1 我国滑坡地质灾害概况
我国滑坡地质灾害频发,共发育有特大型滑坡140余处,较大型滑坡2212处以上。2000年4月发生的易贡藏布特大滑坡和2001年5月1日发生的使79人遇难的重庆市武隆滑坡受到全国人民的关注。从总体看,我国西部地区尤其是西南诸省区长期处于地壳上隆过程之中,地震活动频繁,地形切割剧烈,地质构造复杂,岩土体支离破碎,再加上西南地区降水量和强度较大,西北地区植被极不发育,因而滑坡发育强烈,如云南、四川、贵州、陕西、甘肃、宁夏等省区;其它地区新构造运动一般相对较弱,其中华北、东北地区的降水量相对较小,中南、华东大部分地区植被发育较好,因此,这些地区的滑坡发育强度一般不及西部地区。
2 我国滑坡地质灾害监测治理工程技术现状
2.1 滑坡监测内容
滑坡监测主要是对滑坡在发育过程中所表现的各种特征现象进行监测,概括起来有3个方面:
(1)滑坡形变监测;
(2)滑坡变形破坏的相关因素监测;
(3)滑坡诱发因素监测。
与滑坡监测项目相对应的监测内容见表1。
2.2 滑坡监测方法
根据以上监测内容,滑坡监测方法可分为5大类型:宏观简易地质监测法、大地精密测量法、GPS法、仪器仪表监测法、综合自动遥测法。
2.2.1 宏观简易地质监测法
该法主要对滑坡的地表裂缝、建筑物裂缝,地面鼓胀、沉降、坍塌、地下水(井水、泉水)、动物异常等宏观变形迹象和与其有关的各种异常现象进行定期监测、记录,随时掌握滑坡的变形动态及发展趋势,尤其对地表裂缝、建(构)筑物变形进行监测,即在滑坡变形体及建(构)筑物裂缝处设置骑缝式简易监测标志,定期使用长度量具直接测量裂缝长度、宽度、深度变化及裂缝形态、开裂延伸方向等,以便实现科学预报的目的。该方法的特点是获取的前兆信息直观可靠,可信度高,监测方法简单经济、实用性强,适应于各种滑坡不同变形阶段的监测,更适合群测群防监测。该法的缺点是监测内容单一,监测精度较低,劳动强度大。
2.2.2 大地精密测量法
该法是从测绘技术方法移植而来的,一般用三角交会法、距离交汇法监测滑坡变形的二维(X、Y)水平位移;用几何水准法、精密三角高程测量法监测滑坡的垂直(Z方向)位移;用小角法、测距法、视准线法监测滑坡的水平单向位移。该法的主要特点如下。
(1)大地精密测量法监控面积大,不仅能够对重点部位进行定点监测,而且能够有效确定滑坡范围及变形状态。
(2)其量程不受限制。
(3)该法以滑坡区以外稳定的测点为基准进行滑坡区域的监测,能够直观测定滑体的绝对位移量,掌握滑坡整体变形状态。
(4)在滑坡发生巨滑时,监测仪器设施不会因滑坡加速运动而损坏,监测人员不必到滑坡体上,因此能保证滑坡监测的连续性。
(5)该法技术成熟,精度较高。
由于大地精密测量法具有上述特点,故适用于不同变形阶段的滑坡位移长期监测,它在滑坡监测中占主导地位。该方法的缺点是监测受到地形通视条件的限制和气象条件的影响,野外工作量大,周期长,不能连续监测。
2.2.3 GPS法
该法将空间定位系统(GPS)技术应用于滑坡监测,是利用GPS静态相对定位原理,建立起高精度测量控制网,监测滑坡变形与位移。据资料介绍,国外从20世纪90年代开始用GPS进行滑坡监测,主要研究无人值守的实时动态监测,但监测精度低,一般为分米级或厘米级,现已有成套的设备。毫米级监测精度很少见到报道。国内从20世纪80年代开始引进GPS技术,测绘部门首先利用这一新技术建立起全国高精度GPS空间定位网,为我国的测量技术开辟了一个新领域。在我国用GPS进行滑坡监测从近几年才开始探索,据资料介绍,国土资源部长江三峡链黄指挥部等单位也在长江三峡新滩至巴东段进行崩滑地质灾害GPS监测的试验研究,监测精度为毫米级。
GPS法监测滑坡主要有如下特点。
(1)高精度。在测程>10 km时,其相对精度可达到5×10-6~1×10-6,甚至能达到10-7,优于精密光电测距仪。
(2)全天候。监测不受天气条件限制,可以进行全天候监测。
(3)全自动。监测、记录、计算全自动完成,确保了监测成果的客观性及可靠性,同时大大减小了监测人员的劳动强度。
(4)监测点之间不需通视,选点不受限制。
(5)监测点的三维坐标可以同时测定,对于运动的监测点还能精确计算出它的速度。
(6)费用省。据美国、德国、澳大利亚等国报道,利用GPS定位技术建立控制网的费用约为用常规大地测量技术建网费用的1/6左右,国内有关单位也作过比较,结论是用GPS定位技术建网的费用约为常规技术建网费用的1/3左右。该法适用于滑坡不同变形阶段地表三维位移监
测,滑坡监测GPS网中相邻两点最小距离为500m,最大距离为10 km。存在的问题是在高山地区,卫星信号易被遮挡,多路径效应较为严重,对测量有一定影响,另外接收机目前价格较贵,妨碍其推广应用。
2.2.4 仪器仪表监测法
该法主要监测滑体地表及深部的位移、倾斜、裂缝变化,地声、地应力、应变、地温及降水等相关因素与环境因素。其特点是监测内容丰富、精度高、资料可靠,省时省力。如1995年1月30日预报成功的甘肃省永靖县黄茨滑坡就是采用了这种方法。仪器仪表监测的具体方法很多,按实施方式可分为两大类型:直接监测法和间接监测法,表2是这两大类型所包含的各种方法。
表2 仪器仪表监测方法一览表
2.2.5 综合自动遥测法
该法采用自动化程度高的远距离遥控监测系统或空间技术卫星遥测,自动采集、存储、打印和显示滑坡变形监测数据,并绘制出各种变化曲线、图表。其监测内容丰富,自动化程度高,可全天候观测,并远距离传输,省时省力。缺点是受外界因素干扰,传感器、仪器易出故障,长期稳定性差。适用于滑坡变形处于速变及临滑状态时的中、短期监测及防治施工期安全监测。由于传感器、仪器质量不过关,国内用得不多,公开报道的应用实例是该法曾用于重庆市万县豆芽棚滑坡治理效果检验监测。以上是目前国内采用的各种滑坡监测方法,从滑坡监测内容可以看出,滑坡监测是多种监测方法相结合的综合监测,它既要监测地面、地下变形,又要监测诱发因素和相关因素,因此没有一种监测方法能够单独胜任滑坡动态监测。在滑坡监测中,滑坡变形监测是必不可少的项目,相关因素监测一般实施地表水、地下水、泉水及地温监测,诱发因素主要实施降水监测。对于不同的监测目的、不同的滑坡发育阶段及不同的滑坡类型所选择的滑坡监测方法不同,表3是各种监测方法综合运用的几个实例。
表3 滑坡监测实例
2.3 滑坡地质灾害治理工程技术现状
2.3.1 滑坡治理方法
治理滑坡的主要任务是减小推动滑坡发生的力(滑动力)和加大阻止滑坡发生的力(抗滑力),从而提高滑坡的稳定性,任何滑坡防治工程措施必须完成上述2项或2项中的任一项任务,并使抗滑力/滑动力>1。能完成上述任务的防治工程措施有4类:
(1)改变滑坡的几何形态;
(2)排水;
(3)支挡结构物;
(4)斜坡内部加固。
表4是目前常用的滑坡治理方法。
改变滑坡的几何形态主要是削减滑坡生产区的物质和增加阻止滑坡产生区的物质,即砍头压脚,或减缓滑坡的总高度,即削方减载。这种方法技术上简单易行,且加固效果好,所以应用广泛。排水包括将地表水引出滑坡区外的地表排水和降低地下水位的地下排水,地表排水几乎所有的滑坡治理工程都采用。地下排水方法应用也很广泛,大型滑坡的深部大规模排水往往采用它,但其施工技术比地表排水要复杂得多。近年来垂直排水钻孔与深部水平排水廊道相结合的排水系统、水平孔排水得到较广泛的应用,其他排水方法用得不多。在改变滑坡的几何形态和排水不能保证滑坡稳定的地方,常采用支挡结构物加固滑坡。其中各种桩、墙用得较多,特别是抗滑桩是我国主要的滑坡治理方法之一。近几年发展了锚索桩、锚索墙,改善了单纯桩、墙的被动受力状态,使其受力更合理。目前滑坡内部加固主要采用岩土锚固技术,将张拉的锚索(杆)的内锚固端固定于潜在滑面以下的
表4 滑坡治理方法
2.3.2 滑坡防治方法的发展与创新
我国在20世纪50~60年代,治理滑坡常采用地表排水、削方减载、填土反压、抗滑挡墙等措施,但经验证明,仅采用地表排水、削方减载、填土反压使滑坡暂时处于稳定状态,随着外界条件的改变,很多滑坡又复活了。到70~80年代,开始使用抗滑桩,普遍重视支挡的作用,因为抗滑桩具有布置灵活、施工简单、对滑坡扰动小等优点,受到工程师们和施工单位的欢迎,应用普遍,逐步形成抗滑桩为主、结合削方减载、地表排水的滑坡综合治理技术。抗滑桩、墙仍属于被动抗滑结构。80年代初引入了主动抗滑的预应力锚固技术,使滑坡抗滑从单纯的被动抗滑进入主动或主动与被动相结合的新阶段,为滑坡治理带来了新的抗滑方法和结构。进入90年代,这项技术得到了广泛应用,在重大滑坡治理中,预应力锚固技术更是大显身手,占的比重越来越大。
下面是我国近期在防治滑坡工程中采用的几种新方法:
(1)把预应力锚索创新性地与抗滑桩相结合,形成新的抗滑结构预应力锚索抗滑桩,使桩-预
应力锚索组成一个联合受力体系,用锚索拉力平衡滑坡推力,改变了悬臂桩的受力机制,使桩的弯矩大大减小,桩的埋置深度变浅,达到了结构受力合理,降低工程费用,缩短工期的目的。据资料介绍,与普通抗滑桩比,它可节省投资60%、混凝土70%、钢材80%,经济效益十分显著。
(2)开发与应用滑坡内部加固的新型灌浆法,如采用旋喷注浆和钢花管注浆加固滑动带土,通过水泥浆液与岩土体混合、速凝、早强,使滑体与滑面及滑床固结,改善滑动带土质特性,提高抗剪强度,从而达到稳定滑坡的目的。这种技术方法具有施工便捷、机械化程度高、劳动强度低等优点,与抗滑桩、墙被动支挡相比较,属于对滑坡的主动加固。
(3)开发与应用格构锚固工法,与预应力锚索、长大锚杆相结合的现浇混凝土格子梁锚固工法、PC格构锚固工法和QS框架工法都是近几年新开发的较重型的坡面支挡防护结构,可以提供较大的阻滑力,这些工法在近几年修建的公路边坡、滑坡的坡面治理中得到了广泛应用。
(4)开发与应用地下排水技术,垂直排水钻孔与深部水平排水廊洞相结合的排水方法近几年在大型滑坡治理中得到较广泛的应用。地下排水能大大降低孔隙水压力,增加有效正应力从而提高抗滑力,故稳定滑坡的效果极佳,如湖北巴东的黄腊石滑坡、南昆线八渡车站滑坡就采用了这种方法进行治理。
(5)预应力锚固技术经历20年的发展取得了长足的进步,承载力越来越大,从数百千牛发展为8000 kN,在李家峡电站高边坡治理中锚索承载力达到10000 kN;预应力锚索最长达到75 m,防腐和可再拉张的锚索也进入应用。
3 结语
滑坡地质灾害的发生与多种因素有关,因而其监测治理技术也必然朝着综合方法方向发展。由于现今许多滑坡与人类活动密切相关,应该考虑在易产生工程滑坡的区域设置加固工程,采取先加固后开挖和边加固边开挖的工法,减少滑坡产生的动因和避免滑坡发生后再进行治理。
参考文献:
[1] 张倬元.滑坡工程的现状与发展展望[J].地质灾害与环境保护,2000,11(2).
[2] 魏永幸,杨建国.边坡地质灾害防治技术研究[J].地质灾害与环境保护,2000,11(3).
