1、吴益平吴益平中国地质大学（武汉）中国地质大学（武汉）工程学院工程学院 2提提 纲纲 主要监测技术与内容1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 地质灾害监测的目的与原则 地质灾害监测预警的概念 地质灾害区域预警 单体地质灾害预警表表1 1 预警工程的阶段划分预警工程的阶段划分表表2 2 预警产品等级及色标预警产品等级及色标7地质体内部信息源：位移场（深部断层位移、地面沉降位移、斜坡位移）地应力场（构造应力、自重应力）孔隙水压力场 水化学场 声波场 电磁场地质体外部信息源：大气要素（降雨、冻融、)河岸侵蚀 人类活动其它信息源：动物异常行为 地质灾害监测的目的地质灾害监测的目的1 1、及时掌握灾害体
2、变形动态，分析其稳定性，超、及时掌握灾害体变形动态，分析其稳定性，超前做出预测预报，防止灾难发生。前做出预测预报，防止灾难发生。2 2、为灾害治理工程等提供可靠资料和科学依据。、为灾害治理工程等提供可靠资料和科学依据。3 3、为政府部门对在地质灾害易发区的经济建设、为政府部门对在地质灾害易发区的经济建设、环境治理等方面的规划和决策提供基础依据。环境治理等方面的规划和决策提供基础依据。4 4、向全社会提供崩塌、滑坡监测信息服务。、向全社会提供崩塌、滑坡监测信息服务。8监测预警工程监测预警工程 人们将地质灾害的监测、预报和预警工作的运作体系称为人们将地质灾害的监测、预报和预警工作的运作体系称为监测
3、监测预警工程预警工程，它包括地质灾害监测预报信息系统的建立和运行，它包括地质灾害监测预报信息系统的建立和运行，岗位责任人员组织系统的建立和实施，临灾紧急抢险避难行动岗位责任人员组织系统的建立和实施，临灾紧急抢险避难行动方案的制订方案的制订 （及后续执行）。（及后续执行）。监测预警工程的实施中应贯彻以下监测预警工程的实施中应贯彻以下基本原则基本原则，即：，即：（1 1）监测、预警方法要土洋结合，以有效为准；）监测、预警方法要土洋结合，以有效为准；（2 2）工作队伍要群专结合，以专带群，重大问题靠专，面）工作队伍要群专结合，以专带群，重大问题靠专，面上的问题靠群；上的问题靠群；（3 3）管理决策要
4、技政结合，技术上负责搞好灾情、险情判）管理决策要技政结合，技术上负责搞好灾情、险情判断，行政上负责工程系统运行的组织实施。断，行政上负责工程系统运行的组织实施。9滑坡常规监测技术滑坡常规监测技术不同类型的滑坡，所采用的监测技术方法各不相同不同类型的滑坡，所采用的监测技术方法各不相同 就监测内容来说，常分为：就监测内容来说，常分为：（1 1）位移监测）位移监测 （2 2）应力应变监测）应力应变监测 （3 3）地下水动态监测）地下水动态监测 （4 4）地表水动态监测）地表水动态监测 （5 5）地声监测）地声监测 （6 6）放射元素监测）放射元素监测 （7 7）环境因素监测）环境因素监测 （8 8）
5、宏观现象监测）宏观现象监测101011位移监测位移监测主要有简易监测主要有简易监测 （皮尺、钢尺等）、仪器仪表监测（皮尺、钢尺等）、仪器仪表监测 （绝对位（绝对位移监测、裂缝相对位移监测、地面倾斜监测等）几种形式。移监测、裂缝相对位移监测、地面倾斜监测等）几种形式。一、相对位移监测一、相对位移监测 相对位移监测是设点量测地质体重点变形部位点与点之间的相相对位移监测是设点量测地质体重点变形部位点与点之间的相对位移变化对位移变化 （张开、闭合、下沉、抬升、错动等），从而定（张开、闭合、下沉、抬升、错动等），从而定量表示变形的一种监测方法。主要用于对裂缝、崩滑带、采空量表示变形的一种监测方法。主要用
6、于对裂缝、崩滑带、采空区顶底板软弱夹层、危岩体边界等部位的监测。区顶底板软弱夹层、危岩体边界等部位的监测。按所采用的仪表可分为按所采用的仪表可分为机械式传动仪表观测法机械式传动仪表观测法(简称机测法简称机测法)和和电子仪表观测法电子仪表观测法(简称电测法简称电测法)两类。两类。1212（一）机测法（一）机测法 1 1、主要方法、主要方法 （1 1）在裂缝或滑面两侧）在裂缝或滑面两侧 （或上、下）设标记或埋桩，定期（或上、下）设标记或埋桩，定期用钢尺等直接量测裂缝张开、闭合、位错或下沉等变形；用钢尺等直接量测裂缝张开、闭合、位错或下沉等变形；（2 2）在裂缝、滑带以及建筑物上设置骑缝式标志，如贴
7、水）在裂缝、滑带以及建筑物上设置骑缝式标志，如贴水泥砂浆片、玻璃片等，直接量测；泥砂浆片、玻璃片等，直接量测；（3 3）在平斜硐及采空区顶板设置重锤，量测硐顶的相对位）在平斜硐及采空区顶板设置重锤，量测硐顶的相对位移和沉降。移和沉降。2 2、特点、特点 （1 1）简便易行，投入快，成本低，便于群测群防；）简便易行，投入快，成本低，便于群测群防；（2 2）操作简单，直观性强；）操作简单，直观性强；（3 3）精度稍差，观测时劳动强度大。）精度稍差，观测时劳动强度大。1314 裂缝两侧设立标杆裂缝两侧设立标杆 裂缝壁上安装标尺裂缝壁上安装标尺 在滑坡裂缝两侧设置木桩、标尺，在滑坡裂缝两侧设置木桩、标
8、尺，埋桩法测量滑坡体后缘位移量埋桩法测量滑坡体后缘位移量 可以测量其变形拉裂可以测量其变形拉裂 15图图2-62-6钢尺直接测量裂缝伸缩量钢尺直接测量裂缝伸缩量16图图2-10 BGK4420 裂缝计裂缝计（二）电测法（二）电测法 电测法往往采用二次仪表观测，即将传感器电测法往往采用二次仪表观测，即将传感器(探头探头)埋设于崩滑灾害体变埋设于崩滑灾害体变形部位，使用能将传感器电信号转换成人们所感知形部位，使用能将传感器电信号转换成人们所感知(或熟识或熟识)信息的电子仪信息的电子仪表表(如频率计之类如频率计之类)观测。观测。特点：特点：（1 1）仪表灵敏度高、精度高；）仪表灵敏度高、精度高；（2
9、 2）监测采样速度快，可自动巡回检测，远距离传输；）监测采样速度快，可自动巡回检测，远距离传输；（3 3）观测的成果资料不及机测可靠度高。）观测的成果资料不及机测可靠度高。电测位移计一定要具备电测位移计一定要具备防风、防雨、防腐蚀、防潮、防风、防雨、防腐蚀、防潮、防震、防雷电干防震、防雷电干扰扰等性能，以保障仪器仪表的长期稳定性等性能，以保障仪器仪表的长期稳定性 及监测成果资料的可靠度。及监测成果资料的可靠度。1717二、绝对位移监测二、绝对位移监测 有大地测量法、有大地测量法、GPSGPS测量法、近景摄影测量法等。测量法、近景摄影测量法等。（一）大地形变监测（一）大地形变监测 1 1、主要监
10、测方法有：视准线法、小角法、测距法等。、主要监测方法有：视准线法、小角法、测距法等。2 2、特点、特点 （1 1）量程不受限制，能大范围全面控制崩滑体；）量程不受限制，能大范围全面控制崩滑体；（2 2）技术成熟、精度高；）技术成熟、精度高；（3 3）易受通视条件和气象条件）易受通视条件和气象条件 （风、雨、雪、雾）影响；（风、雨、雪、雾）影响；（4 4）外业工作量大、周期长。）外业工作量大、周期长。1818 3 3、常用监测仪器、常用监测仪器 一般采用高精度测角、测距的光学仪器和光电测量仪器。一般采用高精度测角、测距的光学仪器和光电测量仪器。4 4、观测点的布设、观测点的布设 观测点分为固定观
11、测点观测点分为固定观测点(控制点控制点)和变形观测点，标型均为和变形观测点，标型均为 墩标。固定观测点墩标。固定观测点(控制点控制点)，埋设在滑坡体之外稳定区，埋设在滑坡体之外稳定区(基基岩岩)；变形观测点主要布置在滑坡主轴观测断面线变形观测点主要布置在滑坡主轴观测断面线(或利用主勘探或利用主勘探线线 剖面剖面)和监测网通过的滑坡体地面拉伸、压缩变形和上述和监测网通过的滑坡体地面拉伸、压缩变形和上述变形的过渡地段。变形的过渡地段。191920图图2-4全站仪应用于边坡监测全站仪应用于边坡监测 (二二)GPS)GPS测量法测量法 1 1、特点、特点 （1 1）观测点之间无需通视，选点方便；）观测
12、点之间无需通视，选点方便；（2 2）观测不受气候条件限制，可进行全天侯监测；）观测不受气候条件限制，可进行全天侯监测；（3 3）可同时进行平面位移与垂直位移监测；）可同时进行平面位移与垂直位移监测；（4 4）可长期连续监测，不会漏掉重大的变形信息；）可长期连续监测，不会漏掉重大的变形信息；（5 5）从数据采集、数据处理到分析、管理的全过程易于实现自动化。）从数据采集、数据处理到分析、管理的全过程易于实现自动化。（6 6）如果监测点数量多、且要全部进行长期自动化监测时，需要大量）如果监测点数量多、且要全部进行长期自动化监测时，需要大量的的GPSGPS接收机、太阳能供电装置及通讯设备、微机等安装在
13、野外无人值守接收机、太阳能供电装置及通讯设备、微机等安装在野外无人值守的监测房内，安全难以得到保证等问题。的监测房内，安全难以得到保证等问题。2 2、适用范围、适用范围 适用于各种滑坡不同变形阶段的三维位移监测。适用于各种滑坡不同变形阶段的三维位移监测。2121229/2002 系统配置系统配置移动电话-无线收发机-电缆9/2002 系统配置系统配置(续续)控制器基准参考测量站rover Measurement Stationlandsliderover Measurement Station办公室基准参考测量站移动电话-无线收发机-电缆GPS 天线太阳能电池板需要有较好的视天移动电话或无线电
14、收发机天线 系统管理 GPS 数据处理 数据管理 数据可视化 与各测量站通讯(三三)近景摄影测量法近景摄影测量法 1 1、工作原理、工作原理 通常把近景摄影仪安置在两个不同位置的固定测点，同时对滑坡通常把近景摄影仪安置在两个不同位置的固定测点，同时对滑坡区观测点摄影构成立体象对，利用立体坐标仪量测象片上各观测点三区观测点摄影构成立体象对，利用立体坐标仪量测象片上各观测点三维坐标的一种方法。在相对精度方面，可以满足崩滑体处于速变、剧维坐标的一种方法。在相对精度方面，可以满足崩滑体处于速变、剧变阶段的监测要求。即适合于危岩体临空陡壁裂缝变化或滑坡地表位变阶段的监测要求。即适合于危岩体临空陡壁裂缝变
15、化或滑坡地表位移量变化速率较大时的监测。移量变化速率较大时的监测。2 2、特点、特点 （1 1）周期性重复摄影，外业工作简便，可同时测定多个测点的空间座）周期性重复摄影，外业工作简便，可同时测定多个测点的空间座标；标；（2 2）获得的像片是崩滑体变形的实况记录，可以随时比较分析；）获得的像片是崩滑体变形的实况记录，可以随时比较分析；（3 3）设站受地形条件限制，内业工作量大。）设站受地形条件限制，内业工作量大。3 3、常用仪器：、常用仪器：量测摄影机、半量测摄影机、非量测摄影机。量测摄影机、半量测摄影机、非量测摄影机。252526地面倾斜监测法地面倾斜监测法 1 1、工作原理、工作原理 主要用
16、于监测崩滑体地面倾斜方向和倾角变化。将移动式主要用于监测崩滑体地面倾斜方向和倾角变化。将移动式倾斜仪定期巡回放置于固定专用测点的盘座上，按预定的几倾斜仪定期巡回放置于固定专用测点的盘座上，按预定的几个方向各自个方向各自180180往复测量，为判断测点三维合成位移变形方往复测量，为判断测点三维合成位移变形方向及趋势提供直接信息。向及趋势提供直接信息。2 2、适用范围、适用范围 主要用于倾倒式崩塌、拉裂式崩塌、切层滑坡等；主要用于倾倒式崩塌、拉裂式崩塌、切层滑坡等；对于顺层滑动不宜采用。对于顺层滑动不宜采用。2727深部位移监测深部位移监测 一、钻孔测斜法一、钻孔测斜法 钻孔测斜法是用于观测钻钻孔
17、测斜法是用于观测钻孔内目标深度岩孔内目标深度岩 （土）体（土）体横向位移矢量的一种原位测横向位移矢量的一种原位测试监测手段。试监测手段。测斜仪类型包括：滑动电测斜仪类型包括：滑动电阻式、滑动电阻片式、钢弦阻式、滑动电阻片式、钢弦式、伺服加速度计式和电解式、伺服加速度计式和电解式。式。目前以伺服加速度计式目前以伺服加速度计式应用较广。应用较广。282829图图2-9钻孔倾斜仪钻孔倾斜仪30 管式应变测量计安装图管式应变测量计安装图 测斜孔结构图测斜孔结构图深部位移监测深部位移监测 二、二、钻孔多点位移监测法钻孔多点位移监测法 钻孔多点位移监测法是用于观测钻孔岩土体单向或三钻孔多点位移监测法是用于
18、观测钻孔岩土体单向或三向位移变化的一种原位测试手段，利用钻孔位移计定期逐向位移变化的一种原位测试手段，利用钻孔位移计定期逐段测量钻孔的三向位移信息，从而获得岩体内部位移随时段测量钻孔的三向位移信息，从而获得岩体内部位移随时间的变化。间的变化。以水平孔多点位移计最为常用。以水平孔多点位移计最为常用。3131 应力监测应力监测 一、岩土体压力计一、岩土体压力计 （压力盒）（压力盒）主要有振弦式、液压式和电阻应变计式，以振弦式最为常见。主要有振弦式、液压式和电阻应变计式，以振弦式最为常见。应用技术要求应用技术要求 （1 1）压力盒的量程：压力盒的量程有限，选择量程时，应充分估算预承）压力盒的量程：压
19、力盒的量程有限，选择量程时，应充分估算预承压大小，同时应考虑滑坡体整体应力结构调整过程中对埋设部位的应力压大小，同时应考虑滑坡体整体应力结构调整过程中对埋设部位的应力状态影响；根据经验，量程应选为估算预承压的两倍或更高。状态影响；根据经验，量程应选为估算预承压的两倍或更高。（2 2）压力盒的安装：压力盒的安装属一次性隐蔽工程，安装质量的好坏）压力盒的安装：压力盒的安装属一次性隐蔽工程，安装质量的好坏同其运行寿命和测量精度密切相关。首先确认压力盒的承压面，其次要同其运行寿命和测量精度密切相关。首先确认压力盒的承压面，其次要保证安装部位平整并与应力方向垂直；特殊环境下，须考虑压力盒具有保证安装部位
20、平整并与应力方向垂直；特殊环境下，须考虑压力盒具有耐腐蚀能力。耐腐蚀能力。323233 压力盒压力盒应力监测应力监测 二、锚索二、锚索 （杆）测力计（杆）测力计 主要有振弦式、电阻应变式等类型，以振弦式应用较广。主要有振弦式、电阻应变式等类型，以振弦式应用较广。应用技术要求应用技术要求 （1 1）测力计的安装：严格保证锚垫板的厚度）测力计的安装：严格保证锚垫板的厚度 （刚度）和尺寸（刚度）和尺寸 （保证（保证测力部分完全承压于锚垫板上），锚索测力计测力部分完全承压于锚垫板上），锚索测力计 承压面与孔轴线垂直，承压面与孔轴线垂直，误差应误差应5 5，并严格对中；小量，并严格对中；小量 程测力计本
21、身和其附件应具有一定程测力计本身和其附件应具有一定的偏载适应能力。的偏载适应能力。（2 2）量程的选择：锚固工程施工时，锚索）量程的选择：锚固工程施工时，锚索 （杆）的锁定（杆）的锁定 预应力值一预应力值一般均小于预应力设计值，故测力计的量程与锚般均小于预应力设计值，故测力计的量程与锚 索索 （杆）的应力设计（杆）的应力设计值保持一致即可。值保持一致即可。（3 3）温度干扰：影响测量精度的主要因素是监测运行期）温度干扰：影响测量精度的主要因素是监测运行期 环境温度变化环境温度变化，应进行定量的温度校正予以消除。，应进行定量的温度校正予以消除。343435伸长仪（伸长仪（Extensometer
22、Extensometer）36条带式伸长仪条带式伸长仪应变监测应变监测 1 1、工作原理、工作原理 在滑坡体治理过程中，埋入式应变计主要用于测试混凝土结构内部应变在滑坡体治理过程中，埋入式应变计主要用于测试混凝土结构内部应变信息。当混凝土结构由于受力产生应变时，应变计会随之产生应变变信息。当混凝土结构由于受力产生应变时，应变计会随之产生应变变形，从而可测得混凝土结构应变信息。形，从而可测得混凝土结构应变信息。2 2、仪器设备、仪器设备 主要有振弦式、电阻式和光纤式传感器。主要有振弦式、电阻式和光纤式传感器。3 3、应用技术要求、应用技术要求 （1 1）应变计的尺寸：应变计的长度和直径之比要满足
23、一定条件，通常）应变计的尺寸：应变计的长度和直径之比要满足一定条件，通常L L R R采用采用15152525范围。范围。（2 2）应变计的安装：应变计的轴向要对准拟测变形方向。）应变计的安装：应变计的轴向要对准拟测变形方向。3737地下水地下水 （动态）监测（动态）监测 1 1、工作原理、工作原理 通过压力传感器直接或间接测量滑坡体通过压力传感器直接或间接测量滑坡体 （主要是滑带）含水率、孔隙水（主要是滑带）含水率、孔隙水压力、地下水位、流量、流速和水温等参数随时压力、地下水位、流量、流速和水温等参数随时 间的变化。间的变化。2 2、应用技术要求、应用技术要求 （1 1）设备的安装：分为测压
24、管）设备的安装：分为测压管 （有压管和无压管）安装和钻孔中直接（有压管和无压管）安装和钻孔中直接安装。在钻孔中直接安装时，传感器周围使用细砂或其它透水材料充安装。在钻孔中直接安装时，传感器周围使用细砂或其它透水材料充填；对于多深度监测，各深度部位之间使用隔水材料隔离止水。填；对于多深度监测，各深度部位之间使用隔水材料隔离止水。（2 2）由于其传感器安装为隐蔽工程，除要求监测设备具有较高的精度、）由于其传感器安装为隐蔽工程，除要求监测设备具有较高的精度、较大的量程外，还应具备较强的抗干扰及耐腐蚀性。较大的量程外，还应具备较强的抗干扰及耐腐蚀性。（3 3）地下水动态观测的持续时间一般不少于）地下水
25、动态观测的持续时间一般不少于1 1个水文年。个水文年。383839图图2-11水位自动记录仪水位自动记录仪40图图2-12 BGK4500S 型渗压计型渗压计41图图2-13 水位标尺水位标尺声发射监测声发射监测 1 1、工作原理、工作原理 材料或岩体结构受力作用时发生变形或断裂，以弹性波形式释放出应变能的材料或岩体结构受力作用时发生变形或断裂，以弹性波形式释放出应变能的现象称为声发射现象称为声发射(Acoustic Emission(Acoustic Emission简简 称称AE)AE)，而用仪器检测分析声发射信，而用仪器检测分析声发射信号和利用声发射信号推断声发射源的技术称为声发射技术。
26、号和利用声发射信号推断声发射源的技术称为声发射技术。2 2、适用范围、适用范围 （1 1）岩石破裂产生的声发射信号比观测到位移信息超前，）岩石破裂产生的声发射信号比观测到位移信息超前，因此，声发射监测因此，声发射监测适用于岩质斜坡处于剧滑临崩阶段的短临前兆性监测。适用于岩质斜坡处于剧滑临崩阶段的短临前兆性监测。（2 2）在勘查阶段，一般可不采用。）在勘查阶段，一般可不采用。（3 3）对于噪声环境比较恶劣）对于噪声环境比较恶劣 (如交通繁华地带、施工区如交通繁华地带、施工区)的滑坡意义不大。的滑坡意义不大。3 3、常用仪器、常用仪器 美制美制AE50008AE50008型声发射仪、国产型声发射仪
27、、国产YSS-1YSS-1型岩体声发射仪、型岩体声发射仪、YSZ-2YSZ-2型智能化型智能化l6l6通道通道岩体声发射仪、岩体声发射仪、SJ-1SJ-1型型6 6通道声发射通道声发射 监测仪、监测仪、DY-2DY-2型地音仪、型地音仪、WD-1WD-1型无线电型无线电地音仪、地音仪、YSSYSS岩石声发射参数测定仪等岩石声发射参数测定仪等 。4242其它监测方法其它监测方法 一、放射性监测一、放射性监测 （氡气测量法）（氡气测量法）放射性元素在衰变过程中产生的氡等射气，其穿透能力比较弱，但是放射性元素在衰变过程中产生的氡等射气，其穿透能力比较弱，但是当它们遇到断层及构造裂隙带时，氡射气就会沿
28、裂隙上升到地表并在当它们遇到断层及构造裂隙带时，氡射气就会沿裂隙上升到地表并在土壤中富集，氡射气的富集不受地表覆盖层厚度的影响。土壤中富集，氡射气的富集不受地表覆盖层厚度的影响。当滑坡体处于稳定状态时，氡当滑坡体处于稳定状态时，氡(Rn)(Rn)的浓度维持一稳定的低水平；当岩的浓度维持一稳定的低水平；当岩土体滑动时，岩土体滑动时，岩(土土)中的氡迅速释放，其浓度急剧增大，且随滑坡体中的氡迅速释放，其浓度急剧增大，且随滑坡体的规模大小和变形速度而异。利用测氡技术方法，测量氡异常变化，的规模大小和变形速度而异。利用测氡技术方法，测量氡异常变化，就能发现和查明这些地质灾害，达到预报的目的。就能发现和
29、查明这些地质灾害，达到预报的目的。43 二、二、环境因素监测环境因素监测 主要是滑坡所处环境的气温及降水量的监测。特别是受水动力诱发的主要是滑坡所处环境的气温及降水量的监测。特别是受水动力诱发的滑坡，降雨量是监测工作的重要参数。滑坡，降雨量是监测工作的重要参数。1 1、降雨量监测降雨量监测 设备有机械式和电动自记式两大类。设备有机械式和电动自记式两大类。监测内容有：年均、月均、日均降水量，最大日降水量、最大小时降监测内容有：年均、月均、日均降水量，最大日降水量、最大小时降水量等。水量等。2 2、岩土体温度监测、岩土体温度监测 常用埋入式温度计，测定岩土体温度。常用埋入式温度计，测定岩土体温度。
30、三、三、地震监测、人类工程活动监测地震监测、人类工程活动监测 用于监测人工开挖、爆破及诱发地震、天然地震用于监测人工开挖、爆破及诱发地震、天然地震(包括包括 治理施工治理施工)等破等破坏性因素的监测。坏性因素的监测。44宏观地质观测法宏观地质观测法 所谓宏观地质观测法，是用常规地质调查方法，对崩塌、滑坡的宏观所谓宏观地质观测法，是用常规地质调查方法，对崩塌、滑坡的宏观变形迹象和与其有关的各种异常现象进行定期的观测、变形迹象和与其有关的各种异常现象进行定期的观测、记录，以便随时记录，以便随时掌握崩塌、滑坡的变形动态及发展趋势，达到科学预报的目的。掌握崩塌、滑坡的变形动态及发展趋势，达到科学预报的
31、目的。1 1、宏观变形形迹、宏观变形形迹 崩滑体后缘产生弧形拉张裂缝、后缘崩塌掉块并突然出现陷落带、陷落崩滑体后缘产生弧形拉张裂缝、后缘崩塌掉块并突然出现陷落带、陷落坑；房屋变形，树木歪斜呈马刀树醉汉林；前缘斜坡隆起且开始出现岩坑；房屋变形，树木歪斜呈马刀树醉汉林；前缘斜坡隆起且开始出现岩 （土）体挤（土）体挤 （剪）出，同时测量其前缘变形（剪）出，同时测量其前缘变形 量呈直线急剧上升时，往量呈直线急剧上升时，往往是大崩滑启动破坏的前兆。往是大崩滑启动破坏的前兆。2 2、地声异常、地声异常 3 3、动物行为异常、动物行为异常 4 4、地下水宏观异变、地下水宏观异变 出现新泉或泉流量剧增，水变浑
32、，或水温上升，或喷射出地表。出现新泉或泉流量剧增，水变浑，或水温上升，或喷射出地表。46分布式光纤应变测量法（分布式光纤应变测量法（BOTDRBOTDRBOTDRBOTDR）布里渊光时域反射传感技术布里渊光时域反射传感技术 （(Brillouin optic time-domain reflectometer(Brillouin optic time-domain reflectometer，BOTDR)BOTDR)应用现状应用现状 BOTDR BOTDR技术起初应用于航天领域，在发达国家相继应用于电力、通技术起初应用于航天领域，在发达国家相继应用于电力、通 讯、工程等讯、工程等领域的应变检测
33、和监领域的应变检测和监 控。工程领域主要应用于桥梁、控。工程领域主要应用于桥梁、大坝、隧道等大型大坝、隧道等大型基础工程的安全监测和健康诊断，并取得了很基础工程的安全监测和健康诊断，并取得了很 多成功应用的经验。近年来，多成功应用的经验。近年来，日韩等国开始将日韩等国开始将BOTDRBOTDR技术应用于边坡工程的变形监测中。我国在工程领域引技术应用于边坡工程的变形监测中。我国在工程领域引入入BOTDRBOTDR技术相对较晚，技术相对较晚，目前主要应用于桥梁、隧道等构筑工程的变形监测中，并取得了一定成果，目前主要应用于桥梁、隧道等构筑工程的变形监测中，并取得了一定成果，开始应用于滑坡、边坡变形监
34、测领域。开始应用于滑坡、边坡变形监测领域。47分布式光纤应变测量法（分布式光纤应变测量法（BOTDRBOTDR）48分布式光纤应变测量法（分布式光纤应变测量法（BOTDRBOTDRBOTDRBOTDR）4950基于光纤传感的边坡监测系统基于光纤传感的边坡监测系统 时域反射技术（时域反射技术（TDR）时间域反射测试技术时间域反射测试技术(Time Domain Renectometry)简称简称TDR，是一，是一种电子测量技术。许多年来，一直被用于各种物体形态特征的测量和空间种电子测量技术。许多年来，一直被用于各种物体形态特征的测量和空间定定 位。位。1、工作原理、工作原理 TDR技术用于滑坡监
35、测时，首先将同轴测试电缆垂直埋设在滑坡体内，技术用于滑坡监测时，首先将同轴测试电缆垂直埋设在滑坡体内，然然后从地表电缆端向同轴电缆内发射高频脉冲测试信号，如果埋设的同轴电后从地表电缆端向同轴电缆内发射高频脉冲测试信号，如果埋设的同轴电缆某段受到滑坡蠕动的岩石或土体的挤压，那么同轴电缆就会发生变形，缆某段受到滑坡蠕动的岩石或土体的挤压，那么同轴电缆就会发生变形，变形处同轴电缆的特征阻抗会发生变化，测试脉冲信号在同轴电缆中传播变形处同轴电缆的特征阻抗会发生变化，测试脉冲信号在同轴电缆中传播，会反应电缆的阻抗特性，在电缆的阻抗特性发生变化的地方，会反应电缆的阻抗特性，在电缆的阻抗特性发生变化的地方，
36、测试信测试信号会发生反射。在地表用监测系统接收此反射信号，通过对反射信号的到号会发生反射。在地表用监测系统接收此反射信号，通过对反射信号的到达时间与振幅幅度的分析，即可推测滑坡体的蠕动变形位置和程度，从而达时间与振幅幅度的分析，即可推测滑坡体的蠕动变形位置和程度，从而达到对滑坡体监测的目的。达到对滑坡体监测的目的。5152时域反射技术（时域反射技术（TDRTDRTDRTDR）2、技术特点、技术特点 简便快捷简便快捷 电缆安装简单，测试过程用时短，数秒内即可完成数据采集。电缆安装简单，测试过程用时短，数秒内即可完成数据采集。成本低廉成本低廉 可实现实时连续监测可实现实时连续监测 支持大变形测量支
37、持大变形测量 TDR监测技术在位移监测中虽然精度低于钻孔测斜仪监测法，但监测技术在位移监测中虽然精度低于钻孔测斜仪监测法，但 它支持较大的变形监测，在一定条件下，可以作为钻孔测斜管的它支持较大的变形监测，在一定条件下，可以作为钻孔测斜管的 替代品。替代品。技术局限技术局限 TDR监测技术的有效性是以其测试电缆的变形为前提，若电缆未监测技术的有效性是以其测试电缆的变形为前提，若电缆未 产生变形，就很难监测滑坡的位移。另外，单一的产生变形，就很难监测滑坡的位移。另外，单一的TDR监测技术监测技术 很难确定滑坡滑动的方向。因此，在应用过程中一般同钻孔测斜很难确定滑坡滑动的方向。因此，在应用过程中一般
38、同钻孔测斜 仪配合使用，在滑坡变形方向已知的情况下可以单独使用。仪配合使用，在滑坡变形方向已知的情况下可以单独使用。53时域反射技术（时域反射技术（TDRTDR）应用实例应用实例（四川省雅安峡口滑坡监测）（四川省雅安峡口滑坡监测）54三维激光扫描测量法三维激光扫描测量法 根据工作平台的不同，该技术可分为陆基系统和空载系统两种。根据工作平台的不同，该技术可分为陆基系统和空载系统两种。1 1、工作原理、工作原理 三维激光扫描系统主要由快速精确的激光测距仪和可引导激光以等角三维激光扫描系统主要由快速精确的激光测距仪和可引导激光以等角 速度扫描的反射棱镜组成。速度扫描的反射棱镜组成。激光测距仪发射激光
39、，并同时接收来自斜激光测距仪发射激光，并同时接收来自斜 坡表面的反射光信号进行距离测量；针对每个地物扫描点的信息，借坡表面的反射光信号进行距离测量；针对每个地物扫描点的信息，借 助与测站至扫描点的斜距，配合激光扫描的水平与垂直方向角，可以助与测站至扫描点的斜距，配合激光扫描的水平与垂直方向角，可以 计算出每个地物扫描点相对于测站的三维空间相对坐标；如果测站的计算出每个地物扫描点相对于测站的三维空间相对坐标；如果测站的 三维坐标已知，或者欲测量斜坡表面有足够的控制点坐标，即可换算三维坐标已知，或者欲测量斜坡表面有足够的控制点坐标，即可换算 每一扫描点的三维大地坐标。每一扫描点的三维大地坐标。当斜
40、坡当斜坡 （滑坡）存在变形时，通过周期性重复扫描，计算不同期次之（滑坡）存在变形时，通过周期性重复扫描，计算不同期次之 间，地表扫描点的坐标差，即可以获得斜坡间，地表扫描点的坐标差，即可以获得斜坡 （滑坡）表面的变形数据。（滑坡）表面的变形数据。555556图图5.7 激光扫描系统所采用的设备激光扫描系统所采用的设备 三维激光扫描测量法三维激光扫描测量法 2、技术特点、技术特点 由于该技术可以获得大量的空间信息数据，只要扫描点的密度足够由于该技术可以获得大量的空间信息数据，只要扫描点的密度足够高，可以获得近于连续的斜坡表面空间模型数据，可用于边坡稳定性高，可以获得近于连续的斜坡表面空间模型数据
41、，可用于边坡稳定性评价中的建模工作。评价中的建模工作。当用于滑坡监测时，可以获得斜坡表面近于连续的变形区域，在时当用于滑坡监测时，可以获得斜坡表面近于连续的变形区域，在时间域，可以充份识别变形区域和变形区域的动态发展趋势。该技术相间域，可以充份识别变形区域和变形区域的动态发展趋势。该技术相对于地表位移对于地表位移GPS测量和大地形变全站测量技术，具有明显的技术优测量和大地形变全站测量技术，具有明显的技术优势。势。该技术为非接触测量技术，在滑坡灾害应急调查和监测中，可以降低该技术为非接触测量技术，在滑坡灾害应急调查和监测中，可以降低投投 入成本和保障人员安全。入成本和保障人员安全。该技术由于数据
42、量大，对于数据处理的速度和效率要求很高，因此需该技术由于数据量大，对于数据处理的速度和效率要求很高，因此需要要 较好的硬件和高效便捷的软件支持。陆基扫描系统受目前已有设备较好的硬件和高效便捷的软件支持。陆基扫描系统受目前已有设备扫描距离的限制扫描距离的限制（一般为数百米，目前最远的设备可以达到（一般为数百米，目前最远的设备可以达到1Km以上以上），对于大型滑坡或野外测试条件较差的滑坡，实施测量时一般采用），对于大型滑坡或野外测试条件较差的滑坡，实施测量时一般采用分片方式，对于分片方式，对于 分片扫描的数据，通过软件和控制点进行数据图像的分片扫描的数据，通过软件和控制点进行数据图像的拼接处理。拼
43、接处理。57 微震监测法微震监测法 微震监测技术在矿山安全监测领域已由数十年的发微震监测技术在矿山安全监测领域已由数十年的发 展历展历史，在南非等矿业发达国家，该技术的应用较史，在南非等矿业发达国家，该技术的应用较 为广泛和为广泛和成熟。成熟。近两年来，随着数据处理技术的迅速发展，尤其是波形识近两年来，随着数据处理技术的迅速发展，尤其是波形识别理论的日益成熟，声发射技术取得了巨大别理论的日益成熟，声发射技术取得了巨大 的发展，也的发展，也越来越受到人们的重视。微震监测系统越来越受到人们的重视。微震监测系统 被认为是岩体工被认为是岩体工程灾害最有效的监测方法之一。程灾害最有效的监测方法之一。已有
44、已有16通道、通道、32通道、通道、48通道和通道和64通道的设备投入使通道的设备投入使用。用。58微震监测法微震监测法 1、工作原理、工作原理 利用声发射和微震监测技术对声发射与微震源进行精确定位，可以识别利用声发射和微震监测技术对声发射与微震源进行精确定位，可以识别 事件的发生位置、时间和不稳定程度。声源定位的基本方法是根据事件的发生位置、时间和不稳定程度。声源定位的基本方法是根据P波到波到 达的时差或达的时差或S波和波和P波到达的时差，利用标准距离公式来求解声源位置。波到达的时差，利用标准距离公式来求解声源位置。2、技术特点、技术特点 微震监测技术可以从岩体变形的最初始阶段开始，跟踪监测
45、岩体内部从微震监测技术可以从岩体变形的最初始阶段开始，跟踪监测岩体内部从 单元岩块的断裂到整个岩体失稳的渐进性破坏过程，从而大大促进了监测单元岩块的断裂到整个岩体失稳的渐进性破坏过程，从而大大促进了监测工作的科学性，同时提高了工程与地质灾害预报的准确性和超前性。工作的科学性，同时提高了工程与地质灾害预报的准确性和超前性。与传统岩体稳定监测技术相比，微震监测技术的最大优点是可以准确给与传统岩体稳定监测技术相比，微震监测技术的最大优点是可以准确给 出岩体失稳的空间位置并使灾害预报提前约出岩体失稳的空间位置并使灾害预报提前约3045天。天。59微震监测法微震监测法应用实例应用实例（南非某边坡）（南非
46、某边坡）60边坡拾振器布置图和微震事件分布图边坡拾振器布置图和微震事件分布图 合成孔径干涉雷达技术合成孔径干涉雷达技术(InSAR)(InSAR)合成孔径雷达合成孔径雷达(SAR)是一种主动式微波传感器，它与传统的光是一种主动式微波传感器，它与传统的光学传感器不同，具有强大的微波穿透云雨能力，从而不依赖于学传感器不同，具有强大的微波穿透云雨能力，从而不依赖于太阳作为照射源，实现全天时、全天候的获取资料。合成孔径太阳作为照射源，实现全天时、全天候的获取资料。合成孔径雷达干涉测量（雷达干涉测量（InSAR）是在）是在SAR的基础上发展起来的一种的基础上发展起来的一种新型的空间对地观测技术，兼顾新型
47、的空间对地观测技术，兼顾SAR技术的优点，同时又解决技术的优点，同时又解决了了SAR图像的三维成像问题存在的缺点，能够获取更高精度的图像的三维成像问题存在的缺点，能够获取更高精度的地形信息，并且还可以监测地表和冰雪表面的微弱变化（毫米地形信息，并且还可以监测地表和冰雪表面的微弱变化（毫米级），监测时间间隔跨度很大（从几天到几年），可获得全球级），监测时间间隔跨度很大（从几天到几年），可获得全球高精度的、高可靠性的地表变化信息。高精度的、高可靠性的地表变化信息。6162综合监测系统综合监测系统随着科学技术的发展，监测的技术手段，已经随着科学技术的发展，监测的技术手段，已经由传统的机械测量法，发展
48、为与激光、由传统的机械测量法，发展为与激光、GPS、星载雷达、近景测量等的多种新兴技术相结、星载雷达、近景测量等的多种新兴技术相结合的综合监测系统和方法，例如合的综合监测系统和方法，例如3S监测系统监测系统。其技术特点，从原始的手动、静态、局部，。其技术特点，从原始的手动、静态、局部，逐渐发展为自动、实时、全局检测逐渐发展为自动、实时、全局检测，取得了全取得了全面的质的飞跃。面的质的飞跃。6364地质灾害自动监测系统地质灾害自动监测系统地质灾害区域预警地质灾害区域预警（1 1）地质灾害区域预警的物理学基础是，地质环境是变化的）地质灾害区域预警的物理学基础是，地质环境是变化的，地质环境变化的动力
49、是地外天体引力、地球内动力、地球，地质环境变化的动力是地外天体引力、地球内动力、地球表层外动力和人类社会工程经济活动等单种因素或多种因素表层外动力和人类社会工程经济活动等单种因素或多种因素的耦合作用。的耦合作用。（2 2）由于天体引力、地球内动力、地球表层外动力和人类工）由于天体引力、地球内动力、地球表层外动力和人类工程活动具有随机性，四者的耦合作用更是随机的。因此，地程活动具有随机性，四者的耦合作用更是随机的。因此，地质灾害区域预警的数学基础主要是概率论与数理统计。质灾害区域预警的数学基础主要是概率论与数理统计。69区域降雨型地质灾害气象预警区域降雨型地质灾害气象预警区域地质灾害气象区域地质
50、灾害气象预警预报的科学难点预警预报的科学难点均匀场（降雨）均匀场（降雨）非均匀场非均匀场（地质灾害）（地质灾害）701 1、均匀场（降雨）与非均匀场（灾害）相互叠加开展的区域地、均匀场（降雨）与非均匀场（灾害）相互叠加开展的区域地质灾害气象预警预报暂时仅停留在表面上的，统计意义上的叠质灾害气象预警预报暂时仅停留在表面上的，统计意义上的叠加。加。2 2、降雨入渗的地质灾害机理研究目前成为提高区域地质灾害预、降雨入渗的地质灾害机理研究目前成为提高区域地质灾害预警预报精度和科学性的瓶颈。警预报精度和科学性的瓶颈。3 3、目前的预报精度评估：、目前的预报精度评估：例如：降雨预报的精度例如：降雨预报的精
