湖南省沅麻盆地紅層地區滑坡專業監測初探
——以懷化辰溪大水田窩棚溪滑坡為例

2016-10-18 05:43:00曾令科雷耀波黃煒敏湖南省地質環境監測站總站湖南長沙410007

國土資源導刊 2016年3期

關鍵詞：變形

曾令科，雷耀波，黃煒敏（湖南省地質環境監測站總站，湖南長沙　410007）

曾令科*，雷耀波，黃煒敏
（湖南省地質環境監測站總站，湖南長沙410007）

湖南沅麻盆地紅層地區是我省地質災害高易發區，多年來一直是我省地質災害氣象風險預警重點關注區域。本文以懷化市辰溪縣大水田鄉窩棚溪滑坡專業監測點為例，初探沅麻盆地紅層地區滑坡專業監測方法。通過分析強降雨過程各監測因子數據變化情況，分析判定已布設各監測設備的監測效果，對后期沅麻盆地紅層區域地質災害監測手段和方法提出建議，同時希望能對影響滑坡的降雨量、孔隙水壓力、土壤含水率，地表位移及深部位移等因素和滑坡氣象預警指標體系建立有一定的指導意義。

沅麻盆地；地質災害；專業監測

湖南省地質災害具有點多、面廣、危害大特點，全省有73%的地區為地質災害高中易發區。湘西地區的沅麻紅層盆地是我省地質災害高易發的地區之一，特別是該區域的紅層巖質滑坡，是滑坡多發地層。

本文以懷化辰溪大水田窩棚溪滑坡專業監測示范點為例，主要對雨量、土壤含水率、地表裂縫、深部位移等布設監測設備進行監測，從而對我省典型的紅層地區滑坡的監測作初步研究，以期掌握同類型滑坡的最佳監測方法，便于今后專業監測工作在全省的推廣應用。

1　滑坡概況

1.1基本情況

辰溪縣大水田鄉窩棚溪滑坡始發于2014年6月20日5～7時，滑坡已造成該自然寨多棟房屋地面開裂，磚墻開裂、磚墻傾斜、扭轉錯位等變形，已造成整個斜坡坡面裂縫密布，坡體上樹木局部為“醉漢林”，通往村寨的公路已多處塌滑而徹底中斷，前緣已發生規模較大的塌滑點4處，塌滑規模300～3000 m3左右，所幸均無人員傷亡。造成的直接經濟損失約100萬元，潛在經濟損失約1100萬元，直接威脅坡體上房層72棟79戶379人的生命財產安全，及坡體上水田、耕地等。

滑坡區為侵蝕剝蝕型丘陵斜坡地貌，海拔標高158.12～335.70 m，相對高差約177.58 m。斜坡由多級臺階狀組成，單級臺階高1～4 m，局部高15～50 m（前緣）。斜坡總體坡度10°左右，前緣坡相對較陡，局部坡度達50°，斜坡中段相對平緩。斜坡中下段為主要變形區，主要變形區域標高為160～175 m滑坡長430 m，垂直滑動方向寬280 m左右，平均厚度9.9 m，變形區面積約11.6萬m2。滑坡方量約100萬m3。主滑方向212°，前后緣高差約為115 m，滑體由第四系殘坡積含碎石粉質粘土、粉土夾塊石及白堊系下統強風化巖層組成，滑床為白堊系下統中風化泥質粉砂巖夾粉砂質泥巖。村民主要聚居在斜坡坡度較緩的中段，次為斜坡下段。坡體上耕地以旱地為主，水田主要分布于坡體前緣、次為坡體中段，其它地段植被較發育。

1.2地質環境條件

區內出露地層從新到老主要為第四系粉質粘土夾粉土層及白堊系下統東井組紫紅色泥質粉砂巖夾粉砂質泥巖，滑體主要以粉質粘土、粉土，含泥質粉砂巖碎石組成，滑床主要以白堊系下統東井組（K1d）紫紅色中厚層泥質粉砂巖夾泥巖為主，局部呈互層狀。巖層傾向一般210～250°，傾角5～10°。滑帶以紫紅色粉質黏土、粉土構成，可塑為主，局部呈軟塑，平均厚度6.31 m。分布于整個場地。

工作區位于沅麻盆地腹地，北東向大斷裂從滑坡區南東側經過，滑坡區附近沒有發現明顯的褶皺、斷裂構造，具體表現為一單斜構造，巖層產狀：傾向210～250°，少數傾向160～200°，傾角一般5～10°。坡向210°左右，巖層傾向與坡向基本一致。工作區新構造運動以間歇性整體抬升為主，主要表現為溝谷深切，沖溝發育，山坡較陡。該區地震動峰值加速度為0.05 g，地震動反應譜特征周期為0.35 s，該區地震基本烈度為Ⅵ度區。

工作區地下水類型主要有泥質粉砂巖、粉砂質泥巖裂隙水及第四系孔隙水兩種類型。第四系殘坡積層孔隙水含水層屬松散巖類孔隙水，孔隙水主要賦存于第四系殘坡積粘性土層、碎塊石層中，水量貧乏。其水量隨季節變化非常明顯，雨季時地下水水量劇增。孔隙水直接滲入下伏的強風化巖層，如村中飲用水井，大氣降水為淺層坍塌或淺層滑坡的形成提供了水動力條件。白堊系下統東井組粉砂巖、泥巖裂隙含水層屬基巖裂隙水，裂隙水賦存于白堊系紫紅色粉砂巖、泥巖裂隙中，接受大氣降水、孔隙水入滲補給，裂隙發育的強風化層富水性相對較好，較完整的中風化層富水性相對較差。地下水一般沿節理裂隙入滲并匯集于強風化層與中風化層界面，特別是當界面為粉砂質泥巖層時，更利于形成沿面逕流，并向南東窩棚溪方向排泄，水量隨季節、降水量變化而變化。大氣降水、孔隙水的入滲為滑坡的形成提供了水動力條件。區域上該地層富水性弱—中等，水質類型為型，PH值6.5～7.5，總礦化度300 mg/L左右，屬重碳酸硫酸鈣鎂型低礦化中性淡水。

2　監測方法及儀器布設

2.1 監測方法

滑坡監測內容分為變形監測、相關因素監測、宏觀前兆監測。滑坡變形監測一般包括位移監測和傾斜監測，以及與變形有關的物理量監測。位移監測分為地表的和地下（鉆孔、平硐內等）的絕對位移監測和相對位移監測。其中絕對位移監測包括監測滑坡的三維（X、Y、Z）位移量、位移方向與位移速度。相對位移監測包括滑坡重點變形部位裂縫等兩側點與點之間的位移量。傾斜監測分為地面傾斜和地下（平硐、豎井、鉆孔等）傾斜監測，監測滑坡、崩塌的角變位與傾角、傾擺變形及切層蠕滑。相關因素監測主要是對氣象變化、地下水動態等方面。

根據滑坡災害的主要誘發因素和成災特性，對滑坡災害監測其主要誘發因素（降雨量）、主要相關物理參數（地下水滲壓、土壤含水率、地表位移、深部位移）進行監測。

2.2監測儀器布設

根據滑坡變形特征及勘查情況分析，滑坡體布設降雨量監測自動雨量計1個、1個土壤含水率、1個孔隙水壓力監測點，1個激光表面位移監測點和4個GPS變形監測點和1個基準點，3個深部測斜監測點以及 1個野外圖像監測站。

2.2.1降雨與滲水監測

降雨是滑坡發生的主要誘發因素，雨水下滲軟化滑體，降低物理性質，地下水滲流作用對滑體產生滲透力，容易造成滑坡失穩，地表表現為地面裂縫等。為了監測滑坡所在區域的降雨，在滑坡體后緣外坡體上選取1處位置開闊、無遮擋、地勢高區域，布設1處雨量自動監測站。

在隱患體中部強烈變形區布置1處土壤含水率監測點和1處孔隙水壓力監測點，監測滑體內部土壤含水率以及土體滲水壓力、地下水位變化。

2.2.2地表位移監測

滑坡體平面形態呈舌形，滑坡主要變形方式為強降雨作用下沿滑面滑動變形，總體變形方向215°，與斜坡坡向較為一致。

圖1　辰溪大水田窩棚溪滑坡影像圖Fig.1 Chenxi Dashuitian landslide image field

滑坡后部地表拉張裂縫走向為垂直主滑方向，已貫通200～300 m，寬度10～50 cm，為滑坡主要變形裂縫，在該處布置1處激光地表位移監測站，對滑坡體變形裂縫進行監測。

建立一個GNSS地表位移監測網，對滑坡長400m寬500 m（面積20×104 m2）的變形范圍進行監測。GNSS監測網由5個控制點組成，1個基準點位于滑坡西側山坡穩定點，4個監測點分別沿滑坡主滑方向和垂直主滑方向呈“十”字形布置，監測控制滑坡各方向的變形情況。

2.2.3深部位移監測

建立一個深部測斜監測網，對滑坡中后部、兩側等變形強烈區域的不同深度滑體變形進行監測。深部測斜監測網由3個控制點組成，呈“T”字形布設，2個深部測斜點沿主滑方向分布于滑體中部和后部，分別對5 m、8 m、10 m層位的滑體變形情況進行監測，1個深部測斜點分布于滑坡西側強烈變形區中部，對3 m、5 m、8 m層位的滑體變形情況進行監測。

2.2.4視頻監測

選取隱患體1戶沒破壞居民房屋，在房屋頂布設360°旋轉攝像頭，能較好地監測隱患體變形較大局部區域和部分監測設備。

懷化辰溪大水田窩棚溪滑坡專業監測設備布置情況（圖2）。

圖2　　辰溪大水田窩棚溪滑坡監測系統平面布置圖Fig.2　Chenxi Dashuitian landslide monitoring system layout

3　監測預警系統

3.1系統總構架

為了滿足省、市、縣級人員各級用戶的不同需求，更好的服務于各級用戶，監測預警系統采用基于B/S技術架構的分層設計架構。該設計架構實現了數據的統一采集管理以及數據的分級分權限服務，在減少了系統管理維護成本的同時更加精準、方便為各級用戶提供監測預警服務（圖3）。

3.2系統拓撲結構

根據項目建設目標、系統需求、網絡和基礎設施現狀、系統數據服務需求及數據安全防護要求，設計系統拓撲結構見圖4。

地質災害監測數據中心和地質災害監測預警系統部署于省級節點。系統基于移動網絡和互聯網，專業監測設備通過移動網絡向數據中心發送專業監測數據，實現專業監測數據的上報和采集；通過金土專網實現數據采集和數據交換，為省、市、縣工作人員提供地災監測預警服務；通過互聯網實現監測預警信息對外發布，提供公眾用戶災害預警信息。

圖3　系統設計架構Fig.3　System design architecture

圖4　系統拓撲結構Fig.4　System topology diagram

3.3系統功能

3.3.1地質災害信息展示模塊

以樹形目錄結構，分別以行政區劃和儀器設備為導航，在地圖上展示相對應資源在空間上的分布情況，以及對應的數據列表信息，方便用戶快捷定位到所關注的數據。

3.3.2專題數據管理

將地質災害監測過程中遇到的各類基礎圖件，如基礎地質、水文地質、遙感影像等專題圖層進行組合及疊加顯示，通過統一的導航菜單進行管理。

3.3.3監測預警信息展示

地質災害點等級預警、設備異常等信息都統一在地圖上以動態標注的形式顯示出來，用戶可以清晰、直觀地看到異常報警信息（包括預警點空間位置、預警點名稱、預警等級、監測數據、設備狀態等）。在該界面下，以信息提示框的形式分類統計了用戶所關心的各類數據，包括災害點預警數據、儀器狀態數據、儀器類型數據、災害點儀器類型數據等。通過定位用戶可以快速調用到所關心的各類數據，為了解預警原因提供技術支撐。

3.3.4監測設備信息

用戶可以在監測設備功能中分別以行政區劃和儀器類型為導航，查詢出他所關心的設備列表，通過設備類型查看設備的空間地理位置、設備現場照片、設備監測數據等信息。

3.3.5監測數據

監測數據功能提供用戶查詢任意監測設備不同時間段的監測數據，該監測數據以圖表的形式展示。同時用戶可以選擇不同位置的設備在同一個圖表中分析它們在同一時間段內的數據情況，這就避免了單一設備的數據查詢，無法從整體上來對比和分析的弊端，是用戶能夠更加全面準確的掌握災害點的真實情況。

4　監測數據分析

選取2次強降雨過程對監測數據進行分析。

4.1實例1

2016年5月7～9日，辰溪縣大水田鄉出現了一次降雨過程，主要降雨時段為5月7日，降雨97 m；其它時段5月6日降雨量為16.5 mm，5月8日降雨量為7.5 mm。受強降雨影響，激光表面位移5月8日出現了6.5 cm的變化，但監測數據又變回初始值，說明該變化量不準確，不符合滑坡裂縫持續增大的客觀規律；裂縫伸縮儀5月7日變化量為2 mm，坡體土壤含水率和孔隙水壓力數據都變大，具體情況見圖5～9。

圖5　2016年5月6日-8日降雨量情況Fig.5　May 6- 8 rainfall situation

圖6　2016年5月7日-5月9日土壤含水率監測數據變化情況Fig.6　May 7- 9 soil moisture monitoring data changes

圖7　2016年5月7日-9日激光表面位移監測數據變化情況Fig.7　May 7-9 laser surface displacement monitoring data changes

圖8　2016年5月7日-9日裂縫伸縮儀監測數據變化情況Fig.8　May 7-9 crack monitor data changes

圖9　2016年5月7日-9日空隙水壓力監測數據變化情況Fig.9　May 7-9 gap water pressure monitoring data changes

圖10　2016年7月3日-5日降雨量監測情況Fig.10　July 3-5 rainfall monitoring data

4.2實例2

2016年7月3日至5日，辰溪縣大水田鄉出現了一次降雨過程，主要降雨時段為7月3日，降雨量為178 mm；7月4日降雨量為74 mm，7月5日降雨量為12 mm。受強降雨影響，激光表面位移7月3日變化量12.8 cm、7月5日變化量35.4 cm，但監測數據又變回初始值，說明該變化量不準確，不符合滑坡裂縫持續增大的客觀規律；裂縫伸縮儀7月4日變化量為1.1 mm，坡體土壤含水率和孔隙水壓力數據都變大（圖10～14）。

Professional monitoring of the red layer landslide in Hunan Yuanling-Mayang Basin——A Case Study of Huaihua Chenxi Dashuitian landslide

Zeng lingke， Lei yaobo， Huang weim in
（Hunan Geological Environment Monitoring Station， Changsha Hunan410007）

Hunan Yuanling Mayang basin in red beds area is our province geological disaster prone areas， over the years has been our province geology disaster weather risk forewarning emphasis region of interest. This paper takes Huaihua Chenxi county flood Dashuitian landslide monitoring point as an example， primary study on the Yuanma basin red bed landslide monitoring method. Through analyzing the monitoring factor data changes in the heavy rainfall process ， the thesis analysis the effect of the monitoring equipment that have been arranged， and suggests about red layer of regional geological hazard monitoring tools and methods of late Yuanma basin， also hope to have certain guiding significance on building index system of influence landslide rainfall， pore water pressure， soil moisture rate and surface displacement and deep displacement factors and landslide meteorological early warning .

yuanling-mayang basin； geologic hazard； professional monitoring