邊坡工程監測預警技術研究

鄭質彬 樊嘯 彭巖巖

摘 要：邊坡工程是一種復雜的力學系統，受環境變化和巖土性質影響大，僅僅依靠理論很難精確計算邊坡的穩定狀態。邊坡工程監測預警技術實現了對邊坡實時狀態的監測，并對可能出現滑坡的區域作出超前預警，從而最大程度地保障生命財產安全。

關鍵詞：邊坡;監測預警

我國地質災害頻發，尤其是滑坡災害，每年都會造成幾十億元的經濟損失和數百人的傷亡。近年來，科學技術發展迅速，邊坡工程監測預警技術應用廣泛，據2017年《全國地質災害通報》顯示，與2016年相比，地質災害發生數量、造成死亡失蹤人數均有所減少，分別減少26.7%和13.1%，并且2017年全國共成功預報地質災害1016起，同比增長50.3%，避免人員傷亡39869人，防災減災效果顯著。由此可見，通過監測技術了解地質災害的基本情況，得到有效的監測數據，提前預知災害的風險，能很大程度上避免財產損失和人員傷亡。

1 邊坡監測預警技術概述

邊坡是一個天然的力學系統，邊坡內部組成結構和力學性質極其復雜，且外界環境（降水、風化、裂變等）都會對邊坡的穩定性產生影響，僅僅依靠理論計算只能從有限的角度來預測和控制邊坡的穩定性。因此在實際邊坡工程的施工和治理中，邊坡監測預警技術是不可或缺的工程內容。

邊坡工程的監測工作一般包括邊坡變形、應力監測及水文地質環境監測等。監測技術既要從全局上監測邊坡，又要對邊坡關鍵部位和脆弱部位進行重點監測。通過監測系統，有效掌握邊坡實時狀態信息，并基于監測數據分析和滑坡災害規律，有效預測邊坡穩定性和發展趨勢，對可能發生的滑坡災害提前作出預警，及時采取相應措施以保障生命財產安全。

在邊坡工程中，邊坡監測預警技術的地位非常重要，其主要作用在于：（1）實時采集邊坡變形趨勢和水文地質等監測數據，評價邊坡設計和施工的穩定性，并預測邊坡災害的發生。（2）根據地質資料和邊坡發展趨勢，改進邊坡施工和支護方案。（3）能更針對性的完善邊坡治理措施，并制定相應的防災避災對策。（4）為數值模擬反演提供參數和依據，與數值模擬結果相互驗證，從而更準確地判斷整體邊坡應力和位移情況。

2 邊坡工程監測方法

2.1 裂縫監測

邊坡表面裂縫的產生和發展是邊坡內部應力變化重要表現，實時監測邊坡表面的裂縫信息既方便簡易、成本低廉，又有助于分析邊坡巖體已經發生或即將發生的移動量和發展趨勢，判定邊坡巖體的安全性，預知邊坡失穩破壞的風險。

2.2 下滑力監測

當邊坡的下滑力大于其抗滑力時，邊坡巖體會發生變形和滑動，并且監測邊坡巖體內部的應力變化能更有效地反映巖體破壞趨勢?；谶@個學術思想，何滿潮院士研發了一種滑坡遠程監測預警系統。將恒阻大變形錨索穿過邊坡下滑面，并施加一個預應力，通過分析錨索的受力狀態和預應力變化情況推導下滑力與抗滑力之間的函數關系，從而實時監測邊坡穩定性。

2.3 地下水監測

地下水是導致邊坡失穩的關鍵性因素，對邊坡的破壞起多重作用。一方面，地下水會直接增加滑坡體的重量，增大邊坡下滑力;另一方面，地下水會潤滑和軟化土體，降低邊坡滑動面處巖體的力學參數，減小抗滑力，致使滑坡發生。因此，地下水監測數據在評價邊坡穩定性時需重點分析，并在設計支護時做好邊坡的截水和排水措施，降低地下水對邊坡的不利影響。

2.4 聲發射信號監測

巖石在受到外力作用時會不斷地發生破壞，導致裂隙的形成或擴展，其儲存在巖體內部的能量會以應力波的形式發散出來，從而形成聲發射。利用儀器采集巖體發射出的信號，通過信號處理對其分析和總結，能夠探測巖體內部能量釋放和變形破壞過程，以此預知邊坡災害的發生。

3 邊坡工程預警技術

預警是在災害發生之前，根據總結規律或觀測數據分析其發生災害的可能性，并發出緊急信號，報告危險情況，及時作出準備和預案，從而最大程度地降低災害造成的影響。邊坡預警主要是在災害發生規律和監測數據分析的基礎上，選取引發邊坡災害的關鍵因素，在因素指標達到預設臨界點時，預測邊坡災害發生的可能性，從而提前采取必要的措施消除或避免災害。

按照邊坡災害的時空性，邊坡預警主要在時間和空間上進行預測。在時間上，邊坡的破壞變形是階段性的，處于不同階段的邊坡其安全性不盡相同，根據邊坡變形速率能準確預測邊坡災害發生時間，從而有效避免災害。在空間上，預警技術能夠為人類生產生活選擇穩定性好、安全性高的地段，并及時遷移危險區域，保障生命財產免遭災害侵襲，對土地使用的合理性具有重要指導意義。

4 結語

在實際工程中，邊坡監測預警是邊坡工程中不可或缺的內容，也是人類面對自然的重大課題。近年來，許多邊坡工程均在監測、分析、預警方面做了大量工作，取得了豐碩的成果。隨著科技發展和國家對生命財產重視程度的提高，邊坡監測預警技術水平將會不斷進步，應用前景十分廣泛。

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