三峡库区高切坡变形监测
——以万州区为例

魏学勇，欧阳祖熙，周 昊，李 捷，韩文心

(中国地震局 地壳应力研究所，北京 100085)

三峡库区高切坡变形监测
——以万州区为例

魏学勇，欧阳祖熙，周 昊，李 捷，韩文心

(中国地震局 地壳应力研究所，北京 100085)

高切坡变形和失稳是三峡库区广泛分布的一种地质灾害形式，严重影响着移民房屋、道路交通以及人民生命财产的安全。本文以万州库区为例，介绍了高切坡变形监测网络构成。该网络采用了高精度的GPS空间定位技术，全站仪变形监测技术、数字化精密水准测量、先进的遥测台网技术并与地理信息系统相结合，构成了一个空间上点、线、面相结合的高效率高切坡变形监测网络系统。该变形监测系统2008年建成，到目前为止，已经获得了大量的宝贵的监测数据，为当地高切坡变形和失稳的预警预报提供了科学依据。

三峡库区;高切坡;变形监测;系统

0引言

高切坡是一种新的地质灾害形式，是在三峡库区移民搬迁、城市重建过程中人为开挖山体形成的(图1)。高切坡广泛分布于库区迁建城镇中，一旦发生变形垮塌，将对交通干线、移民房屋、工矿企业、学校等造成严重的威胁。重庆市万州区是三峡工程移民搬迁数量最大的城市，也是受高切坡失稳破坏影响最大的城市之一，据统计，仅三峡工程地质灾害治理三期工程涉及的高切坡就有380处之多。目前，三峡水库处于高水位运行期，水库水位的周期性涨落将对高切坡的变形及周围的移民房屋产生重大的影响。为确保移民房屋以及人民生命财产安全，建立高切坡变形监测预警系统势在必行。本文以万州库区为例，介绍了该区高切坡变形监测预警系统的监测网组成、监测设计以及现场监测实施的技术思路及所取得的初步成果。

图1 高切坡形成示意图Fig.1 Schematic diagram of the formation of high slope

1 高切坡变形监测网组成

1.1 GPS变形监测网

GPS测量技术是近年来迅速发展起来的先进空间定位技术，它具有高精度的三维空间定位能力，与传统的测量技术相比，GPS测量具有全球范围、全天候、全时域、连续快速、高精度、能同时测定点的三维坐标以及易于实现全系统的自动化等优点［1］。正因为如此，GPS定位技术在变形监测中迅速得到了推广，为监测地壳变形以及各种工程变形提供了极为有效的手段。GPS变形监测网一般由以下二级监测网点构成(图2):

(1)基准网点 位置固定或变化小的点，作为监测网的坐标基准和分析比较变形量的依据。基准点通常埋设在稳定的基岩上或设在变形区以外，并且要求适合GPS观测和长期保存。基准网点用于对整个监测网提供精确的坐标。

(2)变形监测网点 位于滑坡、高边坡或建筑物及地基上的变形监测点，点位一般根据监测对象的形态特征、变形特征、周围环境等因素来确定。变形监测点与基准点组成三角测量网以监测滑坡体的变形和位移。

万州高切坡GPS变形监测采用徕卡公司生产的双频GPS接收机，精度达到3mm±0.5mm。为进一步提高GPS的测量精度，采取了以下措施:GPS监测网的每个基准点和变形监测点上都建有 GPS观测墩，并设有强制对中装置;通过接受机定向(指北方向)安置以抑制天线相位中心的偏离误差;每次测量保证足够长的观测时间(一般不少于2个半小时);制定合理的组网监测方案，以便保证有足够的冗余测量基线。

图2 监测网设计示意图Fig.2 Monitoring network design diagram

1.2 全站仪变形监测网

全站仪测量也是一种高精度的测量方法，其具有精度高、自动化程度高、操作简单、节省人力物力的特点，广泛应用于道路交通、矿山、房屋测量中。全站仪测量应用于高切坡变形监测预警，能够弥补GPS监测因视空遮挡难以观测的不足，但全站仪测量需要变形监测点和设站点通视的条件。全站仪变形监测网组成如下(图2)。

(1)设站点

设站点是用于安放全站仪仪器的工作基点，要求与变形监测点及后视点保持通视，为提高测量精度，基线距离不应超过1000m。与 GPS基准点类似，设站点也应埋设在稳定的基岩上，或设在变形区以外稳定区域，并要求适合长期保存。

(2)变形监测点

变形监测点是用于安放反射棱镜的桩点，其埋设在高切坡及受影响的周围建筑物上。为了解整个高切坡的变形情况，变形监测点应布设在高切坡及建筑物的不同位置(如高切坡的不同台阶上)，并应形成监测剖面(线)。变形监测点要与设站点保持通视。

万州高切坡变形监测采用的全站仪型号是徕卡公司的 TPS1201plus，测角精度 0.5″，测边精度 2mm±1ppm。为进一步提高监测精度，采取了如下措施:全站仪和棱镜安装在观测墩上，严格保持水平;采用多测回测量方式;在观测过程中，同时输入当时当地的气象改正参数(气压、温度、湿度等);设站点与变形监测点的距离一般小于800m;定期对全站仪进行校核。

1.3 水准变形监测网

水准测量对于沉降或高程测量具有明显的优势，但具有工作量大的弱点。对于沉降变形明显的高切坡或建筑物，增加了水准测量方法。水准测量是对GPS、全站仪测量的有效的补充。水准监测网也分水准基点和水准变形监测点。水准基点通常从国家的或地方的水准控制点引测得到，水准变形监测点布设在高切坡的不同部位，一般要形成水准测线。

万州高切坡变形水准测量采用天宝Trimble DiNi数字水准仪，观测精度达0.3mm/km。

1.4 地质灾害无线遥测台网

地质灾害无线遥测台网是欧阳祖熙研究员在整合先进的传感器测量技术、计算机信息处理技术与通讯技术的基础上研制的基于GPRS技术的新型遥测系统。该系统具有以下特点［2］:

(1)监测参数多，精度高，对崩塌滑坡等地质灾害监测内容丰富，监测方法多样;

(2)依托先进的通讯技术、便于安装维护，具有高容量、覆盖范围广、运行成本低的特点;

(3)自动遥测，无人值守，能进行数据无线传输。

地质灾害无线遥测系统主要由野外数据采集子系统、数据传输子系统、数据处理及决策支持子系统等几部分组成［3］，系统结构框图见图3。

无线遥测台网可用于地质灾害应急变形监测(如移民房屋应急监测)，常规测量耗费人力物力的地方(如偏远的乡镇)，或地形危险及测量人员难以到达的区域(如危岩体)。

在万州三期高切坡变形监测项目中，对位于库岸受水位涨落影响明显以及那些变形速度大并且发展趋势明显的高切坡或居民点，主要采用了无线遥测台网监测方法。通过安装无线遥测台网，每小时获得一组监测数据，可以实时地掌握监测对象的变形及发展态势。

2 高切坡变形监测获得的初步成果

2.1 高切坡监测概况

图3 遥测台网系统结构框图Fig.3 The structural diagram of remotoring system

图4 高切坡变形监测点布设图Fig.4 The layout of monitoring points of high cutting slope

图5 水准点沉降变形观测曲线Fig.5 Deformation curve of the standard point of settlement

万州高切坡变形监测预警系统纳入监测的高切坡项目共382处，监测点的布设及监测方法或技术依据不同高切坡的规模、位置、变形趋势来确定。监测网于2008年建设完成，已建监测点GPS点30个，全站仪变形监测点200个，水准观测点40个，GPS基准点和全站仪设站点110个。高切坡变形监测方法主要有GPS、全站仪、精密水准测量以及无线遥测台网。监测周期为每月1次，雨季加密观测。截止到目前，已经完成了16期监测，获得了大量的第一手监测数据，为掌握万州高切坡的变形动态和发展趋势提供了重要依据。下面以万州某一高切坡(编号WZ0390)变形监测为例，对获得的监测数据做初步分析。

图6 全站仪观测基线变化曲线Fig.6 Monitoring curve of TPS

2.2 WZ0390高切坡变形监测

WZ0390高切坡位于万州区滨江路，面临长江，后侧为迁建居民点。在高切坡施工治理过程中，后侧迁建区域出现了不同规模的裂缝和沉降变形。为确保高切坡施工和后侧居民点的安全，我们采用全站仪和水准对高切坡及后侧的居民点进行了变形监测。监测点布设如图4所示。目前，精密水准监测和全站仪监测各进行了16期次。

2.3 变形监测结果分析

通过变形观测分析，我们认为高切坡后侧居民点区域沉降有分区的特点(图4、图5)。仔细分析可发现，居民点西侧及中间区域沉降变化微小，而东北边缘变化稍大。从变形数据可以看出，居民点中西部区域(水准点有 S01～S06)沉降量在2～3mm;而外缘(分布的水准点有S07～S10)变化量在4～9mm。但总体看来，该高切坡后侧居民点区域内沉降不明显。分析其原因，主要是由于降雨的影响，以及区域外缘填土不实，与排水不良引起了不均匀沉降。现场宏观巡查发现变形区域裂隙发育不均，而且裂隙宽度不同、位置也不同，这也表明了沉降的不均性。

高切坡有向临空方向发生轻微变形的特点(图4、图6)。从全站仪观测基线变化可以看出，高切坡临空方向的观测基线(如 K02-J02、K02-J05、K02-J06等基线)有缩短的趋势，而后侧的观测基线(如K03-J08、K03-J09、K03-J10等基线)有增大的趋势，这体现了高切坡向临空方向发生变形的特点。分析其变形原因，除了上述降雨的影响外，现场开挖施工，造成应力释放卸荷也是变形原因之一。

3 结语

高切坡的变形失稳是一种新的地质灾害形式，它广泛分布于三峡库区新迁建城镇中。高切坡一旦发生垮塌失稳，将严重影响道路交通、居民点、学校、工矿企业的人民生命财产安全。高切坡的变形失稳破坏具有复杂性、多变形、突发性，因此研究高切坡的破坏模式、变形机理以及监测预警预报具有重要的意义。

万州高切坡变形监测采用技术先进的高精度的监测方法(如 GPS、全站仪、水准测量)，并将 GIS、GPRS通信技术、遥测技术引入高切坡稳定性评价和预警研究中，为地质灾害监测技术向数字化、自动化、网络化和高精度方向发展提供了一个很好的范例。

［1］欧阳祖熙，王明全，张宗润，等.用 GPS技术研究三峡工程万州库区滑坡的稳定性［J］.中国地质灾害与防治学报，2003，14(2):79-81.

［2］欧阳祖熙，丁凯，师洁姗，等.一种新型地质灾害无线遥测台网［J］.中国地质灾害与防治学报，2003，18(1):90-94.

［3］陈明金，欧阳祖熙，师洁姗，等.基于 GPRS技术的地质灾害无线遥测系统［J］.自然灾害学报，2004，13(3):65-69.

Deformation monitoring system of high cutting slope in Three Gorges Reservoir——A case study of Wanzhou area

WEI Xue-yong，OU YANG Zu-xi，ZHOU Hao，LI Jie，HAN Wen-xin
(Institute of crustal dynamics of China seismologicl Administration 100085，China)

As a kind of geological hazard，the deformation of high cutting slopes are widely distributed in Three Gorges Reservoir.This article takes wanzhou area for instances，the constitution of the deformation monitoring system of high cutting slope was introducted.This monitoring systems adoptes high precision geodetic technology，such as GPS，TPS，level measurement and remote monitoring network，combined with GIS and constructes consequently a geological disaster monitoring systems with great efficiency and power.Many kinds of slope deformation monitoring system are formed including a station，a survey line and a network spread out to a plane in space domain，to fullfill long，short and impending warning in time domain.This deformation monitoring network system has been built in 2008，and obtained a lot of valuable observation data and provided scientific warrant for precaution and forecast of the deformation of some high cutting slope.

Three Gorges Reservoir;high cutting slope;deformation monitoring;system

1003-8035(2010)04-0072-05

P642.22

A

2010-05-07;

2010-08-23

魏学勇(1974—)，男，助理研究员，主要从事地质灾害变形机理及监测预警研究。

E-mail:xiaowei8566@sina.com