地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)王恭先中鐵西北科學(xué)研究院有限公司2008年12月主要內(nèi)容一、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)的目的和意義二、監(jiān)測(cè)的內(nèi)容和方法三、滑坡預(yù)報(bào)的理論和方法四、實(shí)例一、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)的目的和意義

1.災(zāi)害勘察的手段之一，幫助判定變形性質(zhì)和范圍，為防治提供定量資料；

2.研究坡體位移與各種作用因素（降雨、沖刷、切割、震動(dòng)等）的關(guān)系，為防治設(shè)計(jì)提供依據(jù)；

3.防治工程施工期間作安全監(jiān)測(cè)，保證施工安全；

4.施工完成后，驗(yàn)證評(píng)價(jià)防治效果；

5.對(duì)不宜治理或十分危險(xiǎn)的滑坡等，監(jiān)控其動(dòng)態(tài)，及時(shí)預(yù)報(bào)報(bào)警，以使疏散人員，中止交通，防止造成災(zāi)害。其中包括劇滑發(fā)生時(shí)間和危害范圍預(yù)報(bào)。

山西長(zhǎng)晉高速公路K29高邊坡變形防治山西長(zhǎng)晉高速公路K31滑坡山西長(zhǎng)晉高速公路K31邊坡防治工程南昆鐵路八渡滑坡監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)、施工監(jiān)測(cè)及效果評(píng)價(jià)重慶萬梁高速公路張家坪滑坡張家坪滑坡斷面圖監(jiān)測(cè)深層未動(dòng)，只按中、淺層治理，節(jié)約大量投資

二、監(jiān)測(cè)的內(nèi)容和方法（一）監(jiān)測(cè)內(nèi)容序號(hào)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目監(jiān)測(cè)內(nèi)容1裂縫監(jiān)測(cè)地表裂縫和建筑物裂縫的寬度、長(zhǎng)度及發(fā)展速度2位移監(jiān)測(cè)地表位移和地下位移矢量和速率3滑動(dòng)面監(jiān)測(cè)滑面位置、層數(shù)、變形速率4地表水監(jiān)測(cè)自然溝水量，河、湖、水庫(kù)水位、濕地變化5地下水監(jiān)測(cè)鉆孔、井水位、泉水流量、孔隙水壓力6降雨量監(jiān)測(cè)年、月、日降雨、雪量7應(yīng)力監(jiān)測(cè)滑帶應(yīng)力變化、建筑物受力監(jiān)測(cè)8宏觀變形跡象監(jiān)測(cè)裂縫發(fā)展、地物變形等（二）監(jiān)測(cè)方法1.裂縫監(jiān)測(cè)（1）裂縫兩側(cè)打樁監(jiān)測(cè)（2）自動(dòng)記錄儀監(jiān)測(cè)（3）建筑物裂縫貼水泥砂漿監(jiān)測(cè)簡(jiǎn)易監(jiān)測(cè)樁示意圖自動(dòng)記錄儀監(jiān)測(cè)貼片監(jiān)測(cè)自動(dòng)記錄儀監(jiān)測(cè)2.地面位移監(jiān)測(cè)（1）地面傾斜監(jiān)測(cè)水準(zhǔn)管傾斜儀（2）地面位移監(jiān)測(cè)地面位移監(jiān)測(cè)樁網(wǎng)、全站儀、水平儀監(jiān)測(cè)控制滑坡主軸斷面。觀測(cè)網(wǎng)形式地面位移監(jiān)測(cè)的作用：（1）確定滑坡周界；（2）確定變形發(fā)展擴(kuò)大的范圍；（3）確定滑坡各條塊界限；（4）確定滑坡主滑方向；（5）確定變形速度和劇滑時(shí)間——報(bào)警。GPS（全球定位系統(tǒng)）監(jiān)測(cè)

近20年來，利用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，即GPS技術(shù)監(jiān)測(cè)滑坡位移有了很大發(fā)展，國(guó)外監(jiān)測(cè)精度可達(dá)到毫米級(jí)，國(guó)內(nèi)中科院成都山地所在雅安市和國(guó)土資源部在三峽庫(kù)區(qū)一些滑坡上開始應(yīng)用。GPS技術(shù)具有覆蓋面廣、全天候、速度快、可連續(xù)、同步、全自動(dòng)監(jiān)測(cè)的優(yōu)點(diǎn)，在滑坡移動(dòng)速度快、人員不宜進(jìn)入時(shí)也能監(jiān)測(cè)，因此是有發(fā)展前景的一種方法。用衛(wèi)星確定監(jiān)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)，一般要求不少于4顆衛(wèi)星，衛(wèi)星越多，精度越高，費(fèi)用也高。只有多個(gè)滑坡、多點(diǎn)監(jiān)測(cè)時(shí)才比較經(jīng)濟(jì)。

GPS監(jiān)測(cè)的技術(shù)要求：

（1）所設(shè)的覘標(biāo)必須能反映周圍一定地區(qū)特征；（2）應(yīng)避開樹冠、建筑物等影響接收信號(hào)的障礙物；（3）覘標(biāo)應(yīng)設(shè)在相對(duì)穩(wěn)固的地點(diǎn)，如巖石上、房屋上等；（4）在滑坡外穩(wěn)定體上應(yīng)設(shè)基線點(diǎn)，以便與滑體內(nèi)移動(dòng)點(diǎn)監(jiān)測(cè)作對(duì)比；（5）為使監(jiān)測(cè)結(jié)果更可靠，可用不同方法、不同時(shí)、日及不同衛(wèi)星監(jiān)測(cè)，以便相互核對(duì)。3.地下位移和滑動(dòng)面監(jiān)測(cè)滑動(dòng)面監(jiān)測(cè)一直受到人們的重視。（1）塑料管—鋼棒簡(jiǎn)易監(jiān)測(cè)（2）應(yīng)變管監(jiān)測(cè)（3）鉆孔測(cè)斜儀監(jiān)測(cè)———固定式和活動(dòng)式原理：l—兩側(cè)點(diǎn)間距離（m）,

θ—傾斜角度變化值（°）

累積位移:測(cè)斜位移曲線及滑面位置

（4）多點(diǎn)位移計(jì)

美國(guó)新克公司的鉆孔測(cè)斜儀多點(diǎn)位移計(jì)京珠高速公路K108滑坡鉆孔監(jiān)測(cè)資料京珠高速公路K108滑坡監(jiān)測(cè)斷面圖地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)鉆孔和水井中水位變化監(jiān)測(cè)泉、溝、洞中水流量變化監(jiān)測(cè)水溫變化監(jiān)測(cè)水質(zhì)變化試驗(yàn)和分析降雨量監(jiān)測(cè)孔隙水壓力監(jiān)測(cè)在軟土地基和水利工程應(yīng)用較多，在滑坡應(yīng)用尚少。

滑帶巖土聲發(fā)射監(jiān)測(cè)

原理：巖土破壞時(shí)能發(fā)出一種不同于周圍環(huán)境噪聲的音響，從其頻率和振幅的分析中推定巖土的破壞程度，從而評(píng)價(jià)破壞帶（滑動(dòng)帶）的位置、擴(kuò)展范圍和破壞程度。儀器：探頭、信號(hào)調(diào)節(jié)設(shè)備（檢波、濾波、放大等）、記錄和數(shù)據(jù)處理設(shè)備。巖石噪聲頻率范圍50～10000Hz

它是一種有前景的手段，目前還在試用。建筑物受力監(jiān)測(cè)包括：建筑物（樁、墻、框架）所受土壓力和滑坡推力監(jiān)測(cè)——土壓盒建筑物內(nèi)力監(jiān)測(cè)——鋼筋計(jì)建筑物應(yīng)力損失監(jiān)測(cè)——錨索壓力傳感器錨索樁受力監(jiān)測(cè)示意圖TDR技術(shù)探測(cè)滑坡滑動(dòng)面

TDR（TimeDomainReflectometry）稱為時(shí)間域反射測(cè)試技術(shù)，是一種電子測(cè)量技術(shù)。上世紀(jì)20～30年代美國(guó)人用其檢測(cè)通訊電纜的斷通情況，80年代用于工程地質(zhì)勘察和監(jiān)測(cè)，90年代中期用于滑坡等變形監(jiān)測(cè)?；驹怼袄走_(dá)”技術(shù)。把一個(gè)脈沖波發(fā)射入同軸電纜中，脈沖信號(hào)在電纜中傳播，能反映同軸電纜的阻抗特性。當(dāng)電纜發(fā)生扭絞、拉長(zhǎng)、中斷等變形時(shí)，特性阻抗發(fā)生變化，從而產(chǎn)生反射波，對(duì)入射波和反射波進(jìn)行比較，即可判斷同軸電纜的狀態(tài)（斷路、短路及變形等）。若入射波的傳播速度為Vp，入射波與反射波的時(shí)間間隔為Td，則電纜起點(diǎn)至變形處的距離：d=Vp×Td/2，據(jù)此判定電纜發(fā)生變形的位置。

若測(cè)試脈沖信號(hào)為V1，反射信號(hào)為V2

，則反射系數(shù)為：ρ=V2/V1，根據(jù)線性傳播理論有：ρ=(R2-R0)/(R1+R0)，R1

為變形后的電纜阻抗；R0為變形前的電纜阻抗，R1=(1+ρ)R0/(1-ρ)。當(dāng)-1<ρ<+1(ρ≠0)時(shí)，表示電纜發(fā)生變形，發(fā)生反射信號(hào)，據(jù)此測(cè)量反射系數(shù)ρ，即反射信號(hào)的振幅，即可判斷電纜的變形量大小。

使用：鉆孔穿過滑面，埋入同軸電纜，周圍充填密實(shí)。滑坡變形引起電纜阻抗變化，監(jiān)測(cè)并分析處理數(shù)據(jù)，即可判定變形位置，即滑面位置。這一新的監(jiān)測(cè)技術(shù)，國(guó)內(nèi)才開始試用。監(jiān)測(cè)周期：1.變形速度大時(shí)，3～7天一次；2.一般變形，一月一次；3.緩慢變形，3個(gè)月一次；4.施工安全監(jiān)測(cè)，10～15天一次；5.工程效果監(jiān)測(cè)，三個(gè)月一次，連續(xù)1～2年至穩(wěn)定。三、滑坡預(yù)報(bào)的理論和方法1.滑坡預(yù)報(bào)的重要性2.滑坡預(yù)報(bào)的困難性3.滑坡預(yù)報(bào)成功實(shí)例（國(guó)內(nèi)外）4.滑坡預(yù)報(bào)的階段劃分和預(yù)報(bào)參數(shù)5.滑坡預(yù)報(bào)理論和方法滑坡預(yù)報(bào)的階段劃分:長(zhǎng)期預(yù)報(bào)（預(yù)測(cè)）：1～3年中期預(yù)報(bào)：3～12個(gè)月短期預(yù)報(bào)：1～3個(gè)月臨滑預(yù)報(bào)：1～10天滑坡預(yù)報(bào)參數(shù):長(zhǎng)期預(yù)報(bào)、周期預(yù)報(bào)——特大降雨量，模糊數(shù)學(xué)評(píng)判；中、短期預(yù)報(bào)——位移速度、變形量；臨滑預(yù)報(bào)——位移速度和加速度。人們最關(guān)心的是短期預(yù)報(bào)和臨滑預(yù)報(bào)。滑坡預(yù)報(bào)理論和方法1.日本齋藤迪孝方法（1970年）

理論依據(jù)——巖土蠕變?nèi)齻€(gè)階段理論：

減速蠕變——等速蠕變——加速蠕變——破壞

蠕變曲線

巖土性質(zhì)不同，其蠕變曲線也不同?；碌奈灰啤獣r(shí)間曲線與蠕變曲線類同。短期預(yù)報(bào)用等速蠕變資料，臨滑預(yù)報(bào)用加速蠕變資料?；缕茐臅r(shí)間

tr：——滑坡破壞時(shí)間（min），——恒定應(yīng)變速度（10-4/min）簡(jiǎn)化為:

在滑坡加速位移階段，可用圖解法快速求出劇滑時(shí)間。即破壞（劇滑）時(shí)間與滑動(dòng)速率成反比。我國(guó)學(xué)者曾用此法反演過寶雞臥龍寺新滑坡和灑勒山滑坡，結(jié)果較滿意。

灰色系統(tǒng)理論方法理論依據(jù)—將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理，使生成的數(shù)列呈現(xiàn)一定規(guī)律，其相應(yīng)的曲線（折線）可以用典型曲線逼近，以逼近的曲線模型，對(duì)系列進(jìn)行預(yù)測(cè)，指出預(yù)測(cè)值未來的發(fā)展范圍。梅榮生曾用此預(yù)報(bào)了湖北省雞鳴寺滑坡。回歸分析法滑坡接近破壞時(shí)，其位移—時(shí)間曲線接近拋物線形S=at2+bt+c

若將坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為時(shí)間—位移曲線，即：t=as2+bs+c

則可按△t→0,s→∞，用求導(dǎo)方法求出破壞時(shí)間。位移—時(shí)間曲線和時(shí)間—位移曲線滑體變形功率法

理論依據(jù)：滑坡劇滑破壞是滑帶塑性區(qū)的發(fā)育和發(fā)展過程，即滑帶巖土的漸近破壞，滑帶塑性區(qū)逐漸擴(kuò)展、貫通并達(dá)到極限破壞。建立斜坡平面剛塑性模型，假定體積不變，材料不可壓縮。

圖

斜坡平面應(yīng)變剛塑性模型根據(jù)塑性力學(xué)下限定理有：≥

——第i條塊在斜坡破壞時(shí)的體積力；——第i條塊在斜坡變形過程中某時(shí)刻的體積力。根據(jù)塑性力學(xué)理論的上限定理有：≤

K——剪切屈服極限強(qiáng)度?！嫔纤俣乳g斷。根據(jù)虛功原理有：滑體變形過程中所做的功：

變形功滿足漸近破壞準(zhǔn)則，達(dá)到某一峰值時(shí)滑坡整體下滑，因此變形功可作預(yù)報(bào)參數(shù)。優(yōu)點(diǎn)：多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)資料積分處理，最后能預(yù)報(bào)劇滑時(shí)刻。四、實(shí)例——黃茨大滑坡預(yù)報(bào)滑坡位置：甘肅省永靖縣鹽鍋峽鎮(zhèn)黃茨村滑坡體積：600×104m3滑坡性質(zhì)：砂泥巖順層滑坡滑坡監(jiān)測(cè)時(shí)間：1994年7月～1995年1月30日滑坡預(yù)報(bào)時(shí)間：1995年1月27日預(yù)報(bào)1月31～2月7日滑坡劇滑時(shí)間：1995年1月30日2時(shí)30分，相差21小時(shí)30分鐘預(yù)報(bào)方法：變形功率法預(yù)報(bào)結(jié)果：人員疏散，未造成人員傷亡，受到省政府嘉獎(jiǎng)黃茨滑坡

黃茨滑坡工程地質(zhì)及監(jiān)視測(cè)點(diǎn)布置圖黃茨滑坡Ⅰ-Ⅰ地質(zhì)斷面圖

10個(gè)地面監(jiān)測(cè)樁的S-t曲線黃茨滑坡變形功率頻譜曲線回歸分析成果表樁號(hào)C1C2C3C4C5C6C7C8C9C1-11994.12.2901.01//01.0312.3101.1301.0501.0512.3001.011995.01.2502.0102.0302.0101.3101.3001.3001.2602.0402.0902.011995.01.2702.0302.0201.3001.3101.2901.3101.2802.0602.0901.30圖解分析成果表樁號(hào)C1C2C3C4C5C6C7C8C9C1-11994.12.29//01.02/01.2201.0701.1501.0201.1601.231995.01.2501.3101.2301.2902.0301.2601.2701.3002.0502.0302.291995.01.2701.0101.2901.2802.0501.3001.2901.3101.3102.0501.27