尹 萍，龔玉葉

（湖南工程職業(yè)技術學院，湖南 長沙410151）

本文選取的研究區(qū)域為湖南寧鄉(xiāng)地區(qū)的某滑坡形變，其中，研究區(qū)域的信息主要有地形地貌、地質構造、地層巖性、氣象水文、人類活動等方面。詳細分析了該區(qū)域的滑坡地質災害易發(fā)生性評價影響因子，對滑坡的形成和滑坡區(qū)域的確定提供理論依據。研究數據的信息主要是采用In-SAR圖像數據的基本參數，結合InSAR監(jiān)測數據和自動化監(jiān)測中深部位移監(jiān)測數據，計算出滑坡的范圍和規(guī)模。

1 研究區(qū)域概況

1.1 地形地貌

原始地貌為剝蝕低丘地貌，地形起伏較大，丘間多發(fā)育溝谷，滑坡區(qū)域處在兩沖溝之間的低丘地段，該段低丘山脈走向近東西向，低丘頂呈近橢圓形，峰頂高程149.50m，低丘山坡坡度較為平緩，坡度10°～20°，坡上植被茂密，人類工程活動對原始地貌作了較大改變。研究區(qū)域圖如圖1所示。

圖1 研究區(qū)域圖

1.2 地質構造

滑坡區(qū)處在桃花嶺壓性斷裂帶產生的次生斷裂帶內，巖層總體呈緩變的單斜，傾向90～110，傾角8°～28°，受構造影響，場區(qū)巖石破碎，局部軟巖中巖層擠壓褶曲、揉皺較為明顯，巖層產狀局部紊亂變化；巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，其中以25°∠80°～85°節(jié)理優(yōu)勢發(fā)育，節(jié)理密度達10～15條/m，節(jié)理面平直光滑，一般較為閉合。

1.3 地層巖性

場區(qū)分布的原始地層由上至下主要為：上覆第四系覆蓋層為坡殘積（局部崩積）粉質粘土、碎石混黏性土；其下伏基巖為石炭系下統(tǒng)大塘組測水段（C1d）2砂巖、石英砂巖、泥巖、含炭質泥巖互層。

1.4 氣象和水文

場地地下水主要類型有：第四系孔隙潛水、基巖裂隙水。第四系孔隙潛水賦存于粉質粘土層中，該層含碎石、塊石，透水性較好，受大氣降水補給，地下水比較豐富，尤其在其底部，由于其下伏基巖表面，泥巖表面具有局部隔水特征，水量更為豐富。基巖裂隙水賦存于基巖裂隙中，場地強風化砂巖、泥巖互層，呈互層層狀結構，節(jié)理裂隙很發(fā)育，層面與節(jié)理裂隙切割面構成密集的裂隙通道，滲透性好，基巖裂隙水豐富，其主要接受大氣降水經上覆第四系孔隙潛水越流補給。在邊坡坡腳滲水點附近挖坑集水，采取1件地下水試樣，其結果詳見附件《水質分析報告》，對其評定如表1。

表1 地下水評定結果表

1.5 不良地質和特殊性巖土

除了滑坡以外，本場地尚有小型采空以及膨脹巖土特殊性巖土兩個值得關注的問題。

1.5.1 采空洞

該山坡上有私采拉濫挖的采煤采空洞存在，采空在巖體中形成空區(qū)，年代久遠，難保其中不形成自然垮塌，形成采空塌陷區(qū)和采空變形區(qū)，造成山體中部分巖層移動，破壞了地層結構及其完整性。同時采空洞成為了儲水構造，匯聚地表水進入坡體的深部，長時間向周邊巖土體滲流、排泄，造成邊坡巖土地下水較為豐富，山坡巖土體中的泥巖、炭質泥巖等，遇水易軟化、崩解，地下水在層間長期作用，不利于山體穩(wěn)定。

1.5.2 膨脹巖土

場地泥巖經巖礦鑒定以及膨脹性土工試驗，其蒙脫石含量約14%，伊利石含量約3%，自由膨脹率達72%，屬于膨脹潛勢為中等的膨脹巖土（呈土狀）。膨脹巖土在干濕交替的環(huán)境之下，其特點為脹縮性循環(huán)、裂碎及飽水極度變軟，極易產生由表及里的漸進性破壞，從而導致公路邊坡逐步失穩(wěn)，屬于邊坡工程中的難題。

2 研究數據

研究區(qū)采用ALOS-1PALSAR和RADARSAT-2數據共計60景，時間覆蓋范圍為2018年6月2日至2019年9月23日，詳細情況如表2，采用DEM分辨率為30m的SRTM-1數據。

表2 研究區(qū)數據詳細情況

本次實驗針對ALOS-1PALSARA條帶數據及RAD ARSAT-2數據的特點，根據軌道參數、脈沖重復頻率、時間信息和外部DEM等信息，采用InSAR干涉測量技術利用長時間自動干涉測量系統(tǒng)AISAR進行數據處理。大致流程為預處理、差分干涉計算、形變量計算、地表形變結果的幾何校正、數據處理的質量控制等，并根據監(jiān)測區(qū)的地質條件，結合野外調查數據，分析地災體形變的變化規(guī)律，以及這種變化與地形地理、地質類型與降水量等要素之間的關系，采用數值模型分析，對地表形變過程進行模擬分析，揭示地表形變的機理，對形變體的穩(wěn)定性進行評估。

根據現場調查的資料，發(fā)現北緯28.06815°，東經112.73830°附近滑坡體由于高速公路從坡腳通過，該坡腳開挖形成了較高的邊坡，該區(qū)域原有的穩(wěn)定結構造受到了一定破壞。雖然該邊坡采用了一定的表面防護措施，但是該坡體主要為膨脹巖土，膨脹巖土在干濕交替環(huán)境下，呈現脹縮循環(huán)、裂碎以及飽水極度變軟的特點，其處在坡體淺表，極易產生由表及里的漸進性破壞，從而導致邊坡逐步失穩(wěn)。

通過對ALOS-1PALSAR和RADARSAT-2數據的處理，提取各時段的DEM模型（如圖2-圖5），發(fā)現道林互通滑坡自2018年6月至2019年3月部分區(qū)域略有微小形變，但基本處于穩(wěn)定狀態(tài)；自2019年3月～2019年8月部分坡體發(fā)生持續(xù)變形；自2019年8月底～2019年9月初部分坡體發(fā)生滑坡。

圖2 2018年6月至2019年3月道林互通滑坡體DEM模型圖

圖5 2019年9月道林互通滑坡體DEM模型圖

圖5 路徑規(guī)劃算法流程圖

由于滑坡發(fā)生在表層（約2m深，根據深部位移監(jiān)測數據得知），用肉眼觀察各個DEM模型，發(fā)現DEM模型變化較小。為準確地得出滑坡體發(fā)生形變的范圍，我們將后續(xù)得到的DEM模型與2019年3月之前道林互通滑坡體DEM模型配準后做差分處理，差分結果超過允許誤差的區(qū)域即為發(fā)生形變的區(qū)域。為直觀地展示發(fā)生形變的區(qū)域，我們將發(fā)生形變的區(qū)域映射到道林互通滑坡體初始DEM模型上，并用醒目色塊標識（如圖6-圖8）。

圖6 2019年6月道林互通滑坡體形變區(qū)域圖

圖8 2019年9月道林互通滑坡體形變區(qū)域圖

圖3 2019年6月道林互通滑坡體DEM模型圖

圖4 2019年8月道林互通滑坡體DEM模型圖

圖7 2019年8月道林互通滑坡體形變區(qū)域圖

通過將后續(xù)得到的DEM模型與道林互通滑坡體初始DEM模型的差分處理結果，我們準確地得到了道林互通滑坡體在各個時間段發(fā)生形變的位置及發(fā)生形變區(qū)域的范圍。由于網格大小已知，通過簡單計算，可得：2019年6月道林互通滑坡體相對于初始狀態(tài)（2019年3月前）形變區(qū)域面積約為63.172m2；2019年8月道林互通滑坡體相對于初始狀態(tài)形變區(qū)域面積約為69.442m2；2019年9月道林互通滑坡體相對于初始狀態(tài)形變區(qū)域面積約為89.470m2（此時，已發(fā)生局部滑坡）。

3 滑坡自動化監(jiān)測內容和方法

結合項目實際，為了與InSAR數據進行相互補充，能確定滑坡的范圍和規(guī)模。根據規(guī)范，滑坡危害程度屬于一級滑坡，需建立地表變形、深部位移、裂縫位錯、地下水位的自動化監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)控滑坡整體變形。根據監(jiān)測方案，本次監(jiān)測項目主要有：地表位移監(jiān)測、邊坡深部位移監(jiān)測、地下水位監(jiān)測等。

3.1 地表位移監(jiān)測

地表位移監(jiān)測是指在能反映邊坡變形動態(tài)的位置，布置相應的地表位移監(jiān)測點，可采用角度交會、距離交會、極坐標法、邊角網、GPS等技術方法。通過數據處理分析坡面的幾何外觀變化情況，并繪制出坡面各個點在施工過程中的水平及豎直方向的位移變化，從而進一步來了解邊坡滑動基本情況，并提供災害預警信息，這是一種最直接的監(jiān)測方法。地表位移監(jiān)測采用GPS連續(xù)自動監(jiān)測技術系統(tǒng)進行實時監(jiān)測。

3.2 深部位移監(jiān)測

2019年3月，在道林互通滑坡體布設深部位移自動化監(jiān)測點2個（監(jiān)測點布置如圖9），每個監(jiān)測點分別在離地表2m、4m深度安裝深部位移傳感器，深部位移監(jiān)測點數據每天實時更新。2019年3月至2019年9月，各深部位移監(jiān)測點監(jiān)測數據曲線如圖10-13。

圖9 道林互通滑坡體深部位移監(jiān)測點布置圖

圖10 道林互通滑坡體1號深部位移監(jiān)測點2m深傳感器位移曲線

3.3 地下水位動態(tài)監(jiān)測

利用原有勘察鉆孔和監(jiān)測工作增加鉆孔，與其他監(jiān)測工作同周期同頻率地對鉆孔地下水位進行實時監(jiān)測，來監(jiān)測地下水位的變化和降雨及深部位移變化的關系，從而評價地下水位對位移的影響及邊坡排水系統(tǒng)的有效性。

3.4 地表裂縫位錯監(jiān)測

采用裂縫兩側埋設觀測樁觀測，使用鋼尺同周期測量的方法（也可采用裂縫計），監(jiān)測滑坡裂縫發(fā)展狀況與錯動大小、方向，主要針對剛剛開始治理的邊坡，是最直觀和快速的監(jiān)測手段，也對施工安全、監(jiān)控起到預警預報的作用。

3.5 監(jiān)測數據分析

根據監(jiān)測區(qū)的地質條件，通過對ALOS-1PALSAR和RADARSAT-2數據的處理，提取各時段的DEM模型，分析地災體形變的變化規(guī)律，發(fā)現道林互通滑坡自2018年6月至2019年3月部分區(qū)域略有微小形變，但基本處于穩(wěn)定狀態(tài)；自2019年3月-2019年8月部分坡體發(fā)生持續(xù)變形；自2019年8月底-2019年9月初部分坡體發(fā)生滑坡。根據后續(xù)得到的DEM模型與道林互通滑坡體初始DEM模型的差分處理結果，準確地得到了道林互通滑坡體在各個時間段發(fā)生形變的位置及發(fā)生形變區(qū)域的范圍。滑坡體布設深部位移自動化監(jiān)測點2個，每個監(jiān)測點分別在離地表2m、4m深度安裝深部位移傳感器，深部位移監(jiān)測點數據每天實時更新，通過深部位移可知，自2019年4月初至2019年8月中，道林互通滑坡體1號深部位移監(jiān)測附近發(fā)生持續(xù)緩慢變形，滑動面深度約為2m。

圖11 道林互通滑坡體1號深部位移監(jiān)測點4m深傳感器位移曲線

圖12 道林互通滑坡體2號深部位移監(jiān)測點2m深傳感器位移曲線

圖13 道林互通滑坡體2號深部位移監(jiān)測點4m深傳感器位移曲線

結合InSAR監(jiān)測數據和深部位移監(jiān)測數據，利用道林互通滑坡體相對于初始狀態(tài)形變區(qū)域面積，假定滑動面為一弧形曲面，可以計算出形變區(qū)域體積。2019年6月道林互通滑坡體相對于初始狀態(tài)（2019年3月前）形變區(qū)域面積約為63.172m2，形變區(qū)域體積（假定滑動面為一弧形曲面，以下同）約為126.344m3；2019年8月道林互通滑坡體相對于初始狀態(tài)形變區(qū)域面積約為69.442m2，形變區(qū)域體積約為138.884m3；2019年9月道林互通滑坡體相對于初始狀態(tài)形變區(qū)域面積約為89.470m2，形變區(qū)域體積約為178.940m3。

4 結束語

本文研究了合成孔徑雷達干涉InSAR技術原理和數據處理方法，通過選取合適的InSAR雷達波長，減弱了地表植被對地形監(jiān)測的影響；同時將多種InSAR數據處理技術相結合，有效解決了地形復雜區(qū)雷達信號相干性差異導致的地表變形難以精確提取的問題，得到了研究區(qū)域毫米級地表動態(tài)變形結果。利用覆蓋湖南寧鄉(xiāng)某地的雷達數據，綜合應用雷達差分干涉測量技術，提取了該研究區(qū)域多時段的變形信息，揭示了該區(qū)域的滑坡發(fā)育地表形變的時空特征。結合監(jiān)測結果和野外驗證，成功識別出該研究區(qū)域的滑坡，實現了滑坡的早期識別。利用研究區(qū)域監(jiān)測初期得到地表變形信息，提取出監(jiān)測初期地表形變區(qū)域的范圍，并在形變區(qū)域及其附近進行深部位移監(jiān)測。結合后續(xù)的InSAR監(jiān)測結果及形變區(qū)域深部位移數據，得到了滑坡體各時段的形變區(qū)域的范圍、面積及滑動面的深度，進而較為準確地預測了滑坡的范圍及規(guī)模。