)已逐步實(shí)現(xiàn)[1]。本次研究以太原市古交市鎮(zhèn)城底鎮(zhèn)佛羅漢村滑坡為例,對(duì)該滑坡的專(zhuān)業(yè)監(jiān)測(cè)方法和結(jié)果做了介紹。

1 監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)總體架構(gòu)

地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)主要由各類(lèi)型的一體化監(jiān)測(cè)站設(shè)備、現(xiàn)代通信傳輸系統(tǒng)、專(zhuān)業(yè)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和配套基礎(chǔ)設(shè)施組成,系統(tǒng)采用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)匯集和處理,可兼容多種專(zhuān)業(yè)監(jiān)測(cè)設(shè)備,為大系統(tǒng)決策分析提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)的架構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 地質(zhì)災(zāi)害實(shí)時(shí)專(zhuān)業(yè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)圖Fig.1 Real time professional monitoring system architecture diagram of geological disasters

系統(tǒng)分為現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警和分析發(fā)布兩大部分,采用分層分布式結(jié)構(gòu),分為采集層、傳輸層、應(yīng)用層、發(fā)布層。通過(guò)采集各專(zhuān)業(yè)監(jiān)測(cè)站的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),以GPRS/SMS等無(wú)線通訊方式,進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸,實(shí)現(xiàn)各個(gè)滑坡點(diǎn)向監(jiān)測(cè)中心發(fā)送和傳輸數(shù)據(jù)。監(jiān)測(cè)中心可隨時(shí)查找測(cè)站歷史數(shù)據(jù),并通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接收匯集管理及監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)實(shí)現(xiàn)各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的共享,對(duì)各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢(xún)、分析、顯示和預(yù)警管理,達(dá)到預(yù)警閾值,通過(guò)無(wú)線預(yù)警廣播站和手機(jī)短信發(fā)布實(shí)時(shí)預(yù)警短信[2-3]。

2 滑坡體場(chǎng)地工程地質(zhì)條件

滑坡體位于古交市西北部中低山區(qū),地勢(shì)西北高東南低,坡頂高程1 318 m,坡腳高程1 220 m,相對(duì)高差98 m。大面積的黃土覆蓋,地形坡度較大,地表流水切割強(qiáng)烈,溝谷發(fā)育,溝谷下游多呈“V”字形?；麦w前緣由于村莊在坡腳處削坡建房、修路等人類(lèi)工程活動(dòng),破壞原有地形?；聟^(qū)出露地層主要為石炭系上統(tǒng)太原組(C3t)及第四系上更新統(tǒng)(Q3)。太原組(C3t)主要為泥巖、砂質(zhì)泥巖、砂巖、煤層互層,總厚度63 m～121 m。第四系上更新統(tǒng)(Q3)為灰黃色黃土,垂直節(jié)理發(fā)育和大孔隙發(fā)育,含鈣質(zhì)結(jié)核,厚約3 m～10 m。坡體上部黃土為透水而不含水層,下伏基巖受構(gòu)造和風(fēng)化影響,節(jié)理裂隙較為發(fā)育,平時(shí)基本不含水,雨季降水容易下滲至滑移面而滲出,加劇坡體的下滑。

3 滑坡穩(wěn)定性分析與評(píng)價(jià)

3.1 滑坡分布特征

佛羅漢村滑坡體長(zhǎng)70 m,寬100 m,厚約6 m左右,面積約7 000 m2,體積約42 000 m3,為一小型土質(zhì)滑坡,見(jiàn)圖2。佛羅漢村滑坡在平面上呈舌形,剖面上呈階梯狀,前緣形態(tài)受東北部溝谷形狀控制。

圖2 佛羅漢村滑坡鳥(niǎo)瞰圖Fig.2 Aerial view of landslides in Foluohan village

坡體上部為第四系上更新統(tǒng)黃土,厚度約3 m～10 m,黃土呈淺灰黃色,垂直節(jié)理發(fā)育和大孔隙發(fā)育,稍濕。坡體前緣為碎屑巖階梯狀緩坡,坡度30°,坡向120°,坡頂高程1 318 m,坡腳高程1 220 m,坡高98 m。坡體下部出露地層為C3t太原組灰黑色泥巖、炭質(zhì)泥巖,劈理較發(fā)育,泥質(zhì)結(jié)構(gòu),強(qiáng)風(fēng)化。泥巖傾向同坡向,傾角小于坡度。劈理面和土巖接觸面均是滑坡潛在優(yōu)勢(shì)滑面。十年前該滑坡曾發(fā)生過(guò)滑動(dòng),村民回憶滑坡后緣發(fā)育拉張裂縫,前緣四排房屋出現(xiàn)裂縫,本次調(diào)查期間,在滑坡體后緣發(fā)現(xiàn)有裂縫,裂縫呈近東西向展布,寬約15 cm。佛羅漢村滑坡后緣裂縫見(jiàn)圖3,滑坡Ⅰ-Ⅰ′地質(zhì)剖面圖見(jiàn)圖4。

圖3 佛羅漢村滑坡后緣裂縫Fig.3 Trailing edge cracks of landslides in Foluohan Village

圖4 佛羅漢村滑坡Ⅰ-Ⅰ′地質(zhì)剖面圖Fig.4 Ⅰ-Ⅰ′ geological profile diagram in Foluohan Village

3.2 滑坡穩(wěn)定性分析

后緣裂縫在雨季有變寬跡象,滑坡體前緣滲水嚴(yán)重,表明該滑坡體仍有變形跡象。如前緣繼續(xù)切坡、后緣裂縫大量滲水,在地震、強(qiáng)降雨等條件下均可能導(dǎo)致滑坡體再次滑動(dòng),威脅坡前村莊人員約80人,破壞村莊房屋及村莊公路,潛在財(cái)產(chǎn)損失約80萬(wàn)元。在未采取治理搬遷措施前,對(duì)佛羅漢村滑坡進(jìn)行專(zhuān)業(yè)監(jiān)測(cè)預(yù)警建設(shè)十分必要。

4 監(jiān)測(cè)預(yù)警布設(shè)方案

該滑坡監(jiān)測(cè)主要內(nèi)容為地表變形監(jiān)測(cè)、含水率監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)測(cè)、雨量監(jiān)測(cè)。依現(xiàn)場(chǎng)勘查實(shí)際情況,該滑坡體共布設(shè)監(jiān)測(cè)站9套,包括地表位移監(jiān)測(cè)站5套(基準(zhǔn)點(diǎn)1套、測(cè)量點(diǎn)4套)、雨量站1套、土壤含水率1套、遠(yuǎn)程報(bào)警站1套和視頻監(jiān)測(cè)站1套。監(jiān)測(cè)網(wǎng)型根據(jù)本項(xiàng)目滑坡體的范圍、規(guī)模、地形地貌、地質(zhì)因素、通視條件及施測(cè)要求,布設(shè)為菱型。

位移監(jiān)測(cè)(W)布設(shè)原則為主滑方向縱斷面布置兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),主滑方向兩翼重點(diǎn)變形區(qū)域分別布置兩個(gè)點(diǎn)(W1 、W2 、W3 、W4),形成一個(gè)橫斷面。基準(zhǔn)站(WJ)布置在滑坡體周邊穩(wěn)定區(qū)域,一般在滑坡體區(qū)域以外。雨量計(jì)(Y)一般布置在地質(zhì)災(zāi)害體附近空曠無(wú)遮擋位置,周邊必須無(wú)樹(shù)葉等其它雜物掉落,避開(kāi)強(qiáng)風(fēng)區(qū),其周?chē)鷳?yīng)空曠、平坦、不受突變地形、樹(shù)木和建筑物以及煙塵的影響,使在該場(chǎng)地上觀測(cè)的降水量能代表水平地面上的降雨。土壤含水率(H)通常布置在滑坡體后沿位置,主要監(jiān)測(cè)降雨后地表水通過(guò)土壤下滲情況。

據(jù)此W1/Y/H位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于滑坡體上,W2位于滑體中部前端處,W3位于滑坡體東側(cè), W4位于滑坡體西側(cè),位移基準(zhǔn)點(diǎn)WJ位于滑坡體后緣上部較平坦處。以上各點(diǎn)均滿足基本安裝要求,具體布設(shè)見(jiàn)圖5。

圖5 佛羅漢村滑坡專(zhuān)業(yè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖Fig.5 Professional monitoring layout diagram in Foluohan Village

5 監(jiān)測(cè)預(yù)警結(jié)果

參照設(shè)備技術(shù)參數(shù),位移監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)解算精度,水平:±10 mm；垂直:±20 mm。通過(guò)一年(2018年2月-2019年2月)接收的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析,剔除通視條件、地形條件以及儀器誤差,該滑坡監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移—時(shí)間曲線無(wú)逐漸上升趨勢(shì),監(jiān)測(cè)期內(nèi)未發(fā)出預(yù)警信息。初步分析滑坡監(jiān)測(cè)期內(nèi)處于基本穩(wěn)定狀態(tài),監(jiān)測(cè)結(jié)果取位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)W3,如圖6所示。

圖6 佛羅漢村滑坡監(jiān)測(cè)結(jié)果圖Fig.6 Monitoring results of landslides in Foluohan Village

6 結(jié)束語(yǔ)

以往滑坡等地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警的主要問(wèn)題,在于傳統(tǒng)通信手段無(wú)法滿足無(wú)信號(hào)覆蓋偏遠(yuǎn)地區(qū)的數(shù)據(jù)傳輸需求、監(jiān)測(cè)精確度不夠準(zhǔn)、硬件成本高昂、施工難度大等，探索和完善基于北斗高精度定位與短報(bào)文數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)災(zāi)害信息的動(dòng)態(tài)管理、實(shí)時(shí)預(yù)警、災(zāi)情巡檢和應(yīng)急指揮等功能，確保了信息的及時(shí)性和多路并發(fā),從而為災(zāi)情巡查和搶救災(zāi)區(qū)人民生命財(cái)產(chǎn)贏得更多寶貴時(shí)間。