GPS监测滑坡体的应用研究

2010-01-01徐立军黄红日

中国新技术新产品 2010年9期

田野张峰徐立军黄红日

（辽宁省水利水电勘测设计研究院，辽宁沈阳 110006）

1 桑干河白马寺水库滑坡体概况

桑干河白马寺水库工程地质条件复杂，从坝轴线上溯8km 库区河段内，两岸倾向坡蠕变形的表面岩层发生拉裂倾倒，促使岩层长期缓慢蠕变破坏，岩层各向分离，发育成十几个大小不等的滑坡体。一旦这些滑坡体滑坡或坍塌，将对大坝施工及运行产生危险与影响，并对水库蓄水与库容产生一定的影响，因此，对这些滑坡体进行监测是十分必要的。

蓄水前，我们就对危险程度较大的1#、2#滑坡体和木底沟倾倒变形体进行了每月一次的连续跟踪测量，到目前为止，采用常规测量方法共进行12 次。

1 #滑坡体位于大坝上游约3.7 km，滑体方量约1100万方；布设监测点21 个，编号为101-121，按不同高程分4 层布设，以便随着水位升高带来的浸蚀影响，对滑体的渐次坍塌可以分层控制，细化变形量。

2 #滑坡体位于大坝上游约2.8km,滑体约410万方，布设监测点16 个，编号为201-216，分3 层布设。

木底沟倾倒变形体位于大坝上游，紧靠大坝，滑体方量较小，但是由于离大坝近，其危险性不可低估。布设监测点4 个，编号为301-304。

从前12 次的监测来看，滑坡体在水库蓄水前，变形量很小，但是，随着水库蓄水，水位升高，个别地段有坍塌现象，并出现较大裂缝。可见，由于水库蓄水，对滑坡体进行跟踪监测，实时为大坝施工提供准确数据，是十分必要的。

2 常规监测手段及其局限性

常规手段中，1#、2#滑坡体是从左岸工作基点 HG01、HG02、HG03 三点进行平面二维监测，高程向量，1#滑坡体从垂直工作基点G2-G5 联测，2#从G1-G6 联测。3#滑坡体从水平工作基点J1、J2 进行平面二维监测，高程向量，从G7、G8 进行监测。从前12 次的监测过程与有关变形监测理论分析，常规手段存在一些弊端和局限，主要是：

2.1 速度太慢。目前，由于水库蓄水，滑坡体受浸蚀严重，土质变松，含水量增大，变形速度大，每日的变化较大，但是目前观测一处滑坡体需在左岸三个平面工作基点上分别观测，三处滑坡体平面监测至少要三天时间，接着用几何水准方法进行高程测量，至少要7 天时间，这样下来，整个监测过程至少要10 天时间完成，这期间，最早观测的点位与最末观测的点位显然不能算是同一期成果，分析变形已失去“实时、同步”上的意义。

2.2 天气影响。由于水库蓄水，库区空气含水量增大，测区经常有雾，一个月难得有一、二个通视理想的天气，从左岸工作基点观测右岸测点很难看清，因此，一般无法按计划日期、时间提供实时监测数据。

2.3 工作条件困难。由于蓄水，从大坝到工作基点HG01-HG03的道路已被淹没，只好坐船前往，但有的地方船难以靠岸，给工作带来不便。

因此，常规手段已不能满足监测的要求，采用更加快捷，更加精确，更加科学的方法来监测滑坡体变形已十分必要。

3 GPS用于监测滑坡体的可行性

GPS（全球定位系统）是利用天空中的GPS卫星发出的信号进行定位测量，并借助先进定位软件输出点位坐标。GPS测量相对常规的监测手段，它具有定位速度快、定位精度高、可实时提供三维坐标等特点，是近年新出现的高新技术。国内部分单位也正尝试采用GPS对滑坡体变形进行监测：如长江委在重庆云阳县宝塔滑坡体监测时作过GPS试验，武汉大学在长江三峡库区的新滩滑坡、黄腊石滑坡开展过GPS监测的研究，并取得一定的成果。

但是，GPS用于滑坡体监测没有现成的规范可供参考，以前我委也没有作过滑坡体GPS监测工作，因此，能否在桑干河白马寺水库库区滑坡体监测中采用GPS技术，必需做一定的试验与研究，来探讨方法的可行性。

4 GPS监测滑坡体的试验与研究

在常规监测手段进行第10、11、12 次监测工作时，我们同时采用GPS技术，进行了对比测试，以探讨GPS技术用于滑坡体形变监测的可行性。

4.1 GPS监测方案

4.1.1 观测技术设计：由于滑坡体的滑动、坍塌，部分点位可能在监测过程中被破坏，同一个滑坡体上的点位由于受浸蚀程度可能不同，其变形大小、方向可能不同，因此，在GPS观测时，采用双基点法，同时对一个点进行监测，而不同监测点间不发生计算上的矢量关系。

4.1.2 工作基点的选择：三处滑坡体都采用相同的工作基点观测，这样可以综合分析滑坡体的形变。经分析，采用了库区地形变点DXBS06 和DXBS12 作为工作基点，DXBS06位于右岸坝轴线附近稍偏下游的山体上，DXBS12位于左岸大坝下游约700m的山体上，两点位置牢固，点位可靠，是理想的工作基点点位。

4.1.3 观测作业：为了能精确地监测滑坡体的变形情况，投入了六台GPS，WILD-200GPS三台，WILD-300GPS三台。

外业观测前，对卫星情况进行了卫星星历预报，选取最佳观测窗口进行外业观测，具体作业时间为每天北京时间9：00-16：00。每个滑坡体，均可在一天内完成观测工作，三个滑坡体仅用三天时间就可以完成数据采集工作，达到了实时跟踪形变趋势、同一个滑坡体上的点同步监测的目的。

以桑干河白马寺水库库区GPS地形变监测网点DXBS06、DXBS12两点做为工作基点，监测1#滑坡体上21 个变形测点，2#滑坡体上16 个变形测点，木底沟倾倒变形体上4 个变形测点。由于1#滑坡体上101、102、103、104、已被水淹没，105、106 虽未被水淹没，但离水边只有几米，故在初始值观测时只监测107-121，15 个测点；在第一次和第二次复测时只监测验112-121，10 个测点；2#滑坡体上第一层201-205 都在坎边，且正在塌陷，故只监测206-216，11 个测点。木底沟倾倒变形体4 个测点。

外业作业时，有两台GPS接收机置于DXBS06、DXBS12两点进行连续观测，其余四台GPS接收机分别在1#滑坡体、2#滑坡体、木底沟倾倒变形体上置于一组测点，观测两小时后，再迁至下一组测点。三次观测均采用了同样的观测方案，并在初始值观测时，制定了监测仪器与监测点名对照表，后来复测时均严格按照对照表执行。

4.1.4 GPS观测中一些特别注意点：接收机天线量高采用游标卡尺精确量取，精确到0.1mm 级，并且在开始与结束时各测量一次，取其中数；接收机应有充足的预热时间；天线指北线要指向正北，左右偏离应在5 度内；GPS应备有充足电源，严防中断；严禁在接收机运行期间改变运行参数；禁止在接收机运行时在附近10m 内使用无线电报话机等。

4.2 GPS监测数据处理

采用GPS专用软件进行基线计算，数据处理中有关技术要求是：计算在WGS-84 系统内进行；大气延迟系数（电离层、对流层）改正：标准模型；基线解算中在难以获得IGS（精密星历）的情况下，可以采用BROADCAST（广播星历）处理；计算时同一时段观测数据的剔除率<10%；基线重复性检验应<2 标称精度；异步环闭合差限差为Wx,y,z<3 σ（σ=），同步环限差要求为异步环的50%。

4.3 GPS数据处理结果与常规手段监测结果的比较

将GPS计算结果与常规手段测量的结果进行比较，分析它的形变。

GPS在三次监测中，都能达到最弱点点位中误差<3mm的要求。从GPS测量位移量与常规测量位移量的比较，85%的位移量差值都在10mm 以内，且位移方向基本一致。高程部分的偏移量70%在10mm 以内，94%在20mm以内，可见，用GPS监测滑坡体变形能够达到精度要求。

4.4 GPS监测方法的进一步探讨

从以上分析可知，采用GPS技术对滑体监测是可行的，我们优化下一步观测方案，以便更快速完成每一次监测任务。

为此，我们对每次观测两个小时的数据分2*1h、1h、0.5*2h 三种情况分别进行计算处理,下面仅对初始值观测时的成果分为两个时段，时段长度为1.0 小时；两个时段，时段长度为0.5 小时进行了比较，从比较结果可以看出，采用GAMIT 软件进行基线解算，武汉大学POWERADJ 软件进行平差，两个时段，时段长度为1.0 小时的坐标精度比两个时段，时段长度为0.5 小时的坐标精度普遍要好，这符合GPS观测的特点，且两个时段，时段长度为0.5小时的坐标精度已能满足滑坡体监测的需要。