《水利信息化技術(shù)》課件-6.滑坡監(jiān)測

水利信息化技術(shù)6.1滑坡監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)狀按監(jiān)測對象的不同，滑坡監(jiān)測可分為四大類：形變位移監(jiān)測、物理場監(jiān)測、地下水監(jiān)測和外部誘發(fā)因素監(jiān)測。這四大類監(jiān)測又可分為若干小類，每類監(jiān)測采取的方法手段不同，使用的儀器不同，獲取的參數(shù)也不同?；卤O(jiān)測技術(shù)現(xiàn)狀形變位移監(jiān)測地面絕對位移監(jiān)測地面相對位移監(jiān)測深部位移監(jiān)測地面絕對位移監(jiān)測地面絕對位移監(jiān)測是應(yīng)用大地測量法來測得崩滑體測點在不同時刻的三維坐標，從而得出測點的位移量、位移方向與位移速率。主要使用經(jīng)緯儀、水準儀、紅外測距儀、激光儀、全站儀和高精度GPS等。利用多期遙感數(shù)據(jù)或DEM數(shù)據(jù)也可對滑坡、泥石流等災(zāi)害體進行監(jiān)測。還可利用合成孔徑干涉雷達InSAR測量技術(shù)進行大面積的滑坡監(jiān)測。形變位移監(jiān)測地面相對位移監(jiān)測地面相對位移監(jiān)測是測量崩滑體變形部位點與點之間相對位移變化的一種監(jiān)測方法。主要對裂縫等重點部位的張開、閉合、下沉、抬升、錯動等進行監(jiān)測，是位移監(jiān)測的重要內(nèi)容之一。目前常用的監(jiān)測儀器有振弦位移計、電阻式位移計、裂縫計、變位計、收斂計、大量程位移計等。形變位移監(jiān)測深部位移監(jiān)測深部位移監(jiān)測方法是先在滑坡等變形體上鉆孔并穿過滑帶以下至穩(wěn)定段，定向下入專用測斜管，管孔間環(huán)狀間隙用水泥砂漿(適于巖體鉆孔)或砂土石(適于松散堆積體鉆孔)回填固結(jié)測斜管，下入鉆孔傾斜儀，以孔底為零位移點，向上按一定間隔測量鉆孔內(nèi)各深度點相對于孔底的位移量。常用的監(jiān)測儀器有鉆孔傾斜儀、鉆孔多點位移計等。形變位移監(jiān)測物理場監(jiān)測包括應(yīng)力監(jiān)測、應(yīng)變監(jiān)測、聲發(fā)射監(jiān)測等。應(yīng)力監(jiān)測是因為在地質(zhì)體變形的過程中必定伴隨著地質(zhì)體內(nèi)部應(yīng)力的變化和調(diào)整。所以監(jiān)測應(yīng)力的變化是十分必要的。常用的儀器有錨桿應(yīng)力計、錨索應(yīng)力計、振弦式土壓力計等。物理場監(jiān)測應(yīng)力監(jiān)測應(yīng)變監(jiān)測應(yīng)變監(jiān)測是在鉆孔、平硐、豎井內(nèi)，監(jiān)測滑坡、崩塌體內(nèi)不同深度的應(yīng)變情況?？刹捎寐袢胧交炷翍?yīng)變計，這是一種鋼弦式傳感器，或管式應(yīng)變計。聲發(fā)射監(jiān)測聲發(fā)射監(jiān)測是對聲信號的監(jiān)測。如泥石流次聲報警器就是通過捕捉泥石流源地的次聲信號而實現(xiàn)預(yù)警的，次聲信號以空氣為介質(zhì)傳播，速度約每秒344m，其信號衰減極小并可通過極小縫隙傳播。據(jù)觀測，其警報提前量至少10min以上，最多可達0.5h以上。地下水是對滑坡的穩(wěn)定狀態(tài)起直接作用的最主要因素，所以對地下水位、孔隙水壓力、土體含水量等進行監(jiān)測十分重要。常用的監(jiān)測儀器有水位計、滲壓計、孔隙水壓力計、TDR土壤水分儀等。地下水監(jiān)測滑坡的觸發(fā)因素一般有地震、降雨量、凍融、人類活動這幾類。外部誘發(fā)因素監(jiān)測1.地震：一般由專業(yè)臺網(wǎng)監(jiān)測。當?shù)刭|(zhì)災(zāi)害位于地震高發(fā)區(qū)時，應(yīng)經(jīng)常及時收集附近地震臺站資料，評價地震作用對區(qū)內(nèi)崩滑體穩(wěn)定性的影響。2.降雨：是觸發(fā)滑坡的重要因素，因此雨量監(jiān)測是滑坡監(jiān)測的重要組成部分，也是區(qū)域性滑坡預(yù)報預(yù)警的基礎(chǔ)和依據(jù)。現(xiàn)階段一般采用遙測自動雨量計進行監(jiān)測，技術(shù)已較成熟。滑坡的觸發(fā)因素一般有地震、降雨量、凍融、人類活動這幾類。外部誘發(fā)因素監(jiān)測3.凍融：在高緯度地區(qū)，凍融作用也是觸發(fā)滑坡的因素之一，如陜北很多黃土滑坡和崩塌就發(fā)生在春季凍融之際。對于凍融觸發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害，目前還沒有好的專業(yè)性監(jiān)測儀器，可通過地溫計和孔隙水壓力計監(jiān)測，研究地溫變化與凍結(jié)滯水之間的關(guān)系，目前我國地調(diào)局西安地質(zhì)調(diào)查中心對甘肅黑方臺滑坡正在進行這項工作。4.人類活動：人類活動(如掘洞采礦、削坡取土、爆破采石、坡頂加載、斬坡建窯、灌溉等)往往誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害，應(yīng)監(jiān)測人類活動的范圍、強度、速度等。由于地面形變的絕對位移和相對位移監(jiān)測是最基本的滑坡常規(guī)監(jiān)測方法，因此，本文的滑坡監(jiān)測主要討論地面形變監(jiān)測。地面形變監(jiān)測一般又分為外部形變監(jiān)測和內(nèi)部形變監(jiān)測。外部形變監(jiān)測一般利用測量儀器和專用儀器，采用大地測量方法對工程建筑物的表面變形現(xiàn)象進行監(jiān)測。內(nèi)部形變監(jiān)測一般指對壩體、壩基(肩)、邊坡、地下室等工程及巖體內(nèi)部(或深層)變形進行監(jiān)測。課程小結(jié)6.2外部形變監(jiān)測外部形變監(jiān)測工作是安全監(jiān)測工作中的一部分，對大型水利水電工程來說外部形變監(jiān)測工作一般有水平位移監(jiān)測、垂直位移觀測、擾度觀測、裂縫觀測等內(nèi)容。外部形變監(jiān)測常用的方法有兩大類：基準線法和大地測量法。水平位移監(jiān)測是對水工建筑物的順水流方向或者順軸方向的水平位移監(jiān)測。基準線法是通過一條固定的基準線來測定監(jiān)測點的位移，常見的有視準線法、引張線法、激光準直法、垂線法?；鶞示€法大地測量方法主要是以外部變形監(jiān)測控制網(wǎng)為基準，測定被監(jiān)測點的大地坐標，進而計算被監(jiān)測點的水平位移，常見的有交會法、精密導(dǎo)線法、三角測量法和GPS觀測法等。大地測量方法水平位移監(jiān)測常用的方法有幾何水準測量法、三角高程測量法、液體靜力水準法等。垂直位移觀測是對水工建筑物的垂直方向的位移變化進行監(jiān)測，用于了解水工建筑物各監(jiān)測部位位移變化。垂直位移觀測擾度觀測一般用于砼壩，以壩體內(nèi)置的鉛垂線為基準，測量壩體的不同高度相對位置變化，以測定各點的水平位移，從而確定壩體的撓曲變化。擾度觀測裂縫觀測是對建筑物產(chǎn)生的裂縫及庫岸邊坡裂縫位置、長度、深度等進行觀測，以了解裂縫的變化。一般采用丈量方法、裂縫計等進行觀測。裂縫觀測外部形變監(jiān)測常用的儀器設(shè)備主要分兩大類：一類是專用設(shè)備，另外一類是大地測量用儀器。外部形變監(jiān)測專用設(shè)備主要是針對正倒垂、引進線等專用裝置配置的測讀設(shè)備，如用于正倒垂觀測的垂線坐標儀、用于引進線觀測的電容式測讀儀等。專用設(shè)備大地測量用儀器主要用于平面位移監(jiān)測和垂直位移監(jiān)測。現(xiàn)在常見的有GPS、全站儀、水準儀及其他設(shè)備。大地測量用儀器本講主要學(xué)習(xí)了外部形變監(jiān)測的主要內(nèi)容和外部形變監(jiān)測常用的儀器設(shè)備。外部形變監(jiān)測的主要內(nèi)容有：水平位移監(jiān)測、垂直位移觀測、擾度觀測、裂縫觀測。外部形變監(jiān)測常用的儀器設(shè)備主要分為專用設(shè)備和大地測量用儀器兩大類。課程小結(jié)6.3內(nèi)部形變監(jiān)測壩基(肩)、邊坡、地下室等巖石工程內(nèi)部形變監(jiān)測。土石壩、面板堆石壩、圍堰混凝土防滲墻及堤防等堤壩內(nèi)部形變監(jiān)測?；炷翂误w(塊)間施工裂縫、混凝土與基巖界面接縫等形變監(jiān)測。內(nèi)部形變監(jiān)測內(nèi)部形變監(jiān)測工作主要有：內(nèi)部形變監(jiān)測壩基（肩）、邊坡、地下室等巖石工程內(nèi)部形變監(jiān)測壩基(肩)、邊坡、地下室等巖石工程內(nèi)部及深層的水平、垂直及任意方向的位移，洞室圍巖表面收斂變形，以及基礎(chǔ)和機構(gòu)物體等傾斜變形等通常采用測斜儀、多點位移計、滑動測微計、巖基變形計、傾斜計及收斂計等儀器進行監(jiān)測。土石壩、面板堆石壩、圍堰混凝土防滲墻及堤防等堤壩內(nèi)部形變監(jiān)測土石壩（心墻）、面板堆石壩、圍堰混凝土防滲墻及堤防等堤壩內(nèi)部水平、垂直（沉降）位移，以及面板（混凝土面板堆石壩）擾度變形等，通常采用引張線水平位移計、傾斜儀、各類分層沉降儀（水管式、電磁式、干簧管式及弦式沉降儀）以及土體位移計等儀器進行監(jiān)測。內(nèi)部形變監(jiān)測混凝土壩體(塊)間施工裂縫、混凝土與基巖界面接縫等形變監(jiān)測混凝土壩體（塊）間施工裂縫、混凝土與基巖界面接縫形變、堆石壩面板周邊裂縫以及巖體、混凝土工程隨機裂縫等單向、多向位移等通常采用單向及多向位移計（內(nèi)部及表面）等進行監(jiān)測。此外，混凝土壩（重力壩、拱壩等）壩體內(nèi)部其他變形，如垂線（正、倒垂線）、引張線、真空（大氣）激光垂直、靜力水準、雙金屬標等位移監(jiān)測，通常劃歸為外部形變監(jiān)測。參考之前章節(jié)內(nèi)容。內(nèi)部形變監(jiān)測的常用儀器設(shè)備根據(jù)內(nèi)部形變監(jiān)測及監(jiān)測儀器類型、特點和應(yīng)用范圍的差異，各類監(jiān)測儀器的布置應(yīng)在其監(jiān)測設(shè)計與布置的整體框架下進行。測斜儀測斜儀是20世紀80年代初由國外引進的，也是當前內(nèi)部形變監(jiān)測應(yīng)用較廣泛的監(jiān)測設(shè)備之一。根據(jù)測斜儀類別不同可實現(xiàn)水平位移、垂直位移和斜面（面板）擾度監(jiān)測。按照監(jiān)測內(nèi)容和儀器結(jié)構(gòu)形式不同又可分為垂向測斜儀（常用）和水平測斜儀。垂向測斜儀用來監(jiān)測水平方向位移。水平測斜儀用來監(jiān)測垂直方向位移。測斜儀根據(jù)埋設(shè)及操作方式不同又可分為滑動式測斜儀和固定式測斜儀兩大類。目前廣泛應(yīng)用的是垂向測斜儀中的滑動式測斜儀。其廣泛應(yīng)用的原因是該類測斜儀攜帶方便，并且一套儀器可多孔使用，監(jiān)測成本較低?；瑒邮綔y斜儀滑動式測斜儀分為垂直方向和水平方向兩類。其中，垂直向滑動式測斜儀主要應(yīng)用于壩基（肩）、邊坡、深基坑開挖邊坡，地下洞室以及土石壩（心墻、堆石體）、圍堰防滲墻及堤防等堤壩內(nèi)部垂直方向的變形監(jiān)測。而水平方向滑動式測斜儀主要應(yīng)用于巖土工程及結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)的垂直（沉降）變形監(jiān)測，但目前應(yīng)用工程較少。固定式測斜儀固定式測斜儀也分水平方向和垂直方向，其中垂直方向一般布置在已確定或預(yù)測有明顯傾斜或者位移發(fā)生的區(qū)域，固定測斜儀由若干個傳感器成串安裝在橫跨這些區(qū)域的測斜管內(nèi)。此外，在堆石壩面板擾度變形監(jiān)測及堤壩水平、垂直(沉降)變形監(jiān)測中，也可以根據(jù)工程需要選擇關(guān)鍵監(jiān)測斷面呈水平或者垂直布置，等間距或不等間距布置多個傳感器。梁式測斜儀和各式傾斜計梁式測斜儀和各式傾斜計(固定式、便攜式)宜布置在邊坡、壩體以及其他結(jié)構(gòu)物中的中、上部，以及基礎(chǔ)等可能發(fā)生較大傾斜變形的部位。其中梁式測斜儀和固定式傾斜計測試精度高，可實現(xiàn)自動化監(jiān)測；而便攜式傾斜計可重復(fù)使用，僅消耗傾斜盤，并且安裝和觀測方便，可多設(shè)測點，但測點應(yīng)布置在觀測人員方便到達的部位。多點位移計的工作原理多點位移計的工作原理是當相對埋設(shè)于鉆孔內(nèi)不同深度的錨頭發(fā)生位移時，經(jīng)測桿將位移傳遞到測頭內(nèi)的位移傳感器，就可以獲知測頭相當于不同錨固點深度的相對位移。其再經(jīng)過換算，可得到沿鉆孔不同深度的巖體(或結(jié)構(gòu)體)的絕對位移。鉆孔內(nèi)最深錨頭要求埋設(shè)在巖(土)體相對不動點深度。多點位移計的應(yīng)用多點位移計主要應(yīng)用于壩基(肩)、邊坡、地下洞室等巖石內(nèi)部的任意方向不同深度的軸向位移及分布的變形監(jiān)測儀器，儀器精度較高，且可實現(xiàn)自動化監(jiān)測、遙測及報警。多點位移計是埋設(shè)在巖體孔內(nèi)部，實現(xiàn)內(nèi)部及深層位移監(jiān)測的，其可以監(jiān)測任意孔方向的不同深度的軸向位移及分布，從而了解巖體形變及其松動范圍，為合理確定巖體加固參數(shù)及穩(wěn)定狀態(tài)提供依據(jù)。多點位移計的組成多點位移計是由側(cè)頭、傳感器、讀數(shù)儀、測桿、錨頭等五部分組成的。傳感器分為電測式和機械式兩大類。其中，電測式具有測試速度快、精度高和可遙測等優(yōu)點；而機械式簡單可靠，不能實現(xiàn)遙測及自動化。電測式傳感器主要有振弦式、線性電位計和差動電阻式等。機械式采用深度千分尺測讀。目前采用最多的是振弦式傳感器、不銹鋼測桿及灌漿式錨頭組合。本本講主要學(xué)習(xí)了內(nèi)部形變監(jiān)測的主要內(nèi)容和內(nèi)部形變監(jiān)測布置及常用儀器設(shè)備。內(nèi)部形變監(jiān)測工作主要有：課程小結(jié)壩基(肩)、邊坡、地下室等巖石工程內(nèi)部形變監(jiān)測土石壩、面板堆石壩、圍堰混凝土防滲墻及堤防等堤壩內(nèi)部形變監(jiān)測和混凝土壩體(塊)間施工裂縫、混凝土與基巖界面接縫等形變監(jiān)測。內(nèi)部形變監(jiān)測布置及常用儀器設(shè)備主要為測斜儀(計)類和多點位移計。6.4滑坡監(jiān)測的主要傳感器及參數(shù)滑坡監(jiān)測的主要傳感器有GPS、全站儀、測斜儀、裂縫計、孔隙水壓力計、滑坡區(qū)域視頻監(jiān)控設(shè)備、數(shù)據(jù)采集儀等。滑坡監(jiān)測GPS作為現(xiàn)代大地測量的一種技術(shù)手段，可以實現(xiàn)三維大地測量，作業(yè)簡單方便，具有測站間無需通視、能同時測定點的三維位移、不受氣候條件的限制、易于實現(xiàn)全系統(tǒng)的自動化、可消除或削弱系統(tǒng)誤差的影響和可直接用大地高進行垂直形變測量等優(yōu)點。GPS特別是在滑坡監(jiān)測中，GPS技術(shù)主要關(guān)注兩期監(jiān)測中所求監(jiān)測點坐標之間的差異，而不是監(jiān)測點本身的坐標。這樣兩期監(jiān)測中所含的共同系統(tǒng)誤差不會影響所求的監(jiān)測點變形量，因此，GPS技術(shù)在變形監(jiān)測中迅速得到了推廣，成為一種新的具有應(yīng)用前景的滑坡監(jiān)測方法。GPS全站儀是一種集光、機、電為一體的高技術(shù)測量儀器，是集水平角、垂直角、距離(斜距、平距)、高差測量功能于一體的測繪儀器系統(tǒng)。因其一次安置儀器就可完成該測站上全部測量工作，所以稱之為全站儀。全站儀具有角度測量、距離(斜距、平距、高差)測量、三維坐標測量、導(dǎo)線測量、交會定點測量和放樣測量等多種用途。全站儀廣泛用于邊(滑)坡和地下隧道等精密工程測量或變形監(jiān)測領(lǐng)域。全站儀測斜儀測斜儀是通過測量測斜管軸線與鉛垂線之間夾角的變化量，來監(jiān)測巖石、土等側(cè)向位移的高精度儀器。測斜儀廣泛用于天然和人工邊(滑)坡滑動剪切面的位置和位移方向的確定。測斜儀分為便攜式測斜儀和固定式測斜儀。便攜式測斜儀分為便攜式垂直測斜儀和便攜式水平測斜儀；固定式測斜儀分為單軸測斜儀和雙軸測斜儀?；铝芽p滑坡裂縫的產(chǎn)生和擴展直接破壞巖土體結(jié)構(gòu)的完整性，引起滑坡內(nèi)部應(yīng)力的急劇變化，導(dǎo)致滑坡的破壞失穩(wěn)。裂縫計用來測量滑坡體表面裂縫開度或裂縫兩側(cè)間的相對移動，監(jiān)測滑坡裂縫的動態(tài)變化情況。按其工作原理有差動電阻式裂縫計、電位器式裂縫計、鋼弦式裂縫計、旋轉(zhuǎn)電位器式裂縫計等?？紫端畨毫紫端畨毫r土體變形和滑坡體穩(wěn)定性有較大的影響?？紫端畨毫τ嬘靡员O(jiān)測滑坡巖土體內(nèi)孔隙水壓力隨時間的變化規(guī)律。按儀器類型可以分為差動電阻式、振弦式、壓阻式及電阻應(yīng)變片式等。滑坡區(qū)域視頻監(jiān)控滑坡區(qū)域視頻監(jiān)控