張振威，劉滋源，張帥,3

（1.重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院，重慶 400074；2.廣西北斗星測繪科技有限公司西南分公司，重慶 400074；3.廣西空間信息與測繪重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 桂林 541000）

隨著衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，基于GNSS自動(dòng)化設(shè)備的監(jiān)測技術(shù)開始應(yīng)用于滑坡的監(jiān)測預(yù)警工作中。我國幅員遼闊，許多山區(qū)都存在一定的滑坡現(xiàn)象，將造成巨大的經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失。然而，傳統(tǒng)的監(jiān)測技術(shù)時(shí)效性較差，不能及時(shí)預(yù)報(bào)滑坡動(dòng)態(tài)[1]。本文主要以重慶市涪陵區(qū)某滑坡為例，對滑坡自動(dòng)化專業(yè)監(jiān)測和預(yù)警進(jìn)行探索。

1 自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)概述

自動(dòng)化滑坡監(jiān)測系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和監(jiān)控中心3個(gè)部分構(gòu)成，其中數(shù)據(jù)采集部分包括降水量監(jiān)測、視頻監(jiān)測、地表位移監(jiān)測、應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測、深部位監(jiān)測和地下水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測等[2]。

1.1 監(jiān)測項(xiàng)目概況

重慶市涪陵區(qū)某滑坡為已有地災(zāi)點(diǎn)，于2014年8月由某工程勘察院組織進(jìn)行應(yīng)急勘察?？辈旖Y(jié)果表明，該滑坡為土質(zhì)滑坡，后緣高程約為550 m，前緣高程約為480 m，相對高差達(dá)68 m；滑坡縱長280 m，橫寬640 m，滑體平均厚17 m，體積約為352萬m3；滑坡在天然工況下穩(wěn)定，在暴雨工況下處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。因此，2014年對桐子園滑坡區(qū)域內(nèi)房屋變形嚴(yán)重的15戶實(shí)施了避讓搬遷；而2020年7月2日滑坡產(chǎn)生了強(qiáng)烈變形，變形范圍為原滑坡的中前部，長310 m、寬625 m，體積為320萬m3，其中左側(cè)變形最強(qiáng)烈，為高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，右側(cè)變形程度中等，變形區(qū)域出現(xiàn)多條拉張裂縫，最大延伸長度約為10～30 m，縫寬為2～50 cm，局部下錯(cuò)50～120 cm，村道公路斷裂，交通中斷，滑坡前緣距頁巖氣平臺330 m。

1.2 監(jiān)測內(nèi)容和方法

根據(jù)相關(guān)規(guī)范，結(jié)合實(shí)際工程案例對滑坡體應(yīng)建立地表變形、地下水位的動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、深部位移、地表裂縫位錯(cuò)，以監(jiān)控滑坡整體變形[3]。遵循該原則，根據(jù)監(jiān)測設(shè)計(jì)方案實(shí)際需要，本次監(jiān)測的主要工作內(nèi)容包括滑坡地表位移監(jiān)測、地表裂縫位移監(jiān)測、地下水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測、地表降水量統(tǒng)計(jì)和宏觀地質(zhì)調(diào)查。

1）滑坡地表位移監(jiān)測是指在能反映滑坡區(qū)動(dòng)態(tài)變化的位置設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)，采用GNSS自動(dòng)連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)對相應(yīng)地表位置進(jìn)行監(jiān)測，主要測定地表監(jiān)測點(diǎn)隨時(shí)間而發(fā)生的水平、垂直方向的位移量、位移速率和位移方向。通過對數(shù)據(jù)的分析，了解滑坡滑動(dòng)范圍和規(guī)模，以及監(jiān)測區(qū)域內(nèi)全局與局部之間的相對變化關(guān)系信息，并及時(shí)提供預(yù)警信息[4]。

2）地表裂縫位移監(jiān)測是指對滑坡區(qū)的地表裂縫和主要建（構(gòu)）筑物裂縫進(jìn)行位移監(jiān)測，主要監(jiān)測裂縫大小、方向。首先在裂縫兩側(cè)埋設(shè)觀測樁，布設(shè)自動(dòng)化拉線式裂縫位移計(jì)，通過通信網(wǎng)絡(luò)將裂縫位移計(jì)采集的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)端，并在網(wǎng)絡(luò)端設(shè)置預(yù)警值，若超過預(yù)警值，則自動(dòng)通過短信方式發(fā)送給監(jiān)測人員，以便采取相應(yīng)的措施。應(yīng)定期采用鋼尺對裂縫進(jìn)行人工測量，并與裂縫計(jì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以確保裂縫計(jì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，對施工安全監(jiān)控起到預(yù)報(bào)的作用。

3）地下水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測。利用原有勘察鉆孔或監(jiān)測工作增加的鉆孔，對地下水位進(jìn)行測量，觀測地下水位變化、降雨與地表位移變化的關(guān)系，評價(jià)地下水位對位移的影響以及邊坡排水系統(tǒng)的有效性。

4）地表降水量統(tǒng)計(jì)。通常在滑坡附近布置一套雨量自動(dòng)監(jiān)測站對滑坡區(qū)降雨量進(jìn)行采集或采用當(dāng)?shù)貧庀笳镜慕涤炅繑?shù)據(jù)；進(jìn)而分析降雨量與滑坡的變化情況及其之間的關(guān)系，為滑坡的預(yù)警預(yù)報(bào)提供更多的判斷依據(jù)。

5）宏觀地質(zhì)調(diào)查采用人工巡視檢查的方式。宏觀地質(zhì)巡查是監(jiān)測變形與宏觀地質(zhì)跡象的聯(lián)系，監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常變化時(shí)需通過宏觀地質(zhì)巡查尋找宏觀變形跡象，驗(yàn)證監(jiān)測數(shù)據(jù)反映的變形情況。宏觀地質(zhì)巡查工作能有效彌補(bǔ)監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)數(shù)量有限而導(dǎo)致的監(jiān)測死角，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況。宏觀地質(zhì)巡查方式包括走訪、觀察、記錄、拍照等。

2 監(jiān)測數(shù)據(jù)處理與分析

2.1 地表位移監(jiān)測與數(shù)據(jù)分析

GNSS基準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)在村委會頂樓天臺，距離滑坡體約1.5 km，落差54 m，位置穩(wěn)定。自動(dòng)化GNSS位移監(jiān)測點(diǎn)5個(gè)，3個(gè)布設(shè)在強(qiáng)變形區(qū)，2個(gè)布設(shè)在中等變形區(qū)。

GNSS定位的基本原理是通過測量4顆及以上已知位置的衛(wèi)星與GNSS接收機(jī)的距離，采用距離交會的方式確定接收機(jī)的位置。GNSS地表位移監(jiān)測是將GNSS基準(zhǔn)站設(shè)置在非變形區(qū)，GNSS監(jiān)測站設(shè)置在變形區(qū)內(nèi)，通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)將同一時(shí)刻的GNSS基準(zhǔn)站和GNSS監(jiān)測站的原始觀測數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)中心，通過數(shù)據(jù)中心專業(yè)的數(shù)據(jù)處理軟件對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)解算處理，得到GNSS監(jiān)測站點(diǎn)位實(shí)時(shí)坐標(biāo)值[5]。GNSS地表位移監(jiān)測技術(shù)具有技術(shù)成熟、數(shù)據(jù)精度高（毫米級）、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。GNSS地表位移監(jiān)測針對滑坡整體以及局部變形強(qiáng)烈區(qū)域，布設(shè)的地表位移監(jiān)測點(diǎn)用于獲取整個(gè)滑坡在監(jiān)測期的變形數(shù)據(jù)，為滑坡整體變形判斷提供數(shù)據(jù)支撐。

本文以2020年7月7日為初始日期，以2020年7月31日為結(jié)束日期，根據(jù)監(jiān)測期間各監(jiān)測點(diǎn)水平和垂直方向的累積位移量及其相應(yīng)降雨量，繪制累計(jì)位移—降雨量—時(shí)間曲線圖，如圖1、2所示。監(jiān)測初期由于降雨量影響，2020年7月7日—21日GNSS滑坡監(jiān)測點(diǎn)變化較快，如表1所示，其中GNSS03監(jiān)測點(diǎn)水平位移最大，為185.15 mm，變形速率為12.34 mm/d，GNSS01監(jiān)測點(diǎn)垂直位移最大，為-129.94 mm，變形速率為-8.66 mm/d；2020年7月22日—31日，由于降雨量減少，GNSS滑坡監(jiān)測點(diǎn)變化整體減緩，具體變形量如表2所示。

圖1 GNSS水平位移—降雨量—時(shí)間曲線圖

表1 2020年7月7日—21日的自動(dòng)化GNSS監(jiān)測點(diǎn)位移統(tǒng)計(jì)表

表2 2020年7月22日—31日的自動(dòng)化GNSS監(jiān)測點(diǎn)位移統(tǒng)計(jì)表

2.2 地表裂縫監(jiān)測與數(shù)據(jù)分析

滑坡主控裂縫采用自動(dòng)化拉線式位移計(jì)進(jìn)行監(jiān)測，共布設(shè)6個(gè)點(diǎn)位，其中強(qiáng)變形區(qū)后緣布設(shè)2個(gè)，中等變形區(qū)后緣布設(shè)3個(gè)、前緣布設(shè)1個(gè)。

裂縫位移計(jì)的傳感器將機(jī)械位移量轉(zhuǎn)換為可計(jì)量的、成線性比例的電信號。當(dāng)被測物體產(chǎn)生位移時(shí)，拉動(dòng)與其相連的鋼繩，鋼繩帶動(dòng)傳感器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和傳感元件同步轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)位移反向移動(dòng)時(shí)，傳感器內(nèi)部的回旋裝置將自動(dòng)收回繩索，并在繩索伸縮過程中保持其張力不變，從而輸出一個(gè)與繩索移動(dòng)量成正比例的電信號?，F(xiàn)場自動(dòng)采集數(shù)據(jù)后通過GSM/GPRS通信網(wǎng)絡(luò)無線發(fā)送到監(jiān)測中心服務(wù)站[6]。地表裂縫監(jiān)測技術(shù)具有技術(shù)成熟、數(shù)據(jù)精度高、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。地表裂縫監(jiān)測針對滑坡整體和局部變形強(qiáng)烈區(qū)域，點(diǎn)位布設(shè)在滑坡區(qū)域內(nèi)地表裂縫的兩端，用于獲取地表裂縫在監(jiān)測期的相對變形數(shù)據(jù)，為滑坡整體變形判斷提供數(shù)據(jù)支撐。

在監(jiān)測周期內(nèi)，自動(dòng)化拉線式位移計(jì)于2020年7月9日開始監(jiān)測，2020年7月31日結(jié)束監(jiān)測，各監(jiān)測點(diǎn)地表裂縫累計(jì)變化量和降雨量的關(guān)系如圖3所示，可以看出，在2020年7月21日后裂縫變形速率明顯降低，并趨于穩(wěn)定，說明降雨是裂縫變形的主要影響因素。

圖2 GNSS垂直位移—降雨量—時(shí)間曲線圖

圖3 地表裂縫累計(jì)變化量—降雨量—時(shí)間曲線圖

2.3 穩(wěn)定性判定

通過分析監(jiān)測周期內(nèi)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并結(jié)合宏觀巡視情況可知，監(jiān)測周期內(nèi)強(qiáng)變形區(qū)、中等變形區(qū)整體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；在暴雨工況下，強(qiáng)變形區(qū)和中等變形區(qū)均處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。該滑坡的形成與地形地貌、地層巖性、坡體結(jié)構(gòu)、大氣降水等密不可分[7]，是上述因素綜合作用的結(jié)果。影響滑坡穩(wěn)定性的因素主要包括地形條件、地層巖性和水的作用?；伦冃巫钪饕挠绊懸蛩厥墙涤?。

3 結(jié)語

本文以重慶市涪陵區(qū)某滑坡監(jiān)測為例，將自動(dòng)化監(jiān)測、多傳感器監(jiān)測等技術(shù)與數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸體系相結(jié)合，建立了自動(dòng)化滑坡監(jiān)測系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)獲取滑坡的變形數(shù)據(jù)。通過分析獲取的數(shù)據(jù)，可獲得滑坡整體以及局部的變化情況，實(shí)現(xiàn)對滑坡監(jiān)測的智能化管理。相對于傳統(tǒng)監(jiān)測，系統(tǒng)具有時(shí)效性高、監(jiān)測精度高、數(shù)據(jù)可靠等優(yōu)點(diǎn)，提高了滑坡預(yù)警預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確度。及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在問題，提前采取相應(yīng)措施減少損失，保證人民生命財(cái)產(chǎn)安全，對于滑坡安全監(jiān)測工程具有重要意義。