地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測技術(shù)

1、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測技術(shù)方法晏鄂川教授博導(dǎo)教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計劃獲得者中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）1 前言2 滑坡常規(guī)監(jiān)測技術(shù)3 泥石流監(jiān)測技術(shù)方法4 地面沉降監(jiān)測技術(shù)方法5 地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測新技術(shù)新方法6 監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集與傳輸前言地質(zhì)災(zāi)害的定義地質(zhì)災(zāi)害是指各種地質(zhì)作用對人民生命財產(chǎn)和國家建設(shè)事業(yè)造成的危害。簡言之，就是地質(zhì)作用造成的災(zāi)害。地質(zhì)災(zāi)害的分類按發(fā)生過程的急緩程度，地質(zhì)災(zāi)害分為突發(fā)性和漸變性災(zāi)害兩類。中國大陸常見的地質(zhì)災(zāi)害：崩塌、滑坡、泥石流、地裂縫、地面沉降、地面塌陷、沙漠化、水土流失、土地鹽漬化、沼澤化、地震、火山噴發(fā)、瓦斯爆炸、礦坑突水、巖（煤）爆、頂板冒落、地下熱害、煤田燃燒、誘發(fā)地（礦）

2、震、邊岸再造、泥沙淤積、庫區(qū)浸沒、洪澇、海岸侵蝕、黃土濕陷、膨脹土脹縮、凍土凍融等等。2 / 15、?. 、.前言地質(zhì)災(zāi)害的危害造成人員傷亡，毀壞基礎(chǔ)設(shè)施，惡化環(huán)境；引發(fā)次生災(zāi)害，造成更大的經(jīng)濟(jì)損失，增加民眾心理負(fù)擔(dān)。地質(zhì)災(zāi)害防治途徑關(guān)于地質(zhì)災(zāi)害防治，劉廣潤院士有一段精辟的論述： “地質(zhì)災(zāi)害（特別是突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害）的發(fā)生常由致災(zāi)地質(zhì)作用的發(fā)生和其與受災(zāi)對象（人、物、設(shè)施）的遭遇兩個環(huán)節(jié)形成。一是防止致災(zāi)地質(zhì)作用的發(fā)生，包括作用發(fā)生前的預(yù)防和發(fā)生中的制止；二是避免受災(zāi)對象與之遭遇，即移動受災(zāi)對象位置、改變致災(zāi)作用方向和隔絕兩者遭遇通道。前言地質(zhì)災(zāi)害防治措施行政措施和工程措施。行政措施主要是采取行

3、政法令和技術(shù)法規(guī)等手段，規(guī)范人民群眾的生活、生產(chǎn)活動，避免誘發(fā)致災(zāi)地質(zhì)作用的發(fā)生，監(jiān)測預(yù)報致災(zāi)作用的變化動態(tài)，使擬建工程設(shè)施或流動性人、物避開地質(zhì)災(zāi)害危險區(qū)（主動避讓）或?qū)⑻幱跒?zāi)害危險區(qū)中的已有居民設(shè)施遷出危險區(qū)（被動撤離）等。工程措施則是采取建（構(gòu)）筑物或巖土體改造工程、疏排水工程及生物植被工程等，以加固、穩(wěn)定變形地質(zhì)體，調(diào)整、控制致災(zāi)地質(zhì)作用，從而制止致災(zāi)地質(zhì)作用的發(fā)生、發(fā)展及其與受災(zāi)對象的遭遇” （劉廣潤論地質(zhì)災(zāi)害防治工程）。前言地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測的目的1 、及時掌握災(zāi)害體變形動態(tài)，分析其穩(wěn)定性，超前做出預(yù)測預(yù)報，防止災(zāi)難發(fā)生。2、為災(zāi)害治理工程等提供可靠資料和科學(xué)依據(jù)。3、為政府部門對在地質(zhì)

4、災(zāi)害易發(fā)區(qū)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)、環(huán)境治理等方面的規(guī)劃和決策提供基礎(chǔ)依據(jù)。4、向全社會提供崩塌、滑坡監(jiān)測信息服務(wù)。前言監(jiān)測預(yù)警工程人們將地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測、預(yù)報和預(yù)警工作的運作體系稱為監(jiān)測預(yù)警工程，它包括地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)報信息系統(tǒng)的建立和運行，崗位責(zé)任人員組織系統(tǒng)的建立和實施，臨災(zāi)緊急搶險避難行動方案的制訂（及后續(xù)執(zhí)行）。監(jiān)測預(yù)警工程的實施中應(yīng)貫徹以下基本原則，即：（ 1）監(jiān)測、預(yù)警方法要土洋結(jié)合，以有效為準(zhǔn)；（2）工作隊伍要群專結(jié)合，以專帶群，重大問題靠專，面上的問題靠群；（3）管理決策要技政結(jié)合，技術(shù)上負(fù)責(zé)搞好災(zāi)情、險情判斷，行政上負(fù)責(zé)工程系統(tǒng)運行的組織實施。1 前言2 滑坡常規(guī)監(jiān)測技術(shù)3 泥石流監(jiān)測技術(shù)方

5、法4 地面沉降監(jiān)測技術(shù)方法 5 地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測新技術(shù)新方法 6 監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集與傳輸滑坡常規(guī)監(jiān)測技術(shù)不同類型的滑坡，所采用的監(jiān)測技術(shù)方法各不相同。就監(jiān)測內(nèi)容來說，常分為：（ 1）位移監(jiān)測（ 2）應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測（ 3）地下水動態(tài)監(jiān)測（ 4）地表水動態(tài)監(jiān)測（ 5）地聲監(jiān)測（ 6）放射元素監(jiān)測（ 7）環(huán)境因素監(jiān)測（ 8）宏觀現(xiàn)象監(jiān)測等。地面變形監(jiān)測主要有簡易監(jiān)測（皮尺、鋼尺等）、儀器儀表監(jiān)測（絕對位移監(jiān)測、一、簡易監(jiān)測（手動測試）1 、主要方法（ 1）在裂縫或滑面兩側(cè)（或上、下）設(shè)標(biāo)記或埋樁，定期用鋼尺等直接量測裂縫張開、閉合、位錯或下沉等變形；（ 2）在裂縫、滑帶以及建筑物上設(shè)置騎縫式標(biāo)志，如貼水泥砂

6、漿片、（ 3）在平斜硐及采空區(qū)頂板設(shè)置重錘，量測硐頂?shù)南鄬ξ灰坪统两怠?、特點（ 1）簡便易行，投入快，成本低，便于群測群防；（ 2）操作簡單，直觀性強(qiáng)；（ 3）精度稍差，觀測時勞動強(qiáng)度大。二、絕對位移監(jiān)測有大地測量法、GPSM量法、近景攝影測量法等。（一）大地形變監(jiān)測1 、主要監(jiān)測方法有：視準(zhǔn)線法、小角法、測距法等。2、特點（ 1）量程不受限制，能大范圍全面控制崩滑體；（ 2）技術(shù)成熟、精度高；（ 3）易受通視條件和氣象條件（風(fēng)、雨、雪、霧）影響；（ 4）外業(yè)工作量大、周期長。3、常用監(jiān)測儀器一般采用高精度測角、測距的光學(xué)儀器和光電測量儀器。4、觀測點的布設(shè)墩標(biāo)。固定觀測點（控制點），埋設(shè)在

7、滑坡體之外穩(wěn)定區(qū)（基巖）；觀測點分為固定觀測點（控制點）和變形觀測點，標(biāo)型均為變形）觀和測監(jiān)點測主網(wǎng)要通布過置的在滑滑坡坡體主地軸面觀拉測伸斷、面壓線（或利用主勘探線的過渡地段。（二）GPS®!U 量法1 、特點（ 1）觀測點之間無需通視，選點方便；（ 2）觀測不受氣候條件限制，可進(jìn)行全天侯監(jiān)測；（ 3）可同時進(jìn)行平面位移與垂直位移監(jiān)測；（ 4）可長期連續(xù)監(jiān)測，不會漏掉重大的變形信息；（ 5）自從動數(shù)化據(jù)。采集、數(shù)據(jù)處理到分析、管理的全過程易（ 6）需如要果大監(jiān)量測的點G數(shù)PS量多、且要全部進(jìn)行長期自動化監(jiān)備、微機(jī)等安裝在野外無人值守的監(jiān)測房內(nèi)，安全難以得2、適用范圍適用于各種滑坡不

8、同變形階段的三維位移監(jiān)測。（三）近景攝影測量法1 、工作原理同時對滑坡區(qū)觀測點攝影構(gòu)成立體象對，利用立體坐標(biāo)通常把近景攝影儀安置在兩個不同位置的固定測點，儀量測象片上各觀測點三維坐標(biāo)的一種方法。在相對精求。即適合于危巖體臨空陡壁裂縫變化或滑坡地表位移2、特點多個測點的空間座標(biāo)；（ 1）周期性重復(fù)攝影，外業(yè)工作簡便，可同時測定時比較分析；（ 2）獲得的像片是崩滑體變形的實況記錄，可以隨（ 3）設(shè)站受地形條件限制，內(nèi)業(yè)工作量大。3、常用儀器：量測攝影機(jī)、半量測攝影機(jī)、非量測攝影機(jī)。三、相對位移監(jiān)測之間的相對位移變化（張開、閉合、下沉、抬升、錯動相對位移監(jiān)測是設(shè)點量測地質(zhì)體重點變形部位點與點等），從

9、而定量表示變形的一種監(jiān)測方法。主要用于對裂的監(jiān)測。按所采用的儀表可分為機(jī)械式傳動儀表觀測法（簡稱機(jī)測法）和電子儀表觀測法 （簡稱電測法）兩類。（一）機(jī)測法游標(biāo)卡尺（包括數(shù)顯卡尺）、收斂計等儀表人工到實地直是在斜坡變形部位埋設(shè)測座，采用百分表、千分表、接觀測的一種方法。特點：（ 1）原理、結(jié)構(gòu)簡單，安裝測試簡便，投入快；（ 2）成本相對較低；（ 3）觀測成果資料直觀、可靠度高。（二）電測法電測法往往采用二次儀表觀測，即將傳感器（探頭）埋設(shè)于崩滑災(zāi)害體變形部位，使用能將傳感器電信號轉(zhuǎn)換成人們所感知（或熟識）信息的電子儀表（如頻率計之類 ）觀測。特點：（ 1）儀表靈敏度高、精度高；（ 2）監(jiān)測采樣速

10、度快，可自動巡回檢測，遠(yuǎn)距離傳輸；（ 3）觀測的成果資料不及機(jī)測可靠度高。電測位移計一定要具備防風(fēng)、防雨、防腐蝕、防潮、防震、防雷電干擾等性能，以保障儀器儀表的長期穩(wěn)定性及監(jiān)測成果資料的可靠度。四、地面傾斜監(jiān)測法1 、工作原理主要用于監(jiān)測崩滑體地面傾斜方向和傾角變化。將移動式傾斜儀定期巡回放置于固定專用測點的盤座上，按預(yù)定的幾個方向各自180°往復(fù)測量，為判斷測點三維合成位移變形方向及趨勢提供直接信息。2、適用范圍 主要用于傾倒式崩塌、拉裂式崩塌、切層滑坡等； 對于順層滑動不宜采用。深部位移監(jiān)測一、鉆孔測斜法鉆孔測斜法是用于觀測鉆孔內(nèi)目標(biāo)深度巖（土）體橫向位移矢量的一種原位測試監(jiān)測手

11、段。測斜儀類型包括：滑動電阻式、滑動電阻片式、鋼弦式、伺服加速度計式和電解式。目前以伺服加速度計式應(yīng)用較廣。垂向滑動式鉆孔測斜儀工作原理示意圖深部位移監(jiān)測儀器設(shè)備根據(jù)安裝方式和使用特點，分為移動式和固定式。根據(jù)組成探頭傳感器的個數(shù)，可分為單軸式和雙軸式。若按儀器測量方向不同，則可分為垂向測斜儀（測量水平位移）、水平測斜儀（測量垂向位移）和斜向測斜儀（測量斜面的法向位移）。目前，在巖土工程原位監(jiān)測中，使用最廣泛的是垂向測斜儀。適用條件由于鉆孔傾斜儀安裝施工成本大，為一次性隱蔽工程，且量程有限，適用于崩滑體蠕滑和勻速變形階段，加速變形階段一般不用該方法。深部位移監(jiān)測應(yīng)用技術(shù)要求（ 1）頭測分斜為管

12、固和定接式頭和：伸測縮斜式管，材固料定有式鋁接合頭金適和PVC塑料兩種；（沉降）較小的巖（土）體，伸縮式接頭適用于軸向 位移測斜管。（ 2）滑測坡斜等管位與移孔變壁形間相填對料較：大注者漿，和可填用沙砂。充當(dāng)填土處質(zhì)理（或一堆邊積填砂，一邊注水，以保證填砂密實）。（ 3）測扭。（4）過測3斜儀本身固有精度：伺7服.5力口 mm速/3度0式m。測斜 儀，在孔斜（5）型測，量以間0.距5m：最目為前常主見要。有0.28m、0.5m、 1m 三種常見基準(zhǔn)確確定其范圍，應(yīng)使用較小的間距；對于孔深較大且目 量，可加大測試間距為 2 倍（或 4 倍）基距。深部位移監(jiān)測二、鉆孔多點位移監(jiān)測法鉆孔多點位移監(jiān)測

13、法是用于觀測鉆孔巖土體單向或三向位移變化的一種原位測試手段，利用鉆孔位移計定期逐段測量鉆孔的三向位移信息，從而獲得巖 體內(nèi)部位移隨時間的變化。以水平孔多點位移計最為常用。應(yīng)力監(jiān)測一、巖土體壓力計（壓力盒）主要有振弦式、液壓式和電阻應(yīng)變計式，以振弦式最為常見。應(yīng)用技術(shù)要求（ 1）壓力盒的量程：壓力盒的量程有限，選擇量程時，應(yīng)充分估算預(yù)承壓大小，同時應(yīng)考慮滑坡體整體應(yīng)力結(jié)構(gòu)調(diào)整過程中對埋設(shè)部位的應(yīng)力狀態(tài)影響；根據(jù)經(jīng)驗，量程應(yīng)選為估算預(yù)承壓的兩倍或更高。（ 2）壓力盒的安裝：壓力盒的安裝屬一次性隱蔽工程，安裝質(zhì)量的好壞同其運行壽命和測量精度密切相關(guān)。首先確認(rèn)壓力盒的承壓面，其次要保證安裝部位平整并與

14、應(yīng)力方向垂直；特殊環(huán)境下，須考慮壓力盒具有耐腐蝕能力。二、錨索（桿）測力計主要有振弦式、電阻應(yīng)變式等類型，以振弦式應(yīng)用較廣。應(yīng)用技術(shù)要求（ 1）測力計的安裝：嚴(yán)格保證錨墊板的厚度（剛度）和尺寸（保證測力部分完全承壓于錨墊板上），錨索測力計承壓面與孔軸線垂直，誤差應(yīng)V 5。，并 嚴(yán)格對中；小量程測力計本身和其附件應(yīng)具有一定的偏載適應(yīng)能力。（ 2）量程的選擇：錨固工程施工時，錨索（桿）的鎖定預(yù)應(yīng)力值一般均小 于預(yù)應(yīng)力設(shè)計值，故測力計的量程與錨索（桿）的應(yīng)力設(shè)計值保持一致即可。（ 3）溫度干擾：影響測量精度的主要因素是監(jiān)測運行期環(huán)境溫度變化，應(yīng) 進(jìn)行定量的溫度校正予以消除。1 、工作原理在滑坡體治理

15、過程中，埋入式應(yīng)變計主要用于測試混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)變信息。當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)由于受力產(chǎn)生應(yīng)變時，應(yīng)變計會隨之產(chǎn)生應(yīng)變變形，從而可 測得混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)變信息。2、儀器設(shè)備主要有振弦式、電阻式和光纖式傳感器。3、應(yīng)用技術(shù)要求（ 1）應(yīng)變計的尺寸：應(yīng)變計的長度和直徑之比要滿足一定條件，通常L R采用1525范圍。（ 2）應(yīng)變計的安裝：應(yīng)變計的軸向要對準(zhǔn)擬測變形方向。地下水（動態(tài)）監(jiān)測 1、工作原理通過壓力傳感器直接或間接測量滑坡體（主要是滑帶）含水率、孔隙水壓力、地下水位、流量、流速和水溫等參數(shù)隨時間的變化。12 / 152、應(yīng)用技術(shù)要求（ 1）設(shè)備的安裝：分為測壓管（有壓管和無壓管）安裝和鉆孔中直接安裝。在

16、鉆孔中直接安裝時，傳感器周圍使用細(xì)砂或其它透水材料充填；對于多深度監(jiān)測，各深度部位之間使用隔水材料隔離止水。（ 2）由于其傳感器安裝為隱蔽工程，除要求監(jiān)測設(shè)備具有較高的精度、較大的量程外，還應(yīng)具備較強(qiáng)的抗干擾及耐腐蝕性。（ 3）地下水動態(tài)觀測的持續(xù)時間一般不少于 1 個水文年。聲發(fā)射監(jiān)測1 、工作原理（ 1），巖聲石發(fā)破射裂監(jiān)產(chǎn)測生適的用聲于發(fā)巖射質(zhì)信斜號坡比處觀于測劇到滑位臨移崩信階息段超的前短，臨前兆性監(jiān)測。（ 2）在勘查階段，一般可不采用。一、放射性監(jiān)測（氡氣測量法）1 、基本原理放射性元素在衰變過程中產(chǎn)生的氡等射氣，其穿透能力比較弱，但是當(dāng)它們遇到斷層及構(gòu)造裂隙帶時，氡射氣就會沿裂隙上

17、升到地表并在土壤中富集，氡射氣的富集不受地表覆蓋層厚度的影響。當(dāng)滑坡體處于穩(wěn)定狀態(tài)時，氫（Rn）的濃度維持一穩(wěn)定的低水平；當(dāng)巖土體滑 動時，巖（土）中的氡迅速釋放，其濃度急劇增大，且隨滑坡體的規(guī)模大小和變形速度而異。利用測氡技術(shù)方法，測量氡異常變化，就能發(fā)現(xiàn)和查明這些地質(zhì)災(zāi)害，達(dá)到預(yù)報的目的。2、適用范圍由于氡主要吸附于含有機(jī)質(zhì)的黏土物質(zhì)中，所以氡氣測量法適用于較為破碎、裂縫或裂隙較發(fā)育的土質(zhì)滑坡和泥質(zhì)頁巖滑坡的監(jiān)測。3、取樣方式一般采用抽氣、取土樣和靜態(tài)埋置取樣等，以靜態(tài)埋置取樣常見，該方式為原位測試，一般取樣時間較長。二、環(huán)境因素監(jiān)測主要是滑坡所處環(huán)境的氣溫及降水量的監(jiān)測。特別是受水動力誘

18、發(fā)的滑坡，降雨量是監(jiān)測工作的重要參數(shù)。1 、降雨量監(jiān)測設(shè)備有機(jī)械式和電動自記式兩大類。監(jiān)測內(nèi)容有：年均、月均、日均降水量，最大日降水量、最大小時降水量等。2、巖土體溫度監(jiān)測常用埋入式溫度計，測定巖土體溫度。三、地震監(jiān)測、人類工程活動監(jiān)測用于監(jiān)測人工開挖、爆破及誘發(fā)地震、天然地震（包括治理施工）等破壞性因素的監(jiān)測。宏觀地質(zhì)觀測法所謂宏觀地質(zhì)觀測法，是用常規(guī)地質(zhì)調(diào)查方法，對崩塌、滑坡的宏觀變形跡象和與其有關(guān)的各種異?，F(xiàn)象進(jìn)行定期的觀測、記錄，以便隨時掌握崩塌、滑坡的變形動態(tài)及發(fā)展趨勢，達(dá)到科學(xué)預(yù)報的目的。1 、宏觀變形形跡崩滑體后緣產(chǎn)生弧形拉張裂縫、后緣崩塌掉塊并突然出現(xiàn)陷落帶、陷落坑；房屋變形，樹木歪斜呈馬刀樹醉漢林；前緣斜坡隆起且開始出現(xiàn)巖（土）體擠（剪）出，同時測量其前緣變形量呈直線急劇上升時，往往是大崩滑啟動破壞的前兆。2、地聲異常3、動物行為異常4、地下水宏觀異變出現(xiàn)新泉或泉流量劇增，水變渾，或水溫上升，或噴射出地表。1 前言2 滑坡常規(guī)監(jiān)測技術(shù)3 泥石流監(jiān)測技術(shù)方法4 地面沉降監(jiān)測技術(shù)方法5 地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測新技術(shù)新方