1.技术介绍及特点
1)工程需求
在我国经济高速发展中,大规模的基础设施建设和复杂恶劣的地质环境之间的矛盾日益突出,由此导致的滑坡、崩塌和泥石流等边坡地质灾害每年给国家和人民生命财产造成重大损失。大量的工程事故表明:采用经验判断、工程类比和简易分析等手段的传统边坡防治方法存在时效性差、准确性低等问题,已不适应边坡安全风险防控的要求。
2)解决方案
为提高边坡安全风险防控的时效性和准确性,中科院围绕现场自动监测、实时在线分析和定期专家评判开展技术创新,经过多年技术攻关,研发了集智能监测设备、云计算分析平台和岩土专家服务为一体的边坡安全风险防控应用解决方案,可大幅度提高边坡病害早发现、早评判、早预警和早治理的水平。
地质灾害预警系统技术框架
3)核心技术
现场数据采集
研发了以涡卷弹簧式位移计、深部岩土多物理量测量仪、结构空间形态测量仪为代表的现场自动化智能监测设备及无线数据传输设备,随时随地感知边坡所在场地的环境信息、监测对象自身的各种状态信息。
在线监测预警
以边坡智能在线监测预警云平台为基础,基于工程施工和服务流程构建了病害边坡的标准化工作方式,提供实时监测、报警通知、诊断预判等功能,同时,配备先进的力学分析模型、算法、工具及业主专属服务门户,高效地完成病害边坡的监测、预警及风险评估业务。
专家诊断预判
采用综合考虑边坡静态体质数据、动态体征数据与力学演化机理的GMD评估方法进行公路边坡预警分析,通过现场动态监测数据和数值模拟结果比对分析,建立边坡体观测物理量和其内部破坏状态之间的定量化联系,科学评判在线分析结果,预测边坡体在外动力因素变化条件下的发展趋势,进一步提高分析决策的精准性。
应用领域
国土、交通、水利、能源、市政领域
应用案例
唐家山堰塞湖坝体变形应急监测预警工程(2008年)
工程概况:2008年5月12日四川省汶川县发生8.0级地震,导致唐家山发生崩塌滑坡,堵塞河道形成堰塞湖。截止6月8日,唐家山堰塞湖坝前水位高程741米,水位高差近百米,蓄水量为2.237亿立方米。由于坝体为滑坡松散堆积体,唐家山堰塞湖存在全面溃坝的风险,直接威胁下游130余万人民生命财产安全。
测点布设:应唐家山堰塞湖抢险指挥部要求,力学所迅速搭建了四川省地质灾害预警系统,在堰塞体上安装了16套地表位移无线监测设备,在无人值守环境下实时监测堰塞体的整体位移及泄洪过程中堰体下游的坍塌变形。
预警分析:滑坡监测预警分析中心每半小时自动采集、实时无线传输的唐家山堰塞体的监测数据。所有监测数据经过整理后,以简报方式每小时给唐家山堰塞湖抢险指挥部上报一次,监测结果成为撤销唐家山堰塞湖黄色预警警报的关键依据之一。
重庆三峡库区凉水井滑坡应急监测预警工程(2009年)
工程概况:三峡库区试验性蓄水至172米后,位于长江主航道上的重庆云阳凉水井滑坡于2008年11月开始出现变形,至2009年3月4日后,后缘拉裂缝已与侧边界裂缝贯通,侧边界裂缝已抵达江边。由于滑坡总体积约400万立方米,一旦滑入长江将可能造成5到10米高的涌浪,波及范围3公里至5公里,严重威胁长江主航道的安全,因此一度导致长江夜间封航,引起国务院高度重视,3位正副总理做出重点批示。
监测布置:为确保长江航道及当地居民安全,重庆市三峡地防办委托中国科学院力学研究所承担凉水井滑坡应急专业预警监测项目,全面采用自主研发的监测系统,建立全方位的立体监测网,对凉水井滑坡的地表、地下和边界裂缝变形进行实时、自动化监测。共安装25套地表位移测量设备、11套地表裂缝测量设备、7套深部位移设备、4套地下水位测量设备、1套雨量测量设备和1部群测群防信息终端设备。
预警分析:自2009年5月起,中科院力学所提供的实时监测数据和阶段分析成果证明凉水井滑坡目前未进入加速变形阶段,短期内凉水井滑坡没有整体失稳的危险。上述监测和研究工作,不仅确保了长江航道及当地居民安全,而且为治理工程决策提供了科学依据。
云南高速边坡监测预警工程(2014年)
工程概况:云南澜阿公路(普洱市澜沧至勐阿)是云南省干线公路网之一,是澜沧交通发展史上有史以来投资最多、架桥最多、工程量最大的一条公路。龙瑞高速公路(龙陵至瑞丽)主线全长128.4公里,是国家高速公路网杭州至瑞丽公路的重要组成部分,也是云南重点推进的”四出境”国际大通道之一。本项目共对澜阿公路边坡,龙瑞高速公路边坡开展自动化监测预警。
测点布置:共在澜阿公路、龙瑞高速公路布设5套涡卷弹簧式位移计、1套深部岩土多物理量测量仪。
预警分析:(1)龙瑞高速公路边坡监测曲线显示该边坡在2015年1月7日至13日发生40多毫米地表位移,最大日变形速率超过10毫米。系统于9日分布红色预警,指挥部接到报警信息后,及时对隧道口实施加固方案。加固方案实施后,边坡变形逐渐趋于稳定;(2)澜阿公路边坡自2015年2月19日起,地表位移一直处于蠕滑变形状态,变形速率为每天0.3毫米。初步分析判定:该边坡目前稳定性为欠稳定状态;预警级别为警示级;风险级别为中风险,在强降雨条件下有加剧趋势。
浙江高速边坡自动化监测预警工程
工程概况:该高速公路边坡位于浙江,属类土质边坡,坡高39.6m。线路切斜坡前缘通过,形成左侧路堑边坡。地表水丰富。地下水发育,主要为基岩裂隙水和松散岩类孔隙潜水。2000年该边坡坡顶土层曾发生滑塌;2009年受台风“莫拉克”影响,边坡坡体出现土层坍塌滑落;2013年风险级别评定为Ⅱ-B类,实施防护加固措施。
测点布置:根据该边坡变形区的特点,在该边坡监测范围设置两条监测测线——剖面I和剖面II,采用雨量计、深部岩土多物理量测量仪,布设1个雨量监测点、2个地下水位监测点、4个深部位移监测孔(共计66个测点),构成二横二纵监测网。同时,在桩号里程某位置处的浆砌挡墙伸缩缝两侧各布设一条监测测线,采用三维空间变形测量仪,布设15个测点,开展连接缝两侧挡墙倾斜变形对比监测。
预警分析:(1)边坡为牵引式滑坡,整体处于匀速变形的蠕滑阶段,变形速率为每月毫米量级;(2)降雨是诱发边坡蠕滑变形的主导因素,坡体内部存在多个变形区。坡脚主滑面已形成,坡体中部主滑面处于形成过程中,滑动面尚未完全贯通整个边坡;(3)预警级别为注意级别,风险性级别为中风险等级,短期内发生地质灾害的可能性不大,但在强降雨条件下,未来发生地质灾害的风险性将增大。