斜坡地質(zhì)災(zāi)害剖面測(cè)量方法研究

陳波

（四川省煤田地質(zhì)局一三七隊(duì)，四川 達(dá)州 635006）

地質(zhì)災(zāi)害是指在地球的發(fā)展演化過(guò)程中，由各種自然地質(zhì)作用和人類活動(dòng)所形成的災(zāi)害性地質(zhì)事件。斜坡地質(zhì)災(zāi)害主要有崩塌、滑坡、泥石流等，它們是地質(zhì)、地理環(huán)境與人文社會(huì)環(huán)境綜合作用的產(chǎn)物。重力是斜坡地質(zhì)災(zāi)害的內(nèi)在動(dòng)力，地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、巖土體結(jié)構(gòu)特性、新構(gòu)造活動(dòng)及地下水等條件是影響斜坡失穩(wěn)的主要自然因素，而大氣降水、爆破、人工開挖和地下開采等人類工程活動(dòng)對(duì)斜坡的變形破壞起著重要的誘發(fā)作用。

崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害常使斜坡下的農(nóng)田、廠房、水利水電設(shè)施、交通設(shè)施及其他建筑物遭受損害、阻塞交通、毀壞車輛，造成行車事故和人身傷亡事故，給人民群眾生命財(cái)產(chǎn)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)帶來(lái)嚴(yán)重的危害，極大影響經(jīng)會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。為了最大限度的消除或減小這些地質(zhì)災(zāi)害的影響，進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害防治的緊迫性和重要性是不言而喻的。

地質(zhì)災(zāi)害防治工程是針對(duì)自然或人為作用產(chǎn)生的有害地質(zhì)作用進(jìn)行防護(hù)與治理的工程或措施，與其他建筑工程不同，一般不產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益。因此，在實(shí)現(xiàn)整治目標(biāo)的基礎(chǔ)上，應(yīng)盡可能降低治理費(fèi)用。地質(zhì)災(zāi)害防治工程設(shè)計(jì)與施工必須遵循地質(zhì)原則、效益原則、技術(shù)原則、目標(biāo)原則、環(huán)境原則、整體優(yōu)化原則和社會(huì)安定原則，根據(jù)地質(zhì)體的破壞機(jī)制對(duì)癥施治，避免忽視地質(zhì)條件分析和斜坡破壞機(jī)制研究或僅從地質(zhì)條件分析出發(fā)而忽視工程技術(shù)的可行性。

為科學(xué)、合理的進(jìn)行斜坡地質(zhì)災(zāi)害的勘察和防治方案設(shè)計(jì)，準(zhǔn)確測(cè)量斜坡地質(zhì)災(zāi)害體剖面的工作尤其重要。

1 目前剖面測(cè)量的主要方法

目前，剖面測(cè)量的方法主要?dú)w納為以下幾種：

1）使用全站儀進(jìn)行剖面測(cè)量：先測(cè)設(shè)出剖面線上或剖面延長(zhǎng)線的一點(diǎn)，然后在該點(diǎn)上架設(shè)全站儀，定向后使用放樣功能將全站儀視準(zhǔn)軸對(duì)準(zhǔn)剖面方向，逐點(diǎn)測(cè)量出剖面線上各地形特征點(diǎn)、地質(zhì)點(diǎn)的坐標(biāo)（圖1）。若剖面上有遮擋視線的地形存在時(shí)（圖2），可先測(cè)出A點(diǎn)至剖面終點(diǎn)間各特征點(diǎn)的坐標(biāo)和A點(diǎn)坐標(biāo)，再將全站儀架設(shè)在A點(diǎn)繼續(xù)測(cè)量A點(diǎn)至剖面起點(diǎn)間各特征點(diǎn)的坐標(biāo)。這種方法的好處是判斷測(cè)點(diǎn)是否偏離剖面線的速度快，偏距直觀，調(diào)整豎立棱鏡位置的速度快，精度高。

2）使用RTK進(jìn)行剖面測(cè)量：先架設(shè)好RTK基準(zhǔn)站，輸入測(cè)區(qū)坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換參數(shù)或利用測(cè)區(qū)控制網(wǎng)點(diǎn)求取坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換參數(shù)，輸入剖面起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)，使用RTK內(nèi)置軟件中的剖面測(cè)量功能沿剖面線逐點(diǎn)測(cè)量各地形特征點(diǎn)、地質(zhì)點(diǎn)的坐標(biāo)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是判斷測(cè)點(diǎn)是否偏離剖面線的速度快，偏距直觀，調(diào)整測(cè)點(diǎn)的速度快，精度高，但其適用條件是測(cè)區(qū)地形開闊，衛(wèi)星信號(hào)良好。

3）RTK結(jié)合全站儀進(jìn)行剖面測(cè)量：前述兩種方法均存在不足之處，第一種方法若剖面上存在遮擋視線的地物時(shí)（比如圖2中A點(diǎn)為一棵大樹）則很難繞過(guò)遮擋物在剖面線上確定一點(diǎn)的坐標(biāo)并架設(shè)全站儀，使用第二種方法時(shí)若受周圍地形限制，測(cè)量剖面線上的部分特征點(diǎn)時(shí)衛(wèi)星信號(hào)較差難以獲取滿足精度要求的坐標(biāo)成果，均造成不能完成剖面測(cè)量工作，這時(shí)就需要將兩種方法結(jié)合使用。先用RTK在剖面線上衛(wèi)星信號(hào)良好且便于架設(shè)全站儀的地方測(cè)設(shè)好支站點(diǎn)和測(cè)量出部分剖面特征點(diǎn)，再用全站儀測(cè)量其余剖面特征點(diǎn)。

4）上述三種方法能完成一般的剖面測(cè)量工作且取得良好的效果，但由于地形的限制及斜坡地質(zhì)災(zāi)害體的復(fù)雜性、危險(xiǎn)性及難于攀登性，經(jīng)常造成測(cè)量作業(yè)人員無(wú)法在地質(zhì)災(zāi)害體上進(jìn)行測(cè)量，導(dǎo)致前述三種方法均難以完成剖面工作，由此衍生了第四種剖面測(cè)量方法，即由具有免棱鏡功能的全站儀進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害體剖面測(cè)量工作。從本質(zhì)上看，這種方法與第一種方法大致相同，區(qū)別是測(cè)量作業(yè)人員無(wú)需在地質(zhì)災(zāi)害體上豎立棱鏡，對(duì)于圖1的情況是可以順利完成剖面測(cè)量工作的，但對(duì)于圖2的情況，由于難以在A點(diǎn)處測(cè)設(shè)支站點(diǎn)標(biāo)志和架設(shè)全站儀，故難以完成地質(zhì)災(zāi)害體剖面測(cè)量工作。

以上第一、第三和第四種方法的共同點(diǎn)是都需要在剖面線上或剖面延長(zhǎng)線上架設(shè)儀器，而地質(zhì)災(zāi)害體剖面測(cè)量往往受地形限制、地質(zhì)災(zāi)害體的復(fù)雜性、危險(xiǎn)性影響導(dǎo)致難以在剖面線上及其延長(zhǎng)線上架設(shè)儀器，故這些方法在測(cè)量地質(zhì)災(zāi)害體剖面時(shí)的實(shí)用性很差。

2 地質(zhì)災(zāi)害體剖面測(cè)量的實(shí)用方法研究

綜合上述四種剖面測(cè)量方法，本人基于多年測(cè)量工作經(jīng)驗(yàn)和編程解決工作中實(shí)際問(wèn)題的相關(guān)知識(shí)，研究和實(shí)踐了能解決地質(zhì)災(zāi)害體剖面測(cè)量難題的實(shí)用方法，即編程計(jì)算與免棱鏡全站儀相結(jié)合的剖面測(cè)量方法。

這種剖面測(cè)量的方法不需要在剖面線上或剖面延長(zhǎng)線上架設(shè)儀器，也不需要在地質(zhì)災(zāi)害體上豎立棱鏡或使用RTK，能解決地形的限制、地質(zhì)災(zāi)害體的復(fù)雜性、危險(xiǎn)性及難于攀登性所造成的剖面測(cè)量難題，現(xiàn)詳述如下：

1）目標(biāo)。適應(yīng)地質(zhì)災(zāi)害體剖面測(cè)量的環(huán)境，能在可見剖面線范圍的任意點(diǎn)架設(shè)全站儀，可不在地質(zhì)災(zāi)害體表面上活動(dòng)，能準(zhǔn)確測(cè)量地質(zhì)災(zāi)害體剖面。

2）理論基礎(chǔ)。見圖3，擬測(cè)量剖面為AA′，測(cè)站可歸納為位于剖面左方（如b2點(diǎn)）、右方（如b點(diǎn)）、剖面上（如b3點(diǎn)）及剖面延長(zhǎng)線上（如b1點(diǎn)和b4點(diǎn)）等幾種情況，測(cè)站坐標(biāo)及定向點(diǎn)坐標(biāo)均已有成果（由測(cè)區(qū)控制點(diǎn)測(cè)設(shè)），現(xiàn)采用免棱鏡全站儀在剖面線附近測(cè)出任意一點(diǎn)坐標(biāo)（剖面線具體位置不明確，只有剖面兩端點(diǎn)的坐標(biāo)），通過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算確定該點(diǎn)與擬測(cè)剖面的關(guān)系：位于剖面線左方或右方的偏距bb′和沿剖面方向的平距Ab′，當(dāng)偏距bb′為0時(shí)該點(diǎn)位于剖面線上，當(dāng)平距Ab′為0時(shí)該點(diǎn)為擬測(cè)量剖面的端點(diǎn)A，當(dāng)平距Ab′為負(fù)時(shí)或大于AA′時(shí)該點(diǎn)位于剖面端點(diǎn)外，根據(jù)這些關(guān)系數(shù)據(jù)就能快速測(cè)定地形特征點(diǎn)位及地質(zhì)點(diǎn)位，且保證所測(cè)點(diǎn)位于剖面線上。

3）實(shí)現(xiàn)方法。架設(shè)免棱鏡全站儀完成定向后，在估計(jì)的剖面線附近測(cè)出任意一點(diǎn)坐標(biāo)，輸入計(jì)算設(shè)備（本人使用的是CASIO fx-9860GⅡ型計(jì)算器，外形小巧便于攜帶，計(jì)算功能強(qiáng)大，電力持久，便于野外實(shí)時(shí)計(jì)算），運(yùn)行結(jié)果為剖面線長(zhǎng)、沿剖面方向的平距和偏距。根據(jù)這些計(jì)算所得的點(diǎn)線關(guān)系數(shù)據(jù)迅速調(diào)整測(cè)點(diǎn)位置，根據(jù)調(diào)整后的實(shí)測(cè)坐標(biāo)再次計(jì)算，直至所測(cè)點(diǎn)位至擬測(cè)剖面線的偏距滿足精度要求（我隊(duì)通常要求偏距≤10cm），依此方法測(cè)出剖面線上所有地形特征點(diǎn)和地質(zhì)點(diǎn)，從而準(zhǔn)確的測(cè)量地質(zhì)災(zāi)害體剖面。

4）編程思路。采用便于攜帶、功能強(qiáng)大、電力持久，響應(yīng)快速的計(jì)算器，使用其編程語(yǔ)言，編程時(shí)主要設(shè)計(jì)為三個(gè)模塊：①輸入模塊，用于輸入剖面兩端點(diǎn)的坐標(biāo)和實(shí)測(cè)出的任意點(diǎn)的坐標(biāo)；②計(jì)算模塊，用于計(jì)算點(diǎn)線關(guān)系數(shù)據(jù)；③輸出模塊，用于顯示計(jì)算結(jié)果，包括剖面線長(zhǎng)、沿剖面方向的平距和偏距。

5）程序代碼。

本程序代碼中：第1～6行為輸入模塊，由于測(cè)量同一條剖面時(shí)會(huì)反復(fù)調(diào)用本程序，故第1～4行設(shè)計(jì)為在程序代碼中編輯以避免重復(fù)輸入，第 5～6行設(shè)計(jì)為實(shí)時(shí)輸入實(shí)測(cè)的任意點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)；第 7～12行為計(jì)算模塊，對(duì)所需各過(guò)程參數(shù)進(jìn)行計(jì)算；第13～15行為輸出模塊，實(shí)時(shí)輸出成果數(shù)據(jù)。

6）程序使用方法。①將上述代碼輸入或?qū)隒ASIO fx-9860GⅡ型計(jì)算器后（對(duì)代碼格式稍作修改也可用于CASIO fx-5800等各型計(jì)算器及平板電腦等設(shè)備），按“ON”鍵開啟計(jì)算器；②按“MENU”進(jìn)入菜單，移動(dòng)光標(biāo)到PRGM圖標(biāo)，按“EXE”鍵進(jìn)入“Program List””選擇本程序名稱，按“EDIT”鍵進(jìn)入程序代碼，將剖面兩端點(diǎn)的 X、Y 坐標(biāo)分別賦值給“A”、“B”、“C”、“D”（圖4），按“EXIT”保存和退出；③按“EXE”鍵運(yùn)行程序，根據(jù)屏幕提示輸入實(shí)測(cè)的任意點(diǎn)的X坐標(biāo)，然后按“EXE”鍵輸入該點(diǎn)的Y坐標(biāo)；④按“EXE”鍵，屏幕顯示剖面長(zhǎng)度；再按一次“EXE”鍵，屏幕換行顯示該實(shí)測(cè)點(diǎn)到剖面起點(diǎn)的平距（圖5，負(fù)值表示該點(diǎn)為剖面前進(jìn)方向的反方向延長(zhǎng)線上的點(diǎn)，小于或等于剖面長(zhǎng)度的非負(fù)值表示該點(diǎn)為剖面線上的點(diǎn)，大于剖面長(zhǎng)度的數(shù)值表示該點(diǎn)為剖面前進(jìn)方向的延長(zhǎng)線上的點(diǎn)）；第三次按“EXE”鍵，屏幕換行顯示該實(shí)測(cè)點(diǎn)到剖面線的偏距（負(fù)值為剖面方向的左面，正值為剖面方向的右面）。⑤連續(xù)按兩次“EXE”鍵后根據(jù)屏幕提示輸入下一點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行計(jì)算。

3 地質(zhì)災(zāi)害體剖面測(cè)量實(shí)用方法的實(shí)際應(yīng)用

2013年7月23日凌晨3點(diǎn)10分，受連續(xù)多日暴雨影響，萬(wàn)源市向前廣場(chǎng)后山發(fā)生山體滑坡，造成兩名女童被埋，一人受傷，數(shù)間房屋損壞，2217名居民緊急撤離?；掳l(fā)生后，萬(wàn)源市政府立即啟動(dòng)應(yīng)急搶險(xiǎn)預(yù)案，我隊(duì)立即組織精干技術(shù)力量奔赴現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行應(yīng)急勘察和指導(dǎo)搶險(xiǎn)工作。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急勘查得知：該滑坡縱向長(zhǎng)約170m，橫向?qū)捈s210m，初步推測(cè)滑體厚度20～30m，方量約30×104m3，已滑方量約3.5×104m3，若繼續(xù)遭受連續(xù)強(qiáng)降雨天氣，滑坡有繼續(xù)向后緣及兩側(cè)緣大規(guī)模蔓延的可能（圖6、7）。

為科學(xué)、合理的進(jìn)行該滑坡的應(yīng)急勘察和防治方案設(shè)計(jì)，急需該滑坡表面的地形數(shù)據(jù)和剖面數(shù)據(jù)，但現(xiàn)場(chǎng)形勢(shì)十分嚴(yán)峻，滑坡的后緣、前緣及兩側(cè)緣附近地帶均非常危險(xiǎn)，測(cè)站點(diǎn)難以選擇在剖面線上或剖面延長(zhǎng)線上，也無(wú)法使用RTK完成剖面測(cè)量工作。

面對(duì)上述嚴(yán)峻的測(cè)量環(huán)境，本人率隊(duì)的應(yīng)急勘察測(cè)量組立即使用編程計(jì)算與免棱鏡全站儀相結(jié)合的剖面測(cè)量方法，安全、迅速、準(zhǔn)確的完成了該滑坡剖面測(cè)量工作，為該滑坡的應(yīng)急勘察和防治方案設(shè)計(jì)提供了急需的測(cè)量資料。

4 結(jié)束語(yǔ)

編程計(jì)算與免棱鏡全站儀相結(jié)合的剖面測(cè)量方法能有效的消除或減弱地形限制的影響，解決由地質(zhì)災(zāi)害的復(fù)雜性、危險(xiǎn)性及難于攀登性所造成的剖面測(cè)量難題；程序代碼簡(jiǎn)潔精干，運(yùn)行速度快，成果準(zhǔn)確，精度優(yōu)異，便于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)使用；能快速、準(zhǔn)確的為斜坡地質(zhì)災(zāi)害的勘察和防治方案設(shè)計(jì)提供所需測(cè)量成果數(shù)據(jù)。這種剖面測(cè)量方法經(jīng)過(guò)在多個(gè)地質(zhì)災(zāi)害勘察和防治項(xiàng)目中的實(shí)際應(yīng)用，獲得了良好的使用效果，為解決地質(zhì)災(zāi)害體剖面測(cè)量難題提供了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)和實(shí)用方法。

[1] 張有良．最新工程地質(zhì)手冊(cè)[M]．北京：中國(guó)知識(shí)出版社，2006.

[2] 地質(zhì)礦產(chǎn)勘查測(cè)量規(guī)范GB/T 18341—2001．中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

[3] 全球定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量(RTK)技術(shù)規(guī)范CH/T 2009—2010．中華人民共和國(guó)測(cè)繪行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).測(cè)繪出版社.2010.

[4] 工程測(cè)量規(guī)范GB50026—2007．中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)．北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2008.

[5] 張正祿，等．工程測(cè)量學(xué)[M]．武漢：武漢大學(xué)出版社，2005．

[6] 國(guó)家測(cè)繪局職業(yè)技能鑒定指導(dǎo)中心．測(cè)繪綜合能力[M]．北京：測(cè)繪出版社，2009.