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滑坡及滑坡灾害监测预警机制的应用效果

2021-06-01 341 上传者：管理员

摘要：文章通过分析滑坡的形成条件、监测预警方法、预警指标和阈值等，将研究成果运用于古交市杨家坡滑坡实时采集监测数据，使灾害体处于受监控状态，为政府职能部门防灾减灾提供技术支撑。

关键词：
地质灾害
滑坡
滑坡监测布设
监测预警
预警判据
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1、引言

地质灾害对群众生命财产构成严重威胁,其中造成重大人员伤亡和社会影响的70%为大型滑坡。随着科技进步和社会发展，地质灾害专业监测与预警已成为科学主动防范地质灾害、减少地质灾害造成人员伤亡和财产损失的重要手段。当出现地质灾害险情时，采取工程措施对灾害体进行应急处置，是有效化解灾害风险的重要措施。

为了保障灾害体周边群众的生命财产安全，政府职能部门加大投资力度，将物联网技术、自动化监测、云计算、GPS、GIS等融入到地质灾害防治中，通过学科交叉融合，实现技术创新。不少专家学者通过光纤传输解析、算法优化，提高了地质灾害监测数据的传输速率，大大降低了误报率。

2、滑坡

滑坡是指不稳定斜坡上的岩土体在重力的作用下，沿着一定的软弱带或软弱面整体向下滑动的现象。滑坡形成过程中一般是后缘拉裂缝先形成，初期这些裂缝是断断续续的，逐渐连接成完整的弧形缝且展开宽度不断加大，最后可出现下错，并相继出现多级弧形张裂缝，侧翼剪裂缝发育稍迟于后缘弧形张裂缝，并由后缘向前缘延伸，由雁行不连续裂缝向连续裂缝发展。前缘隆胀裂缝发育又迟于侧翼剪裂。如果前缘局部滑出还可出现放射性张裂缝。配套裂缝的形成，预示滑坡即将发生。

2.1 滑坡的形成条件

在自然界中，无论是人工边坡还是天然斜坡都不可能是固定不变的。在人为因素和自然因素的影响下，斜坡体内部稳定性受到破坏，就会发生变化。滑坡灾害体的形成是多方面结合的产物，具体包括地质构造、地形地貌、外部条件、地层岩性等。

2.1.1 斜坡的地形地貌

斜坡的高度、坡度、有效临空面、形态，都会影响斜坡的稳定性。通过观察分析斜坡的地形和地貌，可以了解斜坡的形成历史、成因和发展趋势。

当斜坡坡度从21°开始，滑坡的数量急剧增大，是滑坡发生的突增点，所以21-35°是滑坡发生的最佳坡度。高山峡谷段岸坡、曲流的凹岸、冲沟沟壁、陡崖等处都容易发生滑坡带。顺直坡一般比较稳定，单薄的山嘴有利于崩塌的发生，但是不利于大型滑坡的发育；“凸”形坡比较陡峭，利于大型滑坡的发育；“凹”形坡大多数是古崩塌的残留后壁或老滑坡体后壁，地下水和地表水容易在这个地方汇集，长时间侵蚀斜坡体，可增加老滑坡或碎石土滑坡复活的可能性。

2.1.2 斜坡的地层岩性

滑坡与某些岩性密切相关。容易发生滑坡的岩性包括呈区域性分布的页岩、粘性土、细砂岩、泥岩、软弱岩偶夹硬质岩地层、断线灰岩、富含泥质的岩浆岩、某些变质岩（片岩、板岩、千枚岩）。易滑岩组的易滑特性在很大程度上以大量出现覆盖层滑坡体现，这是由其自身特点决定的。

2.1.3 斜坡的地质构造

地质构造条件是不稳定斜坡地下水分布、类型、运动规律和状态的重要影响因素。各种构造结构面（如层间错动面、节理面、片理面、断层面等）控制了滑坡滑动面的滑坡范围及空间位置，构造破碎带为滑坡的产生提供物料供给。缓坡、直立的坡体软弱结构面（裂隙、层面、节理等）、顺层、陡坡是发生滑坡的重要条件。在自然界中，断层破碎带就是容易发生滑坡的地带之一。当不稳定斜坡的走向和褶皱方向平行，且坡向和地层倾向一致时，就极有可能发生各种不同规模的滑坡。在遭受剧烈挤压的向斜核部地区或背斜轴部，由于节理裂缝发育比较充分，也比较容易孕育滑坡灾害。

2.1.4 外部条件

降雨、地下水、地表水、地震、植被、人类的开挖工程活动等是诱发滑坡的外部因素。连续降雨比短时降雨更容易发生滑坡，降雨的强度越大，越容易发生滑坡。雨水降到地表以后，对斜坡坡体产生增重作用、侵蚀软化作用、水劈作用。

2.2 滑坡监测预警

针对滑坡，根据现场调研，分析滑坡形成、破坏机制，建立滑坡的“综合地质（G）-力学机理（M）-形变（D）”耦合模型，结合各种监测指标的监测曲线，通过信息融合挖掘致灾因子和控制参数，进行监测数据融合挖掘预警参数，比对分析变形特征的现场调查结果及灾害的实际特征，构建滑坡预警模型及变形预警阈值。

2.2.1 预警指标和阈值

滑坡预警模型和预警判据（预警阈值）研究是滑坡预警的关键。近年来，国内外专家、学者致力于滑坡地质灾害的成灾机理、早期识别、成功预警的研究，提出了很多滑坡灾害预测预报的理论模型及方法。可是由于滑坡地质灾害诱发因素多、野外地质条件复杂，不稳定斜坡的变形演化过程存在不确定性、随机性和复杂性，导致这些方法和理论不具有普适性，很多理论模型只能用于特定监测点的滑坡预报。

依据位移—时间关系曲线突变段的出现、“翘尾”现象、变形速率急剧增大等判据，专家学者成功预报了一些滑坡。如我国的卧龙寺滑坡和新滩滑坡等都是用此方法做出的成功预报。

2.2.2 监测预警方法

根据监测点现场踏勘情况，综合考虑地质灾害类型、形成机理、稳定状态和发展趋势及现场条件设计监测方案，根据监测方案布设监测仪器设备。利用监测仪器设备实时采集雨量、裂缝、土壤湿度、加速度等监测数据，结合宏观地质巡查成果（滑坡基本情况、滑坡变形特征、滑坡稳定性评价），宏观分析判断监测点的滑坡体处于哪个变形阶段。

当系统中显示的监测曲线总体上是一条直线，平均斜率基本不变，那么监测的滑坡体处于等速变形阶段；当监测曲线的斜率不断变大，变形曲线变成倾斜度不断变大的曲线，那么监测的滑坡体处于加速变形阶段。在实际的监测分析中，将多个监测点或同一监测点的累计位移—时间曲线和位移速率—时间曲线进行对比分析，根据两条曲线的特点一起判断当前的滑坡体处于哪个演化阶段。滑坡加速变形时，变形曲线就会出现明显的拐点。将拐点作为判断依据，确定预警级别，并向主管部门进行通报。

3、典型滑坡案例

杨家坡滑坡点位于山西省古交市东曲街办土质滑坡，坡中部有拉张裂缝，墙面外鼓，坡前缘有土体剥坠落。滑坡后壁明显，属于土质复合式滑坡。

杨家坡地质灾害点选专业型仪器监测，监测布置：3套GNSS（含基站）、2套自适应拉绳裂缝计（地表），3套深部自动测斜仪及地下水位计，1套土壤含水率计，1套翻斗式雨量站，1套视频监控，1套声光报警。GNSS在灾害体变形量较大、稳定性状态差的位置沿滑坡主滑方向布设1条剖面，沿垂直于滑坡主滑方向布设1条横剖面，基准站布设在灾害体外围稳定处；深部测斜仪沿主滑方向布设1条纵剖面，垂直于主滑方向布设1条横剖面，每个点打一个穿过滑面的钻孔，在不同深度布设3-5个传感器，并在底部安装地下水位计；裂缝计沿灾害体后缘布设2个，布设在裂缝较宽或位错速率较大部位的中点或转折部位；雨量计布设1个在附近房屋屋顶；在居民聚集区布设视频监控及声光报警装置。滑坡监测布设如图1所示。

该项目构建了定量化、低成本的地质灾害监测预警技术方法体系，通过大数据、人工智能，不断优化地质灾害模型判据，实现了数据智能采集、分析、管理、服务和联动更新一体化，为基层地质灾害防灾减灾提供了系统的解决方案。

4、结语

在滑坡监测预警研究的过程中，受工程项目所选地质灾害研究靶区较为单一的限制，获得的地质灾害预警模型不能适用于不同地形地质条件下的地质灾害体。目前，滑坡地质灾害的成灾机理、早期识别、成功预警仍然存在诸多问题，是今后滑坡灾害监测预警的研究重点。

参考文献:

[1]张广平,黄露.基于地质灾害滑坡模型的预警预报系统研究[J].钦州学院学报,2013(2):58-60.

[2]牛恩宽,罗先启,张振华.畸变补偿法在滑坡模型试验中的应用可行性探索[J].岩土力学,2009(2):458-462.

[3]赵久彬,刘元雪,宋林波,等.大数据关键技术在滑坡监测预警系统中的应用[J].重庆理工大学学报(自然科学),2018(2):183-190.

文章来源：李彦星,李倩倩.浅谈滑坡及滑坡灾害监测预警[J].华北自然资源,2021(03):114-115.