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杨勤海

（中国地质调查局水文地质工程地质技术方法研究所，河北保定，071051）

【摘要】对三峡库区的松散地质体灌浆加固试验进行声波测试，即可获得松散岩体的主要地球物理动力学参数，为库区移民安置区的地基处理与合理开发提供科学依据，又可定量、全面评价三峡库区的松散岩体的稳定性。本文结合以往的声波测试成果，运用声波测试技术和方法，论述声波测试方法在研究库区测试松散工程体灌浆加固的效果。

【关键词】三峡库区松散地质体声波测试

1前言

在长江三峡库区移民安置中，奉节、巫山等不少城镇新址都遇到对复杂成因的第四系松散堆积层组成的滑坡、崩塌、岩溶等地质灾害体土地资源的开发利用问题。这些地带基本上是县城新址就地后靠的主要部位，由于其成因复杂，工程地质条件特殊，在县城迁建规划中未能充分加以利用，严重地妨碍了城市的建设和发展。第四系松散堆积体的地质成因虽然复杂、特殊，但是作为建筑地基，其工程地质条件并不很差，只要能进行充分论证，辅以必要的地质体改造工程，就可以为迁建城市所用，可增加迁建城镇的土地资源，产生巨大的经济效益和社会效益。近年来，对于这类复杂成因的第四系堆积体的研究成为工程地质界关注的焦点。本文介绍了声波测试技术及其在三峡库区工程地质体灌浆加固试验研究情况，结合以往在库区开展的一些有关岩土弹性参数与力学性质的关系方面的试验和研究工作，通过声波测试结果给出了工程地质体的力学指标，在一定程度上能够反映试验场地的动力学性质，可以定量、全面评价加固效果。

2试验场地地质条件与地球物理特性

2.1试验场地地质条件

试验场地选择在移民迁建急需且地质条件典型的地方，即奉节宝塔坪规划小区的赵家梁子一带和巫山二道沟四大家一带。因位置不同，试验场地的地质条件差别较大，反映了松散堆积体结构的不同性。各试验场地的岩性特征简述如下：

奉节第一组上部3m左右为第四系坡积含碎块石亚粘土，密实。下部为深灰色薄—中厚层泥灰岩，裂隙发育，岩层破碎，岩芯呈短柱状、饼状及碎块状。

奉节第二组上部为粉土含碎块石角砾，稍密，透水性弱，下部为碎块石，粘土充填，后经开挖验证：2m以上为坡积亚粘土含块石，密实；2m以下为黄褐色—灰色泥灰岩。岩层裂隙发育，强风化，在6m以上段裂隙被泥质充填紧密，6m以下段充填物较少。

巫山第一组上部13m以上段为绿灰色泥灰岩，中强风化，垂向裂隙发育，多被泥质充填，岩芯呈碎块状，钻进过程中3～12m段易垮塌，一般不漏水。13m以下为钙质粉砂质泥岩，暗紫红色，裂隙发育，岩芯仍较破碎。

按设计要求，每组试验均由7个钻孔组成，中间1孔，周边6孔，呈梅花状分布，其中3个为灌浆试验孔，4个为测试观测孔，奉节试验点孔深为20m，巫山试验点为18m。各孔浆液配比、灌浆量均不同。

2.2试验场地地球物理特性

根据以往在巴东黄土坡滑坡、万州关塘口滑坡等地及实测资料，试验场地完整岩体的声波速度一般在3000m/s以上。由于库区大部分地质条件较差，基岩上部的地层破碎、裂隙发育、完整性差。声波速度变化区间较大，多在700～2600m/s之间。声波在岩体中传播时，其参数的变化直接反映岩体的地质构造和物理力学性质。

声波测试岩体（石）的弹性力学参数是在快速瞬间加载情况下完成的，称为动力法。所测得的参数称为动弹性参数，如动弹性模量Ed、动泊松比μd、动剪切模量Gd等。只要测得岩体的纵波速度、横波速度，密度，则可根据下列工程式计算出岩体（石）的动弹性参数。

动弹性模量计算公式：

地质灾害调查与监测技术方法论文集

动剪切模量计算公式：

地质灾害调查与监测技术方法论文集

动泊松比计算公式：

地质灾害调查与监测技术方法论文集

式中：Vp——纵波速度（km/s）;

Vs——横波速度（km/s）；

ρ——岩石密度（g/cm）;

Ed——动弹性模量；

Gd——动剪切模量；

μd——动泊松比。

因此诸如纵波速度、横波速度、振幅、频率等参数，可作为评价工程岩体的定量依据，并可校验工程地质体灌浆加固的效果。声波测试主要是为了评价灌浆质量，而灌浆质量主要依据声波速度进行评价，根据声波测试获得的波速资料，结合地质资料，可准确定量评价灌浆效果，从而为试验场地的稳定性评价提供科学依据。

3测试方法及技术

要了解第四系松散堆积体灌浆加固效果且要求所采用的方法快速、经济，声波测试技术是满足上述条件的首选方法。经过反复比较研究，松散堆积体灌浆加固试验检测方法主要选择岩心测试、单孔声波测试及跨孔声波测试方法。

传播于固体中的声波是机械波。由于其作用力的量级所引起的变形在线性范围，符合虎克定律，也可称其为弹性波。声波测试与浅层地震、面波勘探同属弹性波测试技术范畴。声波测试所使用的波动频率从几十 Hz到50kHz（现场原位测试）和50kHz到500kHz（岩石及混凝土样品测试），覆盖了声频到超声频，在检测声学学科领域中仍称其为“声波测试”。由于采用的信号频率要高于地震波和面波的频率，因此有较高的分辨率，适用于对岩体等地质目标进行较细致的研究。测试动力学参数具有设备轻巧、测试简便、经济迅速等优点，而且许多大型工程都要考虑岩土的动力学特征，因此测量岩体的动弹性参数具有实际意义。

3.1岩心试件测试

先将所选柱状岩心切齐、磨平做好测试准备，后用纵波换能器、凡士林和岩心耦合进行纵波波速测试；用横波换能器、锡铂纸与岩芯耦合进行横波波速测试。

采用的仪器为CYC-4型超声岩石测试仪，BPFT型和WT型纵波探头频率分别为100kHz 25kHz;HT型横波探头频率为460kHz。表1列出了灌浆前钻孔取芯的岩样试件声波速度及相关动力学参数实测资料。

表1岩心测试成果表

3.2单孔声波测试

单孔声波测试是采用长源距一发双收探管，发射—接收间距50cm，接收—接收间距30cm。在钻孔（赋存井液的裸孔）内沿井壁发射、接收声波信息，测井时将探管下至井底，按测井点距（本次测试选用0.5m点距）向上测试，由笔记本计算机完成采集与存储，室内通过回放和资料处理拾取纵波，在采集波形中根据波形干涉点、幅度、频谱分析确定纵波初至走时，计算纵波波速。

测试使用的仪器为SSJ-4D全波列声波测井仪，井下探头：源距0.5m，间距0.3m，直径78mm；电缆长度300m。表2列出了此次试验场地灌浆加固试验中的不同期单孔波速实测资料。

表2奉节、巫山单孔波速表

3.3跨孔声波测试

跨孔声波测试法采用的是同步提升法：在其中一个钻孔（裸孔）内激发，另一个钻孔（裸孔）内接收，由孔底起始同步上升至上部，按测试要求点距向上测试，在一钻孔内由电火花（或剪切锤）发射信号、另一钻孔内由换能器接收声波信息，由仪器完成采集与存储，室内通过回放和资料处理拾取波形，在采集波形中根据波形干涉点、幅度、频谱分析确定纵波或横波初至走时，计算波速。

仪器采用SWS-1型多功能仪（北京水电物探研究所研制），测试激发源一般采用电火花（湘潭市无线电厂生产）或剪切锤两种激振方法。贴壁式三份量检波器接收。表3列出了此次试验场地灌浆加固试验中的不同期跨孔波速实测资料。

表3奉节、巫山跨孔波速表

4 试验场地力学参数及方法分析

4.1 力学参数明显提高

通过采用声波测井方法对灌浆效果的检测，工程地质体改性加固灌浆后力学参数明显提高。

（1）声波参数

①灌浆前：

a.含粘土松散岩土体（巫山），纵波速度1320m/s～1480m/s。

b.裂隙基岩破碎岩体（奉节），纵波速度810m/s～1100m/s。

②灌浆后：

a.含粘土松散岩土体（巫山），单孔波速平均提高11%，跨孔波速平均提高25%。

b.裂隙基岩碎裂岩体（奉节），单孔波速平均提高14.6%，跨孔波速平均提高65%。

（2）场地力学参数

①灌浆前：

a.含粘土松散岩土体（巫山），地基承载力[R]=557(kPa），凝聚力[c]=151(kPa），压缩量[Es]=8.9(MPa），摩擦角[φ]=36（°）。

b.裂隙基岩松动岩体（奉节），地基承载力[R]=388-438(kPa），凝聚力[c]=92～110(kPa），压缩量[Es]=6.9～7.3(MPa），摩擦角[φ]=25.6～29（°）。

②灌浆后：

a.含粘土松散岩土体（巫山），地基承载力[R]=636(kPa），凝聚力[c]=181(kPa），压缩量[Es]=10.3(MPa），摩擦角[φ]=41（°）。

b.裂隙基岩松动岩体（奉节），地基承载力[R]=504～568(kPa），凝聚力[c]=134～157(kPa），压缩量[Es]=8.1～8.9(MPa），摩擦角[φ]=31～37.1（°）。

4.2 测试方法的分析

由上述中可以看出岩心试件、单孔及跨孔的纵波速度存在明显的变化，这是因为岩心试件、单孔声波、跨孔声波3种方法的测试结果之间具有可对比性，每种方法所呈现的波速变化与岩石、岩质之间的关系是互相对应的，趋势是一致的。只是由于测试方法的不同，其结果亦表现出不同的特点。

岩心试件的测试一般是在规定尺寸上进行的。相对而言可以视为岩体一个点上的测试，测试频率范围为超高频率；单孔声波测试的间距是30cm，其所测的只是井壁圆柱体一个波长附近有限范围内的岩体声学特性，相对而言可以视为一段一维杆状岩体的测试，频率范围为高频；跨孔法在小孔距的范围内进行，与上述两种方法比较，测量范围要大的多，在较大的范围中，弹性波传播不但受岩质的制约，而且更重要的是受岩体结构面的控制。也可以视为二维平板状岩体上的测试，频率范围相对为低频。由于上述的差别，表现在波速参数上的关系是岩心试件测得的声速大于单孔声速，而单孔声速又大于跨孔声速（V岩芯＞V单孔＞V跨孔）。以上是符合客观规律的。岩心测试反映的是岩体点上的声学特性，单孔反映局部岩体的纵向声学特性，而跨孔却代表岩体的横向变化。

5结论与讨论

采用声波测试技术对三峡库区松散堆积体灌浆加固试验进行测试，取得了良好的效果，奉节、巫山两地的灌浆加固试验结果表明上述方法是可行的、有效的；声波测试不仅具有快速、简便、准确的特点之外，还是一种无损的测试方法，能够从整体上、全方位地评价灌浆质量。

应当指出，由于动力法是在瞬间加载情况下进行测试的，且对岩体施加的应力较小，因此，动、静弹性参数间存在一定的差异。为了满足当前工程技术界仍需将动弹性参数换算成荷载条件相近的静弹性参数的要求，有必要进一步研究二者之间的关系。但这个问题比较复杂，一般其对应关系因不同岩性和不同地区而异。实际工作中，往往要进行一定数量的动静弹性参数的对比测试，才能找出其中的对应规律。

参考文献

[1]郭建强等.地质灾害勘查地球物理技术手册.北京：地质出版社，2003

[2]林宗元.岩土工程试验手册.沈阳：辽宁科学技术出版社，1994

[3]陈仲候等.工程与环境物探教程.北京：地质出版社，1999

论文三峡大坝参考文献

三峡大坝在某种程度上确实给我们人类带来了很大的利益，但是在现在这个社会里还是给我们带来了很多的不便和危害。三峡工程的益处，最主要是集中在防洪、发电和航运方面。三峡建坝后，能控制百年一遇洪水，确保中下游安全。遇千年一遇洪水，中国的历史就是治河的历史，洪水不治无法使国得到安定。三峡工程的兴移民建，主要阻碍的因素是文物古迹的保护、生态保护以及大规模的移民。三峡一带已经被证实，埋藏着数量非常巨大的文物，移民很多都是极其珍贵而且是现在为止没有发现过的文物。据报道，真正挖掘出来的移民文物只占全部总数的十分之一，也就是说有百分之九十的珍贵文物被埋江底了。这是很令人痛心的事情。在生态方面，由于三峡工程的兴建，将会对当地大范围的生态造成影响，像当地植被移民的破坏，气候的变化，对各种动植物的影响都是非常大的。距有关报道，由于三峡工程的兴建，附近的气候发生了异常，应该转暖的时间却还是很寒冷。总之益处是防洪、发电和改善航运，改善环境、南水北调、养殖，弊处是破坏文物古迹，影响生态环境，移民安置问题。三峡大坝的修建，引发了上至政府高官下至普通百姓，甚至国外人士的广泛关注，仁者见仁，智者见智，对三峡的利弊有各种各样的评价，笼统的说利大于弊。

建设三峡大坝的首要目的是为了减少长江中下游地区的洪涝灾害。其次还可以起到发电，航运，旅游等目的。因此在选址的时候要考虑有没有较大的蓄水库容，当库容足够大的时候才能在洪水期间蓄积较多的上游来水，从而减轻中下游的洪水水量。其次还要考虑大坝的建设区域落差大这样才能起到发电的作用。1，三峡的位置在长江的上游和中游的分界处，可以充分对中下游达到径流的调蓄目的。并且改善了上游地区的航运条件。2，三峡位于我国第二阶梯和第三阶梯的交汇处，地势落差大，水能丰富，发电量大。3，三峡以上部分蓄水库容大4，峡谷地区河谷狭窄，建设大坝的工程量小。主要是以上几点，当然还有考虑到一些社会经济因素，比如建设水库淹没的农田村庄，或者是需要进行迁移的人口等等。

三峡大坝的主要目的是防洪。由于三峡水利枢纽工程位于长江中游与下游的分界处，工程建成后在重庆至宜昌段形成巨大水库，当水位达到海拔175米时，水库可拥有221．5亿立方米的防洪库容，可有效调节和控制长江上游暴雨形成的洪水，对长江中下游平原地区，特别是对荆江河段的防洪具有决定性的作用。因此，三峡工程是长江中下游防洪的关键工程，防洪是兴建三峡工程的首要出发点和目标。如果建在下游，对长江中游就没有防洪的意义了。请参考：

我看过关于三峡大坝选址的论文，全文大约有十几万字，从各个方面论证了坝址的优劣，提出过几十处不同的地点，最终结论是只有建在这里，才是各种利弊中最好的平衡点------利最多，弊最少，而且大部分不利之处可以克服

三峡工程论文参考文献

欧阳祖熙张宗润陈明金师洁珊陈征韩文心

（中国地震局地壳应力研究所，北京，100085）

【摘要】为了较好地解决滑坡监测中高度的不确定性问题，需要配合使用多种类型的监测系统。本文系统介绍了三峡库区万州、奉节、巫山等地开展的地质灾害监测预警研究工作，包括基于3S技术和地面变形监测台网建立的研究区典型地段滑坡监测网、研制的新型滑坡无线遥测台网，以及流动倾斜仪、激光测距仪等专用设备。通过近年来获得的一些典型监测结果剖析了不同技术和方法在地质灾害监测预警相关方面应用的有效性。

【关键词】三峡库区滑坡监测预警系统3S技术

1引言

自1998年以来，中国地震局地壳应力研究所（以下简称地壳所）三峡库区地质灾害项目组依托国务院三峡建设委员会移民局“三峡工程万州库区GPS滑坡监测示范研究”，科技部“十五”攻关项目“示范区新型、高效地质灾害遥测台网技术系统研究”，重庆市政府和移民局下达的“奉节、巫山高边坡与高挡墙稳定性监测”，以及地壳所与德国地球科学研究中心和英国伦敦大学学院关于“应用PSInSAR遥感技术监测三峡库区滑坡及库岸变形”等项目的支持，在万州、巫山、奉节三地移民局和国土局的配合下，广泛深入地开展了库区地质灾害监测预警系统的研究。监测的对象由滑坡、危岩与库岸变形，扩展到高挡墙、高边坡和移民楼房基础的稳定性，监测技术体现了多学科的融合。

几年来，在进行地质调查的基础上，项目组运用3S技术，建立地质灾害地理信息系统（GIS）；开展全球卫星定位（GPS）滑坡变形监测及多手段仪器监测；并整合现今成熟的、先进的传感器与测量技术、计算机信息处理技术与通讯技术，以 GSM/GPRS为通讯平台的无线遥测台网，可以选择连接不同的传感器来监测崩、滑体地表变形、深部位移、地下水动态、声发射、裂缝变化、雨量，以及库岸及抗滑桩等工程构筑物内部应力及所受的推力等；在遥感（RS）技术应用方面，将国际上新近提出的角反射器技术用以辅助进行InSAR信号处理，建立了试验台网。迄今，项目组在库区库岸与滑坡变形监测及灾害预警系统的工作中已获得了多项阶段性成果，一些典型地区的监测成果为政府减灾决策提供了重要依据。

2库区地质灾害监测网设计的指导思想

库区崩塌、滑坡监测的主要目的是：全面了解和掌握崩、滑体的演变过程，及时捕捉崩、滑体灾变的特征信息，为崩塌、滑坡灾害的正确评价分析、预测预报及治理工程等提供可靠的资料和科学依据。同时，监测结果也是检验崩塌、滑坡分析评价及滑坡工程治理效果的尺度。

为了达到上述目的，库区地质灾害监测系统总体设计思想为：

（1）针对不同崩、滑体的地质构造与变形阶段特征，应采用不同的方案、手段进行监测；

（2）鉴于崩、滑体变形破坏过程的高度不确定性，同一崩滑体上宜采用多种手段监测，形成点、线、面、地表与地下相结合的立体监测网，使其互相补充、检核；

（3）在群测群防工作的基础上，发展常规人工仪器观测与无线自动遥测的技术、建立静态和动态监测相结合的监测预警网络，分别服务于地质灾害的长期、中期预测和短期预警。

3地质灾害监测方法与技术

依据崩、滑体变形监测的物理量，兼顾变形测量对精度的要求和监测工作的效率，结合当前国内外监测技术和方法的发展水平，在实际应用中采用GPS、InSAR、激光测距、流动倾斜、裂缝监测技术测量地表形变，一些地段也采用了传统方法如全站仪和水准测量；钻孔测斜仪监测深部位移；孔隙水压力计监测地下水动态变化；钢筋应力计与锚索（杆）应力计，分别用于监测抗滑桩内部钢筋和锚索、锚杆的受力变化；同时，采用遥测台网技术采集包括地表变形、深部位移、地下水、钢筋计、危岩声发射等在内的各种动态监测数据。下面简要评述这些方法的特点与适用领域。

3.1GPS（全球卫星定位系统）大地测量网

全球卫星定位系统（GPS）是美国国防部研制的导航定位授时系统，由24颗等间隔分布在6个轨道面上、大约20000km高度的卫星组成。在地球上任何地点、任何时刻，在高度角15。以上天空至少能同时观测到4颗以上的卫星。用户在地面用接收机接收这些卫星发射来的信号，测定接收机天线到卫星的距离，就可以计算出接收点的三维坐标。近年来，我国开发和应用GPS定位技术的发展速度很快，如在长江三峡工程坝区已建立了GPS监测网，实践证实，高性能配置的GPS水平定位精度可达毫米级，完全可用于崩塌、滑坡的位移监测。

相对于传统的大地测量方法，GPS测量技术应用于滑坡监测有以下优点：①观测点之间无需通视，选点方便；②不受天气条件限制，可以进行全天候的观测；③观测点的三维坐标可以同时测定；④新一代 GPS接收机具有操作简便、体积小，耗电少的特点。所以，这种方法已广泛运用于滑坡变形监测、施工安全监测以及滑坡工程治理效果监测之中。但是，由于监测站建设和获取数据周期较长，在灾害的短期预警中该方法用得较少。

3.2专用仪器监测网

在此类测量方法中，有多种传统的测量仪器目前仍在广泛使用，如经纬仪、全站仪、水准仪和钻孔测斜仪等，它们主要用于各种工程治理项目的施工安全监测中。除了前述的仪器外，我们还从三峡库区的具体环境条件出发，结合地质灾害其他方面监测工作的需要，开发了便携式倾斜仪、流动激光测距仪等设备，弥补GPS观测受房屋、山坡遮挡而不便施测的不足，以便对位于河谷斜坡地形上的库区移民新城镇的滑坡地表变形、房屋及地基基础变形进行全面监测。在一些经过工程治理的重点滑坡、变形体上，结合治理效果监测，还大量运用了钢筋计和锚杆（索）计以监测抗滑桩内部应力及滑坡的推力。

在地表开展各种流动仪器观测具有监测参量多，灵敏度高，测量范围较大，效率高，成本低，操作简单等特点，因此这类测量方法适用于滑坡治理施工安全监测和效果监测，与前一种GPS流动站观测法相同，也大量应用于多种地质灾害的中、长期监测预报中。

3.3地质灾害无线遥测台网

目前，国外崩塌、滑坡监测预警技术已发展到一个较高的水平。首先是较普遍采用了全自动、多参数监测的遥测台网；其次，在地质灾害模型预报和预警系统方面，已运用3S(GPS、GIS和RS）技术进行地质灾害空间分析、模型预报和预警系统研究。国内在上述方面尽管还存在较大的差距，但近年来，铁道部、交通部等个别研究所及少数矿区已尝试采用小型遥测台网进行滑坡灾害的监测预报；2002年，中国地震局地壳所在三峡库区又率先建立了用于地质灾害监测预警的多参数无线遥测台网。

“RDA型地质灾害无线遥测台网”系地壳所开发的基于GSM/GPRS技术的新型无线遥测台网。该系统主要由监测子站群、监测预警数据中心和GPRS数据通讯公网等三部分组成（系统构成见图1）。GPRS是在GSM基础上发展起来的一种无线分组交换的数据承载业务。相对于GSM/SMS的电路交换数据传送方式，GSM/GPRS采用分组交换数据传送方式，提高了传输速率，有效利用无线网络信道资源，全面实现了移动Internet功能，对于每个用户永远在线等方面具有非常明显的优势。

图1GPRS滑坡无线遥测系统构成

根据单体滑坡监测的需要，可以确定所需遥测子站的个数，各遥测子站可以选择连接不同的传感器来监测滑坡地表位移、深部位移，或者地表倾斜、裂缝变化、雨量，以及监测护岸、抗滑桩等工程构筑物内部应力和所受的推力等。监测预警数据中心系统软件功能包括接收各地质灾害点遥测子站的数据、数据入库、显示变形趋势曲线和超限自动报警等功能。同时，数据中心站可对各遥测子站发出指令，改变其工作参数，如数据采样间隔（5分钟、1小时、24小时等）。系统可接入地区监测预警中心微机局域网，支持运行基于GIS的减灾决策支持系统。市、县级地质灾害监测指挥中心的计算机屏幕上可以准实时地密切监视滑坡加速变形趋势，支持对库岸和滑坡破坏事件进行短期及临滑预报，也可以对发生的地质灾害事件进行现场监测和救助指挥。从2002年我们在万州WJW滑坡建成第一个遥测台网以来，在万州和巫山运用“RDA型地质灾害无线遥测台网”监测的崩、滑体已有近20处，积累了丰富的数据。该地质灾害无线遥测系统主要具有以下特点：

（1）监测参量多，精度高

系统集成了包括：滑坡地表变形（位移、沉降）、倾斜变形测量仪、裂缝测量仪、崩滑体微破裂声发射信号记录仪、钻内地层滑移变形测斜仪、孔隙水压测量仪、钢筋测力计、锚索（杆）拉力计等8种滑坡监测仪器。这些测量仪器均具有较高的测量精度和较大的动态范围。

（2）自动遥测，无人值守

遥测仪器均内置微处理器和无线数据传输模块，动态范围大，全自动监测，无线传输，可用交流电源或太阳能电池供电。

（3）无障碍设计

所研制的仪器在测量、数据传输等方面均符合无障碍设计要求，因而有安装方便，环境适应性好等优点。

（4）依托先进的通讯技术

本遥测台网综合运用了最新发展的GSM/GPRS通讯技术，既适应三峡库区的地形条件，便于安装和维护，又具有高容量、覆盖范围广以及成本较低等特点。

3.4崩塌滑坡应急监测系统

以往，无论在三峡库区还是我国其他地方，发现有崩塌滑坡迹象时，常因缺乏应急监测手段，未能详细积累数据，错失研究的机会且不论，有时终因措施不力造成人民生命的损失。我们在RDA型遥测台网的基础上，将通讯改为GSM/SMS，即短信息方式，目的是使系统对通信公网的适应能力更强，架设更简便可靠。在监测环境偏远以及应急监测的场合，这一点显得尤为重要。

应急监测系统优选了地表倾斜、激光测距、裂缝测量仪等手段。一旦有群众报告或者通过仪器监测发现某地滑坡有加速变形迹象，便能急速赶赴现场，及时安装台网，实施24小时连续监测。既能有效避免不测事件的发生，还可积累研究滑坡变形破坏阶段的宝贵资料。2003年，应万州地方政府的要求对公路、桥梁开展的应急监测便收到了良好的效果。

3.5合成孔径干涉雷达InSAR测量技术

合成孔径雷达干涉（InSARInSAR—Interferometry Synthetic Aperture Radar的缩写。）测量技术，是利用相邻航线上观测的同一地区的两幅SAR影像的相位差来获取地面数据的测量技术，其主要特点是利用雷达数据中的相位信息。

干涉雷达优点较多：具全天候工作能力，发射的微波对地物有一定穿透能力，能提供光学遥感所不能提供的信息，且为主动式工作方式。对于欧洲雷达卫星 ERS-1/2和加拿大雷达卫星RADRSAT-1，采用干涉技术来产生 DEM，监测地面位移变化，精度可以达到毫米量级。因此，该技术手段特别适用于大面积的滑坡、崩塌、泥石流以及地裂缝、地面沉降等地质灾害的监测预报，是一项快速、经济的空间探测高新技术。

三峡地区植被茂盛，雨水充沛，地貌差异较大，不利于干涉雷达信号的处理，曾有人在该地区做过尝试未获成功。为此，地壳应力研究所与德国地球科学研究中心（GFZ）合作，采用了国际上新推出的角反射器技术以辅助进行 InSAR信号处理。角反射器是用三块角形金属板制作的一种装置，它对照射其内的雷达波可按原方向反射回去，反射信号相对于周围环境有显著的增强。通过在工作区范围内均匀布设人工角反射器，并确定一些稳定的点作为天然反射点，便于图像的配准和精确计算角反射器的位移。对于三峡库区如此大的范围，仅仅利用有限的点位进行 GPS或其他仪器设备测量滑坡体形变是有局限的，因此，探索利用InSAR技术开展三峡库区滑坡监测，具有重要的意义。2003年，我们已经在万州和巫山两地安装了14个角反射器，进行试验监测和研究，同时还联合进行 GPS变形监测作为对比。

4用于地质灾害监测预警的GIS系统

地质灾害监测地理信息系统是一个能够有效管理各种四维空间（含地理坐标和时间变化）数据的信息系统。它以崩滑体等监测对象为基础，把地形、城市规划、监测点分布等空间数据，按其空间位置存入计算机；通过数据库模块、曲线显示模块与数据分析模块，实现监测数据的存储、更新、查询、趋势分析、绘图显示及图、表输出等功能。

系统主要由四部分组成：地理信息子系统、地质基础资料文献管理子系统、地质灾害监测数据库子系统和监测数据分析子系统。

地壳所自1998年在重庆市万州区开展地质灾害的监测与研究工作以来，首先致力于建立基于GIS的地质灾害数据和资料管理平台，在2000年研制成功“万州库区移民工作地理信息系统”。之后，又逐步完善相关的数据库管理系统，充实数据分析模块，增加自动报警功能，实现了含数据管理、分析于一体的滑坡监测预警GIS系统，并相继推广到巫山、奉节两县。

系统采用面向对象的编程语言Visual C++6.0为开发工具，以MapInfo为基本开发平台；地质灾害监测数据库利用Microsoft SQL Server 2000创建，通过ADO技术进行数据库连接、访问。地质灾害监测预警GIS系统以大比例尺电子地图作为工作用图，可以任意缩放、漫游、能够自动查找地图目标，并与数据库相关联。该系统为管理各种工程地质、水文地质资料，为管理上述几类地质灾害监测网和监测数据，为数据的分析与结果显示，包括为群测群防工作的管理均提供了一个有效的平台，进而为滑坡稳定性的研究打下了很好的基础（系统总体结构如图2）。

图2地质灾害监测预警GIS系统总体结构框图

根据前述功能的要求，该系统可以输出多种表达数据处理及空间分析结果的图形、图表与三维模拟图等可视化形式。图3显示了巫山县GIS系统的一个界面，显示出滑坡、道路及四类监测站的分布，即为一例。

图3巫山GIS系统显示的GPS和倾斜监测站分布图

1.GPS静态监测站；2.GPS动态监测站；3.流动倾斜监测站；4.GPS坐标控制点

数据分析流程基本上有如下的3个方面：

（1）整个监测系统获得的数据，包括自动传输与流动观测的，经过校核确认无误后，即可存入当地地质环境监测站基础数据库。

（2）基于地理信息系统的地质灾害趋势分析及预警技术研究，包括进行监测结果的统计分析、时间序列分析、地表位移矢量图分析、滑坡的深度—位移曲线分析、位移—降雨量分析等，并进而确定在不同的地质环境下滑坡预警的阈值。

（3）所获得的滑坡变形时间变化曲线及其二维平面分布图像的结果，可用于做进一步的滑坡稳定性分析研究。

5各类监测技术的应用与典型监测结果

5.1GPS技术用于滑坡变形监测

自1999年底万州库区建成含120余个流动站的GPS滑坡变形监测网，到2002年底，共完成了8期测量。结果显示，多数滑坡近期变形速率较低，在5mm/a以下；但半边石坝与实验小学等少数滑坡年变形速率分别达84mm和49mm；关塘口、青草背等滑坡也有明显变形。图4显示了万州城区滑坡现今变形的分区特点：变形大的地区多为陡坡，有的是古滑坡分布地区；近期的变形主要和人类工程活动以及强降雨等因素有关。

图4万州城区滑坡变形分布示意图

1.GPS滑坡监测点；2.滑坡；3.滑移矢量；4.变形较小的稳定地区

上述结果对于库区城镇的建设规划有指导意义。据了解，有的基础设施项目选在上述变形区域内，自2002年初开工，场平屡屡受阻，历时3年无法开展基本建设，付出了沉重的代价。对这几处稳定性差的滑坡体，加强了跟踪监测和研究。例如万州 SMB滑坡2003年继续发生变形垮塌，其北部区域5月以来曾发生严重变形。图5给出了3条有代表性的基线变化情况，纵坐标表示日降雨量以及GPS基线长度变化，单位为mm。由图中可以看到，2003年一季度该区变形速率不高，4月18日（即图中第108日）降大雨84mm后，滑坡变形明显加速。G123-134是接近主滑方向的测量基线，到6月累计变形量达到400m左右。除了该区是因人类工程活动触发滑坡变形因素外，强降雨的影响不可低估。

又如奉节新县城地区有大小崩塌、滑坡50余处，其中以三马山、宝塔坪、白衣庵、南竹园等大型滑坡对新建县城的影响最大。由于新县城地处复杂的地质构造部位，岩层较为破碎，冲沟发育，高阶地较窄，且连续性差。新建移民区大多分布在地势较陡的沟、谷坡上，人工开挖的高陡边坡随处可见，并以高度大、连续分布长为特点，边坡高度可达30～40m，长度数百米。高边坡的稳定性问题是奉节县城最大的潜在地质灾害问题之一。

2002年我们在奉节建立了含290个监测桩的GPS和地表倾斜变形监测网。到2003年中，整个县城近8km2范围的变形分布如图6所示，发生最大变形的地区是西部朱衣河谷坡一带的高边坡。这些地带大多是高阶地、陡坡，表现的主要地质灾害问题是建筑载荷导致的自然高、陡边坡、古滑坡失稳；因平整建筑场地而切削边坡，填平坡脚、沟谷，产生的高边坡与回填边坡的失稳等。

图5SMB滑坡地表变形 GPS测量成果

图62003年奉节新县城变形等值线图

5.2在滑坡工程治理安全施工阶段运用的监测技术

本阶段的监测工作主要用于评价滑坡（危岩）治理施工过程中滑坡的稳定程度，及时反馈、跟踪和控制施工进程，对原有的设计与施工组织的改进提供最直接的依据，对可能出现的险情及时发出报警信号，以便调整有关施工工艺和步骤，避免恶性事故的发生。做到信息化施工，以期取得最佳的经济效益。目前，在安全监测中使用了大量的专用仪器布设监测网，这已为广大工程技术人员所熟悉，这里仅举一例说明“RDA型地质灾害无线遥测台网”的应用成果。从2002年5月起在万州 WJW滑坡建立了无线遥测台网。该滑坡为三峡库区二期地质灾害工程治理计划项目，从2002年11月开始施工，2003年2月完成。图7所示为沿滑坡主滑方向激光测距遥测仪获得的结果。尽管施工包括59个抗滑桩的开挖与浇注，但由于设计与施工合理，整个施工期间滑坡体位移仅几个毫米，可见通过遥测台网连续监测，可以及时准确掌握滑坡变形动态，确保施工安全。

5.3 工程治理效果监测

仍以万州WJW滑坡为例。该滑坡治理工程采取以预应力锚拉抗滑桩为主，地表排水及生物工程为辅的综合治理方案。治理效果监测网采用了GPS、深部位移、孔隙水压力测量和钢筋应力计等仪器监测方法，在关键部位还设置了遥测台网进行连续监测。

图7万州 WJW滑坡工程治理施工安全监测位移曲线

图8 为A2号抗滑桩上3002遥测子站2003年8月到12月观测结果的日变化曲线。由图可见：锚拉抗滑桩内力（钢筋计、锚杆计观测）和滑坡深部位移的变化与地下水孔隙压力（渗压计观测）的变化呈明显的相关关系；根据气象资料，滑坡孔隙水压力的变化与降雨亦有直接关系。但是从总趋势看，抗滑桩内力、深部位移变化不大，说明 WJW滑坡经过治理后基本上处于稳定状态，这与其他监测点仪器巡测的结果基本一致。

图83002遥测子站观测结果曲线显示

图9 为巫山GIS系统上分析、显示的WZB边坡倾斜变形矢量图，是使用仪器监测网进行工程治理效果监测的实例。如矢量图所示，4个测点的倾向均与坡向大体一致，2003年累计角变量≤0.02°，说明经过治理后的边坡稳定性良好。

5.4滑坡变形应急监测

巫山县残联滑坡位于巫山新县城中心地带，滑坡区内高程在278～492m之间，为河流谷坡地形，坡角在10°～30°之间。滑坡体为第四纪坡积物，含碎石、粉质粘土，厚度0～12m，总体积约15万m3。由于本区域为斜坡区，公路及房屋等建设须对原始边坡不同程度的开挖、切坡，2001年已发现有变形发生。地勘资料表明残联滑坡周界明显，滑面渐趋形成，属推移式滑坡。2002年虽经两度治理，其西区在2003年仍有明显变形，危及其下的公路和移民楼房的安全。

图9巫山县 WZB边坡倾斜变形矢量图

图10巫山残联滑坡激光测距曲线（2003年9月～2004年2月）

应巫山县国土局要求，2003年9月安装了遥测台网。残联滑坡遥测台网安装在最能反映滑体变形特征的部位，四台遥测子站沿主滑方向形成一条测线。

激光测距的监测数据随时间的变化如图10所示。上条曲线为测距结果，测线长51.3m，滑坡向下滑移对应测线缩短，单位为mm；下条为环境温度曲线，单位为℃，横坐标为测量时间，按－年－月－日时：分格式显示。

从2003年9月12日至2004年2月3日，可大体分为两个阶段：

第一阶段：9月12日到9月27日为滑坡体中部抗滑桩完工之前，由于开挖引起边坡内部应力调整。受滑坡体上部载荷的影响，土体向前挤压。滑坡体中、下部向临空面的蠕滑变形明显，下滑速率大致均匀，约2mm/d,16天总计变化量达30mm。

第二阶段：在滑体中部的部分抗滑桩竣工后，位移速率变缓，降至0.5～1mm/d；到2004年2月上旬，变化量仅0.1mm/d。这说明抗滑治理工程对滑体变形起到了遏制作用，达到了抢险治理的目的。

6结论

（1）基于3S技术和地面变形监测台网，基本建立了研究区典型地段滑坡监测系统。运用GPS等空间技术可以获得滑坡变形区域分布状况，不但有利于确定需要重点监测的滑坡，而且对库区城镇改造规划有指导意义。遥测台网可快速测定变形速率，是掌握滑坡动态变形趋势与开展应急监测的有效工具。

（2）为了较好地解决滑坡监测中高度的不确定性问题，需要配合使用多种类型的仪器。作者等为此研制的新型滑坡无线遥测台网和流动倾斜仪、激光测距仪，精度高，性能稳定，有较大的推广价值。

（3）由于滑坡、高边坡所处地质环境差异以及影响因素的不同，其破坏机理和危险性程度也不尽相同。正确认识、区分滑坡与高边坡的地质环景，合理布置稳定性监测点位，对其稳定性监测、分析及评价具有十分重要的意义。

在此，对参加过此项工作的杨旭东、陈诚、范国胜、李涛等同志表示感谢。

参考文献

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