基于GNSS 的滑坡自動化監(jiān)測應(yīng)用分析

宿 林，張 帥,2

（1.重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院，重慶 400074；2.廣西空間信息與測繪重點實驗室，廣西 桂林 541000）

近年來，受自然災(zāi)害和人為因素的影響，重慶市存在較大滑坡災(zāi)害影響，為了降低滑坡災(zāi)害對人民造成的損失，對滑坡監(jiān)測進行研究就非常有必要。根據(jù)國內(nèi)外的研究，傳統(tǒng)的監(jiān)測技術(shù)精度低，實時性差，不能及時對滑坡變形進行預(yù)報和防治[1-3]，因而可以采用GNSS進行滑坡自動化監(jiān)測。本文以重慶市某滑坡為例，對滑坡自動化監(jiān)測和變形穩(wěn)定性方面進行研究。

1 GNSS自動化監(jiān)測概述

GNSS自動化邊坡監(jiān)測主要分為3個部分，分別是數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、穩(wěn)定性分析。其中數(shù)據(jù)采集又包括降水量監(jiān)測、地表位移監(jiān)測、巖性監(jiān)測、土質(zhì)監(jiān)測、裂縫監(jiān)測等[4]。

1.1 監(jiān)測區(qū)概況

監(jiān)測區(qū)地處古滑坡體上，在高速公路施工和后期運營過程中，就對該滑坡地區(qū)進行了多次整治。2010—2014 年，重慶市某院對該區(qū)域進行過持續(xù)監(jiān)測，對該路段各邊坡及結(jié)構(gòu)物的安全穩(wěn)定狀況有了一定了解，并對該區(qū)域重點部位進行了持續(xù)監(jiān)測，但2020年之前的監(jiān)測方式皆為傳統(tǒng)人力監(jiān)測方式。2021年，重慶市某勘測院對該區(qū)域可能存在安全隱患的區(qū)域繼續(xù)進行監(jiān)測，并采用北斗高精度實時定位監(jiān)測方式進行區(qū)域內(nèi)地表滑塌特征明顯區(qū)域進行重點監(jiān)測，根據(jù)長期的觀測結(jié)果作出合理的變形趨勢分析及養(yǎng)護建議。

1.2 監(jiān)測內(nèi)容和原理

根據(jù)監(jiān)測規(guī)范，結(jié)合實際工程案例，滑坡體應(yīng)進行的監(jiān)測內(nèi)容主要有地表變形監(jiān)測、地下水位的動態(tài)監(jiān)測、土質(zhì)巖性監(jiān)測、深部位移監(jiān)測、地表裂縫位錯監(jiān)測等，以此來監(jiān)控滑坡整體變形[5]。按此原則，根據(jù)本次滑坡監(jiān)測的實際情況，基于GNSS 技術(shù)，主要探討滑坡地表位移監(jiān)測對滑坡穩(wěn)定性的影響。

滑坡地表位移觀測是指通過在監(jiān)測點上進行GNSS 自動連續(xù)監(jiān)測，測定地表監(jiān)測點在各方向上隨時間而發(fā)生位移的位置、位移量的測量工作，通過地表位移的監(jiān)測便于掌握地表北偏移、東偏移以及高偏移的動態(tài)變化，進而能夠及時預(yù)知由于地表變形導(dǎo)致的裂縫、塌陷、陷穴等問題，降低由于上述問題的發(fā)生而導(dǎo)致的經(jīng)濟損失。同時進行穩(wěn)定性分析，及時提供預(yù)警信息。

1）技術(shù)原理：GNSS定位的基本原理是通過測量4顆及以上已知位置的衛(wèi)星與GNSS接收機的距離，采用距離交會的方式來確定接收機的位置。GNSS 地表位移監(jiān)測是將GNSS基準站設(shè)置在非變形區(qū)，GNSS監(jiān)測站設(shè)置在監(jiān)測變形區(qū)內(nèi)，通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)將同一時刻的GNSS基準站及GNSS監(jiān)測站的原始觀測數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心專業(yè)的數(shù)據(jù)處理軟件對原始數(shù)據(jù)進行自動的解算處理，得到GNSS 監(jiān)測站點位實時坐標值[6]。

2）技術(shù)特點：GNSS地表位移監(jiān)測技術(shù)具有技術(shù)成熟、數(shù)據(jù)精度高（毫米級）、數(shù)據(jù)實時采集、自動化程度高等特點。

3） 監(jiān)測目的：GNSS地表位移監(jiān)測針對滑坡整體及局部變形強烈區(qū)域，布設(shè)的地表位移監(jiān)測點用于獲取整個滑坡在監(jiān)測期的變形數(shù)據(jù)，為滑坡整體變形判斷提供數(shù)據(jù)支撐。

2 監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理及分析

2.1 地表位移監(jiān)測及數(shù)據(jù)分析

GNSS 基準點布設(shè)在距離滑坡區(qū)域3.5 km 外的穩(wěn)定區(qū)域，該基準點布設(shè)于建成約50 a 的居民樓房頂部，地理位置優(yōu)越，巡檢維護方便，視野開闊，多路徑效應(yīng)影響程度低，位置穩(wěn)定。自動化GNSS 位移監(jiān)測點一共4 個，在地表明顯隆起部位布設(shè)了3 臺套GNSS 北斗高精度定位監(jiān)測站，在供電站后側(cè)支護邊坡頂部布設(shè)了1臺套GNSS北斗高精度定位監(jiān)測站，此4臺套GNSS皆處于地勘剖面線上，監(jiān)測成果對監(jiān)測剖面分析具有一定的指導(dǎo)性。

以2021-03-01作為初始日期，計算截至2021-03-31。在監(jiān)測周期內(nèi)，設(shè)備未出現(xiàn)異常或者人為破壞，數(shù)據(jù)在線率良好，未出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)波動，監(jiān)測精度滿足監(jiān)測要求。基準點在監(jiān)測期間內(nèi)數(shù)據(jù)波動如圖1 所示，數(shù)據(jù)波動在1.5 mm以內(nèi)，基準點穩(wěn)定。根據(jù)本次監(jiān)測期間的各監(jiān)測點北偏移、東偏移以及高偏移，繪制監(jiān)測數(shù)據(jù)時空變形曲線圖，如圖2、3所示。經(jīng)調(diào)查、實地踏勘，圖2 中，監(jiān)測點JC01 在2021-03-23～2021-03-24，由于人為觸碰儀器的影響造成高偏移上升，之后又趨于平穩(wěn)。

圖1 基準點時空曲線圖

圖2 JC01北斗高精度定位監(jiān)測點時空曲線圖

圖3 JC04北斗高精度定位監(jiān)測點時空曲線圖

在此監(jiān)測期間，由于降雨量等因素影響，監(jiān)測點JC01 在2021-03-12～2021-03-24影像期間各方向偏移量較大，高偏移累計位移量達到了135.1 mm，整個監(jiān)測期間該點累計位移量時空曲線圖如圖4 所示。JC04在2021-03-20～2021-03-26 期間各方向偏移量較大，高偏移累計位移量達到了74.7 mm。根據(jù)滑坡面計算公式進行穩(wěn)定性計算，并參照滑坡穩(wěn)定性劃分標準[7]，由此可預(yù)警監(jiān)測點JC01屬于欠穩(wěn)定狀態(tài)，監(jiān)測點JC04屬于基本穩(wěn)定狀態(tài)，如遇地震、降水、飽水等特殊情況激發(fā)時，需要及時整治。具體監(jiān)測數(shù)據(jù)如表1、2所示。

圖4 JC01監(jiān)測點累計位移量時空曲線圖

表1 2021-03-20—2021-03-28自動化GNSS監(jiān)測點JC01統(tǒng)計表

表2 2021-03-19—2021-03-21自動化GNSS監(jiān)測點JC04統(tǒng)計表

2.2 穩(wěn)定性判定

通過對本次監(jiān)測周期內(nèi)的監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析并結(jié)合宏觀巡視情況可判斷，截至當前，由于降雨影響監(jiān)測點JC01 出現(xiàn)了較小沉降現(xiàn)象，JC04 由于降雨影響出現(xiàn)了輕微沉降現(xiàn)象，其余各監(jiān)測點位變形趨勢平穩(wěn)，滑坡體處于穩(wěn)定狀態(tài)。變形區(qū)整體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

該滑坡的形成與地形地貌、地層巖性、坡體結(jié)構(gòu)、大氣降水等密不可分，是以上因素綜合作用的結(jié)果[8]。影響滑坡穩(wěn)定性的因素主要有：地形條件、地層巖性、水的作用，其中滑坡變形最主要的影響因素是大氣降雨。

截至監(jiān)測期結(jié)束，滑坡整體未持續(xù)發(fā)生位移現(xiàn)象。該監(jiān)測區(qū)域內(nèi)存有較多裂縫、隆起的典型地表滑坡特征，由于本月降雨量較小，應(yīng)提防降雨量充沛月份，根據(jù)歷年滑坡災(zāi)害監(jiān)測經(jīng)驗，在持續(xù)降雨、強降雨等因素的影響下，滑坡體極有可能再次出現(xiàn)變形，甚至出現(xiàn)局部溜滑。

3 結(jié) 語

本文以重慶市某滑坡監(jiān)測為例進行研究，發(fā)現(xiàn)通過GNSS 技術(shù)對滑坡區(qū)域進行自動化監(jiān)測，可以得到各個監(jiān)測點位實時的坐標信息，從而得到實時的坐標偏移量和累計位移量。通過對獲取數(shù)據(jù)的分析，可以掌握整個滑坡區(qū)域以及重點裂縫區(qū)的滑坡狀態(tài)，實現(xiàn)對滑坡監(jiān)測的自動化、智能化管理。相對于傳統(tǒng)監(jiān)測，采用基于GNSS 技術(shù)的自動化監(jiān)測具有時效性高、操作更簡便、監(jiān)測精度更高以及數(shù)據(jù)更可靠等優(yōu)點，從而提高了對滑坡預(yù)警的準確度。