泥石流安全监测设计方法研究

刘　品　刘宏力　吁　燃　胡兴尧

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司　贵阳　550081)

泥石流安全监测设计方法研究

刘品刘宏力吁燃胡兴尧

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司贵阳550081)

摘要由于云贵川地区地形地貌的特殊性，在雨水充沛的季节，极易发生泥石流和滑坡等地质灾害，造成下游地区居住人群生命财产安全隐患，因此做好安全监测设计工作，对地质灾害做到提前预警极其重要。中文以某工程潜在地质灾害及其处理措施的安全监测为例，进行了泥石流安全监测设计方法的探讨。

关键词泥石流监控设计

泥石流是指在山区或者其他沟谷深壑、地形险峻的地区，因为暴雨、暴雪或其他自然灾害引发的山体滑坡并携带有大量泥沙，以及石块的特殊洪流。泥石流具有突然性，以及流速快、流量大、物质容量大和破坏力强等特点，发生泥石流常常会冲毁公路、铁路等交通设施甚至村镇等，造成巨大损失。泥石流的发生机理非常复杂，其内因与地质构造和地壳运动有关，还与产生外力作用的降雨量、融雪量，以及由此产生的地下水位的变化，构成滑动面的土质的抗剪强度等有关[1]。在采取减轻或避防泥石流灾害的工程措施的同时，必须做好泥石流的安全监测工作，对泥石流的发生做好预报预测，给防灾应急预留足够的反应时间。本文针对泥石流的防治及安全监测设计的问题，以贵州省某工程为例进行了详细介绍，可为同类工程提供参考。

1工程概况

某工程位于贵州省西南部，主要进行场平及营地的建设。营地及边坡布置约450m×200m(长×宽)，大部分坐落在砂、卵砾石组成的河床冲积体上，工程边坡整体高度达40～50m，为覆盖层(冲积物和堆积物)边坡。后侧基岩边坡自然坡度45°左右，边坡整体稳定，但边坡岩体节理、裂隙发育，卸荷强烈，边坡表层形成的滚石和坡面碎屑流对下方营地安全构成一定威胁。

营地后缘泥石流沟由于地质构造作用，在地貌上属切割强烈的地区，沟谷发育受流水侵蚀影响强烈，山坡地势陡峭，使得泥石流沟谷具有较大的高差、沟道坡降大，为泥石流的运动提供了足够的势能。同时，沟道两岸山坡下切作用明显，沟道内陡峻的地形为泥石流发育提供了有利的动力条件。

2工程治理措施

泥石流综合治理措施主要有3种：山坡整治、沟谷整治和堆积区整治[2]。该泥石流沟属于暴雨型泥石流沟，历史暴发的泥石流主要为粘性泥石流。经分析研究，泥石流的冲积物将对营地局部地段造成冲击和淤埋危害，且场地后缘基岩边坡岩体风化碎裂严重，岸坡沟槽发育坡面泥石流。因此防治区主要位于场地后缘边坡及冲沟口部位，主要防治措施如下。

(1) 利用天然沟槽和人工开挖，沿营地后缘修建排导沟和排导槽，将泥石流引导至营地开挖边坡的范围之外，减少泥石流对营地的影响。

(2) 在河床边坡切角部位布置抗滑桩，防止河流对营地基础的冲刷和掏空，对营地的稳定性进行保护。

3监测设计

3.1监测重点

本工程安全监测内容为营地场平施工及营地使用期间的相关建筑物的安全情况监测，结合营地边坡地质地形情况及周边自然条件分析，监测重点主要为场地边坡监测和泥石流预报监测。

(1) 场地边坡整体高度较大，且为覆盖层边坡，在暴雨冲刷、人工开挖切脚和场地用水影响下，易引起工程边坡失稳，危及建筑物及人身安全，因此该边坡为安全监测的重点。

(2) 营地整体位于泥石流堆积扇上，其后缘发育泥石流冲沟，场地整体稳定性受冲沟的影响较大。泥石流沟位于营地后缘偏南西侧，其沟口直对营地南西边缘，在50年和100年一遇的泥石流危险范围中，泥石流的冲积物将对营地局部地段产生冲击和淤埋危害，因此泥石流沟的预报监测是安全监测的重点。

3.2监测设计

(1) 边坡监测。按照“全面兼顾，选取规模较大边坡”的原则，布设5个监测断面，在南侧边坡布置1个断面，在后侧边坡布置3个断面，在北侧边坡布置1个断面，采用表面观测墩、多点位移计和测斜管相结合的方法对边坡进行变形监测；另外在南侧边坡、后边坡及北侧边坡各选取1个监测断面，对暴雨后边坡内水位进行监测，采用水位孔内安装渗压计的方式进行监测；同时在营地对面山坡设工作基点，采用前方交会法对边坡表面观测墩进行观测。

(2) 泥石流监测。泥石流的形成需要有水源和物源2个条件，根据泥石流发生的条件和机理设置泥石流预报监测项目。

①水源观测。降雨对泥石流而言，是重要的外因[3]。采用自记雨量计分别在营地和泥石流冲沟物源区布置1套自记雨量计，对降雨量进行监测，雨量计需具有雨量智能采集和数据远距离传输功能。

②物源观测。采用常规地形测量仪器在每年汛期前后对泥石流沟进行地形地貌测量，测量崩塌、滑坡的长、宽、厚和体积，以此推断物源区的变形情况。

③泥石流观测。根据泥石流在形成和运动过程的声发射信号中有次声成分(其他为可闻声和地声)，这种次声称为确定性信号，速度约为340m/s，远大于泥石流的10m/s运动速度，以空气为介质传递，几乎不衰减，在营地的测站内安装1台泥石流次生波报警器，报警器能在泥石流到达之前率先捕捉到它的次声信号，并在10km以外的泥石流源区发生泥石流时发出警报，避免重大人身伤亡和经济损失。

同时在喇叭口后的泥石流沟、排导槽沿线设3个监测断面，分别布置1台超声波泥位计对断面泥石流的淤积情况和泥石流发生时的流量进行监测；在泥石流沟安装2只泥水位报警探头，当泥石流超过浆砌石挡墙时，及时发出警报，提醒人员离开危险区域或作好防灾准备。

④视频监控系统。除采用仪器观测外，在泥石流物源区冲沟两侧易发生泥石流的部位布置2台远程视频监控设备，在靠近营地的排导槽部位布置2台远程视频监控设备，实时采集现场视频信号传输到监控中心。系统具备昼夜可视功能，中心监控平台结合远端监控设备及时抓拍滑坡体移动变化情况。

仪器监测应设立监控室和相应的硬件、软件，各种监测仪器信号均传输至监控室后实时处理分析，并配备相关的预警、报警系统。

(3) 抗滑桩监测。为确保东侧边坡顶部的营地施工和运行安全，设计采用抗滑桩的方式进行加固。为了解抗滑桩的受力情况，选取5根抗滑桩采用钢筋计进行监测。每根抗滑桩上布置4支钢筋计，共20支钢筋计。监测布置见图1。

图1　监测布置图

4结语

(1) 根据营地边坡安全的重要性、规模及地质地形情况，为避免和减少泥石流及工程边坡失稳对营区内人员生命和财产安全造成的危害，对营地边坡及泥石流进行监测是十分必要的。

(2) 在泥石流安全监测仪器选用时，应考虑监测数据测读的及时性，并预留尽量多的应急措施反应时间。

(3) 在采用电子仪器进行安全监测的同时，应结合人工观测，定期对泥石流物源区进行检查，在雨后应加强巡视检查，发现情况及时报告。

(4) 需建立专门泥石流预报及报警巡视检查机构、规章制度、配置必要的工具和设施，并制定泥石流应急抢险预案。

参考文献

[1]张沅.遥感技术在泥石流预报中的作用[J].铁路航测，1982(3):17-20.

[2]崔鹏.我国泥石流防治进展[J].中国水土保持科学，2009(5):7-13.

[3]崔鹏，刘世建，谭万沛.中国泥石流监测预报研究现状与展望[J].自然灾害学报，2000(2):10-15.

收稿日期：2014-11-05

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.01.025