邊坡變形監測技術發展現狀及問題對策

王念秦，申輝輝, 魯興生

(1.西安科技大學地質與環境學院，西安 710054；2.陜西省煤炭綠色開發地質保障重點實驗室，西安 710054)

中國是一個多山國家，地質結構復雜，地貌類型繁多，地形起伏較大，其中山地、丘陵約占國土面積的2/3，為地質災害的多發提供了基礎條件。近年來，由于受極端天氣、地震以及人類工程活動的影響，巖土體內部應力狀態由平衡—非平衡—平衡逐漸過渡，致使中國地質災害頻繁發生，尤以滑坡最為突出。據不完全統計，2017—2019年全國共發11 375起滑坡，占地質災害總數的68.2%，因滑坡造成的人員傷亡和經濟損失占總地質災害的60%～70%。其中發生在2017年四川省茂縣新磨村的順層高位滑坡導致10人死亡、73人失蹤，直接經濟損失達8.81億余元[1]，以及2019年發生在山西省鄉寧縣棗嶺鄉滑坡導致3棟樓房垮塌，造成20人死亡的重大滑坡災害事故[2]。通過這些案例不難看出，滑坡地質災害對人類的生命財產安全威脅十分嚴峻。

2017年國土資源部印發的《全國地質災害防治“十三五”規劃》明確要求，要以最大限度避免和減少人員傷亡及財產損失為目標，建成系統完善的監測預警體系[3]。因此，科學的監測預警工作是防范地質災害和保障人民生命財產安全的重要手段，對國民經濟建設起著至關重要的作用。同時，通過定量化監測數據來客觀反映邊坡變形特征及變形規律，可為滑坡預警預判和風險管控提供重要依據。

如今，地質災害監測預警工作在中國發展了近60年，地質災害監測手段以及監測方法得到多元化發展。因此，針對既有的變形監測手段進行梳理和經驗性總結，提出當前邊坡變形監測所存在的問題和解決辦法，以期為今后地災害監測工作的開展提供指導和借鑒。

1 邊坡監測技術發展歷程

邊坡監測是指導邊坡穩定性分析的重要手段之一。國際上對邊坡監測的研究已有一百多年的歷史，其中意大利在1860年就開始了對邊坡變形監測的研究工作，是邊坡地質災害研究最早的國家之一。中國對邊坡監測的研究相對較晚，直到20世紀60年代，陸續開展地質災害監測預警研究工作，并取得了豐碩的科研成果。其中不乏一些成功預報典型案例，如秭歸縣馬家壩滑坡、雞鳴寺滑坡以及甘肅黃茨滑坡等，最為突出的是1985年對長江三峽新灘滑坡的成功預報，確保了滑坡區內1 371名居民的生命安全，成為中國滑坡監測預警史上的里程碑。

縱觀邊坡監測的研究歷史，可大體將其發展過程劃分為三大階段。

1.1 探索期——定性分析評判階段

20世紀50年代以前為定性分析評判階段，該階段受科學水平的制約，主要通過巡視，靠肉眼和聽覺，結合一些簡易工具(皮尺、羅盤等)對邊坡的穩定性進行分析。對其監測方法，如坡體上建筑物開裂通過貼紙條、涂油漆的方式進行變形觀察；地裂縫在其兩側埋樁用皮尺量測其位移變化量。除此之外，通過觀察異常現象評價其穩定性，如動物驚恐不安、地下水位突變、巖土體發出聲響、局部出現小型滑塌、坡腳前緣鼓脹或出現涌水、樹木歪斜等。

總的來說該階段監測特點主要以防為主，其監測方法存在精度低、內容單一、勞動強度大等缺點。

1.2 深化期——理論研究、半定量分析評判階段

20世紀50—90年代為理論研究、半定量分析評判階段，該階段科學技術蓬勃發展，各種監測儀器設備相繼研發并廣泛應用于邊坡監測系統中。與此同時，各國專家、學者對邊坡變形理論研究相繼取得突破，開始大量引入數理統計、概率論、灰色系統理論、模糊數學等現代數理力學理論與模型，各學科相互貫通，研究方向趨于多樣化，對邊坡的穩定性評價也由此從定性分析過渡到半定量分析。

對其研究成果，蘇聯滑坡專家葉米里揚諾娃[4]在《滑坡作用的基本規律》一書中全面地論述了自然滑坡產生的條件、因素、機理和過程；日本學者Saito[5]提出了著名的“齋藤法”滑坡預報公式，并成功預報一起隧道滑坡；智利學者Hoek[6]提出根據滑坡變形曲線的形態和趨勢外推求滑動時間的外延法；崔政權[7]首次提出運用系統工程地質學(system engineering geology,SEG)法對邊坡穩定性進行評價的思路；謝守益等[8]設計了降雨滑坡的典型閾值，并根據極值分布理論對典型滑坡降雨誘發概率進行了統計分析；馬莉等[9]、唐春艷等[10]先后運用灰色理論和交互多模算法對滑坡監測數據進行處理，并建立滑坡預測模型和一種卡爾曼平滑算法等。

與此同時，中國研制了一批常規監測儀器設備，但與發達國家相比仍存在差距。主要表現在儀器的精度和自動化方面。因此，起初主要通過引進國外監測技術進行研究。如探測邊坡滑動面的多點鋼絲伸長計、測定傾斜和位移變化的數字顯示鉆孔測斜儀、監測沉陷或隆起可遠距離讀數的多點液力水準儀、美制Sinco盤式傾斜儀、日本蔡司007自動安平水準儀和SET2測距儀等[11]。在第六個五年計劃之后，中國專家學者針對一些傳統監測儀器的缺陷，自主研發了PSH-1型雙向伺服加速度計式傾斜儀、T字形傾斜儀、鉆孔多點位移計以及測距儀、水準儀、經緯儀、全站儀等一批高精度光電和光學測量儀器。

該時期的特點主要為監測方向和儀器設備趨于多樣化，監測手段也不再局限于地表宏觀形跡，監測指標從地表延伸到地下，監測效率大幅提升。其監測方法精度較高，但勞動強度較大、易受地形和通視等因素的影響。

1.3 發展期——監測預警自動化、定量分析評判階段

20世紀90年代以后為監測預警自動化、定量分析評判階段，該階段，計算機、電子、測量、通信等技術迅速發展，出現一批新型監測技術，邊坡監測手段也因此得到充實。如“3S”[遙感(remote sensing,RS)、地理信息系統(geographic information system,GIS)和全球定位系統(global positioning system,GPS)]技術、三維激光掃描技術、時域反射技術、合成孔徑雷達干涉測量技術、分布式光纖傳感技術以及近景攝影測量技術等。其中D-InSAR(differential interferometric synthetic aperture radar)技術首次被提出可用于探測大范圍區域的地表變形[12]，為邊坡監測手段提供了新思潮。至此，國際上對邊坡監測的手段不再僅僅依靠單一的宏觀傳統監測，正在轉變為由點到面、由淺至深、由宏觀到微觀的多樣化監測。伴隨著無線傳感器、遙測技術和云計算技術的突破，邊坡變形監測技術不斷朝向自動化、實時化、信息化等方向發展，極大地推動了邊坡遠程實時動態化監測，邊坡監測效率得以提升。實時動態監測系統對跟蹤災害體的變形過程進而反演分析起著關鍵作用，因此中外競相對其研發工作涌現熱潮。如澳大利亞研制的CSRIO(commonwealth scientific and industrial research organisaction)實時動態邊坡變形監測系統以及智利的APA-Win邊坡自動監測系統等，通過實際應用檢驗均達到良好的監測效果；何滿潮[13]開發了滑坡地質災害遠程監測預報系統，實現攝動力動態變化的遠程實時監測，并提出4種監測預警模型；許強等[14]通過自主研發的“地質災害實時監測預警系統”以變形速率閾值和改進切線角為預警指標，對甘肅省永靖縣黑方臺滑坡進行7次成功預警。

“十二五”期間，國務院印發的《關于加強地質災害防治工作的決定》(簡稱《決定》)明確提出，要對地質災害隱患點開展專群結合的監測預警。自《決定》頒布以來，中國已先后在三峽庫區、四川雅安、重慶巫山、陜西延安等地區開展專業監測和預警研究工作，為后期專家、學者的研究提供了寶貴經驗。

該時期常規監測技術應用較為成熟，新型監測技術正處于上升發展期，監測系統的遠程化、自動化、實時化性能是該時期的一個亮點，尤以遙測技術最為突出。該時期所研發的新型監測技術具有精度高、效率高、勞動強度小等優點，但其監測精度易受氣象等自然因素的影響。

2 邊坡變形監測技術現狀

邊坡失穩破壞是從漸變到突變的一個發展過程，單憑人的直覺觀察很難發現。因此，現階段，簡易監測只能作為輔助手段，主要通過常規監測手段和新型監測手段對邊坡變形進行監測。

2.1 常規邊坡變形監測技術

常規邊坡變形監測主要通過一些比較成熟的非自動化的監測儀器設備對邊坡進行監測，其監測方法及其特點如表1所示。

表1 常規邊坡變形監測技術及其特點

2.2 新型邊坡變形監測技術及其組合應用

由于常規監測手段效率較低、耗費人力且易受地形條件、通視情況等因素影響。因此，為了克服這些局限性，中外學者不斷研制出新型邊坡監測技術，并根據各監測技術的特點進行組合應用，使得邊坡變形監測工作的效率得以提升。本節根據監測技術的接觸特性，將新型邊坡變形監測技術劃分為接觸型邊坡變形監測技術和非接觸型邊坡變形監測技術。

2.2.1 接觸型邊坡變形監測技術

1)TDR技術

時域反射法(time domain reflection，TDR)是一種用于測量電纜變形程度和變形位置的電測量技術。早期主要應用于通信行業，用來檢測通信電纜的斷點位置。基于該技術的特性，因此被引領到滑坡監測領域對地下深部變形進行監測。當邊坡發生位移時，電纜受到剪切和拉伸變形，使阻抗發生改變，從而電纜反射回來的脈沖信號發生顯著變化。通過觀察異常峰值，便可以確定滑動面。TDR邊坡監測系統如圖1所示。

圖1 TDR邊坡監測系統

中外學者針對該技術的特性不斷進行應用并深入研究，并發現TDR技術要比常規監測方法效果更好，如Aghda等[15]在監測Darian大壩邊坡變形狀態時，將TDR傳感器和測斜儀安裝在同一鉆孔中，得出了TDR技術相比于測斜儀對滑動面中的小移動監測更為敏感的結論，并創造出一種TDR波形較為易讀的計算方法。由于不同型號電纜受剪切變形程度不同，因此對不同型號電纜進行剪切實驗研究就顯得尤為重要。針對此問題，朱健[16]通過對某高速公路邊坡的實際應用，研究了同軸電纜的剪切變形和靈敏度數值規律；陳云敏等[17]、譚捍華等[18]分別對不同型號同軸電纜進行室內剪切試驗和實際工程應用, 研究了不同型號同軸電纜的剪切變形對TDR波形的影響。

2)分布式光纖傳感技術

分布式光纖傳感技術(distributed fiber optic strain sensor，DFOSS)是一種利用光纖作為傳感敏感元件和傳輸信號介質，通過分析光纖中反射光的波長和頻率等變化來測量光纖周圍環境參數(溫度、應變等)。當前，由于該技術具有輕便、耐腐蝕、靈敏度高、抗電磁干擾等優勢，被廣泛應用于邊坡監測領域。其中，光纖布拉格光柵(fiber Bragg grating,FBG)和布里淵光時域反射(Brillouin optical time domain reflection,BOTDR)技術的應用最為典型。

FBG是一種周期性，作為波長選擇性的微結構，主要通過測量布拉格波長的變化，從而得到光纖所受的應變或溫度值。FBG測量原理如圖2所示。

圖2 FBG測量原理

在對該監測技術應用的同時，相關領域學者也在不斷進行改進和完善。如馬豪豪等[19]介紹了基于FBG技術的新型測斜管工作原理、埋設及位移計算方法，并通過實際應用與傳統測斜管進行對比分析，驗證了該測斜方法的可靠性。Pei等[20]針對邊坡深部變形監測儀器存在的不足，提出了一種基于FBG技術和磁致伸縮效應的測斜儀。

BOTRD技術通過測量后向布里淵散射光的頻移來實現應變或溫度的測量。其監測方法如圖3所示。該技術能夠對大型滑坡進行全分布式監測，因此在工程領域達到很好的監測效果。布里淵頻移與應變、溫度都存在線性關系[21]，其表達式為

圖3 BOTDR監測方法示意圖

ε=Cs(Vb-Vb0)+ε0

(1)

T=CT(Vb-Vb0)+T0

(2)

式中：ε是光纖的應變；Cs是布里淵頻移的應變系數；Vb是光纖的布里淵頻移；Vb0和ε0是光纖的初始布里淵頻移和初始應變；T是光纖的溫度；CT是布里淵頻移的溫度系數；T0是光纖的初始溫度。

中外學者對BOTRD技術很早就進行過研究，如Horiguchi等[22]研究了單模光纖中布里淵頻移隨拉伸應變的變化規律，并測出布里淵頻移的應變系數，證實了布里淵散射光譜法對纖維中的拉伸應變進行評價的潛力，為邊坡監測手段提供了新思路。對其應用，Wang等[21]應用BOTDR技術對室內土坡模型的變形進行監測，實驗表明了該技術對土質邊坡監測的可行性和早期預警特性。孫義杰等[23]將BOTDR技術應用于三峽庫區馬家溝滑坡進行研究，根據溝槽植入式光纖的監測結果分析了不同布設方式下光纖的分布特征。結果表明該技術能夠對滑坡變形異常點的位置進行識別和定位，并能準確測量坡體局部異常的變形值。

3)AE技術

聲發射(acoustic emission，AE)是用檢波儀器對聲發射信號進行探測、記錄和分析的一種技術，也被稱為微地震技術。當地下深部土壤發生變形時，通過埋設的檢波儀器裝置對破裂面傳輸的聲發射信號進行接收，進而分析破壞區域的位置和應力狀態，監測示意圖如圖4所示。主要的地聲監測儀器有國產DY-2型地音儀、YSS-1型巖體聲發射儀、美制AE5000B型聲發射儀等。該技術與傳統變形監測技術相比，具有成本低、易監測、應用廣等優點。

圖4 聲發射監測示意圖

20世紀70—90年代期間，Robert等[24]就在不斷開展土壤AE特性基礎實驗，實驗結果表明土壤級配、顆粒形狀和應力水平等因素都會對AE特性產生不同的影響。Smith等[25]探討了有源波導產生的AE測量數據對斜坡首次破壞進行早期監測的可能性，通過建立大型模擬滑坡物理模型，驗證了聲發射技術能夠監測剪切面的發展，還可以測出斜坡變形過程中的位移速率，并得出AE率與位移速率成正比的結論，為早期邊坡失穩提供了依據。Dixon等[26]通過對前人室內實驗的總結，得到邊坡變形與聲發射率間的標準，分為慢、中等、快3個量級，并應用于現場試驗中。陳喬等[27]對土剪破壞次聲監測進行了試驗研究，探索了土質滑坡中次聲產生的機理，并針對常規土體應變式直剪儀在聲發射實驗時接收聲學信號微弱的缺陷，研發了一種能夠探測次聲信號的專用變尺寸直剪儀，為土質滑坡次聲監測技術研究奠定了基礎。

2.2.2 非接觸型邊坡變形監測技術

1)測量機器人

測量機器人是在全站儀基礎上改進的能夠代替人類進行搜索、跟蹤、辨識并能精準獲得距離、角度、三維坐標及影像信息的測量系統。其監測原理就是通過測量機器人對邊坡表面預監測點放置的棱鏡進行搜尋，自動收集、記錄監測數據，最終對數據進行整理分析，并根據預設安全預警閾值進行自動預警報警，從而實現邊坡變形的全方位監測。該監測技術精度高、速度快，并能進行多點監測。就TCA2003全站儀而言，其測距精度為±(1 mm+10-6)，測角精度為±0.5°，因此常被應用于特殊危險性環境和滑坡發生后的應急監測中。近年來，中國學者不斷對該技術進行實際應用，以檢測其監測效果。如李勝[28]、張金鐘等[29]都相繼在露天礦邊坡對其進行檢驗，結果表明該技術性能穩定，數據可靠，可以取得很好的監測效果，并對儀器的布設提出合理化建議，可以說該監測技術為礦山安全生產提供了重要保障。除此之外，閆強等[30]、王常磊等[31]將該技術分別應用于高速公路邊坡和隧道進行變形監測，為邊坡和構筑物的穩定性提供了數據依據，很好地驗證了該技術的可靠性。

2)“3S”技術

進入21世紀，“3S”技術在地質領域迅速蔓延，為滑坡監測提供了強有力的手段。運用“3S”技術可對滑坡監測分析、掌握滑坡時空演化規律以及滑坡監測工作的進展起到關鍵作用。

RS技術在滑坡監測領域可以快速獲得大范圍研究區域的動態滑坡信息，并可以同步進行滑坡監測。具有覆蓋范圍廣、獲取信息塊、受地面障礙限制小，并能連續反復進行觀測等優點[32]。國外學者Moayedi等[33]通過遙感提供的空間數據，研究檢驗了兩種新型理論模型——入侵性雜草優化模糊神經(invasive weed optimization-neuro fuzzy,IWO-NF)和大象放牧優化模糊神經(elephant herding optimization-neuro fuzzy，EHO-NF)對伊朗西部邊坡穩定性監測的可行性，成為用于識別邊坡破壞與環境參數之間數學關系和分析方法的有效替代。

GIS技術具有對地球表層空間中有關地理分布數據進行采集、分析等功能。可以從不同空間和時間尺度上分析滑坡發生與環境因素之間的統計關系,從而定量-半定量地監測和評價滑坡發生的時間及可能的影響范圍[34]。基于GIS技術具備的強大功能，吳振君等[35]采用Map Objects集成開發了基于GIS的滑坡監測信息管理與分析系統，并成功用于三峽庫區泄灘滑坡的信息系統管理。李邵軍等[36]將滑坡監測與GIS技術及三維可視化相結合，建立了三維滑坡的監測信息系統，為滑坡監測方案設計提供了一個可視化的信息平臺。李如仁等[37]利用GIS強大的空間顯示、分析能力等優點，將GB-InSAR 技術得到的變形數據與GIS相結合，實時、高效地對露天礦邊坡進行變形監測。鄧慶等[38]利用Arc GIS空間分析和柵格計算功能，結合力學原理的滑坡穩定性評價，得出穩定系數在平面上的分布圖, 能夠直觀地反映滑坡體的穩定狀態。

GPS因其強大的服務功能，在國民經濟建設各領域中扮演著關鍵角色。GPS監測的基本原理是通過GPS衛星發送的導航定位信號進行空間后方交會測量，確定地面待測點的三維坐標，根據坐標值在不同時間段的變化來獲取絕對位移數據及其變化情況[39]。由于GPS具有精度高、自動化程度高、實時動態監測、不受氣候條件限制以及無需站點之間通視等優點，因此在地質災害領域發展十分迅速，成為滑坡監測的有力手段，其對水平位移量的觀測精度可達到±5 mm。中國已在長江三峽庫區建立GPS監測網。其中，根據玉黃閣滑坡GPS監測網監測結果表明，玉黃閣滑坡的水平位移平均每月為0.02～0.28 mm[40]，為邊坡穩定性分析提供了參考依據。

與此同時，以GPS為基礎的CORS(continuous operational reference system)和GNSS(global navigation satellite system)等技術也相繼得到發展。向迪等[41]通過CORS技術對魏家峁露天煤礦邊坡進行了實際應用，有效觀測到邊坡位移情況，驗證了CORS系統在邊坡監測中數據的可靠性。魏平新等[42]采用新型算法模型，對地質災害隱患點開展了一系列高精度(毫米級)滑坡地表形變遠程動態監測，驗證了CORS技術在滑坡災害動態監測預警中的適用性。Akio等[43]使用GNSS的日坐標數據監測到日本中部半島的不穩定位移。龐浩等[44]通過滑坡位移變形監測數據與氣象數據對照分析，驗證了GNSS實時變形監測技術對黃土滑坡監測的適用性。

3)三維激光掃描技術

三維激光掃描技術最早出現于20世紀90年代，由激光雷達技術發展而來。其主要包括掃描系統、激光測距系統和支架系統等，測量原理如圖5所示。三維激光掃描系統通過激光傳播速度、激光脈沖反射時間獲得監測點的距離[45]，其計算公式為

圖5 三維激光掃描儀測量原理圖

(3)

式(3)中：s為激光掃描儀到監測點的距離；cg為激光束在介質中的傳播速度；t為時間；co為激光束在真空中的傳播速度；ng為介質的激光特性參數。

根據激光測距系統測得的監測點距離以及掃描系統獲得的激光脈沖縱、橫向掃描角度，便可解算出監測點的三維坐標為

(4)

式(4)中：θ為激光脈沖縱向掃描角度；α為激光脈沖橫向掃描角度。

由于大量監測手段如GPS、全站儀等只能進行單點監測，且觀測墩一旦破壞將會影響監測數據的連續性。為克服這些監測方法的弊端，基于三維激光掃描技術具有非接觸、高效率、高精度并可全面掌握滑坡變形情況等諸多優勢，因此，該技術受到眾多學者的關注。對該技術應用最為典型的是國外學者Julien 等[46]使用地面式激光掃描儀在2007年開始對法國南部阿爾卑斯山脈一處滑坡進行了為期3年的變形監測，通過大量數據采集和處理，驗證了三維激光掃描技術在滑坡監測中的可行性。在礦山邊坡的穩定性監測中中國學者江顏等[47]、韓亞等[48]、劉鈺等[49]相繼將三維激光掃描技術進行應用，認為該技術性能可靠，可以達到良好的監測效果，并針對所存在的缺陷提出寶貴意見。王堃宇等[50]基于三維激光掃描技術，利用掃描點云生成的網格和等高線獲取整個邊坡三維模型及位移云圖。

4)InSAR技術

合成孔徑雷達干涉測量(interferometric synthetic aperture radar，InSAR)技術是空間對地的一種新型監測技術。通過雷達向目標區域發射微波，然后接收反射的回波，根據干涉圖中兩次成像中微波的路程差，計算出目標區域地表的微小變化。該技術具有全天時、全天候、高精度、低成本等優勢，多用于解決大面積的滑坡監測。

Achache等[51]首次利用InSAR技術對法國南部Saint-Etienne-de-Tinee 滑坡進行研究，利用ERS-1獲得SAR數據，并基于InSAR技術處理獲得的6幅不同的干涉圖，發現InSAR技術測出的位移變化值與常規監測法所得結果基本一致，驗證了InSAR技術在邊坡變形監測方面的可行性。Tarchi等[52]研制了一種基于雷達干涉測量技術并利用地面儀器實現的創新技術，通過對意大利Belluno地區Tessina滑坡的實際應用，發現該技術能夠以較高的空間分辨率和精度得到滑坡多時相地表形變圖，監測記錄的像素位移與電子測距儀數據相吻合，驗證了該創新技術的可靠性。在中國，針對2017年四川茂縣新磨村滑坡監測結果可以看出，InSAR技術不僅可以提前識別和圈定滑坡的空間變形范圍，還可以利用多期數據對同一點的變形時間序列進行分析，從而得到滑坡區內某些關鍵點的位移-時間曲線，并據此進行滑坡穩定性判識和中長期預警[53]。

5)近景攝影測量技術

攝影測量是通過對影像進行量測與解譯等處理，并采用非接觸式數據獲取方式的一種測量技術。近景攝影測量技術因其具有低成本、高靈活、應用性強等優點，被引領到邊坡監測領域。

21世紀初，日本應用攝影測量方法進行隧道的收斂測量，推動了數字化近景攝影測量的進一步發展[54]。李彩林等[55]基于近景攝影測量技術，提出一種無需二次控制、非接觸、快速的滑坡監測方法，并通過人工模擬滑坡實驗，證明了該方法的可行性。Gance等[56]鑒于地面光學攝影測量技術對位移評估的局限性，提出了一種基于目標檢測和跟蹤(target detection and tracking,TDT)算法的替代互補方法，用于快速計算圖像時間序列中目標的位移。

2.2.3 監測技術的組合應用

針對滑坡不同特征、不同階段，應充分利用各監測手段的“優勢互補”原則進行組合應用，多手段綜合監測有利于不同監測方法之間資料的相互印證對比，以達到更加經濟、高效的監測效果。例如，史彥新等[57]分析了FBG與BOTDR的各自優缺點，提出兩者聯合監測滑坡的方案，并通過在巫山殘聯滑坡中的實際應用，獲得了滑坡體較完整的應變信息；韓軍強等[58]在實際黃土滑坡監測應用中，將高精度智能全站儀、GNSS和位移計分別應用于滑坡不同階段。在滑坡萌芽初期，采用高精度智能全站儀進行周期性監測以降低成本。當滑坡進入加速期后，在裂縫處增加位移計用于分析滑坡塊體局部區域的應力變化趨勢。在地表滑動面特征點增加GNSS手段用于快速識別滑坡體的大幅移動。

2003年中國地質調查局在重慶市巫山縣建立了地質災害實時監測示范站，通過選用GPS監測地表位移、TDR技術和固定式鉆孔傾斜儀監測深部位移、孔隙水壓力計監測滑體孔隙水壓力及飽水時的水位，將采集儀所采集到的多種監測數據經GPRS遠程傳輸，以此達到遠程實時動態監測[59]。2006年中國地質勘察局與加拿大地質勘察局聯合開展了對四川西部深谷中甲居寨滑坡的長期監測，通過利用InSAR技術與GPS技術聯合監測，InSAR每月提供一次垂直位移數據，GPS提供連續的水平位移數據，取得了良好的監測效果[60]。

3 邊坡監測技術問題分析

隨著時代的發展，各種各樣的邊坡監測手段出現在人們的視野中，與此同時也存在著各種弊端，主要表現為以下幾方面。

(1)工作量大，耗費財力、人力和物力。一些常規監測方法,如大地測量法、測斜法、測縫法等，都需要人工花費大量的時間到現場進行監測。一旦突發崩塌、滑坡等地質災害將會對專業人員生命和儀器設備構成威脅。雖然新型監測技術具備自動化遠程實時監測功能，省了不少人力，提高了監測效率，但由于成本過高，難以得到大范圍推廣與應用。

(2)受外界影響因素制約。大多監測手段受地形和氣象條件的影響，如大地測量法、測量機器人等對通視條件要求很高；GPS監測信號在高山叢林地區易被遮擋,無法對監測點進行定位；遇到惡劣天氣，InSAR、近景攝影測量等技術精確度會降低。此外，各種監測儀器設備長期在野外不易維護保養，各種傳感器在雨水長期浸泡后易受到腐蝕，也易受周邊環境電磁干擾而降低監測數據采集的精確性。另一方面，一些監測手段因自身特性而受到局限，如TDR技術以電纜變形程度為前提，若電纜形變量較小未能產生變形破壞，就不能準確獲取邊坡的變形動態。以及近景攝影測量技術因其精度較低，只適用于對形變量較大的邊坡進行監測。

(3)監測不夠連續，不能準確獲得邊坡完整的變形規律。地表變形監測手段多受氣象條件和衛星周期性的影響而使邊坡連續性監測受到干擾。如果對滑坡監測預警研究最關鍵的一點“臨滑階段”沒有采集到完整的數據鏈條，可以說前期的準備工作都將功虧一簣。對于深部監測手段，如傳統錨索和錨桿的應用，當發生滑坡時，下滑力遠大于錨索的抗拉強度以至錨索被拉斷，整個監測系統也就失效。除此之外，TDR、鉆孔測斜儀等深部監測手段也都存在著“一孔之見”的弊端，雖然能夠確定滑面位置，但是邊坡一旦發生較大錯動后，監測設備就會被剪斷，連續監測的可能也就宣告終止。

(4)監測內容局限，無法綜合分析。現階段監測手段基本都是針對某一指標進行獨立監測，就TDR技術而言，該技術只能監測滑面位置，卻無法獲知滑體的移動方位和位移。雖然針對這一問題可以通過各種監測手段之間的組合應用加以解決，但對多種指標進行同步監測的綜合監測系統的研究還存在一些技術難題。Zhong等[61]就曾提出需要建立一個用于監測邊坡表面和深部位移、孔隙水壓力、土壓力、降雨量等參數，并能實現集數據自動采集、存儲、發送和分析等功能于一體的綜合監測系統，實現邊坡變形過程中各種力學參量的監測。如果對某一邊坡的監測指標僅僅局限于表層變量，沒有深層次內容(地下水位、孔隙水壓力等)的監測，而去判定該邊坡的穩定性也只是解決燃眉之急，卻不能解決長遠問題。同時，也失去了對滑坡預警預報研究的意義。

除此之外，現階段滑坡監測類型比較局限。如目前滑坡監測主要針對土質滑坡，而對巖質滑坡監測的研究還不夠深入，由于其滑坡機制的復雜性和不確定性等因素，巖質滑坡往往會發生得更加突然，就現階段技術而言，還無法滿足其監測預警效果。從大多文獻資料來看，現階段對監測指標的選取基本以位移變量和誘發因素進行確立，對其邊坡失穩的關鍵要素“滑面”形成機理有所忽視。同時，針對不同的邊坡其監測技術的選擇和監測網的布設不盡合理，以及后期監測數據的分析處理沒有對偽數據有效剔除，不免對專家、學者產生誤導。就政府機構層面而言，在邊坡監測這方面并沒有下發統一的技術規范，以及各個部門之間的數據不能實時共享，導致數據資源不能相互借鑒和有效利用。

4 結論及對策建議

通過對邊坡變形監測的發展歷程及其現狀進行總結，以此來充分認識當前邊坡變形監測領域中監測技術、監測理論、監測過程中所存在的問題，進而提出以下針對性對策建議，以便更好地為邊坡變形監測技術的發展啟迪思路。

(1)未來應重點開發經濟實惠、簡單易行、并能夠適應各種惡劣復雜環境的監測儀器設備，以此減少人力的投入以及排除外界因素的干擾。在滑坡不同的發育階段合理的選擇監測方法可以降低其監測成本，如在發育初期，坡體處于相對穩定狀態，因此可以采用周期性的監測方法。

(2)為了能夠保證對邊坡的連續性監測，應根據所監測區域的氣象條件、地質環境、規模大小、成因機制、變形階段、誘發因素等綜合考慮，選取適宜的監測手段。通過學者對各監測技術實際應用情況來看，非接觸型監測技術更為方便、快捷，但容易受氣象條件的干擾，因此氣象條件較差時，選用接觸型監測技術就顯得尤為重要。此外，當滑坡進入加速變形階段，應選用具有自動變頻采集功能的監測設備，使其數據采集頻率隨邊坡變形速率的加劇而加快，以此達到對邊坡完整變形規律監測的目的和“臨滑階段”監測數據的有效采集，為邊坡監測預警預報的研究提供數據支持。

(3)由于滑坡機理的復雜性，因此對滑坡的監測就需要從多個角度進行考慮，要做到監測指標內外統籌協調。“十滑九水”是前人對滑坡經驗的總結，內部地下水這一指標對邊坡失穩破壞起關鍵性作用，因此對水文(氣象水文、水文地質)的監測要引起重視，并且要加強監測手段的組合應用以便取長補短，進而獲得更加全面的邊坡參數信息。同時，開展研究建立一套可以對邊坡表面位移、深部位移、孔隙水壓力、地下水位等多種參數同步監測的綜合監測系統，將可以大大提升其監測效率。

(4)就現階段而言，對土質滑坡監測成果較為豐富，但巖質滑坡的突發性一直阻礙著對其探究的步伐，并且對群眾生命財產安全構成的威脅更為嚴重，因此還需繼續對巖質滑坡的機理以及監測方法進行探究。除此之外，掌握滑坡內部的“時空前兆特征” 即滑面位置形成要素，應深入研究、探討滑面的形成機理，要想根治滑坡，就要從“根本”出發，如同“鏟草要除根”。當今時代，要充分利用物聯網技術，將監測手段向區域性的角度進行考慮，認識大數據思想，將會簡化對邊坡失穩的認識；同時還需繼續對滑坡監測新的理論模型進行探索。

(5)實時動態監測系統正處于發展上升期，是集數據采集、數據傳輸、分析處理、預警發布于一體，由于整個鏈條的相互關聯性，任何一個環節出現故障就會導致系統無法正常工作，因此要定期對監測系統維護保養，以保障系統的正常運行。對監測網的布設要因地制宜，形成三維立體監測網架構可對邊坡的變形方位、變形量、變形速率達到良好的監測。監測僅是手段，預警才是目的。因此，對后期監測數據的分析處理速度要想方設法進行改進，以免耽誤預警預報的及時發布。同時，針對監測數據中的異常數值應嚴密分析其真偽性，去偽存真，以免誤導做出錯誤判斷。除此之外，國家相關部門應當制定相應的監測技術規范，同時協調好各個部門之間數據的共享，以便今后對邊坡監測研究工作的順利開展。