第四讲：滑坡监测预警

中国地质大学(武汉)2013年7月22日滑坡监测预警苏爱军监测预警•滑坡监测分为专业监测和群测群防。•专业监测：由专业监测单位采用仪器设备进行与滑坡稳定性相关参数的定量监测；•群测群防：组织非专业技术人员，对滑坡区及其影响区进行巡查、了解地表变形破坏情况，地表水、泉水流量变化，配合简易变形监测等。1、滑坡主要专业监测内容•滑坡监测内容一般包括：地表大地变形监测、地表裂缝位错监测、地面倾斜监测、建筑物变形监测、滑坡裂缝多点位移监测、滑坡深部位移监测、地下水监测、孔隙水压力监测、滑坡地应力监测等。•对于Ⅰ级滑坡防治工程，应建立地表与深部相结合的综合立体监测网。2、常用的方法与精度要求•（1）地表大地变形监测：•采用经纬仪、全站仪、GPS等测量仪器了解滑坡体水平位移、垂直位移以及变化速率。•为达到精度要求，上述方法均要配合进行二等以上高精度的水准测量。•上述点位误差要求不超过±2.6～5.4MM，水准测量每公里中误差小于±1.0～1.5MM。对于土质滑坡，精度可适当降低，但要求水准测量每公里中误差不超过±3.0MM。马家沟1#滑坡防治工程布置马家沟1#滑坡GPS监测点累积位移量-时间关系曲线图0501001502002503003504004505002007-2-72007-4-92007-6-92007-8-92007-10-92007-12-92008-2-82008-4-92008-6-92008-8-92008-10-92008-12-92009-2-82009-4-102009-6-10年月日位移量（毫米）J01J02J03J04J05J12J13马家沟1#滑坡全站仪监测点位移量-时间关系曲线图02040608010012014008-12-2909-1-2809-2-2709-3-2909-4-2809-5-2809-6-27年月日位移量(毫米)J12J131#4#5#6#7#9#10#11#0501001502002503003504004505002007年2月7日2007年3月25日2007年4月12日2007年5月29日2007年6月26日2007年7月26日2007年9月12日2007年10月9日2007年11月3日2007年12月5日2007年12月27日2008年1月24日2008年2月23日2008年3月27日2008年4月25日2008年5月25日2008年6月28日2008年7月17日2008年8月20日2008年9月24日2008年10月5日2008年10月26日2008年11月12日2008年12月2日2008年12月13日2008年12月18日2008年12月26日2009年1月17日2009年2月3日2009年2月14日2009年2月22日2009年3月14日2009年3月31日2009年4月21日2009年4月29日2009年5月17日2009年5月30日2009年6月13日2009年6月19日时间累积位移(mm)130135140145150155160165170175库水位(m)J01J02J03J04J05J12J13长江水位(m)0501001502002503003502007年2月2007年3月2007年4月2007年5月2007年6月2007年7月2007年8月2007年9月2007年10月2007年11月2007年12月2008年1月2008年2月2008年3月2008年4月2008年5月2008年6月2008年7月2008年8月2008年9月2008年10月2008年11月2008年12月2009年1月2009年2月2009年3月2009年4月2009年5月2009年6月月降雨量（mm）050100150200250300350400450500累积位移（mm）降雨量（mm）J03J04J05J12J13J01J02•（2）地表裂缝位错监测•采用伸缩仪、位错计或千分卡直接量测，了解地裂缝伸缩变化和位错情况。•测量精度0.1～1.0MM。•（3）地下水动态监测•采用自动水压计监测地下水动水压力、流量与流速。•定期进行地下水水质监测。•（4）滑坡深部位移监测•采用钻孔倾斜仪、光纤监测滑坡深部，特别是滑带的位移情况。•目前有人工监测和自动监测两种钻孔倾斜仪设备。•系统总精度不超过±5MM/15M。•（5）锚索预应力监测•采用锚索测力计监测锚索预应力动态变化和锚索的长期工作性能，为工程实施提供依据。•主要设备有轮幅式压力传感器、钢弦式压力盒、应变式压力盒、液压式压力盒进行监测。•长期监测的锚杆数不少于总数的5％。•（6）抗滑桩受力和滑带承重阻滑受力监测•采用压力盒监测滑坡体传递给支挡工程的压力。•压力传感器依据结构和测量原理区分，类型繁多，使用中应考虑传感器的量程与精度、稳定性、抗震及抗冲击性能、密封性等因素。。•目前监测数据的采集与传输均已基本实现了自动化。•数据处理在计算机上进行，包括建立监测数据库、数据和图形处理系统、趋势预报模型、险情预警系统等。•鉴于上述地表位移监测方法观测周期长，费用高[如全球卫星定位系统（GPS）、常规大地测量等]，一旦滑坡，人员及设备安全难以保障的不利因素，2003年由水利部长江勘测技术研究所承担，在引进瑞士徕卡公司的TCA2003型自动测量型仪器（测量机器人）的基础上，开发了具有自主知识产权的大坝及滑坡变形监测自动化系统。3、测量机器人变形监测自动化系统•测量机器人（MeasuringRobot测量机器人变形监测自动化系统）是能进行自动搜索、跟踪、识别和精确照准目标并获取角度、距离等信息的智能型电子全站仪。TCA2003型测量机器人技术参数角度测量：0.5″距离测量：1mm+1ppm测程：圆棱镜2500m360º棱镜1300m微型棱镜900m反射片200m•由三个逻辑层组成：硬件核心软件应用程序结构自动目标识别和照准系统（称为ATR系统，英文AutomaticTargetRecognition的缩写）是TCA2003的最主要的特征之一。分为三个过程：目标搜索过程、目标照准过程和测量过程。自动识别系统自动照准：内置ATR系统可以驱动全站仪转向棱镜并自动精确照准与跟踪目标、自动调焦和识别，迅速快捷在肉眼无法看到目标的天气不需要用灯光照明和觇板自动照准精度高于人工观测精度•测量机器人变形监测自动化系统由：野外数据采集（硬件）内业监测数据处理、分析与管理（软件）两大部分组成。基站一基站二参考点1参考点2变形体控制站无线通讯通讯电缆无线通讯通讯电缆外业组成基准点监测点软件结构数据采集模块监测数据库管理模块有线通讯无线通讯PCMCIA存储卡监测数据处理模块数据分析、预报模块控制模块信息传输模块有线通讯无线通讯监测点坐标（x,y,h）图形、报表、分析结果输出监测方案•针对滑坡的变形监测特点，设计了三套测量机器人监测方案。①高精度半自动变形监测方案②高精度全自动有线变形监测方案③高精度全自动无线变形监测方案•①高精度半自动变形监测方案组成：一台测量机器人+机载软件=外业半自动化系统记录卡观测站1观测站2观测站3目标1目标2目标3目标4目标5目标6+机载软件+脱机传输PC终端+数据后处理软件①高精度半自动变形监测方案•②高精度全自动有线变形监测方案•组成：单台/多台测量机器人+有线传输系统+中央控制计算机+监控及数据分析软件=高精度全自动有线变形监测系统②高精度全自动有线变形监测系统光纤传输系统PC终端+监控及数据后处理软件E288MX逆变器在线UPSRS232音频端口—220V+12V+12V19.2Kb专项调制解调器E288MX逆变器在线UPSRS232音频端口—220V+12V+12V19.2Kb专项调制解调器永久固定观测房永久固定观测房21有线传输•③高精度全自动无线变形监测系统•组成：台/多台测量机器人+无线传输系统+中央控制计算机+监控及数据分析软件=高精度全自动无线变形监测系统③高精度全自动无线变形监测系统•该系统具有以下特点：•1．在消化吸收引进的设备及软件的基础上，结合我国实际情况，就引进设备开发出了集野外数据采集、数据处理、数据库管理与变形监测资料分析与预报于一体的变形监测自动化系统，该监测系统在变形监测中可以实现无人值守及自动进行监测预报的功能，与常规的监测方法比较，这是一套相对投资省、自动化程度高、可靠性强的监测系统。•2．针对滑坡和水利工程的变形监测特点，设计并完成了两套测量机器人监测方案：高精度半自动变形监测系统和高精度全自动有线变形监测系统。可根据不同地域条件、不同需要选择切合实际的测量机器人监测方案；•3．建立了测量机器人变形监测数据库管理系统，对多目标、多周期、复杂背景多元监测数据实现了系统、科学的管理；•4．创立了具有原创性的爆发型滑坡预报方法，并以其为基础和其它现行滑坡预报方法为基础，开发了配套的滑坡预（测）报软件。利用多个已发生的滑坡快速滑动前的位移监测数据，采用所开发的滑坡预（测）报软件进行了检验性的预报，各种方法的预报结果与滑坡实际发生时间相差很小，相比较而言爆发型滑坡预报方法的准确率更高。软件包含的预报方法较全面，界面友好，实用性强。•5．所开发的方案优化设计、自动识别、自动观测、自动记录、自动数据处理、资料分析与预报的变形（位移）监测自动化软件系统，具有自动化程度高、数据采集与处理方便灵活、快捷的特点。•项目已于2007年6月通过国家引进国际先进农业科学技术项目协调领导小组办公室组织的验收。•项目在开发和研究过程中，已产生了较好的经济效益，如将该设备及开发的相应系统应用于金沙江溪洛渡水电站施工期安全监测项目取得了200多万元的经济效益，与常规安全监测方法相比，成本减少近50%。•应用于三峡库区湖北省秭归县高切坡专业监测工程，合同额达456万元。•应用于彭水水电站库区龚滩滑坡与乌龟堡滑坡安全监测，合同额达350万元。•目前该系统正应用于乌江白马行电枢纽羊角滑坡群监测4、滑坡面破裂追踪声发射实时监测预报系统的研制•利用源定位技术，研制一套多通道声发射监测仪（8通道），开发相应的声源定位与破裂面追踪软件，根据源点的时、空展布规律，可以追踪滑坡破裂面，实现滑坡稳定性的预测预报。探头1#信号处理+采集单元1#无线传输终端1#信号采集器1#……无线传输基站主机探头8#信号处理+采集单元8#无线传输终端8#信号采集器8#硬件系统框图硬件包括：主机（PC机）、探头+信号采集器（8套）、无线传输器（一对八）。硬件系统框图滑动面追踪与稳定性预测预报系统软件框图主界面硬件控制参数设置通信控制数据接收数据库监测数据地质模型稳定性预测预报破裂面追踪专家系统系统软件框图①②③④滑坡⑤信号采集器1#探头1#①②探头8#监测房⑦⑥④⑤信号采集器8#③主机①传感器⑦主机②信号转换④信号采集⑤⑥无线传输③信号处理监测孔硬件系统现场布置示意图5、滑坡预报•滑坡预报是一个世界难题，六十年代日本学者Saito的开创性工作以来，已有不少新的进展，但是其主要的学术思想一直影响至今，并被不断扩展而应用于火山喷发、地震等自然地质灾害的发生时间的预报。目前仅限于临滑前的短期预报。D01t2tft第一阶段第二阶段第三阶段蠕变曲线三阶段示意岸坡的失稳类型•Monkman和Grant（1956）基于大量蠕变实验数据分析，提出了迄今广为接受的Monkman—Grant模型，Cdtdmtmrloglog)ln(ttBADf斋藤（Saito）将一实例滑坡第三蠕变阶段数据点入其原始模型图像中，结果发现散点分布遵从Monkman—Grant蠕变模型，从而建立了斋藤（Saito-1）模型（1969年）tf——破坏时间；T——时间；D——位移；A、B——常数。•由于Saito-1模型对第三蠕变阶段拟合得不甚理想，Fukuzono、Voight对蠕变理论作了重要改进。Fukuzono（1985,1990）在实验室通过对滑坡施加单调递增荷载的模型试验，得到地表加速度对速度的标度律量化关系，随后Voight（1988）通过常量加载