邊坡工程監(jiān)測預(yù)警技術(shù)研究

鄭質(zhì)彬 樊嘯 彭巖巖

摘 要：邊坡工程是一種復(fù)雜的力學(xué)系統(tǒng)，受環(huán)境變化和巖土性質(zhì)影響大，僅僅依靠理論很難精確計(jì)算邊坡的穩(wěn)定狀態(tài)。邊坡工程監(jiān)測預(yù)警技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對邊坡實(shí)時狀態(tài)的監(jiān)測，并對可能出現(xiàn)滑坡的區(qū)域作出超前預(yù)警，從而最大程度地保障生命財(cái)產(chǎn)安全。

關(guān)鍵詞：邊坡;監(jiān)測預(yù)警

我國地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，尤其是滑坡災(zāi)害，每年都會造成幾十億元的經(jīng)濟(jì)損失和數(shù)百人的傷亡。近年來，科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速，邊坡工程監(jiān)測預(yù)警技術(shù)應(yīng)用廣泛，據(jù)2017年《全國地質(zhì)災(zāi)害通報(bào)》顯示，與2016年相比，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生數(shù)量、造成死亡失蹤人數(shù)均有所減少，分別減少26.7%和13.1%，并且2017年全國共成功預(yù)報(bào)地質(zhì)災(zāi)害1016起，同比增長50.3%，避免人員傷亡39869人，防災(zāi)減災(zāi)效果顯著。由此可見，通過監(jiān)測技術(shù)了解地質(zhì)災(zāi)害的基本情況，得到有效的監(jiān)測數(shù)據(jù)，提前預(yù)知災(zāi)害的風(fēng)險，能很大程度上避免財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡。

1 邊坡監(jiān)測預(yù)警技術(shù)概述

邊坡是一個天然的力學(xué)系統(tǒng)，邊坡內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)和力學(xué)性質(zhì)極其復(fù)雜，且外界環(huán)境（降水、風(fēng)化、裂變等）都會對邊坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，僅僅依靠理論計(jì)算只能從有限的角度來預(yù)測和控制邊坡的穩(wěn)定性。因此在實(shí)際邊坡工程的施工和治理中，邊坡監(jiān)測預(yù)警技術(shù)是不可或缺的工程內(nèi)容。

邊坡工程的監(jiān)測工作一般包括邊坡變形、應(yīng)力監(jiān)測及水文地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測等。監(jiān)測技術(shù)既要從全局上監(jiān)測邊坡，又要對邊坡關(guān)鍵部位和脆弱部位進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測。通過監(jiān)測系統(tǒng)，有效掌握邊坡實(shí)時狀態(tài)信息，并基于監(jiān)測數(shù)據(jù)分析和滑坡災(zāi)害規(guī)律，有效預(yù)測邊坡穩(wěn)定性和發(fā)展趨勢，對可能發(fā)生的滑坡災(zāi)害提前作出預(yù)警，及時采取相應(yīng)措施以保障生命財(cái)產(chǎn)安全。

在邊坡工程中，邊坡監(jiān)測預(yù)警技術(shù)的地位非常重要，其主要作用在于：（1）實(shí)時采集邊坡變形趨勢和水文地質(zhì)等監(jiān)測數(shù)據(jù)，評價邊坡設(shè)計(jì)和施工的穩(wěn)定性，并預(yù)測邊坡災(zāi)害的發(fā)生。（2）根據(jù)地質(zhì)資料和邊坡發(fā)展趨勢，改進(jìn)邊坡施工和支護(hù)方案。（3）能更針對性的完善邊坡治理措施，并制定相應(yīng)的防災(zāi)避災(zāi)對策。（4）為數(shù)值模擬反演提供參數(shù)和依據(jù)，與數(shù)值模擬結(jié)果相互驗(yàn)證，從而更準(zhǔn)確地判斷整體邊坡應(yīng)力和位移情況。

2 邊坡工程監(jiān)測方法

2.1 裂縫監(jiān)測

邊坡表面裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展是邊坡內(nèi)部應(yīng)力變化重要表現(xiàn)，實(shí)時監(jiān)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(jīng)發(fā)生或即將發(fā)生的移動量和發(fā)展趨勢，判定邊坡巖體的安全性，預(yù)知邊坡失穩(wěn)破壞的風(fēng)險。

2.2 下滑力監(jiān)測

當(dāng)邊坡的下滑力大于其抗滑力時，邊坡巖體會發(fā)生變形和滑動，并且監(jiān)測邊坡巖體內(nèi)部的應(yīng)力變化能更有效地反映巖體破壞趨勢。基于這個學(xué)術(shù)思想，何滿潮院士研發(fā)了一種滑坡遠(yuǎn)程監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)。將恒阻大變形錨索穿過邊坡下滑面，并施加一個預(yù)應(yīng)力，通過分析錨索的受力狀態(tài)和預(yù)應(yīng)力變化情況推導(dǎo)下滑力與抗滑力之間的函數(shù)關(guān)系，從而實(shí)時監(jiān)測邊坡穩(wěn)定性。

2.3 地下水監(jiān)測

地下水是導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)的關(guān)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(xué)參數(shù)，減小抗滑力，致使滑坡發(fā)生。因此，地下水監(jiān)測數(shù)據(jù)在評價邊坡穩(wěn)定性時需重點(diǎn)分析，并在設(shè)計(jì)支護(hù)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(fā)射信號監(jiān)測

巖石在受到外力作用時會不斷地發(fā)生破壞，導(dǎo)致裂隙的形成或擴(kuò)展，其儲存在巖體內(nèi)部的能量會以應(yīng)力波的形式發(fā)散出來，從而形成聲發(fā)射。利用儀器采集巖體發(fā)射出的信號，通過信號處理對其分析和總結(jié)，能夠探測巖體內(nèi)部能量釋放和變形破壞過程，以此預(yù)知邊坡災(zāi)害的發(fā)生。

3 邊坡工程預(yù)警技術(shù)

預(yù)警是在災(zāi)害發(fā)生之前，根據(jù)總結(jié)規(guī)律或觀測數(shù)據(jù)分析其發(fā)生災(zāi)害的可能性，并發(fā)出緊急信號，報(bào)告危險情況，及時作出準(zhǔn)備和預(yù)案，從而最大程度地降低災(zāi)害造成的影響。邊坡預(yù)警主要是在災(zāi)害發(fā)生規(guī)律和監(jiān)測數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，選取引發(fā)邊坡災(zāi)害的關(guān)鍵因素，在因素指標(biāo)達(dá)到預(yù)設(shè)臨界點(diǎn)時，預(yù)測邊坡災(zāi)害發(fā)生的可能性，從而提前采取必要的措施消除或避免災(zāi)害。

按照邊坡災(zāi)害的時空性，邊坡預(yù)警主要在時間和空間上進(jìn)行預(yù)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(jù)邊坡變形速率能準(zhǔn)確預(yù)測邊坡災(zāi)害發(fā)生時間，從而有效避免災(zāi)害。在空間上，預(yù)警技術(shù)能夠?yàn)槿祟惿a(chǎn)生活選擇穩(wěn)定性好、安全性高的地段，并及時遷移危險區(qū)域，保障生命財(cái)產(chǎn)免遭災(zāi)害侵襲，對土地使用的合理性具有重要指導(dǎo)意義。

4 結(jié)語

在實(shí)際工程中，邊坡監(jiān)測預(yù)警是邊坡工程中不可或缺的內(nèi)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(jiān)測、分析、預(yù)警方面做了大量工作，取得了豐碩的成果。隨著科技發(fā)展和國家對生命財(cái)產(chǎn)重視程度的提高，邊坡監(jiān)測預(yù)警技術(shù)水平將會不斷進(jìn)步，應(yīng)用前景十分廣泛。

參考文獻(xiàn)：

[1]孔令偉.特殊土與邊坡技術(shù)發(fā)展綜述[J].土木工程學(xué)報(bào)，2012，45（05）：141-161.

[2]丁震.露天煤礦邊坡實(shí)時監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用對比分析[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2017，45（S1）：189-192.

[3]譚興元.滑坡地質(zhì)災(zāi)害認(rèn)識及防治工程設(shè)計(jì)[J].世界有色金屬，2018（22）：197+199.

[4]何滿潮.滑坡地質(zhì)災(zāi)害遠(yuǎn)程監(jiān)測預(yù)報(bào)系統(tǒng)及其工程應(yīng)用[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2009，28（06）：1081-1090.

[5]李剛，肖繁.邊坡聲發(fā)射監(jiān)測研究綜述[J].長江科學(xué)院院報(bào)，2018，35（11）：57-62.