4.地质灾害监测技术方法

地质灾害监测技术方法地质灾害监测技术方法晏鄂川教授晏鄂川教授博导博导教育部新世纪优秀人才支持计划获得者教育部新世纪优秀人才支持计划获得者中国地质大学（武汉）中国地质大学（武汉）[e-mail][e-mail]13871145959提提纲纲1前言2滑坡常规监测技术3泥石流监测技术方法4地面沉降监测技术方法5地质灾害监测新技术新方法6监测数据的采集与传输•地质灾害的定义地质灾害是指各种地质作用对人民生命财产和国家建设事业造成的危害。简言之，就是地质作用造成的灾害。•地质灾害的分类按发生过程的急缓程度，地质灾害分为突发性和渐变性灾害两类。中国大陆常见的地质灾害：崩塌、滑坡、泥石流、地裂缝、地面沉降、地面塌陷、沙漠化、水土流失、土地盐渍化、沼泽化、地震、火山喷发、瓦斯爆炸、矿坑突水、岩（煤）爆、顶板冒落、地下热害、煤田燃烧、诱发地（矿）震、边岸再造、泥沙淤积、库区浸没、洪涝、海岸侵蚀、黄土湿陷、膨胀土胀缩、冻土冻融等等。前前言言前前言言•地质灾害的危害造成人员伤亡，毁坏基础设施，恶化环境；引发次生灾害，造成更大的经济损失，增加民众心理负担。•地质灾害防治途径关于地质灾害防治，刘广润院士有一段精辟的论述：“地质灾害（特别是突发性地质灾害）的发生常由致灾地质作用的发生和其与受灾对象（人、物、设施）的遭遇两个环节形成。一是防止致灾地质作用的发生，包括作用发生前的预防和发生中的制止；二是避免受灾对象与之遭遇，即移动受灾对象位置、改变致灾作用方向和隔绝两者遭遇通道。前前言言•地质灾害防治措施行政措施和工程措施。行政措施主要是采取行政法令和技术法规等手段，规范人民群众的生活、生产活动，避免诱发致灾地质作用的发生，监测预报致灾作用的变化动态，使拟建工程设施或流动性人、物避开地质灾害危险区（主动避让）或将处于灾害危险区中的已有居民设施迁出危险区（被动撤离）等。工程措施则是采取建（构）筑物或岩土体改造工程、疏排水工程及生物植被工程等，以加固、稳定变形地质体，调整、控制致灾地质作用，从而制止致灾地质作用的发生、发展及其与受灾对象的遭遇”（刘广润《论地质灾害防治工程》）。前前言言•地质灾害监测的目的1、及时掌握灾害体变形动态，分析其稳定性，超前做出预测预报，防止灾难发生。2、为灾害治理工程等提供可靠资料和科学依据。3、为政府部门对在地质灾害易发区的经济建设、环境治理等方面的规划和决策提供基础依据。4、向全社会提供崩塌、滑坡监测信息服务。前前言言•监测预警工程人们将地质灾害的监测、预报和预警工作的运作体系称为监测预警工程，它包括地质灾害监测预报信息系统的建立和运行，岗位责任人员组织系统的建立和实施，临灾紧急抢险避难行动方案的制订（及后续执行）。监测预警工程的实施中应贯彻以下基本原则，即：（1）监测、预警方法要土洋结合，以有效为准；（2）工作队伍要群专结合，以专带群，重大问题靠专，面上的问题靠群；（3）管理决策要技政结合，技术上负责搞好灾情、险情判断，行政上负责工程系统运行的组织实施。提提纲纲1前言2滑坡常规监测技术3泥石流监测技术方法4地面沉降监测技术方法5地质灾害监测新技术新方法6监测数据的采集与传输滑坡常规监测技术不同类型的滑坡，所采用的监测技术方法各不相同。就监测内容来说，常分为：（1）位移监测（2）应力应变监测（3）地下水动态监测（4）地表水动态监测（5）地声监测（6）放射元素监测（7）环境因素监测（8）宏观现象监测等。地面变形监测地面变形监测主要有简易监测（皮尺、钢尺等）、仪器仪表监测（绝对位移监测、裂缝相对位移监测、地面倾斜监测等）几种形式。一、简易监测（手动测试）1、主要方法（1）在裂缝或滑面两侧（或上、下）设标记或埋桩，定期用钢尺等直接量测裂缝张开、闭合、位错或下沉等变形；（2）在裂缝、滑带以及建筑物上设置骑缝式标志，如贴水泥砂浆片、玻璃片等，直接量测；（3）在平斜硐及采空区顶板设置重锤，量测硐顶的相对位移和沉降。2、特点（1）简便易行，投入快，成本低，便于群测群防；（2）操作简单，直观性强；（3）精度稍差，观测时劳动强度大。•二、绝对位移监测有大地测量法、GPS测量法、近景摄影测量法等。（一）大地形变监测1、主要监测方法有：视准线法、小角法、测距法等。2、特点（1）量程不受限制，能大范围全面控制崩滑体；（2）技术成熟、精度高；（3）易受通视条件和气象条件（风、雨、雪、雾）影响；（4）外业工作量大、周期长。3、常用监测仪器一般采用高精度测角、测距的光学仪器和光电测量仪器。4、观测点的布设观测点分为固定观测点(控制点)和变形观测点，标型均为墩标。固定观测点(控制点)，埋设在滑坡体之外稳定区(基岩)；变形观测点主要布置在滑坡主轴观测断面线(或利用主勘探线剖面)和监测网通过的滑坡体地面拉伸、压缩变形和上述变形的过渡地段。(二)GPS测量法1、特点（1）观测点之间无需通视，选点方便；（2）观测不受气候条件限制，可进行全天侯监测；（3）可同时进行平面位移与垂直位移监测；（4）可长期连续监测，不会漏掉重大的变形信息；（5）从数据采集、数据处理到分析、管理的全过程易于实现自动化。（6）如果监测点数量多、且要全部进行长期自动化监测时，需要大量的GPS接收机、太阳能供电装置及通讯设备、微机等安装在野外无人值守的监测房内，安全难以得到保证等问题。2、适用范围适用于各种滑坡不同变形阶段的三维位移监测。(三)近景摄影测量法1、工作原理通常把近景摄影仪安置在两个不同位置的固定测点，同时对滑坡区观测点摄影构成立体象对，利用立体坐标仪量测象片上各观测点三维坐标的一种方法。在相对精度方面，可以满足崩滑体处于速变、剧变阶段的监测要求。即适合于危岩体临空陡壁裂缝变化或滑坡地表位移量变化速率较大时的监测。2、特点（1）周期性重复摄影，外业工作简便，可同时测定多个测点的空间座标；（2）获得的像片是崩滑体变形的实况记录，可以随时比较分析；（3）设站受地形条件限制，内业工作量大。3、常用仪器：量测摄影机、半量测摄影机、非量测摄影机。•三、相对位移监测相对位移监测是设点量测地质体重点变形部位点与点之间的相对位移变化（张开、闭合、下沉、抬升、错动等），从而定量表示变形的一种监测方法。主要用于对裂缝、崩滑带、采空区顶底板软弱夹层、危岩体边界等部位的监测。按所采用的仪表可分为机械式传动仪表观测法(简称机测法)和电子仪表观测法(简称电测法)两类。。（一）机测法是在斜坡变形部位埋设测座，采用百分表、千分表、游标卡尺（包括数显卡尺）、收敛计等仪表人工到实地直接观测的一种方法。特点：（1）原理、结构简单，安装测试简便，投入快；（2）成本相对较低；（3）观测成果资料直观、可靠度高。（二）电测法电测法往往采用二次仪表观测，即将传感器(探头)埋设于崩滑灾害体变形部位，使用能将传感器电信号转换成人们所感知(或熟识)信息的电子仪表(如频率计之类)观测。特点：（1）仪表灵敏度高、精度高；（2）监测采样速度快，可自动巡回检测，远距离传输；（3）观测的成果资料不及机测可靠度高。电测位移计一定要具备防风、防雨、防腐蚀、防潮、防震、防雷电干扰等性能，以保障仪器仪表的长期稳定性及监测成果资料的可靠度。•四、地面倾斜监测法1、工作原理主要用于监测崩滑体地面倾斜方向和倾角变化。将移动式倾斜仪定期巡回放置于固定专用测点的盘座上，按预定的几个方向各自180°往复测量，为判断测点三维合成位移变形方向及趋势提供直接信息。2、适用范围①主要用于倾倒式崩塌、拉裂式崩塌、切层滑坡等；②对于顺层滑动不宜采用。深部位移监测一、钻孔测斜法钻孔测斜法是用于观测钻孔内目标深度岩（土）体横向位移矢量的一种原位测试监测手段。测斜仪类型包括：滑动电阻式、滑动电阻片式、钢弦式、伺服加速度计式和电解式。目前以伺服加速度计式应用较广。垂向滑动式钻孔测斜仪工作原理示意图深部位移监测•仪器设备•根据安装方式和使用特点，分为移动式和固定式。•根据组成探头传感器的个数，可分为单轴式和双轴式。•若按仪器测量方向不同，则可分为垂向测斜仪(测量水平位移)、水平测斜仪(测量垂向位移)和斜向测斜仪(测量斜面的法向位移)。目前，在岩土工程原位监测中，使用最广泛的是垂向测斜仪。•适用条件•由于钻孔倾斜仪安装施工成本大，为一次性隐蔽工程，且量程有限，适用于崩滑体蠕滑和匀速变形阶段，加速变形阶段一般不用该方法。深部位移监测•应用技术要求•（1）测斜管和接头：测斜管材料有铝合金和PVC塑料两种；管接头分为固定式和伸缩式，固定式接头适用于轴向位移（沉降）较小的岩（土）体，伸缩式接头适用于轴向位移较大的岩（土）体。一般情况下，很少用伸缩式接头连接测斜管。•（2）测斜管与孔壁间填料：注浆和填沙。当土质（或堆积土）滑坡等位移变形相对较大者，可用砂充填处理（一边填砂，一边注水，以保证填砂密实）。•（3）测扭。•（4）测斜仪本身固有精度：伺服加速度式测斜仪，在孔斜不超过3°时，其综合精度为±7.5mm/30m。•（5）测量间距：目前主要有0.28m、0.5m、1m三种常见基距类型，以0.5m最为常见。对于滑带较薄的钻孔，为了更准确确定其范围，应使用较小的间距；对于孔深较大且目标位置较少、较疏的钻孔，为了缩短测试时间和减少数据量，可加大测试间距为2倍（或4倍）基距。深部位移监测•二、钻孔多点位移监测法钻孔多点位移监测法是用于观测钻孔岩土体单向或三向位移变化的一种原位测试手段，利用钻孔位移计定期逐段测量钻孔的三向位移信息，从而获得岩体内部位移随时间的变化。以水平孔多点位移计最为常用。应力监测应力监测•一、岩土体压力计（压力盒）•主要有振弦式、液压式和电阻应变计式，以振弦式最为常见。•应用技术要求•（1）压力盒的量程：压力盒的量程有限，选择量程时，应充分估算预承压大小，同时应考虑滑坡体整体应力结构调整过程中对埋设部位的应力状态影响；根据经验，量程应选为估算预承压的两倍或更高。•（2）压力盒的安装：压力盒的安装属一次性隐蔽工程，安装质量的好坏同其运行寿命和测量精度密切相关。首先确认压力盒的承压面，其次要保证安装部位平整并与应力方向垂直；特殊环境下，须考虑压力盒具有耐腐蚀能力。应力监测应力监测•二、锚索（杆）测力计•主要有振弦式、电阻应变式等类型，以振弦式应用较广。•应用技术要求•（1）测力计的安装：严格保证锚垫板的厚度（刚度）和尺寸（保证测力部分完全承压于锚垫板上），锚索测力计承压面与孔轴线垂直，误差应﹤5°，并严格对中；小量程测力计本身和其附件应具有一定的偏载适应能力。•（2）量程的选择：锚固工程施工时，锚索（杆）的锁定预应力值一般均小于预应力设计值，故测力计的量程与锚索（杆）的应力设计值保持一致即可。•（3）温度干扰：影响测量精度的主要因素是监测运行期环境温度变化，应进行定量的温度校正予以消除。应变监测应变监测•1、工作原理•在滑坡体治理过程中，埋入式应变计主要用于测试混凝土结构内部应变信息。当混凝土结构由于受力产生应变时，应变计会随之产生应变变形，从而可测得混凝土结构应变信息。•2、仪器设备•主要有振弦式、电阻式和光纤式传感器。•3、应用技术要求•（1）应变计的尺寸：应变计的长度和直径之比要满足一定条件，通常L／R采用15～25范围。•（2）应变计的安装：应变计的轴向要对准拟测变形方向。地下水（动态）监测地下水（动态）监测•1、工作原理•通过压力传感器直接或间接测量滑坡体（主要是滑带）含水率、孔隙水压力、地下水位、流量、流速和水温等参数随时间的变化。•2、应用技术要求•（1）设备的安装：分为测压管（有压管和无压管）安装和钻孔中直接安装。在钻孔中直接安装时，传感器周围使用细砂或其它透水材料充填；对于多深度监测，各深度部位之间使用隔水材料隔离止水。•（2）由于其传感器安装为隐蔽工程，除要求监测设备具有较高的精度、较大的量程外，还应具备较强的抗干扰及耐腐蚀性。•（3）地下水动态观测的持续时间一般不少于1个水文年。声发射监测声发射监测•1、工作原理•材料或岩体结构受力作用时发生变形或断裂，以弹性波形式释放出应变能的现象称为声发射(A