滑坡监测、预防和防治技术
发布时间:2019-07-08

01

 

什么是滑坡?怎么分类?

 

 

滑坡是指地质体在重力作用下,沿地质软弱面向下向外滑动。滑坡通常具有双重含义,指重力滑动过程,或重力滑动的地质体和所形成的堆积体。滑坡是一种自然现象,是地球表层岩土体物质、能量均衡的结果,一旦这种作用结果对人类生命财产造成危害或潜在威胁时,滑坡现象则演变成为一种灾害

按照国家标准《滑坡防治工程勘查规范》(GB/T 32864-2016)中的滑坡分类方案,可将滑坡按移动型式、物质种类等标准,分为岩质和土质滑坡两大类,每类又有崩落、倾倒、旋转型滑动、平移型滑动、侧向扩展、流动、复合运动等型式。

岩质滑坡示意图

土质滑坡示意图

 

02

 

如何识别滑坡?

 

 

 

滑坡的识别依据

① 滑坡的发育条件

导致滑坡发生的因素很多,但可归纳为形成条件(缓变因素)诱发因素(急变因素)两类。

形成条件主要包括:

  • 岩土类型(松散或软岩地层通常易滑)

  • 结构面(切割斜坡岩土体、促进雨水入渗)

  • 地形地貌(发育有高陡的临空面)

  • 地下水(软化岩土、降低岩土体强度、产生水压力等);

诱发因素则主要是:

  • 降雨(尤其是集中强降雨)

  • 地震

  • 开挖与爆破等人类工程活动及流水冲刷等其他特殊地质环境因素。

② 滑坡的空间特征

滑坡常具有独特的地貌形态,滑坡形态既是滑坡特征的一部分,又是滑坡力学性质在地表的反映。不同的滑坡及滑坡的不同发育阶段有不同的形态特征,识别滑坡形态特征是认识滑坡的极其重要的方面。

 

滑坡的识别方法

滑坡的识别主要通过遥感解译地面地质调查勘探试验三种途径。前两种方法判识的滑坡还有可能只是变形体,因此,只有通过勘探找到确切的滑面,方可最后确认滑坡的存在。三种方法体现了由宏观到微观、由粗到精的识别过程,具有相辅相成、优势互补的作用。

① 遥感解译方法

一种高效、直观的识别手段,适用于区域滑坡灾害调查,尤其是交通不便地区的滑坡灾害调查。其实质是识别滑坡的形态要素,然后结合搜集研究地区的地质资料进行综合分析,从而确认滑坡的存在。需要提出的是,滑坡是一种复杂的工程动力地质现象,通过遥感手段识别的滑坡,必须通过地面地质测绘及勘探试验等手段加以验证。

② 实地地质调查

主要通过滑坡的形成条件和空间特征去综合识别滑坡。主要的识别标志有:

  1. 地物地貌标志:圈椅状或马蹄状地形、两侧双沟同源、斜坡有异常台坎、鼻状鼓丘、多级错落平台、地面开裂、发育有醉林、马刀树、建筑物倾斜或开裂、管线或道路变形等。

  2. 岩土结构标志:岩土体较周围破碎,结构较松散,岩层产状与周围岩石不一致,尤其是滑坡剪出口处的岩层破碎,在滑体上还可产生小褶皱和断裂。

  3. 滑坡边界标志:在滑坡后缘,即不动体一侧常呈陡壁,陡壁上有顺坡向擦痕;滑体两侧多以沟谷或裂缝为界,当沟谷深切时,在侧沟壁上常可见到挤压剪切作用明显的滑面(带),其物质组成以不透水泥质或碎裂体为主;前缘多见舌状凸起、岩土堆或小型坍塌。

  4. 水文地质标志:滑体与不动体之间原有的水力联系破坏,造成地下水在滑体前缘成片状或股状溢出,正在滑动的滑坡,其溢出的地下水多为混浊状;已停止滑动的滑坡,其溢出地下水多为清水,但溢流点下游多有泥砂沉积,有时还有湿地或沼泽。

③ 滑面的勘探手段

主要包括钻探和坑、槽探。采用坑、槽探揭露地层后,对于滑面的识别主要利用揭露面的地质特征加以综合判断。采用钻探时,则通过提取滑带岩心和观察钻进过程情况来定性判断。

典型抗滑桩揭露照片(兰州市徐家湾滑坡)

 

03

 

滑坡防治技术有哪些?

 

 

广义的滑坡防治包括“预防”“治理”两个层面的工作,基本原则是预防为主、预防与治理结合

  • 滑坡的预防包括:绕避、监测预警、搬迁避让等;

  • 滑坡的治理:是采用各种工程手段提高滑坡的稳定性。

狭义的滑坡防治,是指滑坡防治工程,是除绕避及搬迁避让之外的滑坡预防与治理工作,包括治理工程监测预警工程。通常所说的滑坡防治技术则更进一步局限在滑坡的治理工程技术,滑坡监测预警技术与之并列。

滑坡防治的总体原则是“安全可靠,经济合理”。为确保安全,首先要求防治方案符合成熟的工程地质理论,每一个技术环节也都应经过实践的检验。经济合理性则要从防治工程的工程量、工艺难易、设备和材料的价格与消耗量,工期长短等通过成本与效益对比来确定。对于经济效益,有短期与长期之分,小范围和大范围(如小流域综合效益)之别,因而需从多方面进行权衡。

 

滑坡防治的思路与方法

根据滑坡的成因机制与风险特性,滑坡防治工作可从以下几个方面入手:

  1. 预防滑坡危害。从滑坡灾害风险控制的角度讲,能够提前预防和规避滑坡风险是最有效的,经济上往往也是最合理的。

  2. 消除或减小外部致灾因素影响,抑制滑坡发生发展。滑坡的发生发展受多种外部因素影响,如降雨、水体侵蚀、人类工程活动,以及风化剥蚀、地震等。滑坡防治工程首先要针对外部因素入手,采取措施消除或减小其影响,从而稳定滑坡。

  3. 改造滑坡,提高自身稳定性。根据滑坡的成因,除了外部致灾因素,内部因素主要是自身抗滑能力不足、自稳能力差。在条件具备时,可通过改变滑坡自身形态或滑动面(带)物理力学特性,减小下滑力提高抗滑力,从而提高滑坡稳定性。

  4. 施加外力加固,阻止滑坡滑动。在以上措施无法实施或不能有效解决滑坡的稳定问题时,最后就要借助外力平衡下滑力,来阻止滑坡变形发展,最终保证滑坡的稳定。提供外力平衡的工程措施总体分为支挡和锚固两种。

 

滑坡防治技术体系构成及主要技术方法

根据上述滑坡防治思路与方法,滑坡防治技术可分为预防技术、抑制技术、改造技术、加固技术四大类,这四类技术构成了滑坡灾害防治的技术体系骨架。

  • 预防技术是预防滑坡危害,主要防治方法包括绕避、监测预警、搬迁避让;

  • 抑制技术是消除或减小外部致灾因素影响,抑制滑坡发生发展,主要方法包括地表截排水、地下排水、坡面防护、涉水滑坡坡脚防冲;

  • 改造技术是改变滑坡形态或物理力学特性,提高自身稳定性,主要方法包括滑体改造、滑带改造;

  • 加固技术是施加外力加固,阻止滑坡滑动,主要方法包括支挡、锚固。

 

锚固技术

滑坡灾害防治工程中的锚固技术,是通过造孔将钢绞线或钢筋(束)等受拉杆件穿过不稳定地层安放到稳定地层中,利用注浆等方式固定杆体,并将孔口段杆体与格构梁等工程结构物相联结,采取主动加载平衡地层压力的方法,或被动承受地层压力的方法来维持岩土体的稳定。

当滑坡表面岩土体易风化、剥落且有浅层崩滑、蠕滑等现象,以及需要对坡面进行绿化美化时,宜采用格构锚固进行综合治理。当滑体较厚时,应采用钢筋混凝土格构+预应力锚索进行滑坡治理。当滑体厚度不大时,可采用钢筋混凝土格构+锚杆进行滑坡治理。

 

抗滑桩技术

抗滑桩是在滑坡体及滑床中开挖岩土浇筑钢筋混凝土形成的构件,具有抵抗滑坡变形的功能。抗滑桩是被动承载的支挡构件,在滑体变形挤压桩身时被动承受滑坡推力。

抗滑桩一般成排布置,除单桩自身承载外,在完整性较低、较软弱的岩土体中,通过合理的桩间距在桩间所产生的“土拱效应”,实现桩与桩间岩土体共同作用,从而利用“疏桩”达到承担桩排方向连续滑坡推力的作用。成排布置的抗滑桩桩间可根据需要设置挡墙或挡土板进行临空面支挡。桩顶可通过钢筋混凝土联系梁(冠梁)联结,提高各桩协同承载能力。

 

抗滑挡墙技术

抗滑挡墙是设置在滑坡或变形体前缘的条带状支挡构筑物,利用自身重力结构或锚固构件、嵌固构件承载,以阻挡滑坡滑动。其与一般挡土墙的根本区别在于承受的荷载中包含了滑坡推力。抗滑挡墙一般是被动承载结构,在滑体变形挤压墙背时被动承受滑坡推力或主动土压力,常用于浅层中、小型滑坡的防治。

按结构型式,挡墙可分为单一结构与组合结构。其中单一结构是指挡墙各断面形态及物质组成一致,依靠墙体自身来承载,受力状态与破坏形式简单,可简化为平面应变状态进行计算分析,如重力式挡墙、悬臂式挡墙、扶壁式挡墙等。

同时,还可采用由两种或以上的构件组成组合结构,如桩板式挡墙、锚杆式挡墙、锚定板式挡墙、加筋土挡墙等。

(a)重力式抗滑挡墙   (b)石笼式抗滑挡墙  (c)桩板式抗滑挡墙  (d)扶壁式抗滑挡墙 

滑坡防治常用抗滑挡墙结构示意图

 

坡面防护技术

坡面防护包括坡面工程防护和坡面植物防护,前者有喷混凝土防护、挂网防护、圬工防护等,后者有植草防护、植灌木防护等。坡面防护能够消除或减小降雨等外部致灾因素的影响,抑制滑坡发生发展,是滑坡主体治理工程有效的辅助手段,有时也是不可缺少的手段。

 

04

 

滑坡灾害可以监测与预警预报吗?

 

 

滑坡监测技术是为研究滑动岩土体及防治工程结构的稳定性与安全性,采用一定的技术手段安装或埋设仪器设备,对岩土体或工程结构物的稳定性状态及变化规律进行动态化测试和评估的应用技术。其目的和任务为监测滑坡时空域演变信息、诱发因素等,最大程度获取连续的空间变形数据。应用于地质灾害的稳定性评价、预测预报和防治工程效果评估。目前主要的滑坡监测方法按照监测的内容大致可以分为:地表变形监测、环境因素监测、内部变形监测、支护结构监测、巡视监测。

滑坡常用监测布置示意图

常规观测项目

表面水平位移

大地测量仪器、GPS

表面垂直位移

大地测量仪器、GPS

深部位移

测斜仪(PROFIL)固定式测斜仪(906-V)

裂缝开张

测缝计(JM-S)拉线式位移计(DP-E)

围岩变形

多点位移计(BOR-EX)【岩质高边坡】

地下水位

渗压计(PWS)

降水量

翻斗式雨量计(TE525)

土壤含水率

土壤水分传感器【土质边(滑)坡】

支护结构观测项目

锚杆轴力

钢筋计(IRHP)

锚索轴力

锚索测力计(VH)

水平位移

测斜仪(PROFIL)、固定式测斜仪(906-V)【抗滑桩或挡土墙水平位移】

土压力

土压力计(TPC)【挡土墙侧向土压力】

数据采集系统

DT80G/85GCR1000XCR6Loadsensing

DTs_Montitor 数据采集与分析软件

 

新型监测手段

 

1

DMS多参数边坡稳定性监测系统

新一代DMS多参数边坡稳定性监测系统,具备如下优点:

  • 快速安装

  • 在同一钻孔中连续获得多种参数(包括倾斜、压力、温度、沉降、加速度、方位角等)

  • 系统模块化,可拆卸和重组,重复利用

  • 机械性能高,抗剪、抗拉(最大拉伸力50kN)

  • 可靠性好,数据精准

  • 实时监测,预警管理

DMS系统布置示意图

DMS安装示意图

固壁支撑施工过程中DMS系统的持续性监测

 

 

主要参数如下

 

软件界面

 

2

分布式应变与温度光纤测试系统

分布式光纤传感技术引入滑坡监测,既可得到整个滑坡体的概要特征,又能提高监测效率. 目前主流的BOTDR/BOTDA及BOFDA是最具代表性的分布式光纤传感技术。普通通讯电缆可成为连续监测的不间断传感器,通过测点布里渊散射光的频移或频域实现分布式温度、应变测量,最终实现分布式、长距离、不间断测量,达到滑坡早预警目的。
 

典型布置

 

技术参数

 

空间分辨率: < 0.2 m

测量长度 > 50 km,最长可达120km

精度: 优于 0.1°C, 2 µm/m

优势

 

业内领先的精度

在粗糙的安装状况下最好的性能

业内领先的尺寸、重量、能耗

简单的测量设置

自动长期监测

自动数据管理和输出

完全能接触原始数据进行详细分析,不良的接头部位指示等

 

 

 

3

TDR滑坡监测系统

TDR时域反射法是近年来成为一种新型而成本更低的监测地表下沿着剪切面的移动变形的方法,开发TDR的初衷是用来确定通讯线及电力线的断裂及缺陷位置,但TDR可用于监测边坡的滑移其数据采集由一个TDR电缆测试仪连接到灌注于钻孔中的同轴电缆而获取读数。

TDR与雷达很相似。电脉冲沿着同轴电缆从地表向下传播,在电缆断裂或变形处即被反射回来,反射信号在电缆的特性信号曲线上显示为一个脉冲峰尖。边坡位移相对大小、变形速率以及变形位置能立即精确地确定下来。

系统组成

TDR同轴电缆、电缆测试仪、数据记录仪、远程传输通讯设备及数据采集分析软件。

TDR与传统的测斜仪相比具有以下优点:

●   安装成本低

●   安装深度无限制

●   快速确定边坡移动

●   可以远程数据采集

配合固定式倾斜计和数据采集仪,TDR可确定边坡移动的深度和移动的方向。双向倾斜计确定方向,数据采集仪可按程序化指令开启TDR测试仪并采集同轴电缆和倾斜计的读数。我们可以建立一个测站,通过遥测按程序化指令自动采集监测数据。

 

4

ClimaVUE50小型智能化多参数气象站

ClimaVUE 50为您提供了您所期望的所有标准测量,它是一个集成的气象传感器,测量参数包括风速,风向,降水,气压,温度和相对湿度。非常容易设置和使用。它使用SDI-12数字协议来为您实现准确可靠的数据通讯。

 

优势:

低功耗,紧凑,简单易安装,可用于偏远地区。

可接入自动化远程无线传输。时刻掌握潜在滑坡区域气象信息。

 

5

Slope Sentry边坡监测系统

随着电子信息技术的发展,监测系统中各类性能卓越、原理不一的传感器提供了详实而正确的数据,是准确预警滑坡的基础。如何快速获得各类传感器数据,及时提供潜在滑坡体信息呢?Slope Sentry边坡监测系统应运而生

 

 

Slope Sentry系统可接入信号

 

仪器

目的

信号

雨量计

降雨强度以及雨量

脉冲

土壤湿度计

渗流区土壤中水分饱和度

频率或电阻

渗压计

饱和土中的水位

钢弦频率或回路电流(4-20mA)

TDR同轴电缆

分散剪切面的滑移

数字脉冲反射

固定式测斜仪

土体运动速率、方向、大小

直流电压或数字信号

倾斜计

结构或地表运动

直流电压或数字信号

多点位移计

边坡线性位移(伸长或压缩)

钢弦频率或直流电压

锚索测力计

边坡加固措施锚索钢胶线荷载

钢弦频率或电阻

土压力计

挡墙土体压力

钢弦频率或电阻



滑坡预警

滑坡的预警预报是根据滑坡发展的四个阶段,即匀速变形阶段、初加速阶段、中加速阶段、临滑阶段分别设置不同的阈值来进行的。

从滑坡预报发展阶段来讲,目前已进入了根据监测反馈信息进行实时跟踪动态预报,以及将定性预报、定量预报以及现代数值预报技术有机结合的综合预报阶段。以科学的安全监测措施,提前预判风险,采取合理的管控与治理,保障生命与财产安全。

 

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