地质灾害治理涉及关键技术分析

㈠ 地质灾害防治工程中的基本理论和几个主要技术

首先，要明来确地质工程的自基本理论问题是什么。著者认为，地质工程的基本理论是地质控制论。防治地质灾害或对地质体失稳防治的认识有两种观点：①荷载支护体系观点；②地质体改造观点。而地质体改造观点是十分重要的一种观点，它的基础理论就是地质控制论，它科学地提出防治地质体失稳的技术措施。地质体改造是地质工程理论的基本组成部分，地质体组成成分、地质体结构及地质环境条件则形成力的平衡。上述三者之一遭到破坏时，便可能产生失稳，对此可以通过改变其组成成分、结构、地质体赋存环境条件达到新的稳定状态。

地质工程工作中常用的地质技术，可概括为以下6个方面：①钻探技术；②物探技术：CT、电磁波层析、地质雷达等；③测试技术：综合测孔、流变试验、刚性压机等；④监测技术：遥测、遥控、立体监测等；⑤地质体改造技术：灌浆、锚固、支挡工程等；⑥计算机技术：数值分析、仿真模拟、反分析、自动化控制等。

㈡ 地质灾害防治措施的建议

根据“以防为主，统一规划，及时治理，因地制宜”的地质灾害防治原则，针对工程建设和各类地质灾害的特点，提出以下防治措施的建议：

图8-6 湖北—湖南段地质灾害危险性分区图

表8-4 湖北—湖南段地质灾害危险性综合评估—览表

续表

续表

1.崩塌防治

管道穿越丘陵山区半坚硬—坚硬岩类时，需爆破开挖石方，如爆破用药量过大，有可能引起陡峭山体的开裂或者局部岩块的崩落，也不排除甚至发生局部岩体的小型崩塌。因此在实施开挖爆破前，须仔细观察施工场地及其周围是否有可能产生崩落、滚动的松动岩块、浮石等，或提前予以清除，或采取措施拦挡，或控制爆破药量不至于崩落产生等办法，来避免灾害发生。

2.滑坡防治

在有可能产生滑坡的斜向、顺向坡段敷设时，应分段敷设，切忌连续不间断大开挖，以避免造成斜坡大范围变形、滑动。在风化带较厚的地带开挖时，要注意边坡的坍塌伤人，同时也要注意避免长距离大开挖而不埋管回填。在可能产生滑移变形的坡段，应采用抗滑支挡和护坡工程加以防护，以维护坡体稳定，防止边坡失稳下滑。

3.泥石流防治

管道经过丘陵山区将产生74100m³松散的弃渣，暴雨期沿线会发生水土流失或小规模的泥石流。应加强埋管土体的夯实，或将剩余弃渣堆放于开阔的沟底或宽缓的洼地，并视地形情况修筑挡土墙，及时做好沿线地表植草工作。

4.河流崩岸和洪水冲蚀防治

对于河流穿越处，应避开河流侵蚀凹岸，同时需要抛石加强岸坡强度，并铺设土工织物等，以解决地下水对岸坡的潜蚀破坏作用。所有河流的穿越，均应在枯水季节进行，以减少不必要的风险。

5.软土压缩挤出滑移破坏防治措施

基础为淤泥软土的回填区段，在高（厚）填筑区的施工过程中，可能出现软土压缩挤出和滑移破坏，导致建（构）筑物受损毁坏。因此，建设详勘阶段应具体查明淤泥质软土的分布范围、厚度、空间变化情况及其性状特征，建设过程应对强度较低的软弱土体进行清基换层，对回填土采用适当的夯实固结压密等措施，以改良土体结构，提高建（构）筑物地基的强度及稳定性。

6.膨胀土灾害防治措施

评估区大部分粘性土体具不同程度的胀缩性，在土体胀缩性能一定条件下，影响膨胀土胀缩程度的因素主要为土体湿度的变化情况，而土体中湿度的变化主要受控于降水入渗，因此气候是影响膨胀土变形破坏的重要因素。根据《膨胀土地区建筑技术规范》（GB1112—87）推荐的大气影响深度参考值及膨胀湿度系数计算公式，利用有关降雨量、蒸发量资料计算出湿度系数后查表得知，评估区膨胀土气候影响深度为3～4.5m，膨胀土气候急剧影响深度为1.35～2.1m。因此膨胀土灾害的防治应针对其变形特点及主要影响因素，适当加大基础埋深，种植草皮，保持土体的含水量，在施工过程中，防止土体长期暴晒、风干、浸湿、充水，以免引起土体水份急剧变化而导致胀缩变形。

7.岩溶地面塌陷防治

重点是合理规划地下水水源地的位置和控制地下水开采强度，对需要大范围降水的基坑工程应尽可能远离管线。同时应加大岩土工程地质勘察力度，准确查明岩溶分布情况，对经勘察有可能产生塌陷的地段，应提前架设基础梁跨越陷坑。对已有的塌陷坑可采用回填、坑口铺盖等方法，对于塌陷程度轻但危险严重的塌陷，可采用灌浆、地基土加固等工程处理措施。还要做好地面变形监测工作。

8.采空地面塌陷的防治

首先要进行勘探调查，确切查明采空区的空间位置，管线敷设避绕采空区；若避绕地段仍有矿产，则要作好矿产压复评估；还要做好地面变形监测工作。

㈢ 地质灾害防治措施与监控

一、地质灾害防治措施

（一）避让措施

就目前人们认识自然与改造自然的能力而言，对于某些地质灾害的产生（如新构造运动、地震、岩崩等）是无力抗拒的，对这类能量巨大的恶性地质灾害通常只能是避让，即对已有建筑物、居民及交通线路予以拆迁和绕道，在国民经济宏观规划布局时尽量予以回避，以减少不必要的损失。

（二）生物防治措施

生物防治措施主要指植树造林、种草护坡及合理的耕作，通过这种种植结构的调整和森林覆盖率的提高，可以减少雨水入渗、保持水土，使坡面得以保护，免遭侵蚀，从而达到稳固坡体的目的，是一种既经济又有成效的治理措施，可以达到防治地质灾害和提高经济效益的双重目的。但其发挥效益需较长时间，可作为改善、保护自然环境和抑制地质灾害发生的长期措施。

（三）工程措施

在预防无效或不能避让的情况下，对已有险情的地质灾害体，宜采用工程措施防止灾害的发生或扩展。

1.地质灾害防治工程可行性论证

重大地质灾害的治理，首先是对地质灾害体的综合勘查研究，在此基础上，对灾害治理的必要性、技术可行性、风险性及灾度预测等进行综合分析，便于地质灾害防治工程立项，同时也为工程治理提供技术资料。

1）灾害治理的必要性分析：根据灾害所处位置、灾害程度、灾害的经济损失预测与受威胁人数多少，论证灾害治理的必要性。

2）灾害治理的经济合理性分析：对比分析地质灾害体经济损失概算和治理工程投资估算，确定灾害治理的经济合理性，一般治理费用应小于总经济损失概算的50%为宜。

3）灾害治理的技术可行性分析：对灾害治理的多项防治方案进行对比、分析和试验，选用经济上合理、技术上可行，又能达到治理目标的设计方案。这是一项十分重要、必不可少的工作，决不能图省事忽略技术可行性分析，而为灾害的治理留下隐患。

4）灾害治理的风险性分析：任何技术和社会问题的整治都存在不同程度的风险。尤其是地质灾害的治理，由于其客观存在的地质环境处于不断的变化之中。目前对地质灾害的治理尚处于探索阶段，而每一处地质灾害区（点）的条件各异，因此灾害治理存在一定的风险性。

2.地质灾害工程治理

地质灾害治理的基本原则是要针对致灾主控因素施治，治理措施需强调环境适应性，治理方案要考虑全局，满足切实有效、技术可行、经济合理、施工简便的要求。目前，对地质灾害的治理通常采用的方法有：削（削坡、清方、减载）、排（截、排水沟、地面防渗）、护（护墙、护坡、抛石反压）、挡（挡土墙、抗滑桩、锚杆、锚索）、灌浆及限制工程经济活动（如矿山停采）。这些工程治理方法可酌情一种或多种同时使用，只要应用得当，即可取得良好的治理效果。地质灾害主要防治措施见表2-4-46：

表2-4-46 地质灾害主要防治措施

二、地质灾害群策群防体系的建设

地质灾害防治工作应突出“以人为本，以防为主，防治结合”的方针，群策群防体系即是靠当地各级政府和广大人民群众建立完善的群策群防地质灾害的防灾预警系统。一方面，当地有关职能部门要加强地质灾害防治的管理和地质灾害知识有关法制、法规的宣传和教育，合理控制和规范人类工程活动，采取综合措施防止地质环境的恶化和破坏，最大限度地减少和避免各类地质灾害的产生；另一方面，对一般性地质灾害危险点，应落实监测责任人，并由专业人员布设监测点，传授地质灾害监测预报知识；对重大地质灾害隐患点，则要编制地质灾害防灾预案，形成一个相对完善的群策群防、防灾预警网络。

三、突发性地质灾害应急预案

2006年3月，深圳市政府出台了《深圳市突发性地质灾害应急预案》，由市政府统一领导，市国土资源和房产管理局负责，各区国土资源主管部门和交通、水务、建设、气象、民政、公安、医疗等相关部门加紧组成应急系统，成立应急分队。每年汛前对应急预案中的地质灾害隐患点进行险情巡查，汛中加强监查，汛后进行复查；发现险情或接到险情报告要在最短的时间赶到现场，进行险情鉴定，提出应急处理对策、措施；发生地质灾害后，市、区政府要立即启动并组织实施相应的突发性地质灾害应急预案，有关部门和单位按应急预案中确定的职责分工做好应急工作。

四、地质灾害监测与气象联合预报机制

市国土资源主管部门负责地质灾害防治的监督和管理工作，每年汛前，会同交通、水利、建设等部门，依据地质灾害防治规划，制定年度地质灾害防治方案，报本级人民政府批准后公布。每年讯前，均组织有关部门对各自管辖范围内所有地质灾害隐患点进行现场踏勘检查，划定地质灾害危险区，设置明显的警示标志。对那些危险性大、危害严重的灾害体的现状和发展趋势作出分析评价，落实地质灾害的监测、预防责任人，专人专职，定时全天候监测，随时汇报，发现问题及时发出临灾警告，并指明灾害发生时所采取的对策、撤离转移路线和安置地点等。根据已有地质灾害数据，结合气象台（站）的气象资料，在对降水量预报的同时，对由降水诱发的地质灾害易发等级作出科学预报，实现突发性地质灾害发生概率的预报预警。

㈣ 地质灾害防治措施

崩塌灾害防治的工程措施：

1、拦挡：对中、小型崩塌可修筑遮挡建筑物或拦截建筑物。拦截建筑物有落石平台、落石槽、拦石堤或拦石墙等，遮挡建筑物有明洞、棚洞等。

2、支撑与坡面防护：支撑是指对悬于上方、可能拉断坠落的悬臂状或拱桥状等危岩采用墩、柱、墙或其组合形式支撑加固，以达到治理危岩的目的。对危险块体连片分布，并存在软弱夹层或软弱结构面的危岩区，首先清除部分松动块体，修建条石护壁支撑墙保护斜坡坡面。

3、锚固：板状、柱状和倒锥状危岩体极易发生崩塌错落，利用预应力锚杆(索)可对其进行加固处理，防止崩塌的发生。锚固措施可使临空面附近的岩体裂缝宽度减小，提高岩体的完整性。

4、灌浆加固：固结灌浆可增强岩石完整性和岩体强度。一般先进行锚固，再逐段灌浆加固。

5、疏干岸坡与排水防渗：通过修建地表排水系统，将降雨产生的径流拦截汇集，利用排水沟排出坡外。对于滑坡体中的地下水，可利用排水孔将地下水排出，从而减小孔隙水压力、减低地下水对滑坡岩土体的软化作用。

滑坡灾害防治的工程措施

1、排除地表水和地下水：滑坡滑动多与地表水或地下水活动有关。因此在滑坡防治中往往要设法排除地表水和地下水，避免地表水渗入滑体，减少地表水对滑坡岩土体的冲蚀和地下水对滑体的浮托，提高滑带土的抗剪强度和滑坡的整体稳定性。

2、减重与加载：通过削方减载或填方加载方式来改变滑体的力学平衡条件，也可以达到治理滑坡的目的。但这种措施只有在滑坡的抗滑地段加载，主滑地段或牵引地段减重才有效果。

泥石流灾害防治的工程措施

1、跨越工程：在泥石流沟上方修筑桥梁、涵洞跨越避险工程，使泥石流有排泄通道，又能保证道路的畅通。

2、穿越工程：在泥石流下方修筑隧道、明硐和渡槽的穿越工程，使泥石流从上方排泄，下方交通不受影响。这是通过泥石流地区的又一种主要工程形式，对于隧道、明洞和渡槽设计的选择，总的原则是因地制宜。

3、防护工程：对泥石流地区的桥梁、隧道、路基及重要工程设施修筑护坡、挡墙、顺坝和丁坝等防护工程，从而抵御泥石流的冲刷、冲击、侧蚀和淤埋等危害。

4、排导工程：修筑导流堤、急流槽、束流堤等排导工程，改善泥石流流势、增大桥梁等建筑物的排泄能力。

5、拦挡工程：修筑拦砂坝、固床坝、储淤场、支挡工程、截洪工程等拦挡工程，控制泥石流的固体物质和雨洪径流，削弱泥石流的流量、下泄量和能量，以减缓泥石流的冲刷、撞击和淤埋等危害。

(4)地质灾害治理涉及关键技术分析扩展阅读：

诱发地质灾害的因素主要有：

1、采掘矿产资源不规范，预留矿柱少，造成采空坍塌，山体开裂，继而发生滑坡。

2、开挖边坡：指修建公路、依山建房等建设中，形成人工高陡边坡，造成滑坡。

3、山区水库与渠道渗漏，增加了浸润和软化作用导致滑坡泥石流发生。

4、其它破坏土质环境的活动如采石放炮，堆填加载、乱砍乱伐，也是导致发生地质灾害的致灾作用。

㈤ 　地质灾害防治措施与防治原则

一、地质灾害防治途径与基本方法

如前所述，地质灾害的形成必须具备灾害体和受灾体。这两方面条件决定了成灾程度。因此，防治地质灾害的基本途径主要有两方面：第一，限制灾害源，消除或消弱灾害体活动能量，解除或缓解灾害活动威胁；第二，对受灾体采取防避保护措施，使其免受灾害破坏，或增强受灾体对灾害的抵御能力。

防治地质灾害的具体方法主要包括：

保护和治理区域地质自然环境，消弱灾害活动的基础条件。其基本措施是根据区域条件，科学地进行资源开发和工程建设活动，特别注意合理利用土地资源、水资源、生物资源，避免过度开发。在广大山区应广泛植树造林，治山治水，宜农则农，宜牧则牧，宜林则林，涵养水土，防治水土流失。在城镇和沿海地区，尤其注意合理开发利用地下水资源，量入为出，保持地下水动态平衡，防止地下水环境恶化，预防地面沉陷和海水入侵等活动。

加强地质灾害勘查。弄清地质灾害的分布情况与形成条件。合理制定城镇规划，选择工程建设场地，尽可能避开地质灾害危害区；对于必须在地质灾害危险区实施的工程建设，制定防灾规划，实施预防措施。

对重要受灾体实施专门性防治工程。为了保护城镇、企业和铁路、公路、桥梁、房屋等工程建设安全，应专门实施不同的防护工程、加固工程等。对不同防灾工程措施不一，将在下面进行专门论述。

加强灾害监测，有效地进行灾害预测预报。应根据需要及时疏散人口、财产、或采取其它措施，最大限度地减少灾害损失。

二、地质灾害防治措施

虽然各种地质灾害的防治途径基本相同，但具体措施不一。所以，无论是哪种地质灾害，都必须首先进行深入细致的勘查工作，以查清灾害体范围、性质、活动条件和受灾体类型、分布情况等。在勘查的基础上选择防治措施，并合理地设计工程规模，取得充分的减灾效果。

（一）崩塌（危岩）灾害防治措施

1.清除危岩

对规模小、危险程度高的危岩体可采用静态爆破或手工方法予以清除，消灭隐患。

2.部分削坡

对于规模较大的危岩体，难以全部清除其隐患。但可以在危岩体上部清除部分岩土体，降低临空面的高度，减小斜坡坡度和上部荷载，提高斜坡稳定性，从而降低危岩的危险程度或减少其它防治工程的工程量。

3.排水防渗

在危岩体及其周围地带，应修建地面排水系统和堵塞裂隙孔洞，以防治过量地表水进入危岩斜坡，从而提高危岩稳定程度，减少崩塌机会。

4.加固斜坡、改善危岩岩土结构，提高斜坡稳定程度

所采取的措施，其具体内容有：①灌浆加固，以增强岩体完整性，提高岩体强度。②采用支撑墩、支撑柱、支撑墙等支撑措施保护斜坡，防止坍落。③采用预应力锚杆或锚索等锚固措施加固危岩体，防止崩落。④软基加固，即在危岩或陡崖底部发育有泥岩等软弱岩层时，采用喷浆护壁等方法保护软基，防止强烈的风化作用和水体浸泡。如在软基发育部位已形成风化凹腔，应根据规模、形态，采用嵌补、支撑、喷浆护壁等方法保护加固；如凹腔内积水，应进行疏干，并采取措施防止继续浸水。

5.拦截

对于在雨季才发生活动的坠石、剥落或小型崩塌活动，可在岩石崩落滚动途中修建落石平台、落石槽、挡石墙等，以拦截落石，防止破坏建筑设施。

6.遮挡

为了防止小型崩塌对铁路等工程设施的破坏，可修建明硐、棚硐等对工程设施进行保护。

7.加强监测预报

（1）危岩体形变监测主要手段包括：通过地面观察、形变测量、地倾斜测量、综合自动监测等方法从外部监测危岩体位移、裂缝变形、地面倾斜等现象；采用钻孔倾斜测量、电测、声发射监测、地应力测量等方法从内部监测危岩体深部变形位移及应力变化情况。

（2）激发崩塌活动要素监测主要包括雨量监测、水文动态监测、地下水动态监测、地温场监测、地震监测等。

（3）综合分析与预测预报基本方法是分析斜坡稳定程度，建立危岩变形数值模型，确定崩塌活动的临界值。在条件允许时，应建立预警系统，进行有效的灾害预报。

8.躲避搬迁对于威胁严重，防治困难的建筑设施，应选址搬迁，避免受害。

（二）滑坡灾害防治措施

1.消除或减轻地表水、地下水对滑坡的诱发作用

（1）修建排水沟，拦截地表水，减少进入滑坡体的地表水量，并及时将滑坡体发育范围内的地表水排走，减轻地表水对斜坡的破坏。

（2）修建截水盲沟和支撑盲沟、开挖渗井或截水盲洞、敷设排水渗管、实施排水钻孔等，以拦截疏导地下水，减轻地下水对斜坡的破坏。

2.改善斜坡状况，增加滑坡平衡稳定条件

（1）在滑坡体上部削坡减重，在坡脚加填，改变斜坡外形，降低斜坡重心，提高滑坡稳定程度。

（2）修建抗滑垛、抗滑柱、抗滑墙、抗滑洞等支挡工程，阻止滑坡体滑动，提高斜坡稳定程度。

（3）实施锚固工程，“加固”滑坡，提高斜坡稳定程度。

（4）采用焙烧法、电渗排水法、灌浆法等物理方法或化学方法，改善滑坡体岩土性质，提高软弱岩土层强度，提高斜坡稳定程度。

3.加强监测预报

（1）滑坡体形变监测通过地面观察、形变测量、地倾斜测量、综合自动监测等方法监测裂缝变形、滑坡体水平位移、垂直形变以及滑坡体上树木、房屋等工程设施形变等情况。采用倾斜仪测量、短基线测量、地应力测量等监测滑坡体内部形变位移情况。

（2）激发滑坡活动的外界要素监测主要包括降水监测、水文动态监测、地下水动态监测、地震监测等。

（3）综合分析与预测预报方法与崩塌预测预报基本相同。

4.躲避搬迁

对于威胁严重，防治困难的工程建筑，应选址搬迁，避免灾害破坏。

（三）泥石流灾害防治措施

1.实施生物措施，保护水土，消弱泥石流活动的基本条件

基本方法是保护森林植被。禁止滥砍乱伐，合理耕牧，并且有计划地植树种草，以提高森林覆盖率和植被覆盖率，抑制水土流失，减缓泥石流活动。

2.实施工程措施，限制泥石流活动，保护耕地与工程设施

（1）拦挡工程修建谷坊、拦砂坝、格栅坝等，蓄水拦砂，减小泥石流流速、容重、规模，抬高局部沟段侵蚀基准，护床固坡，降低泥石流冲刷破坏能力，减轻沟床侵蚀。

（2）排导工程修建导流堤、急流槽、束流堤等，引水输砂，规范泥石流路径，防止漫流，降低泥石流流速，削弱泥石流冲击破坏能力。

（3）停淤工程根据泥石流发育地区地形条件，修建停淤场，将泥石流引入预定场所减速停淤，防止漫流。

（4）沟道整治工程采用固床砂坝、水泥砂浆砌石、石笼等方法保护泥石流沟坡，防止岸坡坍塌、滑移；在沟底进行铺砌或修建肋板稳固沟底，减少沟底冲刷。

（5）防护工程与错避工程对泥石流地区的铁路、公路、桥梁、隧道、房屋等工程设施，进行防护或错避，抵御或避开泥石流的危害。防护工程包括修建护坡、挡墙、顺坝、丁坝等。错避工程主要包括跨越式错避、穿过式错避等。跨越式错避是指修建桥梁，使工程设施凌架于泥石流沟上空，免受泥石流破坏。穿过式错避则是将工程设施置于泥石流沟地下，避开泥石流破坏。

3.监测预报

除利用遥感技术，结合气象资料分析，进行区域泥石流活动中长期预报外，主要是利用降雨预测进行泥石流活动的短期预报和临灾警报。此外，还可利用泥石流遥测地声警报器、泥石流超声波泥位警报器、地震式泥石流警报器等仪器直接监测泥石流活动，并进行短期预报和临灾警报。

4.躲避搬迁

对于威胁严重，难以防护的工程建筑，应选址搬迁，避免灾害破坏。

（四）岩溶塌陷灾害防治措施

1.控水措施

（1）地表水防水措施在塌陷区周围修建排水沟，防止地表水进入塌陷区，减少向地下的渗入量。在地势低洼、洪水严重的防治区围堤筑坝，防止洪水入侵灌入塌陷洞或岩溶孔洞。对塌陷区内严重淤塞的河道进行清理疏通，加速泄流，减少对岩溶水的渗漏补给。对严重漏水的河溪、库塘，铺底防漏或人工改道，减少地表水倒灌。对严重灌水的塌陷洞隙采用粘土或水泥灌注填实，减少地表水入渗倒灌。采用混凝土、氯丁橡胶、玻璃纤维涂料等封闭地面，增强地表土层强度，防止地表水冲刷入渗。

（2）地下水控水措施根据水资源条件规划地下水开采层位、开采强度、开采时间，合理开采地下水。必要时进行人工回灌，控制地下水动态，限制地下水位的频繁升降，并使动水位最低水位不低于基岩面，保持岩溶水承压状态。在地下水主要迳流带修建堵水帷幕，减少区域地下水补给，促使外围地下水位升高，防止塌陷向外围地带扩展。在矿区井下修建防水闸门，建立有效的排水系统，对水量较大的突水点进行注浆封闭，控制矿井突水、突泥，避免矿区地下水大排大放，防止地下水位和岩溶水压力的大起大落，控制地面塌陷活动。

2.加固措施

（1）挖填当孔洞规模和埋藏深度较小时，可清除岩溶上部覆盖层中的软弱土层和洞穴中的软弱充填物，回填碎石或混凝土，改善建筑场地条件，提高地基强度。

（2）强夯在土体厚度较小，地形平坦情况下，采用强夯砸实覆盖层，破坏土洞，提高土层强度。

（3）灌注填充在溶洞埋藏较深时，通过钻孔灌注水泥砂浆，填充岩溶孔洞，提高强度。

（4）钻孔充气钻孔深入到基岩面下溶蚀裂隙或溶洞的适当深度，破坏真空腔的岩溶封闭条件，减少发生塌陷的机会。

（5）采用锚固柱、栅栏柱，支撑建筑物，防止洞穴坍塌。

（6）跨盖采用梁式基础、拱形结构，或以刚性大的平板基础跨越、敷盖溶洞，避免塌陷危害。

3.监测预测

目前对岩溶塌陷还没有建立有效的预报方法，只能根据专门地质调查，查明岩溶分布情况和岩溶塌陷的活动规律，结合浅层地质雷达探测和地下水动态监测、水文动态监测、气象预报等方法，进行一般性预测。

（五）地裂缝灾害防治措施

1.控制人为因素对地裂缝活动的强化作用

主要是合理开采地下水，限制地下水位大幅度下降，从而控制地面沉降活动，防止地面沉降对地裂缝的促进活动。其次是在矿区井下开采时，根据实际情况，控制开采范围，增多、增大预留保安柱，防止矿井坍塌诱发地裂缝。

2.建筑设施避灾、防灾措施

（1）查明地裂缝发育带及潜在危害区，据以作好城镇发展规划和场地工程地质勘查，合理规划工程建筑物布局，使工程设施尽可能避开地裂缝危险带，特别是严格限制永久性建筑设施横跨地裂缝，一般避让宽度不少于4～10m。

（2）对于已建在地裂缝危害带内的工程设施，应根据具体情况采取加固措施进行加固。对于必须建在地裂缝危害带内的新的工程设施，应实施设防措施。如跨越地裂缝的地下管道工程，可采用外廊道隔离、内悬支座或内支座式管道活动软接头连结措施预防地裂缝的破坏。对于已受地裂缝严重破坏的工程设施，进行局部拆除或全部拆除，防止对整体建筑或相邻建筑造成更大规模破坏。

3.监测预测措施

通过地面勘查、地形变测量、断层位移测量以及音频大地电场测量、高分辨纵波反射测量等方法监测地裂缝活动发展情况，预测预报地裂缝发展方向、速率及可能危害范围。

（六）地面沉降灾害防治措施

1.控制人为活动对地面沉降的促进作用

（1）根据水资源条件，限制地下水开采量，防止地下水水位大幅度持续下降，控制地下水降落漏斗规模。

（2）根据地下水资源的分布情况，合理选择开采区，调整开采层和开采时间，避免开采地区、层位、时间过分集中。

（3）人工回灌地下水，补充地下水水量，提高地下水水位。

2.防护措施

地面沉降除有时会引起工程建筑不均匀沉降外，主要是因沉降区地面标高降低，导致积洪滞涝，海水扩侵等次生灾害。次生灾害可造成十分严重的破坏损失。针对这些次生灾害，采取的主要防护措施是修建或加高、加固防洪堤、防潮堤、防洪闸、防潮闸以及疏导河道，兴建排洪排涝工程等。

3.监测预测

基本方法是设置分层标、基岩标、孔隙水压力标、水准点、水动态监测网、水文观测点、海平面观测点等。定期进行水准测量；进行地下水开采量、地下水位、地下水压力、地下水水质监测及回灌监测；进行河流水位、流量监测；进行潮汐及海平面变化监测等。根据地面沉降活动条件和发展趋势，预测地面沉降速度、幅度、范围及可能危害。

（七）海水入侵灾害防治措施

1.控制人为活动对海水入侵活动的促进作用

（1）限制地下水开采量，防止地下水水位持续下降。使地下水位保持在海平面或地下咸水水位以上，并具有一定的水头压力。使其能维持滨海地区地下水与海水动力平衡，扼制海水入侵。

（2）利用回灌井、回灌廊道等实行人工回灌，补充地下水，提高滨海地区地下水水位。

（3）在发生海水入侵或容易诱发海水入侵的滨海地带，禁止挖砂，保护海岸，防治海岸侵蚀，削弱海水沿河上溯活动。规范晒盐、海产养殖，防止人为将大量海水抽引到陆地，减少海水补给源。

2.限制海水入侵的工程措施

（1）修建防潮闸，抑制海水沿河上溯活动。

（2）建造隔水墙或防渗围幕，阻断海水入侵通道，扼止海水扩侵。

3.监测预测

主要监测手段是建立地下水动态监测网，进行水位、水化学监测，必要时辅以海水水文动态监测。根据海水入侵活动机制和历史海水入侵规律，预测海水入侵速率、规模、危害范围。

（八）膨胀土胀缩灾害防治措施

主要包括避灾措施和防灾、治灾措施。

在进行城镇规划和建筑工程选址时，要进行充分的地质勘查，查明工程地质条件，弄清膨胀土的分布范围、发育厚度、埋藏深度以及膨胀土的物理力学性质；在此基础上合理规划建筑布局，使容易受害的建筑工程尽可能避开膨胀土发育区。在膨胀土分布面积比较大，难以选择非膨胀土工程场地时，尽可能选择地形简单、膨胀土胀缩性相对较弱、厚度较小而且地下水水位变化较小、容易排水，而且没有浅层滑坡和地裂缝的地段进行工程建筑，最大限度地减少膨胀土的危害。

在膨胀土发育区进行工程建筑时，应避免大挖大填，加宽建筑物四周散水，设置圈梁，敷设砂垫。铁路、公路施工避免深长路堑，多填少挖，路堤底部垫砂，路堑设置挡土墙，边坡植草铺砂。水利工程要快速施工，合理堆放弃土；必要时设置抗滑桩、挡土墙；渠道要合理选择渠坡坡角；穿过垅岗时使用涵管、隧洞。工程设施附近要修建排水设施，避免降雨、地表水、城镇废水等大量渗入地下。同时要合理开采地下水，保持地下水位相对稳定，避免地下水位大幅度地频繁升降，防止膨胀土反复胀缩。

对于已受膨胀土破坏的工程设施则视具体情况，采用加固、拆除重建等措施进行治理。

综合上述8种地质灾害的防治措施，基本可分为4个方面，即：削弱灾害活动强度措施；受灾体防护措施；监测预报措施；避灾措施。不同灾害的具体方法不同（表8-1）。

三、地质灾害防治基本原则

地质灾害防治的根本目标是取得最充分的减灾效果。然而要实现这个目的，必须遵照下列原则科学地规划、设计、实施防治工程。

（一）预防为主的原则

地质灾害虽然是一种不可避免和无法准确预测的自然现象。随着人类科学技术水平及社会生产力水平的不断发展，人类对地质灾害的认识水平逐渐提高，因此，在灾害面前拥有了越来越大的自主能力。这主要表现在两个方面：第一，在一定程度上可以减少灾害发生机会，削弱灾害活动强度；特别是对于那些主要因人为活动控制的地质灾害，可以通过调整人类活动基本扼制灾害的发展，防止或减少灾害的破坏损失。例如，可以通过人工改变斜坡形态、负荷，减少地表水入渗，加固斜坡等方法增强斜坡稳定程度，减少发生崩塌、滑坡发生的可能；可以通过限制地下水开采量，调整地下水开采层等方法，控制地下水水位，预防和限制地面沉降、海水入侵的发生与发展。第二，有效地进行灾害预测预报，及时避灾。在地面塌陷、地裂缝和膨胀土发育地区，尽可能使工程设施避开高危险区。对于崩塌、滑坡、泥石流等突发性灾害可进行综合监测，根据灾害发生的危险程度，及时疏散人口、财产，减少灾害损失。实践证明，适时采取预防措施是防止灾害破坏，减少灾害损失的最有效途径。

（二）防灾减灾的相对性、持续性原则

尽管人类对地质灾害的防治手段越来越丰富，防治技术越来越高超，但要想制止地质灾害的发生，或者是完全预测预报地质灾害，彻底防治地质灾害是不可能的；无论是现在，还是将来，对地质灾害的防治效果永远也不会达到百分之百。因此，任何时候人类所进行的防治工作都是相对的。基于这种现实，地质灾害的防治是一项长期的、艰巨的任务。为了促进社会经济的健康发展，地质灾害防治要长期持续地进行下去，在不同社会经济发展阶段，力求取得与之相应的减灾效果。

表8-1地质灾害主要防治措施

（三）全面规划与重点防治相结合的原则

地质灾害防治除了具有长期性特点外，还具有广泛性特点。因此，要取得充分的减灾效果，首先要做好防治规划，根据不同地区地质灾害发育情况和不同时期社会经济发展需要，提出地质灾害防治目标、防治对策与措施，从总体上指导地质灾害防治工作。

由于我国是一个发展中国家，目前科学技术水平和社会财力还都不高，因此，不可能对所有地质灾害进行全方位的彻底防治。在这种情况下，只能在全国和地区灾害防治规划指导下，一方面加强区域环境保护与治理，改善地质自然环境，削除或削弱地质灾害活动的背景条件；另一方面选择受地质灾害威胁强烈，破坏损失严重的城镇、交通干线、重要企业等实施重点防治，使有限的资金发挥最大的减灾效果，真正做到“好钢用在刀刃上”。

（四）防治地质灾害与其它社会经济活动相结合的原则

实践证明，地质灾害防治工作常常并不是孤立进行的，它与其它社会经济活动具有不同程度的联系。因此，把防治地质灾害措施与其它环境治理结合起来，并且把地质灾害防治纳入国家和地区社会经济规划，可以取得充分的效果。

首先，从宏观上看，地质灾害防治与土地资源开发、水资源开发、矿产资源开发、植被资源开发以及城镇建设、交通建设等具有直接关系。因此，地质灾害防治应该与这些活动有机地结合起来：一方面在这些活动中积极主动地进行相应地质灾害的防治工作；另一方面地质灾害的有效防治将促进这些活动的正常进行，二者取得相互促进的效果。另外，地质灾害防治不仅是中央政府的责任，而且是一种广泛的社会行为。因此，随着国家改革开放的深入和市场经济的发展，地方政府、企业以及个人在发展经济活动中，为了免受灾害损失，取得效益和利润，就应该将所涉及的地质灾害防治工作纳入经济活动之中，在市场经济利益驱使下开展防治工作。

（五）防治工程最优化原则

地质灾害防治工程一般需要比较巨大的投入。它所防治的对象是复杂的自然现象，所以地质灾害防治工程既是复杂的技术工作，又是复杂的经济工作。无论是哪个部门实施哪种防治工程都需要本着最优化原则审慎对待。最优化原则的核心就是实现科学性、可操作性与最小风险、最大效益的有机结合。

1.科学性

其科学性主要体现在：防治工程类型选择要有充分依据，符合地质灾害的减灾特点或受灾体的防护需要；防治工程设计要有针对性，符合国家有关标准和规范要求。

2.可操作性

其可操作性主要体现在：在目前技术水平条件下能顺利实施；在人力、物力、财力方面有充分保障；现场环境没有严重障碍。

3.最小风险

地质灾害防治工程是在对灾害评价基础上实施的。由于对灾害破坏损失认识的不彻底性，所以防治工程具有一定的风险。其主要表现在：防治工程不完全符合地质灾害成灾特点和受灾体防护需要；设防标准不完全符合灾害活动概率和成灾规模，因而导致防治工程部分失效、完全失效或者超标准运行；防治工程不符合施工标准，达不到预期功能或达不到使用年限。基于这种性质，在设计、实施防治工程时，要力求将风险程度降到最低程度。

4.最大效益

其主要表现是以尽可能少的人力、物力、财力和时间投入，取得最大、最长效的经济效益和社会效益、环境效益。

㈥ 地质灾害防治效益分析的国内外研究现状

12.1.1 国际研究现状

美国是自然灾害比较严重的国家之一，面临的灾害主要包括洪水、风暴潮、海啸、地震、膨胀土、滑坡、强风、台风、龙卷风等。为减轻这些灾害的损失，开发了很多减灾技术，并通过联邦、州和地方的公共政策付诸实施。保险机构和其他团体的资助，使灾区人们的生产和生活得以维持和恢复。现以美国为例说明地质灾害效益分析研究现状。

美国由联邦应急管理局（FEMA）和保险业牵头，汇编并评估滑坡灾害对经济影响的信息。虽然滑坡和其他自然灾害造成的损失是经常的、广泛的，但并未经常汇总，很难查到。每逢发生滑坡或其他自然灾害之后，不同的机构和组织都可以提出灾情评估，但这些评估差异很大，统计的损失范围不同，而且随着时间不同而有变化。美国国家研究理事会在其1999年提交的《自然灾害的影响：损失评估框架》中得出结论说，目前还没有一个被广泛接受的评估自然灾害，包括滑坡和其他地面滑动灾害损失的框架。由于缺乏这种信息，所以很难制定应对这些灾害的政策，也很难衡量决策的成本-效益以及减灾措施的效果。灾害损失数据库对于帮助政府机构掌握趋势和查明滑坡减灾的进展，是十分必要的。

现介绍Petak和Atkisson根据美国各州的统计数据建立的一套评估方法：针对以上所列9种自然灾害，主要采取5类减灾方法，分别为避灾、区域防护、建筑物加固、建筑物搬迁和场地处理，每一措施都可通过制定或修改公共投资、土地利用、灾害救济、建筑规范等政策予以实施。然而，对任何人、任何地方、任何情况下采取的任何措施都需要有相应的投入，所以必须对每一策略进行减灾效益和费用分析，以评价其综合效果。

具体做法是对每一种灾害选择一组减灾措施，估算可能的减灾效果和费用，即可计算出减灾率（采取措施后减少的损失值与期望损失值之比），其中损失值是指不采取任何减灾措施时估算的损失值。洛杉矶市的经验表明，推行场地平整和土壤分析规范收到了较满意的效果（表12.1）。

表12.1 美国洛杉矶市减灾率估算举例

12.1.2 国内研究现状

我国在一些领域进行的灾害评估，已经在减灾、防灾中发挥了重要作用。例如，我国在一些区域或城市完成的洪水灾害评估、地震灾害评估等，不但为国家经济规划和工程建设提供了重要的依据，而且直接指导了减灾工作。然而，在地质灾害领域，20世纪80年代以前，地质灾害研究主要局限于对灾害分布规律、形成机理、趋势预测等方面的研究，基本依附于水文地质、工程地质和有关的研究工作。20世纪80年代以后，地质灾害风险评估才开始起步，而防治效益评估正是地质灾害风险评估的一部分。经过20多年的发展，我国地质灾害防治效益评估工作在理论和实践方面都取得了一定的成果，但还存在以下几方面问题：

1）没有形成一套完善的效益评估指标体系。

2）由于我国各地区地质灾害特征不同，经济发达程度存在差异，造成经济效益统计标准不同，很难统一。

3）对已经完成的治理工程没有很好地进行总结分析，很难对今后的规划和防治工作起指导作用。

由此，应该说我国地质灾害防治效益评估工作还处于探索阶段。

㈦ 地质灾害防治工程中监测新技术的开发应用与展望

季伟峰

（中国地质科学院探矿工艺研究所，四川成都，610081）

【摘要】地质灾害防治工程中对地质灾害体的监测十分必要。本文简要介绍了我国当前地质灾害监测的主要方法及新技术在工程实践中的应用，指出了地质灾害监测工程实践中存在的主要问题，展望了我国在本领域技术发展的趋势。

【关键词】地质灾害监测技术应用展望

自然地质环境和人为活动是引发地质灾害的两大主要原因。在最近的20多年时间里，随着我国人口的增加，经济建设的快速发展，特别是基础设施建设规模的扩大，建设与用地的矛盾十分突出。植被的破坏严重，使山体滑坡、泥石流、地面沉降等地质灾害在全国许多地区频繁发生，严重阻碍了灾害发生地的经济建设和社会发展。

1我国主要的地质灾害形式及危害

1.1地质灾害及常见形式

地质灾害是指由自然地质作用和人为活动作用形成的，对人类生存和工程建设可能构成危害的各种特有的自然环境灾害的总称。

常见的地质灾害形式主要有6种，它们是崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝和地面沉降，简称为崩、滑、流、塌、裂、沉。

1.2三峡库区的主要地质灾害

三峡水利工程建成后将产生巨大的经济效益和社会效益。但它的建设对库区的自然环境也带来一定的直接或潜在影响。三峡工程的一期蓄水、二期蓄水和新城镇的建设已经给库区带来了不少地质灾害问题。在淹没区的新城镇建设中，由于在选址时考虑地质环境因素不够，使有些新城镇从建设一开始就与地质灾害结下了“不解之缘”。主要表现形式为人为高切坡和深基坑诱发的滑坡和崩塌。湖北的巴东、秭归，重庆的巫山、奉节、云阳、万县等地在新城镇的建设中都引发了大量的地质灾害，如何趋利避害是摆在我们面前的重大课题。

1.3地质灾害的主要危害

地质灾害的危害是显而易见的。我国幅员辽阔，地质构造复杂，地貌千姿百态，山地和丘陵面积占国土总面积的2/3以上。全国34个省、直辖市、自治区以及特别行政区均存在着不同形式和不同程度的地质灾害，每年都要造成惨重的人员伤亡和财产损失。其中滑坡、泥石流和山洪等突发性地质灾害被定为国际减灾10年的主要灾种，由于这些灾害具有潜在性和突发性，一旦发生，来势凶猛，常造成断道、断航、构筑物损毁、人员伤亡和财产损失。在我国，每年丧生地质灾害的总人数达800～1000人，经济损失超过100亿元人民币。

1.4地质灾害监测的特点

（1）滑坡等变形体分布通常较为分散，成因机制复杂。开展监测工作前，需有一定前期地质环境勘察、研究工作基础；

（2）地质灾害体大多位于交通、通讯十分不便地区，电源接入也很困难；

（3）目前大多数监测以手动为主，数据汇交速度相对较慢，人工劳务成本较高；

（4）与大坝、桥梁、隧道等固定建筑物、构筑物的安全监测相比，地质灾害监测具有开放的监测边界，条件复杂，自动化监测和遥测等监测手段、监测仪器的选择、固定安装、运行等须注意仪器设备的环境适应性和抗干扰性能，保证正常使用和安全运行。

2地质灾害防治工程中监测的必要性

地质灾害防治工程的监测根据工程所处的不同阶段，可分为施工安全监测、防治效果监测和长期稳定性监测，目前一般简单地统称为监测。在以往的工作实践中经常发现，除经济原因外，在地质灾害的治理过程中存在一定的盲目性。有些地质灾害进行了治理，理由是认为它不稳定。有些没有进行治理，理由是认为它是稳定的。除一些简单粗糙的勘察资料外，几乎没有充分的证据证明一个变形体稳定与否，是否需要进行工程治理。如果对滑坡等变形体进行必要的监测，将会减少这种盲目性，收到事半功倍的效果。

2.1对于已采取工程措施的地质灾害体

对于已采取工程措施的地质灾害防治工程，在治理过程中，根据监测结果进行效果评价，指导施工，及时对设计进行修改；防治工程竣工后，随着周围环境条件的变化，约束条件也会发生变化。如锚索的腐蚀和松弛、地下水位变化、临空面加大、工程质量不高、巨大外力（如地震和大爆破）等，都有可能使一些已经治理过、暂时处于相对稳定的滑坡变形体重新失稳，如不进行持久的监测，它们具有更大的欺骗性和危险性，并非就可以高枕无忧，仍需通过必要的监测来评判它的治理效果和长期稳定性。

2.2对于未采取工程措施的地质灾害体

对于一些未经治理、而又具有潜在危害的地质灾害体，监测也是十分必要的。一些暂时没有资金进行工程整治但又对人民生命财产构成较大潜在威胁的大型滑坡变形体，以投资较小的监测工作来弥补是有效的方法和途径。通过有效的监测既可对其稳定性进行评价，监测结果又可为是否治理和如何治理提供设计依据。用监测的手段对滑坡等变形体进行有效的监控，是一项投资少、见效快的方法，目前已逐步被一些政府官员和业主所接受并推崇。他们也意识到用工程手段进行整治后应该用监测数据来验证，否则是盲目的。但目前仍有相当多的管理和设计部门只注重被动的治理和亡羊补牢，而不注重防患于未然。

3当前地质灾害监测的主要方法

以往作为监测工作的对象，主要是对一些重要的构筑物和大型建设工程的变形、位移、沉降等进行监测，如水利水电大坝、大型桥梁、重要厂房、大型地下隐蔽工程、矿山边坡和尾矿坝等。对复杂的地质灾害体进行监测，则是近些年才逐渐开始应用的，当前采用的主要监测方法有以下几种。

3.1地面绝对位移监测

绝对位移监测是最基本的常规监测方法，测量崩滑体测点的三维坐标，从而得出测点的三维变形位移量、位移方位与变形位移速率。主要使用经纬仪、水准仪、红外测距仪、激光准直仪、全站仪和GPS等，应用大地测量法来测得变形体上某点的三维坐标。

3.2地面相对位移监测

地面相对位移监测是量测崩滑体重点变形部位点与点之间相对位移变化（张开、闭合、下沉、抬升、错动等）的一种常用的变形监测方法。主要用于对裂缝、崩滑带、采空区顶底板等部位的监测、沉降观测等，是位移监测的重要内容之一。目前常用的监测仪器有振弦位移计、电阻式位移计、裂缝计、变位计、收敛计等。

3.3钻孔深部位移监测

对于滑坡等变形地质体来讲，不仅要监测其地表位移，也要监测其深部位移，这样才能对整体的位移进行判断监测。方法是先在滑坡等变形体上钻孔并穿过滑带以下至稳定段，定向下入专用测斜管，管孔间环状间隙用水泥砂浆（适于岩体钻孔）或砂、土石（适于松散堆积体钻孔）回填固结测斜管；下入钻孔倾斜仪，以孔底为零位移点，向上按一定间隔（一般为0.5m或1m）测量钻孔内各深度点相对于孔底的位移量。常用的监测仪器有钻孔倾斜仪、钻孔多点位移计等。

3.4应力监测

对于滑坡等变形体不仅要监测其位移的变化，还需要监测其内部应力的变化。因为在地质体变形（或称运动）的过程中必定伴随着变形体内部应力变化和调整，所以监测应力的变化是十分必要的。常用的仪器有锚杆应力计、锚索应力计、振弦式土压力计等。

3.5水环境监测

对于崩滑体来讲，除了自然地质条件和人为扰动外，水是对滑坡的稳定状态起直接作用的最主要因素，所以对水环境（含过程降雨及降雨强度、地表水的流量、地下水位、渗流量、渗流压、孔隙水压力、地下水温度等）进行监测十分重要。常用的监测仪器有量水堰、遥测雨量计、测钟、电测水位计、遥测水位计、渗压计、渗流计、电测温度计等。

3.6地震监测

地震监测适用于所有的崩滑监测。地震力是作用于崩滑体的特殊荷载之一，因此对崩滑体的稳定性起着重要作用。当地质灾害位于地震高发区时，应经常及时收集附近地震台站资料；必要且条件许可时，可采用地震仪等监测区内及外围发生的地震强度、发震时间等。分析震中位置、震源深度、地震烈度、评价地震作用对区内的崩滑体稳定性的影响。

3.7 人类相关活动监测

人类活动如掘洞采矿、削坡取土、爆破采石、加载及水利设施的运营等，往往造成人工型地质灾害或诱发产生地质灾害，在出现上述情况时，应予以监测并停止某项活动。对人类活动监测，应监测对崩滑体有影响的项目，监测其范围、强度、速度等。

3.8宏观地质调查监测

采用常规地质调查法，定期对崩滑体出现的宏观变形痕迹（如裂缝发生及发展、地面沉降、塌陷、坍塌、膨胀、隆起、建筑物变形等）和与变形有关的异常现象（如地声、地下水异常等）进行调查记录。该法具有直观性强、适应性强、可信程度高的特点，为崩滑监测的主要手段，也是群测群防的主要内容。适用于所有崩滑体，具有准确的预报功能。

4监测新技术的研究与工程实践

4.1国外监测新技术的研究与应用

发达国家在岩土工程及地质灾害监测领域不但有传统的监测方法和仪器，近年来已将高新技术应用于地质灾害预测、预警工程。美国的PDI公司、Geokon公司、意大利Sisgeo公司、瑞士Leica公司、瑞典Geotech公司、德国Zeiss公司、日本尼康公司等在监测方法的创新和新技术的应用方面都处于领先地位。红外技术、激光技术、微波技术、光纤技术、格区式光栅技术、机电一体化、自动化技术、卫星通讯技术、计算机及人工智能等高新技术在监测技术方法和仪器的开发研究中得到了广泛的应用。可以这样讲，作为岩土工程监测一个分支的地质灾害监测及监测仪器，已经不是传统意义上的大地测量仪器，而是实现了传统方法和仪器与现代高新技术的完美结合，把监测仪器的技术水平推到了一个崭新的阶段，并正在向更高层次发展。国外具有代表性的产品有 Leica公司的TCR1800全站仪、TCR2003测量机器人、Geomos系统、DNA电子水准仪、GPS,Zeiss公司的DiNi12系列电子水准仪、North America公司的钻孔多点位移计、Sicon公司的岩土工程监测系列仪器等。

4.2国内监测新技术的研究与应用

国内水电系统和国土资源部都开展了这方面的研究，如水利科学院、中科院有关院所、国土资源部技术方法研究所等。我所伴随着三峡工程的建设，在国土资源部的大力资助下，也开发了多种岩土工程及地质灾害防治监测仪器，如钻孔倾斜仪系列、应力测量系列、地面位移测量系列等监测仪器、多参数遥测系统等，还承担了科技部“崩滑地质灾害自动化监测系统”项目的研究，为测量仪器国产化做了大量的工作，产品在三峡库区和国家的重大工程中得到了较好的应用。我所近几年研究的成果并形成的产品主要有以下8项：

（1）DMY型激光隧道断面张敛测量系统；

（2）BYT型光纤崩滑体推力监测系统；

（3）DZQX新型多功能钻孔倾斜仪；

（4）崩塌无线自动化监测预报系统；

（5）PSD型微位移变形测量系统；

（6）MS型锚索（锚杆）测力系统；

（7）DHS型地层含水率仪；

（8）岩心定向与取心技术研究。

4.3工程监测实践

在研究开发的同时，我所用自己研究的成果积极参与国家重大基本建设工程的监测工作和三峡库区地质灾害防治的工程监测，取得了较好的经济效益和社会效益。最近几年承担的重大监测工程有：

（1）宝成复线清江大断面双线长隧道变形量测；

（2）成昆铁路电气化改造西昌南马鞍堡隧道变形量测；

（3）北京地铁复八线变形量测；

（4）上海地铁一号线人民广场站变形量测；

（5）青岛地铁试验段变形量测；

（6）成（都）—南（充）高速公路高陡边坡变形及量测；

（7）内（江）—宜（宾）高速公路高边坡变形量测；

（8）丹（东）—沈（阳）高速公路丹本（溪）段全线隧道验收工程；

（9）318国道二郎山—康定段 K2794+860～980滑坡的地面位移、深部位移及应力监测；

（10）奉节县、云阳县地质灾害监测工程。

5监测技术发展展望

（1）地质灾害的发生将更加频繁，危害程度更大，监测工作将受到更多的重视，监测成果应用将产生更大的社会效益。

（2）在我们的上级主管部门——中国地质调查局的支持下，我们的监测仪器研究及运行系统软件开发将会得到更多资助，并使我们的监测手段更加完备，登上一个新的台阶，具有更强的市场竞争能力。

（3）自动化监测和遥测是地质灾害监测的发展方向，但目前实施还有很多困难。

（4）地质灾害具有一定区域性，是一项公益性的事业，更需要政府的引导和支持。

6结语

通过几年的监测工程实践，目睹了不少由于忽视地质灾害的工程安全监测和失效工程而导致生命和财产的损失，也看到不少通过监测成功预报灾害而避免灾害发生的实例。在实行工程质量终生追究制的今天，对地质灾害及相关岩土工程的安全进行长期监测显得尤为重要和迫切。

监测工程是地质灾害防治工程体系的重要组成部分，不能重治轻防，应做到治理、防范、监测并重，有时甚至重于工程治理手段。

在一定时期内对滑坡变形体实施监测工程，可以节省大量的投资。

地质灾害防治工程应建立在科学监测的基础上，以监测指导设计、施工、工程效果评价，以科学的态度面对它，应从过去的凭经验和粗糙的勘察上升到定量阶段，只有这样，才能对滑坡变形体进行深入的认识和科学评价。

监测工作不是可有可无的，它是工程诊断的需要，是从事地质灾害研究和预测必不可少的一项工作。

防范重于救灾，监测胜于治理。

参考文献

[1]殷跃平等.地质工程设计支持系统与链子崖锚固设计.北京：地质出版社，1995

[2]黄润秋主编.高边坡稳定性的系统工程地质研究.成都：成都科技大学出版社，1991

[3]乔建平主编.滑坡减灾理论与实践.北京：科学出版社，1997

[4]唐邦兴主编.山洪泥石流滑坡灾害及防治.北京：科学出版社，1994

[5]国家技术监督局，建设部.工程测量规范.北京：中国计划出版社，2003

[6]国家技术监督局，建设部.工程岩体试验方法标准.北京：中国计划出版社，2001

[7]王永年，殷世华主编.岩土工程安全监测手册.北京：中国水利电力出版社，1999

[8]季伟峰主编.工程地质与地质工程.北京：地质出版社，1999.

㈧ 实时监测技术在地质灾害防治中的应用——以巫山县地质灾害实时监测预警示范站为例

高幼龙¹张俊义¹薛星桥¹谢晓阳²

(¹中国地质调查局水文地质工程地质技术方法研究所，河北保定，071051;²西北化工研究院，陕西临潼，710600）

【摘要】本文在地调项目工作实践的基础上，系统地总结了地质灾害实时监测的含义、特点和系统构成。详细介绍了巫山县地质灾害实时监测预警示范站的构建，针对实际运行状况，评价了实时监测技术的可行性和可靠性。

【关键词】地质灾害实时监测远程传输示范站

1 引言

随着现代科学技术的发展和边缘学科的相互渗透，自动控制、网络传输等越来越多的技术被不断应用于地质灾害的监测当中，极大地提高了监测的自动化水平，在一定程度上缓解了生产力匮乏和地质灾害急剧增加之间的矛盾。国际上，美国、日本、意大利等发达国家在一定的区域范围内建立了基于降水量、渗透压、斜坡变形等参数的地质灾害实时监测系统，借助国际互联网实现了监测数据的集中处理与实时发布。与之相比，我国地质灾害监测的实时化、网络化水平依然较低，监测信息为公众服务的功能未能得到明显体现，预警的信息渠道不畅，对重大临灾的地质灾害缺乏快速反应能力。因此，在我国进行地质灾害实时监测预警研究，对重大灾害体实施实时化监测预警，具有十分现实的意义。

笔者在参加地质调查计划项目《地质灾害预警关键技术方法研究与示范》的过程中，对实时监测技术进行了较为深入的研究，并在我国重庆市巫山县新城区建立了地质灾害实时监测预警示范站，经过1.5个水文年的示范运行，验证了实时监测的可行性和可靠性。在对示范成果初步总结的基础上形成此文，以期实时监测技术得以快速成熟及推广应用，为我国地质灾害防治事业作出贡献。

2实时监测的含义和特点

实时监测（Real-Time Monitor,RTM）指通过各种监测、采集、传输、发布技术，让目标层人员在第一时间内了解、掌握有关灾害体的变形动态和发展趋势，进而作出决策的多种技术的集合。其最主要的特点为实时性，即远程的目标层人员可在第一时间获取灾害体的全部变形信息，而获取的过程是自动的，无需技术人员值守干预。显而易见，实时的特性可以最大限度地解放劳动力，降低监测人员风险和运营成本。

同传统监测技术相比，实时监测的数据采集方式是连续的、跟踪式的，数据的采集周期很短，通常在数小时之内，甚至更短。这对于跟踪灾害体变形过程，进行反演分析具有十分重要的意义。其庞大的数据量通常也会对配套的软硬件系统提出更高的要求。

不难理解，实时监测也是自动化监测。所使用的监测仪器均需自动化作业方可实现无人值守。监测仪器自动化分为两种，一种是监测仪器本身具备定时采样和存储功能，另一种是通过第三方的自动采集仪控制采样。不管使用何种方式或基于何种原理，其数据采集是能够自动或触发实现的。

监测数据远程传输是实时监测的另一主要特点。通常情况下，监测控制中心设立在远离灾体、经济相对发达的城镇区，需要借助公众通信网络或其他介质将各种类型的监测数据“搬运”过来，进行相应的转换计算，生成目标层人员所需要的成果。这个“搬运”过程即监测数据的远程传输。传输分为两种方式，一种是有线传输方式，如架设通信线缆或光缆，在电话线两端加载 Modem等；另一种是无线传输方式，如借助 GSM/GPRS或 CDMA网络、UHF数传电台或通信卫星等。

由于实时监测是数据自动采集、传输、发布等多个技术的集合，其中的任何一个环节失败均可导致系统无法正常工作，因此，实时监测是存在风险性的。其风险构成除电力（如断电停电）等保障体系统风险和监测仪器（如传感器、采集仪故障）、传输系统（如占线、网络资源不足、数据安全）、发布系统（如网路阻塞、病毒入侵、系统崩溃）等技术风险外，还包括人为抗力风险，如监测仪器设施的人为破坏、网络系统的恶意攻击等。对于风险的营救除最大程度地降低保障体系风险和技术风险外，需要通过立法、宣传等有效措施降低人为抗力风险，并设技术人员对监测系统进行即时维护，保障系统正常运行。

3实时监测系统构成

实时监测系统由监测仪器设施、数据采集系统、数据传输系统和网络发布系统四个子系统构成。各子系统均可独立运行，以单链的方式协同工作。其工作原理如图1所示。

图1实时监测系统工作原理示意图

3.1监测仪器设施

监测仪器及设施是获取灾害体变形参数最前端、最主要的组成部分，固定安装于灾害体表层或深部，并能够表征灾害体对应部位的变形、变化。监测仪器的类型取决于所采用的监测方法。在地质灾害监测中，常用的监测方法包括灾害体地表及深部位移、应力、地下水动态、地温、降水量等（表1）。监测仪器的精度、数量及布设位置是在地质灾害勘查及综合分析的基础上，从控制灾害体主体变形的需要设计确定的。监测仪器通常和相应的监测设施，如监测标（墩）、保护装置等相互配合，完成灾害体相关参数的获取。

3.2数据采集系统

顾名思义，数据采集系统用于收集、储存各类监测数据，是通过单片机或工业控制技术实现的。目前，多数监测仪器均有配套的数据采集及存储装置，可按设定的数据采集间隔定时自动化工作，并对原始数据进行转换计算。数据采集装置通常具有 RS-232或其他标准通信接口，可以方便地将数据下载至 PC中作进一步分析处理。对于不具备配套数据采集装置或仅具备便携式读数装置的监测仪器，则可以通过第三方的数据采集仪实现自动采集工作，通用型的数据采集仪可方便地将频率、电压等模拟信号转换为数字信号加以存储和处理，并具备标准通信接口和PC交换数据。由于数据采集仪多置于监测仪器附近，二者间通常使用线缆相连接。

表1常用监测技术方法简表

3.3数据传输系统

数据传输系统用于完成数据采集仪—控制中心—用户间的数据传递。实际上，控制中心—用户间通常是利用国际互联网、通过发布系统实现的，所以狭义上的数据传输指数据采集仪—控制中心之间（即灾害体现场至控制中心）的数据传递。

按照灾害体和控制中心空间距离的长短，可将数据传输分为近距离数据传输（一般低于2km）和远程数据传输两种类型。前者由于传输距离较短，一般采用线缆连接，后者则采用远程数据传输装置。

按传输介质，远程数据传输分为有线传输和无线传输两种方式。目前常用的有线传输方式有电话线连接（即在电话线两端加载 Modem对数据进行调制、解调）、光缆连接等，无线传输方式有数传电台（用于中远距离）、GSM/GPRS或 CDMA移动通信网络、通信卫星等（图2）。

图2常用的数据传输方法

3.4信息发布系统

信息发布系统通过国际互联网，以 Web主页的方式向目标层人员（即用户）提供各类监测信息。监测信息包括灾害体地质条件、发育特征、监测网布置方式、多元监测数据、监测数据随时间推移曲线变化情况、监测信息公告及图片、视频等。

信息发布系统由底层数据库和发布主页两部分构成。前者用于管理各类基础信息及监测数据，为后者提供数据源，后者为用户提供信息访问平台。二者之间通常采用B/S等架构交换数据。

信息发布系统一旦建立完成后，一些信息内容，如灾害体地质条件、发育特征、监测网布置方式等说明性的文字便相对固定下来，在短时间内不会做大的改动，这些信息通常称为静态信息。而随着时间推移，监测数据及其曲线等信息不断产生，且呈现动态变化并需在主页上自动更新、显示，这些信息称为动态信息。要实现监测数据的实时发布，需建立动态主页来显示动态数据。

由于监测数据是由底层数据库管理的，故只要即时将监测数据自动写入数据库中，为动态主页提供随时更新的数据源，便可实现自动显示，即实时发布。而这一点是易于做到的。

4巫山县地质灾害实时监测示范站简介

重庆市巫山县新城区是我国地质灾害危害最为严重的地区之一，全县约1/3的可用建设用地受到不同程度地质灾害的威胁。通过论证对比，在城区27个较大滑坡（崩塌）中，选择了近期变形相对较为明显、危害较为严重的向家沟滑坡和玉皇阁崩滑体建立实时监测预警系统进行应用示范。选用GPS监测地表位移、固定式钻孔倾斜仪和TDR技术监测深部位移、孔隙水压力监测仪监测滑体孔隙水压力及饱水时的水位、水温，同时通过安装仪器的附加功能或定期搜集的方法兼顾了地温、降水量及库水位等监测。截至目前，共建立GPS监测标22处（含基准标）、固定式钻孔倾斜仪和TDR监测点（孔）各3处、孔隙水压力监测3孔7测点。多种监测仪器在同一地理位置同组安装，这样不仅便于不同监测方法之间资料的相互印证对比，还可以仅使用一台采集仪及传输装置采集、传输多种监测数据，降低监测系统建设成本；另外，同组安装便于修建监测机房（现场站）保护监测仪器设施。以上监测方法除GPS因建设成本、人为抗力风险等原因采用定期观测外，其余监测方法均采用实时化监测。

4.1示范站数据采集系统

固定式钻孔倾斜仪、TDR、孔隙水压力监测仪三种监测仪器均具备配套的数据采集装置，其中TDR监测技术使用工业控制机作为数据采集装置，恰好可以作为另两种监测仪器的上位机，通过多串口扩展，将固定式钻孔倾斜仪和孔隙水压力监测仪连接至工控机，定时下载、存储数据，并在预定时间统一传输至控制中心，同时在工控机上存放数据备份，防止数据丢失。示范站数据采集系统结构图如图3所示。

图3示范站数据采集系统结构图

4.2GPRS远程无线传输系统

示范站控制中心设在巫山县国土资源局，距向家沟滑坡直线距离2.74km，距玉皇阁崩滑体约0.6km，其间采用GPRS网络进行数据的远程无线传输。

GPRS(General Packet Radio Service，通用分组无线业务）是中国移动通信在GSM网络上发展起来的2.5G数据承载业务，具有传输速度快、永远在线、按量计费等优点。GPRS使用TCP/IP协议，因此可方便地将数据写入指定（具固定IP地址）的服务器中。

GPRS数据传输硬件为商用型GPRS-MODEM，控制软件自主编写，用于控制数据传输时间、目标地址及传输过程的错误处理，由服务器端和客户端两部分构成。服务器端用于设置网络配置、数据库连接方式及数据文件、日志文件和配置文件的存放路径。客户端安装于现场站数据采集仪（工控机）上，控制网络连接、上传时间、数据编码、数据备份及传输错误处理。客户端软件和所有的数据采集软件设置为不间断工作状态，在按控制参数工作的同时，接受控制中心的配置指令即时对控制参数进行调整。

4.3示范站信息发布系统

示范站信息发布系统硬件由1台小型服务器和2台 PC终端的100M局域网构成。通过2M带宽的ADSL接入Internet。底层数据库和WEB主页同时安装于服务器上。服务器操作系统为Mi-croSoft Windows Server 2000，数据库系统采用 MicroSoft SQL Server 2000。WEB主页用 ASP.NET和Visual C﹟编写，和数据库之间采用B/S架构。在病毒防护和网络安全方面，采用商业软件瑞星RAV 2004和天网防火墙系统。

（1）数据库系统

数据库系统是信息发布系统的基础，按管理内容分为基础信息管理、数据管理、辅助信息管理三部分。基础信息管理的内容包括监测站（包括中心站和现场站）、监测钻孔、监测点、发布信息、发布图片等；数据管理内容包括固定式钻孔倾斜仪、GPS、TDR监测系统、BOTDR监测系统、孔隙水压力监测仪、环境温度、降水量、库水位等；辅助信息管理内容包括分级用户、下载信息、访问统计次数等，数据库系统构成如图4所示。

（2）数据伺服处理程序

数据伺服处理程序用于转换、计算现场站传来的数据，并即时将处理后的结果写入数据库中。处理程序采用Visual BASIC语言编写，通过计时器控制的定时功能触发写库过程，并在完成写库过程后删除原数据以防止重写。不难看出，数据伺服程序是传输系统和发布系统之间的连接，它使两个彼此独立的系统有机地结合起来。

（3）示范站信息发布主页

信息发布主页为远程用户提供所需的全部信息，包括示范站的概况、实时的监测曲线、最新的监测数据等。从发布信息内容、访问方式及管理维护的角度出发，主页设计成导航区、发布区、管理区和下载区，为远程用户、管理员提供交互。

图4示范站数据库系统构成框图

导航区为远程用户提供必要的导航信息，包括公告信息、图片及相关的专业网站链接，展示示范站建设工作的进展、取得的阶段性成果及有关的预警内容。

发布区用于提供示范站概况、实时监测曲线及数据查询。

示范站概况包括示范区自然地理条件、地质条件、示范站工作的整体部署，监测仪器设施（GPS、固定式钻孔倾斜仪、TDR、BOTDR、孔隙水压力监测仪等）的性能指标，监测现场站（含中心站）、监测钻孔、监测点的基础信息等内容。

实时监测用于显示各种监测曲线，是发布主页最核心的内容。从访问方便的角度出发，实时监测采取了“选择灾体—选择监测剖面—选择监测点—选择监测时段—显示监测曲线”逐级打开、层层剥落的展示方式，并全部做成图形方式链接，以增强访问的直观性。监测曲线的坐标设计成自适应型，图形的大小在系统的配置文件中设置，并标明数据的最新更新时间。曲线是以图片的形式显示的，用户可以方便地将其下载到自己的PC中保存。

从安全考虑，数据查询进行了加密，用户需用授权的用户名和密码登录后方可查看。查询采取了“选择监测方法—选择监测点—选择监测起始时间—显示数据表”组合式筛选的方式。输入界定参数并提交后系统从底层数据库中找到所有符合条件的记录，按日期排序后列表显示。用户可以全部或部分选取查询结果，粘贴至个人PC作为WORD文档保存。

管理区专为系统管理员设计，用于管理员远程管理文本、图片、数据等信息，进行信息的添加、修改、删除、上传下载等操作。分为信息管理、图片管理、数据管理、下载管理4个相互独立的模块，具有模糊查找等高级功能。

下载区为授权用户提供工作图片、视频、监测报告、软件等较大文件的下载功能，补充主页在文件交换方面的不足。

主页面布局如图5所示。欲了解发布系统的更多内容，请登录Http://www.wss.org.cn。

5示范站实时监测系统运行评价

由于本文着重论述实时监测技术的可行性和可靠性，因此不对监测成果和滑坡稳定性动态做更多分析。从以上论述明显可以看出，在地质灾害监测中，构建实时监测系统从技术上是可行性的。本节主要针对巫山县实时监测预警示范站运行过程中出现的各种问题，从故障统计、故障原因分析等方面，对示范站采集系统、传输系统、发布系统的可靠性进行简单评价，并提出意向性的改善建议。

图5示范站信息发布主页面

根据巫山县地质灾害监测预警示范站建设工作日志，监测系统故障主要发生在传输子系统，故障表现形式为数据不传输或不正确传输，主要原因为GPRS网络信号不稳定造成传输随机中断所致；其次，拨号连接失败后的重复尝试连接导致服务器80端口长期无效重复占用，当超过服务器最大连接数后导致网络无法正确访问；再次，监测地区不规律的停电常常使保障体系失效，从而丢失数据。此外，示范站服务器系统遭受过病毒破坏和恶意攻击，两次造成网络系统崩溃。可见，实时监测系统在基础通信条件和保障体系完备的条件下，是能够稳定可靠运行的。在建设过程中通过安装长时后备电源系统、功能完善的病毒防火墙和网络防火墙，可有效降低保障体系风险，进一步提高系统运行的稳定性。

6结语

巫山县地质灾害实时监测预警示范站自2003年陆续建设运行以来，在技术人员的维护下，系统运行正常，取得了数十万个监测数据，发布公告信息及图片近百条（幅），编写监测分析简报数期，实现了监测信息远程实时访问，取得了良好的示范效果。实践证明，将实时监测技术应用于地质灾害防治中是完全可行的，也是比较可靠的。可以预见，实时监测技术将是地质灾害监测的必然发展趋势。

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