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地質災害監測方法

發布時間: 2021-01-22 10:20:25

① 浙江省地質災害監測方法探討

趙建明1唐小明2

(1浙江省地質環境監測總站,浙江杭州,310007;2浙江省地質礦產研究所,浙江杭州,310007)

【摘要】浙江省是全國地質災害多發省份之一,但地質災害專業監測工作開展較晚,目前已經開展或正在開展的主要監測項目集中在滑坡、崩塌上。作者根據多年從事地質災害研究、監測經驗,系統分析了國內外滑坡、崩塌監測工作的現狀,為浙江省進一步開展以滑坡、崩塌為主的突發性地質災害監測提出了切實可行的建議。

【關鍵詞】地質災害監測方法探討

浙江省是全國地質災害多發省份之一。近年來隨著人類工程活動的加大,地質災害的發生次數明顯增多,分布面積不斷擴大,已成為我省四大災害之一。地質災害對人民的生命和財產構成越來越嚴重的威脅,直接影響國民經濟持續發展和社會安定。

我省最為突出的、危害最大的地質災害類型為崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷和地面沉降,除地面沉降屬緩變性地質災害外,其他均屬突發性地質災害。根據已完成調查與區劃的45個縣(市)統計,全省共有各類地質災害點5480處,其中滑坡3513處,佔64%,崩塌1511處,佔28%,泥石流、地面塌陷456處,佔8%。全省受地質災害威脅的人口為13.4萬人,潛在財產損失20.6億元。

地質災害監測是地質災害防治的重要手段與內容,其目的是通過一定的監測儀器或監測手段對已知的地質災害體進行形變、位移、地下水動態、應力狀態等特徵進行測量,分析、了解地質災害體的變形位移狀態及趨勢,為地質災害防治決策以及預報預警提供定量的數據。

1浙江省地質災害監測現狀

我省地質災害專業監測工作開展較晚,目前已經開展或正在開展的主要監測項目集中在滑坡、崩塌上,具體項目見表1。

長期以來,我省崩塌滑坡等突發性地質災害的監測仍然以群測群防為主要手段,並且取得了很好的效果,而專業監測開展較晚,應用范圍有限、監測手段偏少,監測網路尚需完善。我省滑坡崩塌的專業監測工作開始於20世紀90年代末,實施單位以高校為主,地勘單位介入較晚;監測對象以高速公路、治理後滑坡為主,未治理點的監測較少;監測方法以常規的絕對位移、相對位移、地下水水位以及雨量監測為主,應力監測、推力監測、地聲監測等尚未應用;既有地表位移監測,也有深部位移監測,但是兩者配合程度偏低。但是,通過幾年的實踐,我省在滑坡崩塌監測工作領域已經取得了長足的進步,積累了一定的經驗,並且培養了一批專業監測技術人員,為我省開展系統的專業監測奠定了基礎。

表1浙江省滑坡崩塌監測項目基本情況表

2國內外滑坡崩塌監測現狀

2.1滑坡崩塌監測的主要方法

滑坡崩塌監測儀器的設計目的概括起來主要有3個。第一是直接獲取滑坡崩塌體的變形特徵,包括地下變形、地表變形兩類;第二是間接獲取滑坡崩塌體的變形特徵,如地下水位、孔隙水壓、泉水量、地音、應力等測量,第三是滑坡崩塌相關因素監測,如降雨、地表水流量等。目前國內應用的主要監測方法可以歸納為:絕對位移監測、相對位移監測、聲發射監測、應力監測、地下水監測、地表水監測、地震監測、人類相關活動監測、宏觀地質調查監測。

2.2國外滑坡崩塌監測現狀

國外滑坡監測的研究與實踐走過了較長的過程,無論在感測器、數據傳輸與共享以及預測預報等領域均開展了大量的工作,目前處在一個較成熟的水平。其中美國、日本、義大利、瑞士、法國等發達國家的研究程度最高。滑坡監測已經由過去的人工用皮尺等簡易測量發展到儀器儀表監測,並逐步實現自動化、高精度、實時性的遙測系統。其中近年來最主要的進展在數據傳輸網路方面。圖1為美國地質勘探局(USGS)為監測連接內華達州與加利福尼亞州的50號公路兩側的多處滑坡設計並實現的活動滑坡實時監測系統(Real-Time Monitoring of active land-slides)。

近十年來,滑坡監測研究的一個熱點是時間域反射測試技術(TDR)的應用,它由美國的研究人員最早運用,目前已發展為一種成熟的滑坡監測技術。TDR技術因成本低、不易損壞、安裝簡易、觀測簡便、經濟實用、全孔連續測量、量程大等特點而得到廣泛的關注。

同時,監測系統與預警系統(Alarm system)的銜接也是目前國外研究的熱點,現階段國外較新的監測手段與技術包括 GPS監測、高解析度遙感監測、三維掃描測量監測等。同時,大量被利用的還有多種傳統的監測技術與方法,如全站儀為主要設備的位移測量、地下水位監測、降雨量監測、應力監測等。總之,縱觀國外地質災害監測的現狀,主要有以下特徵:

(1)新技術、新方法的大量使用與日趨成熟,其中主要是實時監測與數據傳輸,美國、日本等國家在這一方面的優勢比較明顯。

圖1滑坡實時監測網路結構

(2)監測的重點仍然以對交通、城鎮以及重要設施構成威脅的滑坡為主,如美國地質勘探局對加利福尼亞州50號公路滑坡體的監測、法國對 Séchilienne滑坡的監測、日本對岡山市Taguchi滑坡的監測等。目前還未見對小規模滑坡監測方法、監測技術的詳細報道。

(3)監測效果較好。由於實現了實時監測,監測數據能夠及時傳輸以供技術人員分析之用,所以在地質災害的監測效果方面有較好的表現。

2.3國內滑坡崩塌監測現狀

國內的地質災害專業監測工作雖然起步稍晚,但是發展的水平與國外相近。以往的專業監測主要集中在交通、水利水電等重要設施領域,近年來隨著技術的發展與國家基礎建設的投入不斷加大,地質災害專業監測工作逐漸得以推廣。

「九五」及「十五」期間開展了以國土資源部《地質災害監測預報與防治技術方法研究》、《滑坡、崩塌地質災害監測新技術開發》項目為代表的地質災害監測新方法、新技術的研究工作,其目的是「研製適用於滑坡、崩塌地質災害動態監測的新技術,實現低成本、高精度、自動化、快速、遙測和實時監測」。目前這一批項目已經完成並通過驗收,或即將提交驗收。香港與台灣地區是我國山地地質災害最發育的地區,港台學者在山地地質災害監測預警方面的調查與研究深度也較高。香港特區政府土木工程署通過建立一個覆蓋范圍廣闊的自動雨量計網路,為山泥傾瀉(即滑坡)警報系統的運作提供即時的雨量數據(圖2)。

該網路於1984年設立,現有86個雨量計分布全港各處。資料記錄、控制及處理系統可從設立的86個雨量計及另外24個由香港天文台運作的雨量計接收數據,根據雨量特徵及地質災害敏感分析在全港發布預警信息。台灣地區通過社區預警來提高山地災害的防災能力。三峽庫區是我國較早開展系統化地質災害監測的地區。到目前為止,除對危害程度較大的地質災害,如鏈子崖危岩、黃臘石滑坡等進行專業監測外,對其餘數以千計的地質災害點仍然以群測群防為主要監測手段。從我國一些比較典型的地質災害成功預報的實例來看,群測群防仍然是最為有效的監測措施,這一方面反映群測群防的必要性與實效性,另一方面又說明專業監測仍有待進一步加強。

圖2香港地區的雨量監測與預報(右圖黑點為雨量站位置)

概括而言,我國崩塌、滑坡地質災害監測現狀的基本特徵為:

(1)監測技術的研究的研製達到較高的水平,但是儀器的穩定性與使用年限仍有待進一步提高;

(2)一些較先進的監測技術與方法的研究取得顯著的成果,但是科技成果轉化為生產的速度慢、周期長;

(3)突發性地質的監測工作一般仍採用群測群防為主,群專結合的模式。

3 浙江省地質災害監測建議

在調研基礎上,對近階段開展我省地質災害監測工作提出以下建議:

3.1堅持走「群專結合,群測群防」的地質災害防治道路

群專結合、群測群防仍然是十分有效的地質災害防治手段。在三峽地區,雖然國家投入了大量資金用於重要滑坡崩塌點的監測,但是對規模小、數量多、危害面廣的小規模滑坡崩塌點,仍然採取群測群防為主的措施,並且取得了很好的效果。我省現查明各類災害點5000餘處,其中絕大多數以中、小型為主,尤以小型居多。對如此眾多的地質災害,必須加強群測群防網路建設。

3.2積極開展重要地質災害點的專業監測

對危險性大、穩定性差、成災概率高、災情嚴重和規模較大的地質災害點;或者對集鎮、村莊、工礦和重要居民點人民生命安全構成威脅的(一般威脅人員較多);造成嚴重經濟損失的;威脅公路、鐵路、航道等重要生命線工程和重大基礎建設工程的地質災害點應開展專業監測工作。

地質災害監測點建設,對尚未治理的滑坡可了解和掌握滑坡的演變過程,直接得到滑坡變形的位置、規模、位移方式、方向和速率等,及時捕捉滑坡災害的特徵信息,為滑坡的正確分析評價、預測預報及治理工程等提供可靠資料和科學依據;對已進行治理的滑坡,又是檢驗滑坡分析評價及滑坡防治工程效果的尺度。因此,專業監測是滑坡調查、研究和防治工程的重要組成部分,又是預測預報信息獲取的一種有效手段。

3.3加強地質災害規律性研究,完善地質災害氣象預報(警)

在尚不具備准確逐點監測預報的情況下,加強區域趨勢預報是提高地質災害預報預警技術的重要手段。趨勢預報的基礎是規律研究,包括災害類型、成災機理、形成條件、誘發因素等。香港地區山泥傾瀉預測業務開展以來,共發布警報13次,其中1次誤報,另有2次漏報,結果較為滿意。

目前在全省25個重點縣(市)地質災害調查與區劃工作的基礎上,研製了 SPV-ANN/GIS突發性地質災害預報(警)系統,開展了浙江省突發性地質災害氣象預報(警)工作的試運行。隨著全省45個重點縣(市)地質災害調查與區劃工作的完成,對這些資料的深入開發與利用,完善地質災害氣象預報(警)系統是迫在眉睫的一項工作。要與浙江省水文勘查局、省氣象台密切合作,開展我省不同區域(小流域、地質單元或地質災害防治區)、不同災害類型的臨界降雨量研究,逐步提高地質預報(警)水平。

3.4密切注意國內外動態,逐步開展儀器研發

目前國家、國土資源部以及中國地質調查局都對低成本簡易監測儀器的研發十分關注,並鼓勵各省、各科研、生產單位開展這類儀器的研製與開發。我們將密切關注國內外在這一領域的研究動態,加強與高等院校、科研機構和儀器生產廠家的聯系,在條件成熟時開展簡易監測儀器的開發與研製。

首先,力爭將我省列為由中國環境監測院負責實施的《中國地質災害監測關鍵技術研究》項目的參與和試點省份,以建立適合我省地質災害監測的指標體系。同時密切關注我省正在進行滑坡監測的項目實施情況,如中國地質大學在我省重要示範地質災害點布置的裂縫監測儀器,如通過實踐證明監測手段有效、監測效果可靠,可與中國計量學院、浙江溫嶺南光地質儀器廠合作,在充分調研已有儀器的原理、性能、優劣勢的基礎上,通過改進其量程,增加自動測量與數據傳輸的功能,有針對性地進行改良與創新,達到較好的簡易監測效果。

② 地質災害監測的方法有哪些

滑坡、崩塌、泥石流災害雖然突發性強,來勢兇猛,但是這些災害發生前有明顯的前專兆。對滑坡、崩塌體和建築的屬裂縫經常進行簡易的測量,是避免人員傷亡的最有效的方法。目前老百姓常用的簡易監測方法主要有埋樁法、埋釘法、上漆法、貼片法等。
(1)埋樁法。埋樁法適合對於滑坡體上的裂縫兩側埋樁,用鋼捲尺測量樁之間的距離,可以了解滑坡變形滑動過程。
(2)埋釘法。埋釘法在建築物裂縫兩側各釘一顆釘子,通過測量兩側兩顆釘子之間的距離變化來判斷滑坡的變形滑動。這種方法對於臨災前兆的判斷是非常有效的。
(3)上漆法。在建築物的兩側用油漆各畫上一道標記,與埋釘法原理是相同的,通過測量兩側標記之間的距離來判斷裂縫是否在擴大。
(4)貼片法。在橫跨建築物裂縫處貼水泥砂漿片或紙片,如果紙被拉斷,說明滑坡發生了明顯變形,須嚴加防範。與上面三種方法相比,這中方法是定性的,但是,可以非常直接地判斷滑坡的突然變化情況。

③ 監測地質災害需要用到哪些儀器

地質災害監測方法地質災害的監測方法可用簡易監測和儀器監測。重要危險回隱患點應答採用儀器監測。
地質災害監測方法主要有衛星與遙感監測;地面、地下、水面、水下直接觀測與儀器台網監測。礦山之星地質災害監測儀器包含感測器、接收機等。

④ 地質災害有什麼監測方法

地質災害常用的簡易監測方法主要有埋樁法、埋釘法、上漆法、貼片法等。回
(1)埋樁法。埋樁法適答合對於滑坡體上的裂縫兩側埋樁,用鋼捲尺測量樁之間的距離,可以了解滑坡變形滑動過程。

(2)埋釘法。埋釘法在建築物裂縫兩側各釘一顆釘子,通過測量兩側兩顆釘子之間的距離變化來判斷滑坡的變形滑動。這種方法對於臨災前兆的判斷是非常有效的。

(3)上漆法。在建築物的兩側用油漆各畫上一道標記,與埋釘法原理是相同的,通過測量兩側標記之間的距離來判斷裂縫是否在擴大。

(4)貼片法。在橫跨建築物裂縫處貼水泥砂漿片或紙片,如果紙被拉斷,說明滑坡發生了明顯變形,須嚴加防範。與上面三種方法相比,這中方法是定性的,但是,可以非常直接地判斷滑坡的突然變化情況。

⑤ 目前隧道地質災害監測有哪些新方法

你好,樓主復。據我了解制,隧道的結構健康監測多採用智能化感測器+物聯網雲平台的方式,現場布設各類型的設備,通過光纖或者GPRS方式進行遠程傳輸,將數據實時傳輸至雲平台,進行分析和預告警。
「知物雲」平台提供以下幾個主題的監測:
1、環境主題:溫濕度、風速風向、溫度、雜訊、CO2濃度、光照等

2、變形主題:表面位移、裂縫、拱頂沉降、凈空收斂、水平位移、管片變形、沉降分組等
3、受力主題:涌水監測、襯砌受壓力、應變花監測等
4、振動主題:軌道板振動、隧道壁振動等
5、應力應變主題:初支襯砌應變、二次襯砌應變、鋼支撐應力、錨桿軸力等
謝謝,望採納- -

⑥ 淺議三峽庫區地質災害預警工程常用監測方法及應用

王愛軍1,2薛星橋1,2

(1中國地質大學(武漢),湖北武漢,430074;

2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)

【摘要】長江三峽庫區地質災害預警監測是服務於地質災害防治、保障三峽工程建設安全的主要基礎工作。開縣、萬州區、巫山縣的38個滑坡災害專業監測點,採用大地形變監測、深部位移鑽孔傾斜儀監測、地下水動態監測、滑坡推力監測、地表裂縫相對位移監測、GPS全球衛星定位系統監測、TDR時間域反射監測和宏觀監測等綜合系列監測方法。每個滑坡災害點,採用2種以上監測方法,分別監測滑坡體地表內部變形或受力變化;重要災害點採用4~5種方法同時進行監測,以便進行對比和綜合分析。對滑坡監測及監測成果統計分析,多種監測數據成果具有明顯的一致性和相關性,反映了滑坡體的變形情況和特徵,證實監測方法合理有效,監測成果將為地質災害預警工程和地質災害防治工程提供可靠依據。

【關鍵詞】三峽庫區地質災害預警工程監測方法應用

1前言

長江三峽庫區自然地質條件復雜,是地質災害的多發區和重災區。三峽工程的興建和百萬移民工程,在一定程度上改變了原有地質環境的平衡狀態,加劇了地質災害的發生。隨著三峽工程建設的不斷推進,庫區地質災害對三峽工程和庫區人民生命財產安全的影響日益增加,及時有效地防治庫區地質災害已成為三峽工程建設的重要任務之一。地質災害預警監測工作是實現地質災害防治的主要基礎工作。

三峽庫區共有38個滑坡災害專業監測點在進行專業監測工作,其中重慶市開縣14個、萬州區14個、巫山縣10個。

2監測方法

2.1大地形變監測

採用全站儀監測。在滑坡體外選取地質條件較好、基礎相對穩定的點位作為監測基準點,在滑坡體上選擇有代表性的點位作為監測點,標志點全部採用混凝土強制對中監測墩。

2.2深部位移監測

採用鑽孔傾斜儀進行監測。在滑坡體上選擇有代表性的點位布置測斜鑽孔,分別在其主滑方向和垂直主滑方向上進行正反兩回次自下而上的測讀,監測點間距0.5m,使用移動式「CX-01型重力加速度計式鑽孔測斜儀」,監測數據穩定後自動記錄,每期監測共記錄4組數據。

2.3滑坡推力監測

在滑坡體上選擇有代表性的點位布置鑽孔,在鑽孔中選擇適當的深度部位,預置一系列滑坡推力感測器,用傳導光纖連接至地面,每次監測採用「BHT-Ⅱ型崩塌滑坡推力監測系統」測量記錄各點數據。

2.4地表裂縫相對位移監測

在裂縫的兩側適當部位安置數套裂縫計,進行原位裂縫相對位移監測。機械式監測具有干擾少、可信度高、性能穩定特點,監測記錄數據可直接做出時間—位移曲線,測量結果直觀性強。儀器一般量程范圍在25~100mm間,讀數器的解析度為0.01mm,操作溫度在-40℃~+105℃之間。

2.5地下水動態監測

在滑坡體上選擇有代表性的點位布置鑽孔,對地下水水位,孔隙水壓力、土體含水率、溫度等參數監測,採用自動水位記錄儀、孔隙水壓力監測儀等儀器監測。其中孔隙水壓力監測儀的孔隙水壓力量程為-80kPa~200kPa,解析度0.1kPa,精度0.5%F·S;土體含水率量程為0至飽和含水率,解析度1%;溫度量程為0~70℃,解析度0.1℃,精度1%F·S。

2.6GPS全球衛星定位系統監測

在滑坡體外選取地質條件較好,基礎相對穩定的點位,作為監測基準點;在滑坡體上選擇有代表性的點位作為監測點,標志點全部採用混凝土強制對中監測墩,觀測時採取多點聯測。GPS監測方法,可進行全天候監測,不受通視條件限制,同時監測 X、Y、Z三維方向位移量,方便靈活,並可監測災害體所處地帶的區域地殼變形情況。採用的美國 Ashtech公司生產的UZ CGRS型GPS,最小采樣間隔1s,最少跟蹤和接收12顆衛星,使用Ashtech Solution 2.6軟體解算,精度可達水平3mm+1ppm,垂直6mm+2ppm。

2.7時間域反射測試技術(TDR)監測

即採用電纜中的「雷達」測試技術,在電纜中發射脈沖信號,同時進行反射信號監測。在滑坡體上選擇有代表性的點位布置監測鑽孔,將同軸電纜埋入監測孔,地表與 TDR監測儀相連接,把測試信號與反射信號相比較,根據其異常情況判斷同軸電纜的斷路、短路、變形狀態,推斷出電纜的變形部位,進而推算滑坡體地層的變形部位和位移量。TDR監測採用了固定式預置同軸電纜,成本低,可進行自上而下的全斷面連續監測,量程范圍大。

2.8宏觀監測

以定期巡查方法為主,對變形較大的滑坡體,據其變形特徵布置一定數量的簡易觀測點進行定期觀測,及時掌握其變形動態。

對於每個滑坡災害點,採用2種以上監測方法,分別監測滑坡體地表變形和滑坡體內部變形或受力變化,重要災害點採用4~5種方法同時進行監測,以便進行對比和綜合分析。監測點的布置應重點突出,控制滑坡的重點部位;照顧全面,力求能反映滑坡體整體變形情況。鑽孔孔口周圍用混凝土澆築,布置精確監測點位。

3監測效果分析

根據2003年7月至12月滑坡災害專業監測數據資料,初步分析三峽庫區地質災害預警工程監測方法及應用效果。

3.1大地形變監測

大地形變監測,開展了開縣大丘九社和巨坪九社滑坡、巫山縣狗子包滑坡和板壁塘滑坡,共4個滑坡的監測。以下以開縣大丘九社滑坡為例簡述監測效果。

大丘九社滑坡位於開縣鎮東鎮大丘九社斜坡上,滑坡平面形態近似矩形,剖面上呈凹型;分布高程205~300m,滑體長約250m、寬約300m,面積710萬m2,估計厚度20m,體積約140萬m3。滑坡發育於侏羅系中統沙溪廟組(J2s)紫紅色泥岩及砂岩互層組成的平緩層狀斜坡中,滑坡體的物質組成主要為砂岩及砂岩碎塊石土,表層為鬆散土壤,局部出露砂岩碎塊石,為崩滑堆積體滑坡。

圖1開縣大丘九社滑坡累計位移量曲線圖

(a)X方向(b)Y方向(c)H方向 D1——監測點編號

大丘九社滑坡體上布置了3排監測點,每排3個共計9個監測點,滑坡體對面斜坡上布置了2個基準點,分別在2個基準點進行監測。監測網布置既控制了整體滑坡體又突出重點,採用前方交匯法施測。

8月5日進行了首次測量,9月21日進行D1第二次測量成果與之對比,表明變形趨勢明顯,滑體向 NEE向滑移。10月24日監測成果表明各監測點的變形趨於緩和。11月和12月監測成果表明各監測點無明顯變化(見圖1)。監測數據與宏觀調查定性分析相一致。

利用全站儀進行大地形變監測,其特點為監測方便,可隨時對一些危險滑坡監測,既可以在滑坡體上設置永久性監測樁,又可以設置臨時性監測樁;監測精度高,測點中誤差可達到3.5mm;不僅能測定相對位移,而且能監測絕對位移;在滿足測量條件下可進行連續監測,監測滑坡滑移的全過程,不存在量程限制。但該儀器監測受天氣因素和光線條件制約,難以在雨霧條件和夜間實施監測,且受地形和通視條件制約,施測以人工操作為主,不易實現自動化監測。

3.2深部位移鑽孔傾斜儀監測

深部位移鑽孔傾斜儀監測點為開縣6個滑坡、16個鑽孔,巫山縣5個滑坡、19個鑽孔,萬州區8個滑坡、24個鑽孔,共計19個滑坡、59個鑽孔。以下以開縣虎城村滑坡為例簡述監測效果。

虎城村滑坡為堆積層滑坡,位於開縣長沙鎮虎城村斜坡。該滑坡在平面近似矩形,剖面為凹形,分布高程330~400m,縱長約300m,橫寬約500m,滑體估計平均厚度12m,面積15萬m2,體積180萬m3。滑坡發育於侏羅系中統沙溪廟組(J2s)紫紅色泥岩及泥質粉砂岩組成的水平層狀岩層斜坡上,滑體上部為崩坡積紫紅色碎石土層。滑坡威脅居民400餘人及其財產安全。該滑坡布置了3個深部位移鑽孔傾斜儀監測鑽孔。

Kx-162鑽孔位於滑體的中部。2004年10月,在9.5~10.5m測試深度處發生明顯的位移變形,本月變形量5.56mm,變形方向247°。11月,沒有增大趨勢,累積形變4.58mm,略小於10月份累積變形量,變形方向253°(見圖2)。

Kx-165鑽孔位於滑體的下部。2004年10月,在15.0~16.5m測試深度處發生明顯的位移變形(見圖3),本月變形量5.45mm,變形方向241°。11月,沒有明顯的增大趨勢,累積變形5.39mm,同10月份累積變形量相近,變形方向240°。

地質災害調查與監測技術方法論文集

圖2開縣虎城村滑坡 Kx-162鑽孔位移隨深度變化曲線

(a)EW方向(b)SN方向

圖3開縣虎城村滑坡Kx-165鑽孔位移隨深度變化曲線

(a)EW方向(b)SN方向

深部位移鑽孔傾斜儀監測方法,可在滑坡體上一定部位布置的鑽孔中,監測滑坡體內垂直方向上的淺層、中層、深層、滑動帶等滑移方向和相對滑動位移量;但在滑坡發生較大或急劇加速的位移變形時,由於鑽孔和孔內測斜管變形、破壞,測斜儀探頭不能送入鑽孔之內,可能使鑽孔失去監測價值。

3.3 滑坡推力監測

滑坡推力監測共設有2個測點、4個鑽孔:巫山縣淌里滑坡鑽孔2個,曹家沱滑坡鑽孔2個。以下以淌里滑坡為例簡述監測方法與效果。

淌里滑坡位於巫山縣曲尺鄉長江幹流左岸斜坡上,滑坡在平面形態上呈不規則的圈椅狀,前緣分布高程90m,後緣高程400m,平均坡度約30°~40°,縱長約800m,橫寬150~250m,滑體厚20m,面積24萬m2,體積490萬m3。滑坡發育於三疊系巴東組(T2b)灰岩、泥灰岩、泥岩中,滑體物質主要為泥灰岩及泥岩碎塊石土,表層多為鬆散土層,下部碎塊石土結構密實。

Ws-t-tzk1推力孔位於滑體的下部,Ws-t-tzk2推力孔位於滑體的中部。其滑坡推力監測成果數據見圖4、圖5。推力監測曲線圖表明,各次監測數據規律性強,基本一致,感測器沒有發現明顯的數值變化。滑坡推力監測結果與宏觀監測結果和同時進行的鑽孔傾斜儀監測結果相一致,說明此階段滑坡暫時處於相對穩定的微變形狀態。

圖4巫山縣淌里滑坡 Ws-t-tzk1鑽孔滑坡推力監測曲線圖

圖5巫山縣淌里滑坡 Ws-t-tzk2鑽孔滑坡推力監測曲線圖

滑坡推力監測方法屬於固定點式監測,在鑽孔中預置感測器,用感測光纖連接,在地面用滑坡推力監測系統採集感測信息,可在滑坡體上一定部位布置的鑽孔中,自上至下監測滑坡體內垂直方向上的淺層、中層、深層、滑動帶等滑坡推力變化量,可定期進行數據採集監測;在對採集和傳輸處理系統進行改進的基礎上,可實現無值守自動化連續監測。

4結論

(1)通過多手段的綜合監測,掌握了被監測滑坡體的表面、內部自上至下滑移帶的變形及受力情況,數據綜合分析表明其反映了滑坡位移變化及動態特徵,取得了進行災害預警的重要基礎數據資料,說明採用的監測方法合理有效。

(2)鑽孔傾斜儀深部位移監測方法,當滑坡體發生一定量緩變位移後,部分鑽孔不能再進行全孔施測,造成勘察監測資金浪費和滑坡體監測點及監測部位減少。

(3)目前一月一次的監測周期,難以保證在滑坡發生滑移險情時能進行有效監測。為此應在進行專業監測的同時,進行群測群防監測。特殊情況下,對危險滑坡災害點,調整監測方案,進行加密監測或連續監測,使監測滿足預警預報要求。

(4)從長遠發展考慮,監測應以免值守、易維護、低成本、固定式、自動化快速連續採集傳輸和半自動化監測及人工監測相結合為方向,以建立起高效的地質災害監測網路與地質災害預警系統。

參考文獻

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[5]段永侯,等.中國地質災害.北京:中國建築工業出版社,1993

⑦ 怎樣監測地質災害

地質災害監測來方法地質災源害的監測方法可用簡易監測和儀器監測。
簡易監測方法:變形位移監測法、裂縫相對位移監測法、目視檢查監測法等。
(1)變形監測法:通過監測點的相對位移量測,了解掌握地質災害的演變過程。
(2)裂縫相對位移監測法:通過監測災體中拉裂兩側相對張開、閉合變化,了解地質災害體的動態變化和發展趨勢。
(3)目視檢查法:通過定期目視監測地質災害隱患點有無異常變化,了解地質災害演變特徵,及時發現斜坡地面開裂,剝脫落,地面鼓脹,泉水突然渾濁,流量增減變化,樹木歪斜,牆體開裂等微觀變化,及時捕捉地質災害前兆信息。
重要危險隱患點應採用儀器監測。

⑧ 為什麼要進行地質災害監測

地質災害是當前世界最嚴重的自然災害之一。每年因為地質災害造成的人員傷亡和財產損失都是所有災害中最嚴重的。進行地質災害監測,預先進行人群疏散,是減少人員傷亡和財產損失的唯一有效方法。

⑨ 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.

⑩ 地質災害監測方法技術現狀與發展趨勢

【摘要】20世紀末期以來,監測理論和技術方法有長足發展,常規技術方法趨於成熟,設備精度、設備性能已具較高水平,並開發了部分高精度(微米級位移識別率)、自計、遙測、自動傳輸的監測設施。未來,將充分綜合運用光學、電學、信息學、計算機和通信等技術(諸如光纖技術—BOTDR、時域反射技術—TDR、激光掃描技術、核磁共振技術、NUMIS、GPS技術、合成孔徑干涉雷達技術—InSAR及互聯網通訊技術等),進一步開發經濟適用、有效可行的地質災害監測新技術,提高精度、准確性和及時性,最大程度地減小地質災害造成的損失。

【關鍵詞】地質災害監測技術方法新技術優化集成

20世紀80年代以來,我國地質災害時空分布特點呈現新的變化。隨著人類工程活動越來越強,人為地質災害日趨嚴重,規模、數量和分布范圍呈增加趨勢;人口密集、經濟發達地區地質災害造成的損失越來越大。崩塌、滑坡和泥石流等突發性地質災害發生頻度和造成的損失不斷加大,地面沉降、海水入侵等緩慢性地質災害的范圍逐漸增加。據相關統計資料顯示,1995~2002年,地質災害共造成9000多人失蹤或死亡,突發性地質災害共造成直接經濟損失524億元,緩慢性地質災害造成直接經濟損失590億元,間接經濟損失2700億元。地質災害已經成為嚴重製約我國經濟發展的重要因素之一。

為了摸清我國地質災害的分布情況,我國系統地開展了地質災害調查工作,先後出台了《地質災害防治管理辦法》和《地質災害防治條例》,明確指出:防治地質災害,實行「以人為本,防治結合,統籌規劃,突出重點,分期實施,逐步到位」的方針。並於2003年4月啟動了全國性地質氣象預報。對已經查明的地質災害體,特別是對生產建設、人民生命財產安全構成嚴重威脅的地質災害,若能運用適當、有效、經濟可行的監測措施,作出科學的監測預報,則可最大程度地減小災害損失。

滑坡監測在不同條件、不同時期其作用不同,總的來說有以下幾個方面:

(1)通過綜合分析多種監測方法的監測數據,確定地質災害穩定狀態及發展趨勢,及時作出預測,防止或減輕災害損失。

(2)研究導致災害體變形破壞的主導因素、作用機理,為防治工程設計提供依據。

(3)在防治工程施工過程中,監測、分析災害體變形發展趨勢及工程施工的擾動,保障施工安全。

(4)施工結束後,進行工程效果監測。

(5)綜合利用長觀監測資料,分析災害體變形破壞機制和規律,檢驗在防治工程設計中所採用的理論模型及岩土體性質指標值的准確性,對已有的監測預報理論及模型進行驗證改進,改善、提高監測預測預報技術方法。

1地質災害監測技術綜述

地質災害監測的主要任務為監測地質災害時空域演變信息(包括形變、地球物理場、化學場)、誘發因素等,最大程度獲取連續的空間變形數據,應用於地質災害的穩定性評價、預測預報和防治工程效果評估。

地質災害監測是集地質災害形成機理、監測儀器、時空技術和預測預報技術為一體的綜合技術。地質災害的形成機理是開展地質災害監測工作的基礎;監測儀器是開展工作的手段;更為重要的是只有充分利用時空技術,才能有效發揮地質監測的作用;預測預報是開展地質災害監測的最終目的。

崩塌、滑坡、泥石流等突發性地質災害,具有爆發周期短、威脅性及破壞性顯著、成因復雜等特點,因此,當前地質災害的監測技術方法的研究和應用多是圍繞突發性地質災害進行的。1.1監測方法

監測方法按監測參數的類型分為四大類:即變形、物理與化學場、地下水和誘發因素監測(見表1)。

表1主要地質災害監測方法一覽表

1.1.1 變形監測

主要包括以測量位移形變信息為主的監測方法,如地表相對位移監測、地表絕對位移監測(大地測量、GPS測量等)、深部位移監測。該類技術目前較為成熟,精度較高,常作為常規監測技術用於地質災害監測。由於獲得的是災害體位移形變的直觀信息,特別是位移形變信息,往往成為預測預報的主要依據之一。

1.1.2物理與化學場監測

監測災害體物理場、化學場等場變化信息的監測技術方法主要有應力監測、地聲監測、放射性元素(氡氣、汞氣)測量、地球化學方法以及地脈動測量等。目前多用於監測滑坡等地質災害體所含放射性元素(鈾、鐳)衰變產物(如氡氣)濃度、化學元素及其物理場的變化。地質災害體的物理、化學場發生變化,往往同災害體的變形破壞聯系密切,相對於位移變形,具有超前性。

1.1.3地下水監測

地下水監測主要是以監測地質災害地下水活動、富含特徵、水質特徵為主的監測方法。如地下水位(或地下水壓力)監測、孔隙水壓力監測和地下水水質監測等。大部分地質災害的形成、發展均與災害體內部或周圍的地下水活動關系密切,同時在災害生成的過程中,地下水的本身特徵也相應發生變化。

1.1.4誘發因素監測

誘發因素類主要包括以監測地質災害誘發因素為主的監測技術方法,如氣象監測、地下水動態監測、地震監測、人類工程活動等。降水、地下水活動是地質災害的主要誘發因素;降雨量的大小、時空分布特徵是評價區域性地質災害(特別是崩、滑、流三大地質災害的判別)的主要判別指標之一;人類工程活動是現代地質災害的主要誘發因素之一,因此地質災害誘發因素監測是地質災害監測技術的重要組成部分。

1.2監測儀器

1.2.1按從監測儀器同災害體的相對空間關系分為接觸類和非接觸類

(1)接觸類:是指必須安裝於災害體現場或進行現場施測的監測儀器系列。如滑坡地表或深部位移監測、物理和化學場監測等。該類儀器所獲得的信息多為災害體細部信息,信息量豐富。

(2)非接觸類:是指於現場安裝簡易標志或直接於災害體外圍施測的監測儀器系列。該類監測方法多以獲得災害體地表的絕對變形信息為主,易採用網式施測;特別是突發性地質災害的臨災前後,具有安全、快捷等特點。如激光微位移監測、測量機器人、遙感雷達監測等。

1.2.2按監測組織方式分為簡易監測、儀表監測、控制網監測、自動遙測

(1)簡易監測:採用簡易的量測工具(皮尺、鋼尺、卡尺)對災害體地表的裂縫等部位進行監測。

(2)儀表監測:採用機測或電測儀表(安裝、埋設感測器)對滑坡進行地表及深部的位移、應力、地聲、水位、水壓、含水量等信息監測。

(3)控制網監測:在滑坡變形破壞區及周邊穩定地帶,布設大地測量或GPS衛星定位測量控制點網,進行滑坡絕對位移三維監測。

(4)自動遙測:利用有線和無線傳輸技術,對儀表監測所得信息進行遠距離遙控自動採集、傳輸,可實現全天候不間斷監測。

2地質災害監測方法技術現狀

地質災害監測技術是集多門技術學科為一體的綜合技術應用,主要發展於20世紀末期。伴隨著電子技術、計算機技術、信息技術和空間技術發展,國內外地質災害調查與監測方法和相關理論得到長足發展,主要表現在:

(1)常規監測方法技術趨於成熟,設備精度、設備性能都具有很高水平。目前地質災害的位移監測方法均可以進行毫米級監測,高精度位移監測方法可以識別0.1mm的位移變形。

(2)監測方法多樣化、三維立體化。由於採用了多種有效方法結合對比校核以及從空中、地面到災害體深部的立體化監測網路,使得綜合判別能力加強,促進了地質災害評價、預測能力的提高。

(3)其他領域的先進技術逐漸向地質災害監測領域進行滲透。隨著高新技術的發展和應用的深入,衛星遙感、航空遙感等空間技術的精度逐漸提高,一些高精度物探(如電法、核磁共振等技術)的發展,使得地質災害的勘查技術與監測技術趨於融合,通過技術上的處理、提升,該類技術逐漸適用於區域性的地質災害和單體災害的監測工作。

「八五」以來,我國在地質災害監測技術研究方面取得了豐碩的成果,並積累了豐富的經驗,使我國的地質災害監測預警水平得到很大程度的提高;但是還存在一定的局限性,主要表現在:

(1)地質災害監測技術、儀器設施多種多樣,應用重復性高,受適用程度、精度、設施集成化程度、自動化程度和造價等因素的制約,常造成設備資源浪費,效果不明顯。

(2)所取得的研究成果多側重於某一工程或某一應用角度,在地質災害成災機理、誘發因素研究的基礎上,對各種監測技術方法優化集成的研究程度較低。

(3)監測儀器設施的研究開發、數據分析理論同相關地質災害目標參數定性、定量關系的研究程度不足,造成監測數據的解釋、分析出現較大的誤差。

因此,要提高地質災害預警技術水平,必須在地質災害研究同開發監測技術方法相結合的基礎上,進行地質災害監測優化集成方案的研究。

3地質災害監測技術方法發展趨勢

3.1高精度、自動化、實時化的發展趨勢

光學、電學、信息學及計算機技術和通信技術的發展,給地質災害監測儀器的研究開發帶來勃勃生機;能夠監測的信息種類和監測手段將越來越豐富,同時某些監測方法的監測精度、採集信息的直觀性和操作簡便性有所提高;充分利用現代通訊技術提高遠距離監測數據信息傳輸的速度、准確性、安全性和自動化程度;同時提高科技含量,降低成本,為地質災害的經濟型監測打下基礎。

監測預測預報信息的公眾化和政府化。隨著互聯網技術的發展普及,以及國家政府的地質災害管理職能的加強,災害信息將通過互聯網進行實時發布,公眾可通過互聯網了解地質災害信息,學習地質災害的防災減災知識;各級政府職能部門可通過所發布信息,了解災情的發展,及時做出決策。

3.2新技術方法的開發與應用

3.2.1調查與監測技術方法的融合

隨著計算機的高速發展,地球物理勘探方法的數據採集、信號處理和資料處理能力大幅度提高,可以實現高解析度、高采樣技術的應用;地球物理技術將向二維、三維採集系統發展;通過加大測試頻次,實現時間序列的地質災害監測。

3.2.2 智能感測器的發展

集多種功能於一體、低造價的地質災害監測智能感測技術的研究與開發,將逐漸改變傳統的點線式空間布設模式;由於可以採用網式布設模式,且每個單元均可以採集多種信息,最終可以實現近似連續的三維地質災害信息採集。

3.3新技術新方法

3.3.1光纖技術(BOTDR)

光導纖維監測技術又稱布里淵散射光時域光纖監測技術(BOTDR),是國際上20世紀70年代後期才迅速發展起來的一種現代化監測技術,在航空、航天領域中已顯示了其有效性。在土木、交通、地質工程及地質災害防治等領域的應用才剛剛開始,並受到各發達國家研究機構的普遍重視,發展前景十分廣闊。

通過合理的光纖敷設,可以監測整個災害體(特別是滑坡)的應變信息。

3.3.2時間域反射技術(TDR)

時間域反射測試技術(Time Domain Reflectometry)是一種電子測量技術。許多年來,一直被用於各種物體形態特徵的測量和空間定位。早在20世紀30年代,美國的研究人員開始運用時間域反射測試技術檢測通訊電纜的通斷情況。在80年代初期,國外的研究人員將時間域反射測試技術用於監測地下煤層和岩層的變形位移等。90年代中期,美國的研究人員將時間域反射測試技術開始用於滑坡等地質災害變形監測的研究,針對岩石和土體滑坡曾經做過許多的試驗研究,國內研究人員已經開始該方法的研究工作,並已經在三峽庫區投入試驗應用階段,同時開展了與之相關的定量數據分析理論研究。

所埋設電纜即是感測器,又可傳輸測試信號;該方法相對於深部位移鑽孔傾斜儀監測具有安裝簡單、使用安全和經濟實用等特點。

3.3.3激光掃描技術

該技術在歐美等發達國家應用較早,我國近期開始逐漸引進。主要是用於建築工程變形監測以及實景再現,隨著掃描距離的加大,逐漸向地質災害調查和監測方向發展。

該技術通過激光束掃描目標體表面,獲得含有三維空間坐標信息的點雲數據,精度較高。應用於地質災害監測,可以進行災害體測圖工作,其點雲數據可以作為地質災害建模、地質災害監測的基礎數據。

3.3.4核磁共振技術(NUMIS)

核磁共振技術是國際上較為先進的一種用來直接找水的地球物理新方法。它應用核磁感應系統,通過從小到大地改變激發電流脈沖的幅值和持續時間,探測由淺到深的含水層的賦存狀態。我國於近期開始引進和研究,目前已經在三峽庫區的部分滑坡體進行了應用試驗,效果較好。

應用於地質災害監測,可以確定地下是否存在地下水、含水層位置以及每一含水層的含水量和平均孔隙度,進而可以獲知如滑坡面的位置、深度、分布范圍等信息,從而對滑坡體進行穩定性評價,並對滑坡體的治理提出科學依據。

3.3.5合成孔徑干涉雷達技術(InSAR)

運用合成孔徑雷達干涉及其差分技術(InSAR及D-InSAR)進行地面微位移監測,是20世紀90年代逐漸發展起來的新方法。該技術主要用於地形測量(建立數字化高程)、地面形變監測(如地震形變、地面沉降、活動構造、滑坡和冰川運動監測)及火山活動等方面。

同傳統地質災害監測方法相比,具有如下特點:

(1)覆蓋范圍大;

(2)不需要建立監測網;

(3)空間解析度高,可以獲得某一地區連續的地表形變信息;

(4)可以監測或識別出潛在或未知的地面形變信息;

(5)全天候,不受雲層及晝夜影響。

但由於系統本身因素以及地面植被、濕度及大氣條件變化的影響,精度及其適用性還不能滿足高精度地質災害監測。

為了克服該技術在地面形變監測方面的不足,並提高其精度,國內外技術人員先後引入了永久散射點(PS)的技術和GPS定位技術,使InSAR技術在城市及岩石出露較好地區地面形變監測精度大大提高,在一定的條件下精度可達到毫米級。永久散射(PS)技術通過選取一定時期內表現出穩定干涉行為的孤立點,克服了許多妨礙傳統雷達干涉技術的解析度、空間及時間上基線限制等問題。

隨著衛星雷達系統資源的改進和發展,以及相應數據處理軟體的提高,該技術在地質災害監測領域的應用將趨於成熟。

3.4地質災害監測技術的優化集成

3.4.1問題的提出

(1)監測方法的適應性。對於各種監測方法所使用的監測儀器設施,均有各自的應用方向和使用技術要求;針對不同地質災害災種、類型,其使用技術要求(包括測點布設模式、安裝使用技術要求等)不同。

(2)地質災害不同的發展階段。對於崩塌、滑坡等突發性地質災害,不同發展階段所適用的監測方法和儀器設施各異,監測數據採集周期頻度不同。

(3)監測參數與監測部位。實踐證明,一方面,不同的監測參數(地表位移、深部位移、應力、地下水動態、地聲等)在不同類型的災害體監測中具有不同程度的表現優勢;另一方面,同一災害體不同部位的監測參數隨時間變化趨勢特點並不相同,即存在反映災害體關鍵部位特徵的監測點,又存在僅反映局部單元(不具有明顯的代表性,甚至是孤立的)特徵的監測點。因此,監測要素(監測參數、監測部位)的優化選擇,是整個監測設計工作的基礎。

(4)自動化程度。決定於設備的集成度、控制模式、數據標准化程度和信息發布方式。

(5)經濟效益。決定於地質災害的規模、危害程度、監測技術組合、設備選型等因素。

3.4.2設計原則

地質災害監測技術優化集成方案遵循以下原則:

(1)監測技術優化原則:針對某一類型地質災害,確定優勢監測要素,進行監測內容、監測方法優化組合,使監測工作高效、實用。

(2)經濟最優原則:首先,不過於追求高、精、尖的監測技術,而應選擇發展最為成熟、應用程度較高的監測技術;其次,對於危害程度較大的大型地質災害體,可選擇專業化程度較高的監測技術方法,由專業人員進行操作、維護,對於危害程度低,規模小的災害體,可選擇操作簡單、結果直觀的宏觀監測技術,由群測群防級人員進行操作。

3.4.3最終目標

根據不同種類地質災害和不同類型地質災害的物質組成、動力成因類型、變形破壞特徵、外形特徵、發育階段等因素,研究適用於不同類型地質災害的監測要素(監測參數、監測點位的集合)、監測方法、監測點網的時空布置模式、監測技術要求,建立典型地質災害監測的優化集成方案。

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