地質災害治理涉及關鍵技術分析

㈠ 地質災害防治工程中的基本理論和幾個主要技術

首先，要明來確地質工程的自基本理論問題是什麼。著者認為，地質工程的基本理論是地質控制論。防治地質災害或對地質體失穩防治的認識有兩種觀點：①荷載支護體系觀點；②地質體改造觀點。而地質體改造觀點是十分重要的一種觀點，它的基礎理論就是地質控制論，它科學地提出防治地質體失穩的技術措施。地質體改造是地質工程理論的基本組成部分，地質體組成成分、地質體結構及地質環境條件則形成力的平衡。上述三者之一遭到破壞時，便可能產生失穩，對此可以通過改變其組成成分、結構、地質體賦存環境條件達到新的穩定狀態。

地質工程工作中常用的地質技術，可概括為以下6個方面：①鑽探技術；②物探技術：CT、電磁波層析、地質雷達等；③測試技術：綜合測孔、流變試驗、剛性壓機等；④監測技術：遙測、遙控、立體監測等；⑤地質體改造技術：灌漿、錨固、支擋工程等；⑥計算機技術：數值分析、模擬模擬、反分析、自動化控制等。

㈡ 地質災害防治措施的建議

根據「以防為主，統一規劃，及時治理，因地制宜」的地質災害防治原則，針對工程建設和各類地質災害的特點，提出以下防治措施的建議：

圖8-6 湖北—湖南段地質災害危險性分區圖

表8-4 湖北—湖南段地質災害危險性綜合評估—覽表

續表

續表

1.崩塌防治

管道穿越丘陵山區半堅硬—堅硬岩類時，需爆破開挖石方，如爆破用葯量過大，有可能引起陡峭山體的開裂或者局部岩塊的崩落，也不排除甚至發生局部岩體的小型崩塌。因此在實施開挖爆破前，須仔細觀察施工場地及其周圍是否有可能產生崩落、滾動的松動岩塊、浮石等，或提前予以清除，或採取措施攔擋，或控制爆破葯量不至於崩落產生等辦法，來避免災害發生。

2.滑坡防治

在有可能產生滑坡的斜向、順向坡段敷設時，應分段敷設，切忌連續不間斷大開挖，以避免造成斜坡大范圍變形、滑動。在風化帶較厚的地帶開挖時，要注意邊坡的坍塌傷人，同時也要注意避免長距離大開挖而不埋管回填。在可能產生滑移變形的坡段，應採用抗滑支擋和護坡工程加以防護，以維護坡體穩定，防止邊坡失穩下滑。

3.泥石流防治

管道經過丘陵山區將產生74100m³鬆散的棄渣，暴雨期沿線會發生水土流失或小規模的泥石流。應加強埋管土體的夯實，或將剩餘棄渣堆放於開闊的溝底或寬緩的窪地，並視地形情況修築擋土牆，及時做好沿線地表植草工作。

4.河流崩岸和洪水沖蝕防治

對於河流穿越處，應避開河流侵蝕凹岸，同時需要拋石加強岸坡強度，並鋪設土工織物等，以解決地下水對岸坡的潛蝕破壞作用。所有河流的穿越，均應在枯水季節進行，以減少不必要的風險。

5.軟土壓縮擠出滑移破壞防治措施

基礎為淤泥軟土的回填區段，在高（厚）填築區的施工過程中，可能出現軟土壓縮擠出和滑移破壞，導致建（構）築物受損毀壞。因此，建設詳勘階段應具體查明淤泥質軟土的分布范圍、厚度、空間變化情況及其性狀特徵，建設過程應對強度較低的軟弱土體進行清基換層，對回填土採用適當的夯實固結壓密等措施，以改良土體結構，提高建（構）築物地基的強度及穩定性。

6.膨脹土災害防治措施

評估區大部分粘性土體具不同程度的脹縮性，在土體脹縮性能一定條件下，影響膨脹土脹縮程度的因素主要為土體濕度的變化情況，而土體中濕度的變化主要受控於降水入滲，因此氣候是影響膨脹土變形破壞的重要因素。根據《膨脹土地區建築技術規范》（GB1112—87）推薦的大氣影響深度參考值及膨脹濕度系數計算公式，利用有關降雨量、蒸發量資料計算出濕度系數後查表得知，評估區膨脹土氣候影響深度為3～4.5m，膨脹土氣候急劇影響深度為1.35～2.1m。因此膨脹土災害的防治應針對其變形特點及主要影響因素，適當加大基礎埋深，種植草皮，保持土體的含水量，在施工過程中，防止土體長期暴曬、風干、浸濕、充水，以免引起土體水份急劇變化而導致脹縮變形。

7.岩溶地面塌陷防治

重點是合理規劃地下水水源地的位置和控制地下水開采強度，對需要大范圍降水的基坑工程應盡可能遠離管線。同時應加大岩土工程地質勘察力度，准確查明岩溶分布情況，對經勘察有可能產生塌陷的地段，應提前架設基礎梁跨越陷坑。對已有的塌陷坑可採用回填、坑口鋪蓋等方法，對於塌陷程度輕但危險嚴重的塌陷，可採用灌漿、地基土加固等工程處理措施。還要做好地面變形監測工作。

8.采空地面塌陷的防治

首先要進行勘探調查，確切查明采空區的空間位置，管線敷設避繞采空區；若避繞地段仍有礦產，則要作好礦產壓復評估；還要做好地面變形監測工作。

㈢ 地質災害防治措施與監控

一、地質災害防治措施

（一）避讓措施

就目前人們認識自然與改造自然的能力而言，對於某些地質災害的產生（如新構造運動、地震、岩崩等）是無力抗拒的，對這類能量巨大的惡性地質災害通常只能是避讓，即對已有建築物、居民及交通線路予以拆遷和繞道，在國民經濟宏觀規劃布局時盡量予以迴避，以減少不必要的損失。

（二）生物防治措施

生物防治措施主要指植樹造林、種草護坡及合理的耕作，通過這種種植結構的調整和森林覆蓋率的提高，可以減少雨水入滲、保持水土，使坡面得以保護，免遭侵蝕，從而達到穩固坡體的目的，是一種既經濟又有成效的治理措施，可以達到防治地質災害和提高經濟效益的雙重目的。但其發揮效益需較長時間，可作為改善、保護自然環境和抑制地質災害發生的長期措施。

（三）工程措施

在預防無效或不能避讓的情況下，對已有險情的地質災害體，宜採用工程措施防止災害的發生或擴展。

1.地質災害防治工程可行性論證

重大地質災害的治理，首先是對地質災害體的綜合勘查研究，在此基礎上，對災害治理的必要性、技術可行性、風險性及災度預測等進行綜合分析，便於地質災害防治工程立項，同時也為工程治理提供技術資料。

1）災害治理的必要性分析：根據災害所處位置、災害程度、災害的經濟損失預測與受威脅人數多少，論證災害治理的必要性。

2）災害治理的經濟合理性分析：對比分析地質災害體經濟損失概算和治理工程投資估算，確定災害治理的經濟合理性，一般治理費用應小於總經濟損失概算的50%為宜。

3）災害治理的技術可行性分析：對災害治理的多項防治方案進行對比、分析和試驗，選用經濟上合理、技術上可行，又能達到治理目標的設計方案。這是一項十分重要、必不可少的工作，決不能圖省事忽略技術可行性分析，而為災害的治理留下隱患。

4）災害治理的風險性分析：任何技術和社會問題的整治都存在不同程度的風險。尤其是地質災害的治理，由於其客觀存在的地質環境處於不斷的變化之中。目前對地質災害的治理尚處於探索階段，而每一處地質災害區（點）的條件各異，因此災害治理存在一定的風險性。

2.地質災害工程治理

地質災害治理的基本原則是要針對致災主控因素施治，治理措施需強調環境適應性，治理方案要考慮全局，滿足切實有效、技術可行、經濟合理、施工簡便的要求。目前，對地質災害的治理通常採用的方法有：削（削坡、清方、減載）、排（截、排水溝、地面防滲）、護（護牆、護坡、拋石反壓）、擋（擋土牆、抗滑樁、錨桿、錨索）、灌漿及限制工程經濟活動（如礦山停采）。這些工程治理方法可酌情一種或多種同時使用，只要應用得當，即可取得良好的治理效果。地質災害主要防治措施見表2-4-46：

表2-4-46 地質災害主要防治措施

二、地質災害群策群防體系的建設

地質災害防治工作應突出「以人為本，以防為主，防治結合」的方針，群策群防體系即是靠當地各級政府和廣大人民群眾建立完善的群策群防地質災害的防災預警系統。一方面，當地有關職能部門要加強地質災害防治的管理和地質災害知識有關法制、法規的宣傳和教育，合理控制和規范人類工程活動，採取綜合措施防止地質環境的惡化和破壞，最大限度地減少和避免各類地質災害的產生；另一方面，對一般性地質災害危險點，應落實監測責任人，並由專業人員布設監測點，傳授地質災害監測預報知識；對重大地質災害隱患點，則要編制地質災害防災預案，形成一個相對完善的群策群防、防災預警網路。

三、突發性地質災害應急預案

2006年3月，深圳市政府出台了《深圳市突發性地質災害應急預案》，由市政府統一領導，市國土資源和房產管理局負責，各區國土資源主管部門和交通、水務、建設、氣象、民政、公安、醫療等相關部門加緊組成應急系統，成立應急分隊。每年汛前對應急預案中的地質災害隱患點進行險情巡查，汛中加強監查，汛後進行復查；發現險情或接到險情報告要在最短的時間趕到現場，進行險情鑒定，提出應急處理對策、措施；發生地質災害後，市、區政府要立即啟動並組織實施相應的突發性地質災害應急預案，有關部門和單位按應急預案中確定的職責分工做好應急工作。

四、地質災害監測與氣象聯合預報機制

市國土資源主管部門負責地質災害防治的監督和管理工作，每年汛前，會同交通、水利、建設等部門，依據地質災害防治規劃，制定年度地質災害防治方案，報本級人民政府批准後公布。每年訊前，均組織有關部門對各自管轄范圍內所有地質災害隱患點進行現場踏勘檢查，劃定地質災害危險區，設置明顯的警示標志。對那些危險性大、危害嚴重的災害體的現狀和發展趨勢作出分析評價，落實地質災害的監測、預防責任人，專人專職，定時全天候監測，隨時匯報，發現問題及時發出臨災警告，並指明災害發生時所採取的對策、撤離轉移路線和安置地點等。根據已有地質災害數據，結合氣象台（站）的氣象資料，在對降水量預報的同時，對由降水誘發的地質災害易發等級作出科學預報，實現突發性地質災害發生概率的預報預警。

㈣ 地質災害防治措施

崩塌災害防治的工程措施：

1、攔擋：對中、小型崩塌可修築遮擋建築物或攔截建築物。攔截建築物有落石平台、落石槽、攔石堤或攔石牆等，遮擋建築物有明洞、棚洞等。

2、支撐與坡面防護：支撐是指對懸於上方、可能拉斷墜落的懸臂狀或拱橋狀等危岩採用墩、柱、牆或其組合形式支撐加固，以達到治理危岩的目的。對危險塊體連片分布，並存在軟弱夾層或軟弱結構面的危岩區，首先清除部分松動塊體，修建條石護壁支撐牆保護斜坡坡面。

3、錨固：板狀、柱狀和倒錐狀危岩體極易發生崩塌錯落，利用預應力錨桿(索)可對其進行加固處理，防止崩塌的發生。錨固措施可使臨空面附近的岩體裂縫寬度減小，提高岩體的完整性。

4、灌漿加固：固結灌漿可增強岩石完整性和岩體強度。一般先進行錨固，再逐段灌漿加固。

5、疏干岸坡與排水防滲：通過修建地表排水系統，將降雨產生的徑流攔截匯集，利用排水溝排出坡外。對於滑坡體中的地下水，可利用排水孔將地下水排出，從而減小孔隙水壓力、減低地下水對滑坡岩土體的軟化作用。

滑坡災害防治的工程措施

1、排除地表水和地下水：滑坡滑動多與地表水或地下水活動有關。因此在滑坡防治中往往要設法排除地表水和地下水，避免地表水滲入滑體，減少地表水對滑坡岩土體的沖蝕和地下水對滑體的浮托，提高滑帶土的抗剪強度和滑坡的整體穩定性。

2、減重與載入：通過削方減載或填方載入方式來改變滑體的力學平衡條件，也可以達到治理滑坡的目的。但這種措施只有在滑坡的抗滑地段載入，主滑地段或牽引地段減重才有效果。

泥石流災害防治的工程措施

1、跨越工程：在泥石流溝上方修築橋梁、涵洞跨越避險工程，使泥石流有排泄通道，又能保證道路的暢通。

2、穿越工程：在泥石流下方修築隧道、明硐和渡槽的穿越工程，使泥石流從上方排泄，下方交通不受影響。這是通過泥石流地區的又一種主要工程形式，對於隧道、明洞和渡槽設計的選擇，總的原則是因地制宜。

3、防護工程：對泥石流地區的橋梁、隧道、路基及重要工程設施修築護坡、擋牆、順壩和丁壩等防護工程，從而抵禦泥石流的沖刷、沖擊、側蝕和淤埋等危害。

4、排導工程：修築導流堤、急流槽、束流堤等排導工程，改善泥石流流勢、增大橋梁等建築物的排泄能力。

5、攔擋工程：修築攔砂壩、固床壩、儲淤場、支擋工程、截洪工程等攔擋工程，控制泥石流的固體物質和雨洪徑流，削弱泥石流的流量、下泄量和能量，以減緩泥石流的沖刷、撞擊和淤埋等危害。

(4)地質災害治理涉及關鍵技術分析擴展閱讀：

誘發地質災害的因素主要有：

1、採掘礦產資源不規范，預留礦柱少，造成采空坍塌，山體開裂，繼而發生滑坡。

2、開挖邊坡：指修建公路、依山建房等建設中，形成人工高陡邊坡，造成滑坡。

3、山區水庫與渠道滲漏，增加了浸潤和軟化作用導致滑坡泥石流發生。

4、其它破壞土質環境的活動如採石放炮，堆填載入、亂砍亂伐，也是導致發生地質災害的致災作用。

㈤ 　地質災害防治措施與防治原則

一、地質災害防治途徑與基本方法

如前所述，地質災害的形成必須具備災害體和受災體。這兩方面條件決定了成災程度。因此，防治地質災害的基本途徑主要有兩方面：第一，限制災害源，消除或消弱災害體活動能量，解除或緩解災害活動威脅；第二，對受災體採取防避保護措施，使其免受災害破壞，或增強受災體對災害的抵禦能力。

防治地質災害的具體方法主要包括：

保護和治理區域地質自然環境，消弱災害活動的基礎條件。其基本措施是根據區域條件，科學地進行資源開發和工程建設活動，特別注意合理利用土地資源、水資源、生物資源，避免過度開發。在廣大山區應廣泛植樹造林，治山治水，宜農則農，宜牧則牧，宜林則林，涵養水土，防治水土流失。在城鎮和沿海地區，尤其注意合理開發利用地下水資源，量入為出，保持地下水動態平衡，防止地下水環境惡化，預防地面沉陷和海水入侵等活動。

加強地質災害勘查。弄清地質災害的分布情況與形成條件。合理制定城鎮規劃，選擇工程建設場地，盡可能避開地質災害危害區；對於必須在地質災害危險區實施的工程建設，制定防災規劃，實施預防措施。

對重要受災體實施專門性防治工程。為了保護城鎮、企業和鐵路、公路、橋梁、房屋等工程建設安全，應專門實施不同的防護工程、加固工程等。對不同防災工程措施不一，將在下面進行專門論述。

加強災害監測，有效地進行災害預測預報。應根據需要及時疏散人口、財產、或採取其它措施，最大限度地減少災害損失。

二、地質災害防治措施

雖然各種地質災害的防治途徑基本相同，但具體措施不一。所以，無論是哪種地質災害，都必須首先進行深入細致的勘查工作，以查清災害體范圍、性質、活動條件和受災體類型、分布情況等。在勘查的基礎上選擇防治措施，並合理地設計工程規模，取得充分的減災效果。

（一）崩塌（危岩）災害防治措施

1.清除危岩

對規模小、危險程度高的危岩體可採用靜態爆破或手工方法予以清除，消滅隱患。

2.部分削坡

對於規模較大的危岩體，難以全部清除其隱患。但可以在危岩體上部清除部分岩土體，降低臨空面的高度，減小斜坡坡度和上部荷載，提高斜坡穩定性，從而降低危岩的危險程度或減少其它防治工程的工程量。

3.排水防滲

在危岩體及其周圍地帶，應修建地面排水系統和堵塞裂隙孔洞，以防治過量地表水進入危岩斜坡，從而提高危岩穩定程度，減少崩塌機會。

4.加固斜坡、改善危岩岩土結構，提高斜坡穩定程度

所採取的措施，其具體內容有：①灌漿加固，以增強岩體完整性，提高岩體強度。②採用支撐墩、支撐柱、支撐牆等支撐措施保護斜坡，防止坍落。③採用預應力錨桿或錨索等錨固措施加固危岩體，防止崩落。④軟基加固，即在危岩或陡崖底部發育有泥岩等軟弱岩層時，採用噴漿護壁等方法保護軟基，防止強烈的風化作用和水體浸泡。如在軟基發育部位已形成風化凹腔，應根據規模、形態，採用嵌補、支撐、噴漿護壁等方法保護加固；如凹腔內積水，應進行疏干，並採取措施防止繼續浸水。

5.攔截

對於在雨季才發生活動的墜石、剝落或小型崩塌活動，可在岩石崩落滾動途中修建落石平台、落石槽、擋石牆等，以攔截落石，防止破壞建築設施。

6.遮擋

為了防止小型崩塌對鐵路等工程設施的破壞，可修建明硐、棚硐等對工程設施進行保護。

7.加強監測預報

（1）危岩體形變監測主要手段包括：通過地面觀察、形變測量、地傾斜測量、綜合自動監測等方法從外部監測危岩體位移、裂縫變形、地面傾斜等現象；採用鑽孔傾斜測量、電測、聲發射監測、地應力測量等方法從內部監測危岩體深部變形位移及應力變化情況。

（2）激發崩塌活動要素監測主要包括雨量監測、水文動態監測、地下水動態監測、地溫場監測、地震監測等。

（3）綜合分析與預測預報基本方法是分析斜坡穩定程度，建立危岩變形數值模型，確定崩塌活動的臨界值。在條件允許時，應建立預警系統，進行有效的災害預報。

8.躲避搬遷對於威脅嚴重，防治困難的建築設施，應選址搬遷，避免受害。

（二）滑坡災害防治措施

1.消除或減輕地表水、地下水對滑坡的誘發作用

（1）修建排水溝，攔截地表水，減少進入滑坡體的地表水量，並及時將滑坡體發育范圍內的地表水排走，減輕地表水對斜坡的破壞。

（2）修建截水盲溝和支撐盲溝、開挖滲井或截水盲洞、敷設排水滲管、實施排水鑽孔等，以攔截疏導地下水，減輕地下水對斜坡的破壞。

2.改善斜坡狀況，增加滑坡平衡穩定條件

（1）在滑坡體上部削坡減重，在坡腳加填，改變斜坡外形，降低斜坡重心，提高滑坡穩定程度。

（2）修建抗滑垛、抗滑柱、抗滑牆、抗滑洞等支擋工程，阻止滑坡體滑動，提高斜坡穩定程度。

（3）實施錨固工程，「加固」滑坡，提高斜坡穩定程度。

（4）採用焙燒法、電滲排水法、灌漿法等物理方法或化學方法，改善滑坡體岩土性質，提高軟弱岩土層強度，提高斜坡穩定程度。

3.加強監測預報

（1）滑坡體形變監測通過地面觀察、形變測量、地傾斜測量、綜合自動監測等方法監測裂縫變形、滑坡體水平位移、垂直形變以及滑坡體上樹木、房屋等工程設施形變等情況。採用傾斜儀測量、短基線測量、地應力測量等監測滑坡體內部形變位移情況。

（2）激發滑坡活動的外界要素監測主要包括降水監測、水文動態監測、地下水動態監測、地震監測等。

（3）綜合分析與預測預報方法與崩塌預測預報基本相同。

4.躲避搬遷

對於威脅嚴重，防治困難的工程建築，應選址搬遷，避免災害破壞。

（三）泥石流災害防治措施

1.實施生物措施，保護水土，消弱泥石流活動的基本條件

基本方法是保護森林植被。禁止濫砍亂伐，合理耕牧，並且有計劃地植樹種草，以提高森林覆蓋率和植被覆蓋率，抑制水土流失，減緩泥石流活動。

2.實施工程措施，限制泥石流活動，保護耕地與工程設施

（1）攔擋工程修建谷坊、攔砂壩、格柵壩等，蓄水攔砂，減小泥石流流速、容重、規模，抬高局部溝段侵蝕基準，護床固坡，降低泥石流沖刷破壞能力，減輕溝床侵蝕。

（2）排導工程修建導流堤、急流槽、束流堤等，引水輸砂，規范泥石流路徑，防止漫流，降低泥石流流速，削弱泥石流沖擊破壞能力。

（3）停淤工程根據泥石流發育地區地形條件，修建停淤場，將泥石流引入預定場所減速停淤，防止漫流。

（4）溝道整治工程採用固床砂壩、水泥砂漿砌石、石籠等方法保護泥石流溝坡，防止岸坡坍塌、滑移；在溝底進行鋪砌或修建肋板穩固溝底，減少溝底沖刷。

（5）防護工程與錯避工程對泥石流地區的鐵路、公路、橋梁、隧道、房屋等工程設施，進行防護或錯避，抵禦或避開泥石流的危害。防護工程包括修建護坡、擋牆、順壩、丁壩等。錯避工程主要包括跨越式錯避、穿過式錯避等。跨越式錯避是指修建橋梁，使工程設施凌架於泥石流溝上空，免受泥石流破壞。穿過式錯避則是將工程設施置於泥石流溝地下，避開泥石流破壞。

3.監測預報

除利用遙感技術，結合氣象資料分析，進行區域泥石流活動中長期預報外，主要是利用降雨預測進行泥石流活動的短期預報和臨災警報。此外，還可利用泥石流遙測地聲警報器、泥石流超聲波泥位警報器、地震式泥石流警報器等儀器直接監測泥石流活動，並進行短期預報和臨災警報。

4.躲避搬遷

對於威脅嚴重，難以防護的工程建築，應選址搬遷，避免災害破壞。

（四）岩溶塌陷災害防治措施

1.控水措施

（1）地表水防水措施在塌陷區周圍修建排水溝，防止地表水進入塌陷區，減少向地下的滲入量。在地勢低窪、洪水嚴重的防治區圍堤築壩，防止洪水入侵灌入塌陷洞或岩溶孔洞。對塌陷區內嚴重淤塞的河道進行清理疏通，加速泄流，減少對岩溶水的滲漏補給。對嚴重漏水的河溪、庫塘，鋪底防漏或人工改道，減少地表水倒灌。對嚴重灌水的塌陷洞隙採用粘土或水泥灌注填實，減少地表水入滲倒灌。採用混凝土、氯丁橡膠、玻璃纖維塗料等封閉地面，增強地表土層強度，防止地表水沖刷入滲。

（2）地下水控水措施根據水資源條件規劃地下水開采層位、開采強度、開采時間，合理開采地下水。必要時進行人工回灌，控制地下水動態，限制地下水位的頻繁升降，並使動水位最低水位不低於基岩面，保持岩溶水承壓狀態。在地下水主要逕流帶修建堵水帷幕，減少區域地下水補給，促使外圍地下水位升高，防止塌陷向外圍地帶擴展。在礦區井下修建防水閘門，建立有效的排水系統，對水量較大的突水點進行注漿封閉，控制礦井突水、突泥，避免礦區地下水大排大放，防止地下水位和岩溶水壓力的大起大落，控制地面塌陷活動。

2.加固措施

（1）挖填當孔洞規模和埋藏深度較小時，可清除岩溶上部覆蓋層中的軟弱土層和洞穴中的軟弱充填物，回填碎石或混凝土，改善建築場地條件，提高地基強度。

（2）強夯在土體厚度較小，地形平坦情況下，採用強夯砸實覆蓋層，破壞土洞，提高土層強度。

（3）灌注填充在溶洞埋藏較深時，通過鑽孔灌注水泥砂漿，填充岩溶孔洞，提高強度。

（4）鑽孔充氣鑽孔深入到基岩面下溶蝕裂隙或溶洞的適當深度，破壞真空腔的岩溶封閉條件，減少發生塌陷的機會。

（5）採用錨固柱、柵欄柱，支撐建築物，防止洞穴坍塌。

（6）跨蓋採用梁式基礎、拱形結構，或以剛性大的平板基礎跨越、敷蓋溶洞，避免塌陷危害。

3.監測預測

目前對岩溶塌陷還沒有建立有效的預報方法，只能根據專門地質調查，查明岩溶分布情況和岩溶塌陷的活動規律，結合淺層地質雷達探測和地下水動態監測、水文動態監測、氣象預報等方法，進行一般性預測。

（五）地裂縫災害防治措施

1.控制人為因素對地裂縫活動的強化作用

主要是合理開采地下水，限制地下水位大幅度下降，從而控制地面沉降活動，防止地面沉降對地裂縫的促進活動。其次是在礦區井下開采時，根據實際情況，控制開采范圍，增多、增大預留保安柱，防止礦井坍塌誘發地裂縫。

2.建築設施避災、防災措施

（1）查明地裂縫發育帶及潛在危害區，據以作好城鎮發展規劃和場地工程地質勘查，合理規劃工程建築物布局，使工程設施盡可能避開地裂縫危險帶，特別是嚴格限制永久性建築設施橫跨地裂縫，一般避讓寬度不少於4～10m。

（2）對於已建在地裂縫危害帶內的工程設施，應根據具體情況採取加固措施進行加固。對於必須建在地裂縫危害帶內的新的工程設施，應實施設防措施。如跨越地裂縫的地下管道工程，可採用外廊道隔離、內懸支座或內支座式管道活動軟接頭連結措施預防地裂縫的破壞。對於已受地裂縫嚴重破壞的工程設施，進行局部拆除或全部拆除，防止對整體建築或相鄰建築造成更大規模破壞。

3.監測預測措施

通過地面勘查、地形變測量、斷層位移測量以及音頻大地電場測量、高分辨縱波反射測量等方法監測地裂縫活動發展情況，預測預報地裂縫發展方向、速率及可能危害范圍。

（六）地面沉降災害防治措施

1.控制人為活動對地面沉降的促進作用

（1）根據水資源條件，限制地下水開采量，防止地下水水位大幅度持續下降，控制地下水降落漏斗規模。

（2）根據地下水資源的分布情況，合理選擇開采區，調整開采層和開采時間，避免開采地區、層位、時間過分集中。

（3）人工回灌地下水，補充地下水水量，提高地下水水位。

2.防護措施

地面沉降除有時會引起工程建築不均勻沉降外，主要是因沉降區地面標高降低，導致積洪滯澇，海水擴侵等次生災害。次生災害可造成十分嚴重的破壞損失。針對這些次生災害，採取的主要防護措施是修建或加高、加固防洪堤、防潮堤、防洪閘、防潮閘以及疏導河道，興建排洪排澇工程等。

3.監測預測

基本方法是設置分層標、基岩標、孔隙水壓力標、水準點、水動態監測網、水文觀測點、海平面觀測點等。定期進行水準測量；進行地下水開采量、地下水位、地下水壓力、地下水水質監測及回灌監測；進行河流水位、流量監測；進行潮汐及海平面變化監測等。根據地面沉降活動條件和發展趨勢，預測地面沉降速度、幅度、范圍及可能危害。

（七）海水入侵災害防治措施

1.控制人為活動對海水入侵活動的促進作用

（1）限制地下水開采量，防止地下水水位持續下降。使地下水位保持在海平面或地下鹹水水位以上，並具有一定的水頭壓力。使其能維持濱海地區地下水與海水動力平衡，扼制海水入侵。

（2）利用回灌井、回灌廊道等實行人工回灌，補充地下水，提高濱海地區地下水水位。

（3）在發生海水入侵或容易誘發海水入侵的濱海地帶，禁止挖砂，保護海岸，防治海岸侵蝕，削弱海水沿河上溯活動。規范曬鹽、海產養殖，防止人為將大量海水抽引到陸地，減少海水補給源。

2.限制海水入侵的工程措施

（1）修建防潮閘，抑制海水沿河上溯活動。

（2）建造隔水牆或防滲圍幕，阻斷海水入侵通道，扼止海水擴侵。

3.監測預測

主要監測手段是建立地下水動態監測網，進行水位、水化學監測，必要時輔以海水水文動態監測。根據海水入侵活動機制和歷史海水入侵規律，預測海水入侵速率、規模、危害范圍。

（八）膨脹土脹縮災害防治措施

主要包括避災措施和防災、治災措施。

在進行城鎮規劃和建築工程選址時，要進行充分的地質勘查，查明工程地質條件，弄清膨脹土的分布范圍、發育厚度、埋藏深度以及膨脹土的物理力學性質；在此基礎上合理規劃建築布局，使容易受害的建築工程盡可能避開膨脹土發育區。在膨脹土分布面積比較大，難以選擇非膨脹土工程場地時，盡可能選擇地形簡單、膨脹土脹縮性相對較弱、厚度較小而且地下水水位變化較小、容易排水，而且沒有淺層滑坡和地裂縫的地段進行工程建築，最大限度地減少膨脹土的危害。

在膨脹土發育區進行工程建築時，應避免大挖大填，加寬建築物四周散水，設置圈樑，敷設砂墊。鐵路、公路施工避免深長路塹，多填少挖，路堤底部墊砂，路塹設置擋土牆，邊坡植草鋪砂。水利工程要快速施工，合理堆放棄土；必要時設置抗滑樁、擋土牆；渠道要合理選擇渠坡坡角；穿過壠崗時使用涵管、隧洞。工程設施附近要修建排水設施，避免降雨、地表水、城鎮廢水等大量滲入地下。同時要合理開采地下水，保持地下水位相對穩定，避免地下水位大幅度地頻繁升降，防止膨脹土反復脹縮。

對於已受膨脹土破壞的工程設施則視具體情況，採用加固、拆除重建等措施進行治理。

綜合上述8種地質災害的防治措施，基本可分為4個方面，即：削弱災害活動強度措施；受災體防護措施；監測預報措施；避災措施。不同災害的具體方法不同（表8-1）。

三、地質災害防治基本原則

地質災害防治的根本目標是取得最充分的減災效果。然而要實現這個目的，必須遵照下列原則科學地規劃、設計、實施防治工程。

（一）預防為主的原則

地質災害雖然是一種不可避免和無法准確預測的自然現象。隨著人類科學技術水平及社會生產力水平的不斷發展，人類對地質災害的認識水平逐漸提高，因此，在災害面前擁有了越來越大的自主能力。這主要表現在兩個方面：第一，在一定程度上可以減少災害發生機會，削弱災害活動強度；特別是對於那些主要因人為活動控制的地質災害，可以通過調整人類活動基本扼制災害的發展，防止或減少災害的破壞損失。例如，可以通過人工改變斜坡形態、負荷，減少地表水入滲，加固斜坡等方法增強斜坡穩定程度，減少發生崩塌、滑坡發生的可能；可以通過限制地下水開采量，調整地下水開采層等方法，控制地下水水位，預防和限制地面沉降、海水入侵的發生與發展。第二，有效地進行災害預測預報，及時避災。在地面塌陷、地裂縫和膨脹土發育地區，盡可能使工程設施避開高危險區。對於崩塌、滑坡、泥石流等突發性災害可進行綜合監測，根據災害發生的危險程度，及時疏散人口、財產，減少災害損失。實踐證明，適時採取預防措施是防止災害破壞，減少災害損失的最有效途徑。

（二）防災減災的相對性、持續性原則

盡管人類對地質災害的防治手段越來越豐富，防治技術越來越高超，但要想制止地質災害的發生，或者是完全預測預報地質災害，徹底防治地質災害是不可能的；無論是現在，還是將來，對地質災害的防治效果永遠也不會達到百分之百。因此，任何時候人類所進行的防治工作都是相對的。基於這種現實，地質災害的防治是一項長期的、艱巨的任務。為了促進社會經濟的健康發展，地質災害防治要長期持續地進行下去，在不同社會經濟發展階段，力求取得與之相應的減災效果。

表8-1地質災害主要防治措施

（三）全面規劃與重點防治相結合的原則

地質災害防治除了具有長期性特點外，還具有廣泛性特點。因此，要取得充分的減災效果，首先要做好防治規劃，根據不同地區地質災害發育情況和不同時期社會經濟發展需要，提出地質災害防治目標、防治對策與措施，從總體上指導地質災害防治工作。

由於我國是一個發展中國家，目前科學技術水平和社會財力還都不高，因此，不可能對所有地質災害進行全方位的徹底防治。在這種情況下，只能在全國和地區災害防治規劃指導下，一方面加強區域環境保護與治理，改善地質自然環境，削除或削弱地質災害活動的背景條件；另一方面選擇受地質災害威脅強烈，破壞損失嚴重的城鎮、交通干線、重要企業等實施重點防治，使有限的資金發揮最大的減災效果，真正做到「好鋼用在刀刃上」。

（四）防治地質災害與其它社會經濟活動相結合的原則

實踐證明，地質災害防治工作常常並不是孤立進行的，它與其它社會經濟活動具有不同程度的聯系。因此，把防治地質災害措施與其它環境治理結合起來，並且把地質災害防治納入國家和地區社會經濟規劃，可以取得充分的效果。

首先，從宏觀上看，地質災害防治與土地資源開發、水資源開發、礦產資源開發、植被資源開發以及城鎮建設、交通建設等具有直接關系。因此，地質災害防治應該與這些活動有機地結合起來：一方面在這些活動中積極主動地進行相應地質災害的防治工作；另一方面地質災害的有效防治將促進這些活動的正常進行，二者取得相互促進的效果。另外，地質災害防治不僅是中央政府的責任，而且是一種廣泛的社會行為。因此，隨著國家改革開放的深入和市場經濟的發展，地方政府、企業以及個人在發展經濟活動中，為了免受災害損失，取得效益和利潤，就應該將所涉及的地質災害防治工作納入經濟活動之中，在市場經濟利益驅使下開展防治工作。

（五）防治工程最優化原則

地質災害防治工程一般需要比較巨大的投入。它所防治的對象是復雜的自然現象，所以地質災害防治工程既是復雜的技術工作，又是復雜的經濟工作。無論是哪個部門實施哪種防治工程都需要本著最優化原則審慎對待。最優化原則的核心就是實現科學性、可操作性與最小風險、最大效益的有機結合。

1.科學性

其科學性主要體現在：防治工程類型選擇要有充分依據，符合地質災害的減災特點或受災體的防護需要；防治工程設計要有針對性，符合國家有關標准和規范要求。

2.可操作性

其可操作性主要體現在：在目前技術水平條件下能順利實施；在人力、物力、財力方面有充分保障；現場環境沒有嚴重障礙。

3.最小風險

地質災害防治工程是在對災害評價基礎上實施的。由於對災害破壞損失認識的不徹底性，所以防治工程具有一定的風險。其主要表現在：防治工程不完全符合地質災害成災特點和受災體防護需要；設防標准不完全符合災害活動概率和成災規模，因而導致防治工程部分失效、完全失效或者超標准運行；防治工程不符合施工標准，達不到預期功能或達不到使用年限。基於這種性質，在設計、實施防治工程時，要力求將風險程度降到最低程度。

4.最大效益

其主要表現是以盡可能少的人力、物力、財力和時間投入，取得最大、最長效的經濟效益和社會效益、環境效益。

㈥ 地質災害防治效益分析的國內外研究現狀

12.1.1 國際研究現狀

美國是自然災害比較嚴重的國家之一，面臨的災害主要包括洪水、風暴潮、海嘯、地震、膨脹土、滑坡、強風、台風、龍卷風等。為減輕這些災害的損失，開發了很多減災技術，並通過聯邦、州和地方的公共政策付諸實施。保險機構和其他團體的資助，使災區人們的生產和生活得以維持和恢復。現以美國為例說明地質災害效益分析研究現狀。

美國由聯邦應急管理局（FEMA）和保險業牽頭，匯編並評估滑坡災害對經濟影響的信息。雖然滑坡和其他自然災害造成的損失是經常的、廣泛的，但並未經常匯總，很難查到。每逢發生滑坡或其他自然災害之後，不同的機構和組織都可以提出災情評估，但這些評估差異很大，統計的損失范圍不同，而且隨著時間不同而有變化。美國國家研究理事會在其1999年提交的《自然災害的影響：損失評估框架》中得出結論說，目前還沒有一個被廣泛接受的評估自然災害，包括滑坡和其他地面滑動災害損失的框架。由於缺乏這種信息，所以很難制定應對這些災害的政策，也很難衡量決策的成本-效益以及減災措施的效果。災害損失資料庫對於幫助政府機構掌握趨勢和查明滑坡減災的進展，是十分必要的。

現介紹Petak和Atkisson根據美國各州的統計數據建立的一套評估方法：針對以上所列9種自然災害，主要採取5類減災方法，分別為避災、區域防護、建築物加固、建築物搬遷和場地處理，每一措施都可通過制定或修改公共投資、土地利用、災害救濟、建築規范等政策予以實施。然而，對任何人、任何地方、任何情況下採取的任何措施都需要有相應的投入，所以必須對每一策略進行減災效益和費用分析，以評價其綜合效果。

具體做法是對每一種災害選擇一組減災措施，估算可能的減災效果和費用，即可計算出減災率（採取措施後減少的損失值與期望損失值之比），其中損失值是指不採取任何減災措施時估算的損失值。洛杉磯市的經驗表明，推行場地平整和土壤分析規范收到了較滿意的效果（表12.1）。

表12.1 美國洛杉磯市減災率估算舉例

12.1.2 國內研究現狀

我國在一些領域進行的災害評估，已經在減災、防災中發揮了重要作用。例如，我國在一些區域或城市完成的洪水災害評估、地震災害評估等，不但為國家經濟規劃和工程建設提供了重要的依據，而且直接指導了減災工作。然而，在地質災害領域，20世紀80年代以前，地質災害研究主要局限於對災害分布規律、形成機理、趨勢預測等方面的研究，基本依附於水文地質、工程地質和有關的研究工作。20世紀80年代以後，地質災害風險評估才開始起步，而防治效益評估正是地質災害風險評估的一部分。經過20多年的發展，我國地質災害防治效益評估工作在理論和實踐方面都取得了一定的成果，但還存在以下幾方面問題：

1）沒有形成一套完善的效益評估指標體系。

2）由於我國各地區地質災害特徵不同，經濟發達程度存在差異，造成經濟效益統計標准不同，很難統一。

3）對已經完成的治理工程沒有很好地進行總結分析，很難對今後的規劃和防治工作起指導作用。

由此，應該說我國地質災害防治效益評估工作還處於探索階段。

㈦ 地質災害防治工程中監測新技術的開發應用與展望

季偉峰

（中國地質科學院探礦工藝研究所，四川成都，610081）

【摘要】地質災害防治工程中對地質災害體的監測十分必要。本文簡要介紹了我國當前地質災害監測的主要方法及新技術在工程實踐中的應用，指出了地質災害監測工程實踐中存在的主要問題，展望了我國在本領域技術發展的趨勢。

【關鍵詞】地質災害監測技術應用展望

自然地質環境和人為活動是引發地質災害的兩大主要原因。在最近的20多年時間里，隨著我國人口的增加，經濟建設的快速發展，特別是基礎設施建設規模的擴大，建設與用地的矛盾十分突出。植被的破壞嚴重，使山體滑坡、泥石流、地面沉降等地質災害在全國許多地區頻繁發生，嚴重阻礙了災害發生地的經濟建設和社會發展。

1我國主要的地質災害形式及危害

1.1地質災害及常見形式

地質災害是指由自然地質作用和人為活動作用形成的，對人類生存和工程建設可能構成危害的各種特有的自然環境災害的總稱。

常見的地質災害形式主要有6種，它們是崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂縫和地面沉降，簡稱為崩、滑、流、塌、裂、沉。

1.2三峽庫區的主要地質災害

三峽水利工程建成後將產生巨大的經濟效益和社會效益。但它的建設對庫區的自然環境也帶來一定的直接或潛在影響。三峽工程的一期蓄水、二期蓄水和新城鎮的建設已經給庫區帶來了不少地質災害問題。在淹沒區的新城鎮建設中，由於在選址時考慮地質環境因素不夠，使有些新城鎮從建設一開始就與地質災害結下了「不解之緣」。主要表現形式為人為高切坡和深基坑誘發的滑坡和崩塌。湖北的巴東、秭歸，重慶的巫山、奉節、雲陽、萬縣等地在新城鎮的建設中都引發了大量的地質災害，如何趨利避害是擺在我們面前的重大課題。

1.3地質災害的主要危害

地質災害的危害是顯而易見的。我國幅員遼闊，地質構造復雜，地貌千姿百態，山地和丘陵面積占國土總面積的2/3以上。全國34個省、直轄市、自治區以及特別行政區均存在著不同形式和不同程度的地質災害，每年都要造成慘重的人員傷亡和財產損失。其中滑坡、泥石流和山洪等突發性地質災害被定為國際減災10年的主要災種，由於這些災害具有潛在性和突發性，一旦發生，來勢兇猛，常造成斷道、斷航、構築物損毀、人員傷亡和財產損失。在我國，每年喪生地質災害的總人數達800～1000人，經濟損失超過100億元人民幣。

1.4地質災害監測的特點

（1）滑坡等變形體分布通常較為分散，成因機制復雜。開展監測工作前，需有一定前期地質環境勘察、研究工作基礎；

（2）地質災害體大多位於交通、通訊十分不便地區，電源接入也很困難；

（3）目前大多數監測以手動為主，數據匯交速度相對較慢，人工勞務成本較高；

（4）與大壩、橋梁、隧道等固定建築物、構築物的安全監測相比，地質災害監測具有開放的監測邊界，條件復雜，自動化監測和遙測等監測手段、監測儀器的選擇、固定安裝、運行等須注意儀器設備的環境適應性和抗干擾性能，保證正常使用和安全運行。

2地質災害防治工程中監測的必要性

地質災害防治工程的監測根據工程所處的不同階段，可分為施工安全監測、防治效果監測和長期穩定性監測，目前一般簡單地統稱為監測。在以往的工作實踐中經常發現，除經濟原因外，在地質災害的治理過程中存在一定的盲目性。有些地質災害進行了治理，理由是認為它不穩定。有些沒有進行治理，理由是認為它是穩定的。除一些簡單粗糙的勘察資料外，幾乎沒有充分的證據證明一個變形體穩定與否，是否需要進行工程治理。如果對滑坡等變形體進行必要的監測，將會減少這種盲目性，收到事半功倍的效果。

2.1對於已採取工程措施的地質災害體

對於已採取工程措施的地質災害防治工程，在治理過程中，根據監測結果進行效果評價，指導施工，及時對設計進行修改；防治工程竣工後，隨著周圍環境條件的變化，約束條件也會發生變化。如錨索的腐蝕和鬆弛、地下水位變化、臨空面加大、工程質量不高、巨大外力（如地震和大爆破）等，都有可能使一些已經治理過、暫時處於相對穩定的滑坡變形體重新失穩，如不進行持久的監測，它們具有更大的欺騙性和危險性，並非就可以高枕無憂，仍需通過必要的監測來評判它的治理效果和長期穩定性。

2.2對於未採取工程措施的地質災害體

對於一些未經治理、而又具有潛在危害的地質災害體，監測也是十分必要的。一些暫時沒有資金進行工程整治但又對人民生命財產構成較大潛在威脅的大型滑坡變形體，以投資較小的監測工作來彌補是有效的方法和途徑。通過有效的監測既可對其穩定性進行評價，監測結果又可為是否治理和如何治理提供設計依據。用監測的手段對滑坡等變形體進行有效的監控，是一項投資少、見效快的方法，目前已逐步被一些政府官員和業主所接受並推崇。他們也意識到用工程手段進行整治後應該用監測數據來驗證，否則是盲目的。但目前仍有相當多的管理和設計部門只注重被動的治理和亡羊補牢，而不注重防患於未然。

3當前地質災害監測的主要方法

以往作為監測工作的對象，主要是對一些重要的構築物和大型建設工程的變形、位移、沉降等進行監測，如水利水電大壩、大型橋梁、重要廠房、大型地下隱蔽工程、礦山邊坡和尾礦壩等。對復雜的地質災害體進行監測，則是近些年才逐漸開始應用的，當前採用的主要監測方法有以下幾種。

3.1地面絕對位移監測

絕對位移監測是最基本的常規監測方法，測量崩滑體測點的三維坐標，從而得出測點的三維變形位移量、位移方位與變形位移速率。主要使用經緯儀、水準儀、紅外測距儀、激光準直儀、全站儀和GPS等，應用大地測量法來測得變形體上某點的三維坐標。

3.2地面相對位移監測

地面相對位移監測是量測崩滑體重點變形部位點與點之間相對位移變化（張開、閉合、下沉、抬升、錯動等）的一種常用的變形監測方法。主要用於對裂縫、崩滑帶、采空區頂底板等部位的監測、沉降觀測等，是位移監測的重要內容之一。目前常用的監測儀器有振弦位移計、電阻式位移計、裂縫計、變位計、收斂計等。

3.3鑽孔深部位移監測

對於滑坡等變形地質體來講，不僅要監測其地表位移，也要監測其深部位移，這樣才能對整體的位移進行判斷監測。方法是先在滑坡等變形體上鑽孔並穿過滑帶以下至穩定段，定向下入專用測斜管，管孔間環狀間隙用水泥砂漿（適於岩體鑽孔）或砂、土石（適於鬆散堆積體鑽孔）回填固結測斜管；下入鑽孔傾斜儀，以孔底為零位移點，向上按一定間隔（一般為0.5m或1m）測量鑽孔內各深度點相對於孔底的位移量。常用的監測儀器有鑽孔傾斜儀、鑽孔多點位移計等。

3.4應力監測

對於滑坡等變形體不僅要監測其位移的變化，還需要監測其內部應力的變化。因為在地質體變形（或稱運動）的過程中必定伴隨著變形體內部應力變化和調整，所以監測應力的變化是十分必要的。常用的儀器有錨桿應力計、錨索應力計、振弦式土壓力計等。

3.5水環境監測

對於崩滑體來講，除了自然地質條件和人為擾動外，水是對滑坡的穩定狀態起直接作用的最主要因素，所以對水環境（含過程降雨及降雨強度、地表水的流量、地下水位、滲流量、滲流壓、孔隙水壓力、地下水溫度等）進行監測十分重要。常用的監測儀器有量水堰、遙測雨量計、測鍾、電測水位計、遙測水位計、滲壓計、滲流計、電測溫度計等。

3.6地震監測

地震監測適用於所有的崩滑監測。地震力是作用於崩滑體的特殊荷載之一，因此對崩滑體的穩定性起著重要作用。當地質災害位於地震高發區時，應經常及時收集附近地震台站資料；必要且條件許可時，可採用地震儀等監測區內及外圍發生的地震強度、發震時間等。分析震中位置、震源深度、地震烈度、評價地震作用對區內的崩滑體穩定性的影響。

3.7 人類相關活動監測

人類活動如掘洞采礦、削坡取土、爆破採石、載入及水利設施的運營等，往往造成人工型地質災害或誘發產生地質災害，在出現上述情況時，應予以監測並停止某項活動。對人類活動監測，應監測對崩滑體有影響的項目，監測其范圍、強度、速度等。

3.8宏觀地質調查監測

採用常規地質調查法，定期對崩滑體出現的宏觀變形痕跡（如裂縫發生及發展、地面沉降、塌陷、坍塌、膨脹、隆起、建築物變形等）和與變形有關的異常現象（如地聲、地下水異常等）進行調查記錄。該法具有直觀性強、適應性強、可信程度高的特點，為崩滑監測的主要手段，也是群測群防的主要內容。適用於所有崩滑體，具有準確的預報功能。

4監測新技術的研究與工程實踐

4.1國外監測新技術的研究與應用

發達國家在岩土工程及地質災害監測領域不但有傳統的監測方法和儀器，近年來已將高新技術應用於地質災害預測、預警工程。美國的PDI公司、Geokon公司、義大利Sisgeo公司、瑞士Leica公司、瑞典Geotech公司、德國Zeiss公司、日本尼康公司等在監測方法的創新和新技術的應用方面都處於領先地位。紅外技術、激光技術、微波技術、光纖技術、格區式光柵技術、機電一體化、自動化技術、衛星通訊技術、計算機及人工智慧等高新技術在監測技術方法和儀器的開發研究中得到了廣泛的應用。可以這樣講，作為岩土工程監測一個分支的地質災害監測及監測儀器，已經不是傳統意義上的大地測量儀器，而是實現了傳統方法和儀器與現代高新技術的完美結合，把監測儀器的技術水平推到了一個嶄新的階段，並正在向更高層次發展。國外具有代表性的產品有 Leica公司的TCR1800全站儀、TCR2003測量機器人、Geomos系統、DNA電子水準儀、GPS,Zeiss公司的DiNi12系列電子水準儀、North America公司的鑽孔多點位移計、Sicon公司的岩土工程監測系列儀器等。

4.2國內監測新技術的研究與應用

國內水電系統和國土資源部都開展了這方面的研究，如水利科學院、中科院有關院所、國土資源部技術方法研究所等。我所伴隨著三峽工程的建設，在國土資源部的大力資助下，也開發了多種岩土工程及地質災害防治監測儀器，如鑽孔傾斜儀系列、應力測量系列、地面位移測量系列等監測儀器、多參數遙測系統等，還承擔了科技部「崩滑地質災害自動化監測系統」項目的研究，為測量儀器國產化做了大量的工作，產品在三峽庫區和國家的重大工程中得到了較好的應用。我所近幾年研究的成果並形成的產品主要有以下8項：

（1）DMY型激光隧道斷面張斂測量系統；

（2）BYT型光纖崩滑體推力監測系統；

（3）DZQX新型多功能鑽孔傾斜儀；

（4）崩塌無線自動化監測預報系統；

（5）PSD型微位移變形測量系統；

（6）MS型錨索（錨桿）測力系統；

（7）DHS型地層含水率儀；

（8）岩心定向與取心技術研究。

4.3工程監測實踐

在研究開發的同時，我所用自己研究的成果積極參與國家重大基本建設工程的監測工作和三峽庫區地質災害防治的工程監測，取得了較好的經濟效益和社會效益。最近幾年承擔的重大監測工程有：

（1）寶成復線清江大斷面雙線長隧道變形量測；

（2）成昆鐵路電氣化改造西昌南馬鞍堡隧道變形量測；

（3）北京地鐵復八線變形量測；

（4）上海地鐵一號線人民廣場站變形量測；

（5）青島地鐵試驗段變形量測；

（6）成（都）—南（充）高速公路高陡邊坡變形及量測；

（7）內（江）—宜（賓）高速公路高邊坡變形量測；

（8）丹（東）—沈（陽）高速公路丹本（溪）段全線隧道驗收工程；

（9）318國道二郎山—康定段 K2794+860～980滑坡的地面位移、深部位移及應力監測；

（10）奉節縣、雲陽縣地質災害監測工程。

5監測技術發展展望

（1）地質災害的發生將更加頻繁，危害程度更大，監測工作將受到更多的重視，監測成果應用將產生更大的社會效益。

（2）在我們的上級主管部門——中國地質調查局的支持下，我們的監測儀器研究及運行系統軟體開發將會得到更多資助，並使我們的監測手段更加完備，登上一個新的台階，具有更強的市場競爭能力。

（3）自動化監測和遙測是地質災害監測的發展方向，但目前實施還有很多困難。

（4）地質災害具有一定區域性，是一項公益性的事業，更需要政府的引導和支持。

6結語

通過幾年的監測工程實踐，目睹了不少由於忽視地質災害的工程安全監測和失效工程而導致生命和財產的損失，也看到不少通過監測成功預報災害而避免災害發生的實例。在實行工程質量終生追究制的今天，對地質災害及相關岩土工程的安全進行長期監測顯得尤為重要和迫切。

監測工程是地質災害防治工程體系的重要組成部分，不能重治輕防，應做到治理、防範、監測並重，有時甚至重於工程治理手段。

在一定時期內對滑坡變形體實施監測工程，可以節省大量的投資。

地質災害防治工程應建立在科學監測的基礎上，以監測指導設計、施工、工程效果評價，以科學的態度面對它，應從過去的憑經驗和粗糙的勘察上升到定量階段，只有這樣，才能對滑坡變形體進行深入的認識和科學評價。

監測工作不是可有可無的，它是工程診斷的需要，是從事地質災害研究和預測必不可少的一項工作。

防範重於救災，監測勝於治理。

參考文獻

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[8]季偉峰主編.工程地質與地質工程.北京：地質出版社，1999.

㈧ 實時監測技術在地質災害防治中的應用——以巫山縣地質災害實時監測預警示範站為例

高幼龍¹張俊義¹薛星橋¹謝曉陽²

(¹中國地質調查局水文地質工程地質技術方法研究所，河北保定，071051;²西北化工研究院，陝西臨潼，710600）

【摘要】本文在地調項目工作實踐的基礎上，系統地總結了地質災害實時監測的含義、特點和系統構成。詳細介紹了巫山縣地質災害實時監測預警示範站的構建，針對實際運行狀況，評價了實時監測技術的可行性和可靠性。

【關鍵詞】地質災害實時監測遠程傳輸示範站

1 引言

隨著現代科學技術的發展和邊緣學科的相互滲透，自動控制、網路傳輸等越來越多的技術被不斷應用於地質災害的監測當中，極大地提高了監測的自動化水平，在一定程度上緩解了生產力匱乏和地質災害急劇增加之間的矛盾。國際上，美國、日本、義大利等發達國家在一定的區域范圍內建立了基於降水量、滲透壓、斜坡變形等參數的地質災害實時監測系統，藉助國際互聯網實現了監測數據的集中處理與實時發布。與之相比，我國地質災害監測的實時化、網路化水平依然較低，監測信息為公眾服務的功能未能得到明顯體現，預警的信息渠道不暢，對重大臨災的地質災害缺乏快速反應能力。因此，在我國進行地質災害實時監測預警研究，對重大災害體實施實時化監測預警，具有十分現實的意義。

筆者在參加地質調查計劃項目《地質災害預警關鍵技術方法研究與示範》的過程中，對實時監測技術進行了較為深入的研究，並在我國重慶市巫山縣新城區建立了地質災害實時監測預警示範站，經過1.5個水文年的示範運行，驗證了實時監測的可行性和可靠性。在對示範成果初步總結的基礎上形成此文，以期實時監測技術得以快速成熟及推廣應用，為我國地質災害防治事業作出貢獻。

2實時監測的含義和特點

實時監測（Real-Time Monitor,RTM）指通過各種監測、採集、傳輸、發布技術，讓目標層人員在第一時間內了解、掌握有關災害體的變形動態和發展趨勢，進而作出決策的多種技術的集合。其最主要的特點為實時性，即遠程的目標層人員可在第一時間獲取災害體的全部變形信息，而獲取的過程是自動的，無需技術人員值守干預。顯而易見，實時的特性可以最大限度地解放勞動力，降低監測人員風險和運營成本。

同傳統監測技術相比，實時監測的數據採集方式是連續的、跟蹤式的，數據的採集周期很短，通常在數小時之內，甚至更短。這對於跟蹤災害體變形過程，進行反演分析具有十分重要的意義。其龐大的數據量通常也會對配套的軟硬體系統提出更高的要求。

不難理解，實時監測也是自動化監測。所使用的監測儀器均需自動化作業方可實現無人值守。監測儀器自動化分為兩種，一種是監測儀器本身具備定時采樣和存儲功能，另一種是通過第三方的自動採集儀控制采樣。不管使用何種方式或基於何種原理，其數據採集是能夠自動或觸發實現的。

監測數據遠程傳輸是實時監測的另一主要特點。通常情況下，監測控制中心設立在遠離災體、經濟相對發達的城鎮區，需要藉助公眾通信網路或其他介質將各種類型的監測數據「搬運」過來，進行相應的轉換計算，生成目標層人員所需要的成果。這個「搬運」過程即監測數據的遠程傳輸。傳輸分為兩種方式，一種是有線傳輸方式，如架設通信線纜或光纜，在電話線兩端載入 Modem等；另一種是無線傳輸方式，如藉助 GSM/GPRS或 CDMA網路、UHF數傳電台或通信衛星等。

由於實時監測是數據自動採集、傳輸、發布等多個技術的集合，其中的任何一個環節失敗均可導致系統無法正常工作，因此，實時監測是存在風險性的。其風險構成除電力（如斷電停電）等保障體系統風險和監測儀器（如感測器、採集儀故障）、傳輸系統（如占線、網路資源不足、數據安全）、發布系統（如網路阻塞、病毒入侵、系統崩潰）等技術風險外，還包括人為抗力風險，如監測儀器設施的人為破壞、網路系統的惡意攻擊等。對於風險的營救除最大程度地降低保障體系風險和技術風險外，需要通過立法、宣傳等有效措施降低人為抗力風險，並設技術人員對監測系統進行即時維護，保障系統正常運行。

3實時監測系統構成

實時監測系統由監測儀器設施、數據採集系統、數據傳輸系統和網路發布系統四個子系統構成。各子系統均可獨立運行，以單鏈的方式協同工作。其工作原理如圖1所示。

圖1實時監測系統工作原理示意圖

3.1監測儀器設施

監測儀器及設施是獲取災害體變形參數最前端、最主要的組成部分，固定安裝於災害體表層或深部，並能夠表徵災害體對應部位的變形、變化。監測儀器的類型取決於所採用的監測方法。在地質災害監測中，常用的監測方法包括災害體地表及深部位移、應力、地下水動態、地溫、降水量等（表1）。監測儀器的精度、數量及布設位置是在地質災害勘查及綜合分析的基礎上，從控制災害體主體變形的需要設計確定的。監測儀器通常和相應的監測設施，如監測標（墩）、保護裝置等相互配合，完成災害體相關參數的獲取。

3.2數據採集系統

顧名思義，數據採集系統用於收集、儲存各類監測數據，是通過單片機或工業控制技術實現的。目前，多數監測儀器均有配套的數據採集及存儲裝置，可按設定的數據採集間隔定時自動化工作，並對原始數據進行轉換計算。數據採集裝置通常具有 RS-232或其他標准通信介面，可以方便地將數據下載至 PC中作進一步分析處理。對於不具備配套數據採集裝置或僅具備攜帶型讀數裝置的監測儀器，則可以通過第三方的數據採集儀實現自動採集工作，通用型的數據採集儀可方便地將頻率、電壓等模擬信號轉換為數字信號加以存儲和處理，並具備標准通信介面和PC交換數據。由於數據採集儀多置於監測儀器附近，二者間通常使用線纜相連接。

表1常用監測技術方法簡表

3.3數據傳輸系統

數據傳輸系統用於完成數據採集儀—控制中心—用戶間的數據傳遞。實際上，控制中心—用戶間通常是利用國際互聯網、通過發布系統實現的，所以狹義上的數據傳輸指數據採集儀—控制中心之間（即災害體現場至控制中心）的數據傳遞。

按照災害體和控制中心空間距離的長短，可將數據傳輸分為近距離數據傳輸（一般低於2km）和遠程數據傳輸兩種類型。前者由於傳輸距離較短，一般採用線纜連接，後者則採用遠程數據傳輸裝置。

按傳輸介質，遠程數據傳輸分為有線傳輸和無線傳輸兩種方式。目前常用的有線傳輸方式有電話線連接（即在電話線兩端載入 Modem對數據進行調制、解調）、光纜連接等，無線傳輸方式有數傳電台（用於中遠距離）、GSM/GPRS或 CDMA移動通信網路、通信衛星等（圖2）。

圖2常用的數據傳輸方法

3.4信息發布系統

信息發布系統通過國際互聯網，以 Web主頁的方式向目標層人員（即用戶）提供各類監測信息。監測信息包括災害體地質條件、發育特徵、監測網布置方式、多元監測數據、監測數據隨時間推移曲線變化情況、監測信息公告及圖片、視頻等。

信息發布系統由底層資料庫和發布主頁兩部分構成。前者用於管理各類基礎信息及監測數據，為後者提供數據源，後者為用戶提供信息訪問平台。二者之間通常採用B/S等架構交換數據。

信息發布系統一旦建立完成後，一些信息內容，如災害體地質條件、發育特徵、監測網布置方式等說明性的文字便相對固定下來，在短時間內不會做大的改動，這些信息通常稱為靜態信息。而隨著時間推移，監測數據及其曲線等信息不斷產生，且呈現動態變化並需在主頁上自動更新、顯示，這些信息稱為動態信息。要實現監測數據的實時發布，需建立動態主頁來顯示動態數據。

由於監測數據是由底層資料庫管理的，故只要即時將監測數據自動寫入資料庫中，為動態主頁提供隨時更新的數據源，便可實現自動顯示，即實時發布。而這一點是易於做到的。

4巫山縣地質災害實時監測示範站簡介

重慶市巫山縣新城區是我國地質災害危害最為嚴重的地區之一，全縣約1/3的可用建設用地受到不同程度地質災害的威脅。通過論證對比，在城區27個較大滑坡（崩塌）中，選擇了近期變形相對較為明顯、危害較為嚴重的向家溝滑坡和玉皇閣崩滑體建立實時監測預警系統進行應用示範。選用GPS監測地表位移、固定式鑽孔傾斜儀和TDR技術監測深部位移、孔隙水壓力監測儀監測滑體孔隙水壓力及飽水時的水位、水溫，同時通過安裝儀器的附加功能或定期搜集的方法兼顧了地溫、降水量及庫水位等監測。截至目前，共建立GPS監測標22處（含基準標）、固定式鑽孔傾斜儀和TDR監測點（孔）各3處、孔隙水壓力監測3孔7測點。多種監測儀器在同一地理位置同組安裝，這樣不僅便於不同監測方法之間資料的相互印證對比，還可以僅使用一台採集儀及傳輸裝置採集、傳輸多種監測數據，降低監測系統建設成本；另外，同組安裝便於修建監測機房（現場站）保護監測儀器設施。以上監測方法除GPS因建設成本、人為抗力風險等原因採用定期觀測外，其餘監測方法均採用實時化監測。

4.1示範站數據採集系統

固定式鑽孔傾斜儀、TDR、孔隙水壓力監測儀三種監測儀器均具備配套的數據採集裝置，其中TDR監測技術使用工業控制機作為數據採集裝置，恰好可以作為另兩種監測儀器的上位機，通過多串口擴展，將固定式鑽孔傾斜儀和孔隙水壓力監測儀連接至工控機，定時下載、存儲數據，並在預定時間統一傳輸至控制中心，同時在工控機上存放數據備份，防止數據丟失。示範站數據採集系統結構圖如圖3所示。

圖3示範站數據採集系統結構圖

4.2GPRS遠程無線傳輸系統

示範站控制中心設在巫山縣國土資源局，距向家溝滑坡直線距離2.74km，距玉皇閣崩滑體約0.6km，其間採用GPRS網路進行數據的遠程無線傳輸。

GPRS(General Packet Radio Service，通用分組無線業務）是中國移動通信在GSM網路上發展起來的2.5G數據承載業務，具有傳輸速度快、永遠在線、按量計費等優點。GPRS使用TCP/IP協議，因此可方便地將數據寫入指定（具固定IP地址）的伺服器中。

GPRS數據傳輸硬體為商用型GPRS-MODEM，控制軟體自主編寫，用於控制數據傳輸時間、目標地址及傳輸過程的錯誤處理，由伺服器端和客戶端兩部分構成。伺服器端用於設置網路配置、資料庫連接方式及數據文件、日誌文件和配置文件的存放路徑。客戶端安裝於現場站數據採集儀（工控機）上，控制網路連接、上傳時間、數據編碼、數據備份及傳輸錯誤處理。客戶端軟體和所有的數據採集軟體設置為不間斷工作狀態，在按控制參數工作的同時，接受控制中心的配置指令即時對控制參數進行調整。

4.3示範站信息發布系統

示範站信息發布系統硬體由1台小型伺服器和2台 PC終端的100M區域網構成。通過2M帶寬的ADSL接入Internet。底層資料庫和WEB主頁同時安裝於伺服器上。伺服器操作系統為Mi-croSoft Windows Server 2000，資料庫系統採用 MicroSoft SQL Server 2000。WEB主頁用 ASP.NET和Visual C﹟編寫，和資料庫之間採用B/S架構。在病毒防護和網路安全方面，採用商業軟體瑞星RAV 2004和天網防火牆系統。

（1）資料庫系統

資料庫系統是信息發布系統的基礎，按管理內容分為基礎信息管理、數據管理、輔助信息管理三部分。基礎信息管理的內容包括監測站（包括中心站和現場站）、監測鑽孔、監測點、發布信息、發布圖片等；數據管理內容包括固定式鑽孔傾斜儀、GPS、TDR監測系統、BOTDR監測系統、孔隙水壓力監測儀、環境溫度、降水量、庫水位等；輔助信息管理內容包括分級用戶、下載信息、訪問統計次數等，資料庫系統構成如圖4所示。

（2）數據伺服處理程序

數據伺服處理程序用於轉換、計算現場站傳來的數據，並即時將處理後的結果寫入資料庫中。處理程序採用Visual BASIC語言編寫，通過計時器控制的定時功能觸發寫庫過程，並在完成寫庫過程後刪除原數據以防止重寫。不難看出，數據伺服程序是傳輸系統和發布系統之間的連接，它使兩個彼此獨立的系統有機地結合起來。

（3）示範站信息發布主頁

信息發布主頁為遠程用戶提供所需的全部信息，包括示範站的概況、實時的監測曲線、最新的監測數據等。從發布信息內容、訪問方式及管理維護的角度出發，主頁設計成導航區、發布區、管理區和下載區，為遠程用戶、管理員提供交互。

圖4示範站資料庫系統構成框圖

導航區為遠程用戶提供必要的導航信息，包括公告信息、圖片及相關的專業網站鏈接，展示示範站建設工作的進展、取得的階段性成果及有關的預警內容。

發布區用於提供示範站概況、實時監測曲線及數據查詢。

示範站概況包括示範區自然地理條件、地質條件、示範站工作的整體部署，監測儀器設施（GPS、固定式鑽孔傾斜儀、TDR、BOTDR、孔隙水壓力監測儀等）的性能指標，監測現場站（含中心站）、監測鑽孔、監測點的基礎信息等內容。

實時監測用於顯示各種監測曲線，是發布主頁最核心的內容。從訪問方便的角度出發，實時監測採取了「選擇災體—選擇監測剖面—選擇監測點—選擇監測時段—顯示監測曲線」逐級打開、層層剝落的展示方式，並全部做成圖形方式鏈接，以增強訪問的直觀性。監測曲線的坐標設計成自適應型，圖形的大小在系統的配置文件中設置，並標明數據的最新更新時間。曲線是以圖片的形式顯示的，用戶可以方便地將其下載到自己的PC中保存。

從安全考慮，數據查詢進行了加密，用戶需用授權的用戶名和密碼登錄後方可查看。查詢採取了「選擇監測方法—選擇監測點—選擇監測起始時間—顯示數據表」組合式篩選的方式。輸入界定參數並提交後系統從底層資料庫中找到所有符合條件的記錄，按日期排序後列表顯示。用戶可以全部或部分選取查詢結果，粘貼至個人PC作為WORD文檔保存。

管理區專為系統管理員設計，用於管理員遠程管理文本、圖片、數據等信息，進行信息的添加、修改、刪除、上傳下載等操作。分為信息管理、圖片管理、數據管理、下載管理4個相互獨立的模塊，具有模糊查找等高級功能。

下載區為授權用戶提供工作圖片、視頻、監測報告、軟體等較大文件的下載功能，補充主頁在文件交換方面的不足。

主頁面布局如圖5所示。欲了解發布系統的更多內容，請登錄Http://www.wss.org.cn。

5示範站實時監測系統運行評價

由於本文著重論述實時監測技術的可行性和可靠性，因此不對監測成果和滑坡穩定性動態做更多分析。從以上論述明顯可以看出，在地質災害監測中，構建實時監測系統從技術上是可行性的。本節主要針對巫山縣實時監測預警示範站運行過程中出現的各種問題，從故障統計、故障原因分析等方面，對示範站採集系統、傳輸系統、發布系統的可靠性進行簡單評價，並提出意向性的改善建議。

圖5示範站信息發布主頁面

根據巫山縣地質災害監測預警示範站建設工作日誌，監測系統故障主要發生在傳輸子系統，故障表現形式為數據不傳輸或不正確傳輸，主要原因為GPRS網路信號不穩定造成傳輸隨機中斷所致；其次，撥號連接失敗後的重復嘗試連接導致伺服器80埠長期無效重復佔用，當超過伺服器最大連接數後導致網路無法正確訪問；再次，監測地區不規律的停電常常使保障體系失效，從而丟失數據。此外，示範站伺服器系統遭受過病毒破壞和惡意攻擊，兩次造成網路系統崩潰。可見，實時監測系統在基礎通信條件和保障體系完備的條件下，是能夠穩定可靠運行的。在建設過程中通過安裝長時後備電源系統、功能完善的病毒防火牆和網路防火牆，可有效降低保障體系風險，進一步提高系統運行的穩定性。

6結語

巫山縣地質災害實時監測預警示範站自2003年陸續建設運行以來，在技術人員的維護下，系統運行正常，取得了數十萬個監測數據，發布公告信息及圖片近百條（幅），編寫監測分析簡報數期，實現了監測信息遠程實時訪問，取得了良好的示範效果。實踐證明，將實時監測技術應用於地質災害防治中是完全可行的，也是比較可靠的。可以預見，實時監測技術將是地質災害監測的必然發展趨勢。

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