自動化遠程監測在巫山縣水泥廠滑坡中的應用

劉廣寧，陳立德，黃波林，邵長生

（1.中國地質調查局武漢地質調查中心，武漢 430205；2.中國地質大學（武漢）環境學院；武漢 430074）

自動化遠程監測在巫山縣水泥廠滑坡中的應用

劉廣寧1，2，陳立德1，黃波林1，邵長生1，2

（1.中國地質調查局武漢地質調查中心，武漢 430205；2.中國地質大學（武漢）環境學院；武漢 430074）

運用無線位移計對滑坡進行自動化遠程監測，掌握滑坡變形狀況。監測數據分析表明，滑坡位移整體上勻速增大，個別時間段滑坡變形呈加速狀態；降雨條件下位移突變均同步或滯后于強降雨；滑坡仍處于變形階段，但趨勢有所減緩。

滑坡；位移；強降雨；變形趨勢

1 前言

監測是滑坡預測預報的重要手段之一，尤其是在滑坡頻發的三峽庫區［1～4］。2008年9月28日零時，三峽庫區開始試驗性蓄水，至11月4日壩前水位達到172.3m。11月27日，本項目組在三峽庫區巫峽段庫岸巡查中發現水泥廠滑坡地表變形強烈，27日夜，該處即發生滑動，且在滑坡前緣發生塌岸。為了監測該滑坡的變形發展趨勢，預測預報滑坡的發生，保障航道安全，本項目組隨即組織人員在滑坡體上布設雨量計、無線位移計進行降雨量、地表位移監測。通過對水泥廠滑坡的長期監測、監測數據的分析，可以定量分析和描述滑坡的運動狀態，對三峽庫區其他類似滑坡的研究具有重要的借鑒意義，同時該監測方法值得在三峽庫區其他滑坡監測中推廣應用。

2 水泥廠滑坡概況

水泥廠滑坡位于長江左岸巫山縣兩坪鄉望霞村，上距巫山縣城11km，下距青石3.5km（圖1）。發育在長江中山峽谷地貌區，坡頂為猴子包危巖體，高程558.0m，滑坡南北兩側受地形控制，南側呈凸形，縱長360m，橫寬300m，前緣位于175m水位以下，后緣最高點高程約400m，高差265m。平面形態呈雙駝峰反“W”狀，整體向南西傾斜，總面積約10.8×104m2，平均厚度按30m估算，總方量達324×104m3。根據地表調查，滑坡周界情況為：斜坡地表地形起伏大，后緣以坡度40°以上的陡坡、陡崖為界，中前部坡度20°左右，北側邊界受走向260°的基巖山脊控制，斜坡上部出露粉砂巖，易風化，以下地表覆蓋殘坡積碎石土，厚度5m左右。滑坡體后緣猴子包危巖體，出露二疊系棲霞組（P2q）灰巖、瘤狀灰巖；泥盆系云臺觀組（D2y）白云巖、石英砂巖，歷史發生崩塌，滑體中部為崩積物，滑坡前緣局部可見志留系紗帽組（S2s）砂巖、泥質粉砂巖出露，風化強烈，呈碎屑狀（圖2）。

圖1 水泥廠滑坡全貌Fig.1 Full view of the cement plant landslide

圖2 水泥廠滑坡工程地質圖和監測點布置圖Fig.2 Engineering geology and monitoring points for the landslide

區域構造上位于橫石溪背斜核部，老鼠錯斷層上盤，滑坡后緣上方猴子包危巖體，節理、裂隙極其發育，巖體破碎，主要以走向100°～150°和走向65°～80°兩組構成，與巖層共同切割巖體，危巖體呈潛在不穩定狀態，若發生崩塌，將進一步增大滑坡體荷載。

水泥廠滑坡為碎塊石土質滑坡，后緣滑帶土為碎石角礫土，軟塑－流塑狀。物質組成從分布上可分為兩部分：北側主要為崩坡積碎、塊石土，結構較密實，江邊附近泥質含量增多，系崩坡、殘坡積混雜堆積；南側多為崩積塊石堆積物，松散，局部架空，滑坡前緣可見直徑大于5m的大塊石。滑床基巖為粉砂巖、泥質粉砂巖。力學強度較低，受節理裂隙切割，巖體破碎，多呈強風化狀，強透水性。巖層傾向北東，傾角20°，為橫向坡。基巖面呈上陡下緩的凹形，坡度上部30°，下部10°～15°，不利于地下水的排泄。此外，基巖與上覆土層接觸面處節理裂隙發育，巖體破碎，易形成滯水，有利于滑坡的形成。

3 滑坡的監測

3.1 監測儀器和方法原理

監測儀器及原理：水泥廠滑坡監測應用北京微瑪特科技有限公司設計、開發的無線位移計（SMARTDATA－3000E1）和無線雨量計（SMARTDATA－3000C）進行實時監測（圖3、圖4）。無線位移計采用機電一體式結構，利用旋轉的磁鋼驅動干簧產生位移脈沖，并對位移脈沖進行加減計數，采用32位高性能微處理器和最新的無線網絡技術，將測量的數據用無線方式傳輸。量程－3 000mm～3 000mm，精度1mm。

圖3 無線位移計Fig.3 Wireless displacement gauge

圖4 現場雨量計安裝Fig.4 Mounting the rainfall recorder

監測方法［5～8］：針對水泥廠滑坡的地形地貌、滑動變形特征、變形趨勢，采用地表位移、雨量聯合實時監測，首先建立一套完整的監測預警系統（圖5），系統由武漢地質調查中心項目組、遠程通訊網絡（GSM/GPRS通訊）、滑坡體無線傳感器網絡三部分組成。該系統優化了傳統的位移監測法，優勢明顯：野外監測設備全采用自動化采集及無線傳輸方式（北斗衛星、移動網絡）；野外監測設備全部采用太陽能/蓄電池供電（無日照情況下，設備可以堅持工作45d）；野外監測設備全采用嚴格防雷體系；野外設備均高度集成化，安裝簡易快速；數據監測儀器采集實時性強、精度高；平臺信息預警發布及時、交互性強。自安裝完成后，無需工作人員親臨現場采集數據，大大節約了人力物力，其次運用位移計和雨量計聯合實時監測，能夠及時地反映巖土體變形破壞特征，同時反映出降雨對滑坡變形的影響程度，迅速獲得滑坡體的特征變量、數據資料，且監測工作貫穿滑坡變形的全過程。

3.2 監測點布置

2008年12月中旬，分別在滑坡后緣、側緣變形跡象最為明顯的區域安裝三臺無線位移計WYJ01、WYJ02、WYJ03及一臺無線雨量計YLJ（參見圖3、圖4）。將微處理器數據采集站固定在后緣上方穩固的基巖上（鋼筋混凝土澆筑基座）保證其為固定端，移動站則安裝在滑坡體上（鋼筋混凝土澆筑基座）保證其與滑坡體相對靜止狀態，兩站由特制細鋼絲（消除因溫度變化引起的變形）連接，鋼絲隨滑坡體的變形異動而伸縮，微處理器數據采集站將即時讀取數據并由無線網絡協調器進行傳輸。無線雨量計安裝在穩定的向西突出穩固的基巖山嘴上，有利于兩臺位移計信號的傳導和數據的發送、接收。

圖5 水泥廠滑坡監測點布置及系統構架示意圖Fig.5 The monitoring system architecture diagram of Cement plant landslide

3.3 監測成果及數據分析

自2008年12月份至今取得了連續的監測數據（圖6），為掌握滑坡體變形狀況，進行即時預警保障航道安全提供了重要的依據。通過雨量計數據分析：因受到地形、地貌因素影響，該滑坡所處位置區域性氣候明顯，降雨并無顯著規律（圖6（d））。通過水泥廠滑坡3個位移監測點數據分析：滑坡整體變形活躍。其中側緣監測點 WYJ03變形量最大，變形累計位移達1 430mm，位移呈勻速逐步增大趨勢，表現為拉張，但在監測期間個別時間段變形加速，以2009年12月下旬～2010年1月上旬，2010年7月中旬～2010年8月上旬最為顯著，監測曲線陡然上揚（圖6（c））；后緣監測點 WYJ01變形累計位移達820mm，總體位移呈勻速逐步增大趨勢，表現為拉張，同樣在監測期間個別時間段變形加速，其中2009年6月中旬～2009年7月上旬，2009年12月下旬～2010年1月上旬最為顯著，監測曲線陡然上揚（圖6（a））；側緣 WYJ02累計位移達408mm，總體表現為位移勻速逐漸增大趨勢，同樣在監測期間個別時間段變形加速，其中2009年10月下旬～2010年1月上旬為變形加速尤為顯著階段，監測曲線陡然上揚（圖6（b）），但在位移增大的過程中有個位移減小階段。通過后期調查，其原因為：該時間段滑坡N側區域拉張變形速率大于S側區域變形速率，在庫水位及滑坡內力作用下，N側區域下滑過程中受阻，向S側邊界產生擠壓作用，表現為壓縮狀態，位移減小。該時間段滑坡向SE方向旋轉滑移（從2010年4月下旬～2010年10月下旬），其后位移又為勻速增大趨勢，監測點WYJ02表現為拉張－壓縮－拉張。

監測期間經過不間斷實地再核查，以更好與監測結果進行對比，調查結果與監測結果能夠較好吻合，實地發現滑坡NW區域變形最為嚴重，為滑坡拉裂區，而S側緣也證實了拉張－壓縮－拉張過程。

3.4 位移與降雨量關系

水泥廠滑坡體上除局部塊石堆積外植被相對發育，滑體表層為結構松散碎塊石土，易于接受大氣降水，加之滑坡中后部排水較差，雨水多沿滑體裂縫入滲，這不僅增加了滑體自重，又使滑帶土體軟化，抗滑力減小，進而加劇滑坡變形。從位移和降雨量關系圖可以看到（圖7），每當出現降雨密集時段或降雨量出現峰值時，各測點位移均加速增長，出現突變。但是，這種突變均有同步或滯后現象，如監測點WYJ01、降雨密集區及峰值出現在2009年5月份，而滑坡加速變形始于6月份，位移突變量達110 mm；監測點 WYJ02在2009年10月～2010年1月、2010年4月～10月表現最為明顯，在不間斷降雨后位移分別增加150mm（拉張）和減小100mm（壓縮）；監測點 WYJ03同樣有雨后位移量驟增現象，如2009年12月份和2010年7月份，位移突變量達200mm。

圖6 各點位移曲線與降雨量圖Fig.6 Curves of each monitoring point and precipitation

圖7 各點位移曲線與降雨量關系圖Fig.7 Relationship between displacement of each monitoring point and precipitation

4 結論

（1）目前滑坡仍處于變形階段，但趨勢有所減緩。

（2）滑坡N側變形最大，且監測點 WYJ01、WYJ03區域總體表現為拉張，WYJ02區域為拉張－壓縮－拉張。

（3）降雨頻繁時期，滑坡位移呈加速增加趨勢，對于滲透性較好的區域表現為位移和降雨基本同步，對于滲透性差的區域，位移突變將滯后于降雨。

（4）運用自動化遠程監測手段對水泥廠滑坡進行長期監測，取得了較好的效果。該監測方法優點突出，可以應用到今后的滑坡監測預警中去。

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APPLYING AUTOMATED REMOTE MONITORING IN STUDYING THE LANDSLIDE AT THE WUSHAN CEMENT PLANT

Liu Guang－ning1，2，Chen Li－de1，Huang Bo－lin1，Shao Chang－sheng1，2
（1.Wuhan Centre of China Geological Survey，Wuhan 430205，China；2.School of Environmental Studies，China University of Geosciences，Wuhan 430074，China）

Wireless displacement gauge was used to monitor the landslide to clarify its deformation.The analysis of the data obtained shows that the displacement was increasing at an even pace generally and was accelerated sometimes.Displacement mutations occurred synchronically or after heavy rainfalls.At present the landslide is still in the stage of deformation，but its pace slowed down.

landslide；displacement；heavy rains；deformation trend

P642.22

A

1006－4362（2011）03－0030－05

2011－04－21 改回日期：2011－07－25

中國地質調查局災害預警項目（1212011014027）

劉廣寧（1980－ ），男，工程師，碩士，主要從事環境地質災害研究。