基于雷達監測的道路邊坡降雨條件下穩定性研究

郭宇明

(北京市公聯公路聯絡線有限責任公司，北京 100161)

0 引 言

目前對道路邊坡變形監測手段主要有全站儀測量、GPS測量和攝影測量等，此測量方式不僅需要耗費大量的人力和物力，測量精度低，監測區域覆蓋面積小，且難以實現全天候實時監測并預警。基于以上不足國內引進并自主研發了高分辨率、高精度的邊坡雷達監測系統，并已逐步推廣應用于露天邊坡變形及山體滑坡的實時監測預警工程中，成功預報多起滑坡險情，邊坡雷達的監測工作為工程安全施工，正常運行提供了高效、可靠的保障。

降雨作為影響邊坡穩定性的因素之一，尤其在雨季，短時間大量雨水的滲入，是引發邊坡滑坡的主要誘因。對于裂隙發育的破壞巖體，雨水的滲入使巖體結構面內充填物力學性質弱化，造成裂隙擴展、貫通并最終形成滑移面導致滑坡事故。論文基于邊坡雷達監測系統，對某道路工程邊坡進行長期實時動態監控，結合當地降雨量信息，探討邊坡位移量與降雨的關系，建立降雨條件下邊坡失穩模型，為工程預測、預報提供科學參考。

1 工程背景

邊坡高度約160 m，巖體節理裂隙較為發育，在強降雨作用下高邊坡滑坡問題突出。邊坡所在地區年降雨量充沛，年平均降雨量約為1 200 mm，降雨主要集中與6～9月。邊坡雷達是一套用于露天邊坡穩定性測量和監測的設備，無須與監測區巖壁發生任何接觸，即可沿整個巖壁表面以次毫米級精度進行連續監測。并能實現快速預警，保障生產安全。監測使用雷達為MSR300邊坡雷達，其主要技術參數如表1所示。邊坡雷達布置場地地基牢固且平整，與被監測邊坡之間沒有明顯障礙物。雷達安置與右岸高程為850 m的穩固平臺上，數據采集頻率為10 min。

表1 雷達技術參數

2 邊坡變形與降雨關系分析

2.1 邊坡變形與降雨量的關系

為了研究降雨量與邊坡位移量的關系，位移與降雨量數據同步采集，月降雨量和月邊坡變形量統計分別如圖1和圖2所示，根據2012年～14年三年的統計結果分析，10月到來年的5月邊坡變形趨于穩定，基本保持在10 mm以下，進入6月以后，邊坡變形增加，7月份累計位移量達到峰值，三年中7月份邊坡變形均為最大，平均位移量超過40 mm。與相應月份降雨量相比可得，邊坡變形與降雨量有較高的相關性。當月降雨量小于100 mm，邊坡月累計位移基本維持在10 mm左右，邊坡保持相對穩定。降雨量開始增加，邊坡位移也隨之增加，在每年7月達到最大。

圖1 月累計降雨量

圖2 月累計位移量

2.2 邊坡失穩與降雨強度的關系

降雨強度以單位時間內的降雨量(mm/min)表示，邊坡失穩滑坡災害與降雨強度密不可分，降雨強度對邊坡穩定性的影響程度通常超過月累計降雨量。我國對降雨強度分為6個等級，對左岸邊坡監測過程中發生過多次表面破壞巖石滑落現象，針對其中一次較大的滑坡實例(2014年7月22日)，選取滑坡日期前后一周的邊坡位移量數據及降水量進行分析。滑坡區域巖體累計變形量與降雨強度的關系曲線如圖3所示。降雨強度以天為計量單位，共15 d。邊坡累計變形量及變形速度以小時為單位，共采集180個數據。

圖3 滑坡區域邊坡累計邊坡位移量-時間-降雨強度關系

月中旬邊坡累計變形量10.2 mm，之后2 d降雨量均小于10 mm/d，屬小雨等級，邊坡累計變形量較穩定，增加至12.4 mm，邊坡處于穩定階段，如圖3所示。隨后降雨量增加至中雨級別，由于降雨強度低，沒有引起邊坡變形大幅度增加，但隨著累計降雨量達到58 mm，，邊坡累計變形量在隨后3 d增加至23 mm。第6 d時降雨強度突增至46 mm/d，屬大雨級別，邊坡累計變形量也隨后發生較大幅度增加，發生滑坡當天降雨強度為暴雨級別，降雨量超過100 mm，按降雨強度等級劃分為暴雨-大暴雨級別，邊坡累計變形量突增至39 mm，降雨強度減弱后，發生區域性滑坡事故，邊坡滑坡相對于降雨具有一定的時間滯后性。之后幾天中，降雨強度減弱，累計降雨量仍再增加，由于滑坡后巖體應力得到部分釋放， 內部較為完整巖體暴露，其力學性質優于已發生滑坡的巖體，邊坡累計變形量趨于穩定。短時間內，降雨量的緩慢增加對新暴露的巖體穩定性影響較小。

降雨是引發邊坡失穩的重要和主要因素，其中累計降雨量和降雨強度均對邊坡穩定性產生不利影響，累計降雨量對巖體力學性質弱化作用是個緩慢的過程，在外荷載或強降雨激勵下引發滑坡事故。降雨強度是引發滑坡的直接因素，短時間內大量水進入巖體，不僅加速巖體力學性質的弱化，而且作為一種外荷載施加于邊坡巖體，導致其突然失穩破壞。因此在強降雨季節加強邊坡監測工作。

3 結 論

(1)邊坡雷達在邊坡監測過程中獲取大量實時變形數據，準確、及時的反映邊坡巖體在不同外荷載擾動作用下的變形過程，全天候、高精度的連續測量為邊坡災害預警及防護工作提供有效數據支持。

(2)降雨是引發邊坡失穩的重要和主要因素，結合雷達監測數據得到該道路工程邊坡累計變形量與降雨量呈線性關系，可根據線性擬合函數對降雨過程中的邊坡累計位移量進行計算，為邊坡安全防護工作提供依據，為類似工程邊坡的監測提供科學參考。

(3)強降雨是引發滑坡事故的直接因素，短時間內大量水進入巖體，不僅加速巖體力學性質的弱化，而且作為一種外荷載施加于邊坡巖體，導致其失穩破壞，可依據降雨量和降雨強度條件結合邊坡變形量數據建立邊坡監測的多級預警值，以完善滑坡預測和預報工作。