全方位专业监测系统在戒台寺滑坡的应用及展望

王海芝　胡福根　于淼

摘  要：戒台寺滑坡是北京市典型的滑坡，具有多层、多级和多块的蠕滑变形特征。依据戒台寺滑坡的特点，采用了目前国内外先进的专业监测方法，对戒台寺滑坡的绝对位移、相对位移、物理场、诱发因素和其他因素进行专业监测，建设成了一套以39台专业监测设备为基础的实时专业监测系统。该专业监测系统的建立，对戒台寺滑坡实时状态信息进行了全方位的采集，为戒台寺滑坡的状态提供实时分析，及时掌握戒台寺滑坡的最新动态，为确保戒台寺的安全提供数据保障。随着专业监测数据的积累，未来将采用机理分析结合形变特征的模式对戒台寺滑坡的稳定性及状态进行分析，以提高专业监测的可靠性及精度。

关键词：戒台寺滑坡;全方位;监测体系;绝对位移，相对位移;实时监测

中图分类号：P642.22    文献标识码：A   文章编号：1007-1903（2019）04-0090-06

Abstract： Jietaisi landslide is a typical landslide in Beijing， which has the characteristics of multi-layer， multi-stage and multi-block creep deformation. According to the characteristics of Jietaisi landslide， the advanced professional monitoring methods at home and abroad are adopted to monitor the absolute displacement， relative displacement， physical field， inducing factors and other factors of Jietaisi landslide. A real-time professional monitoring system based on 39 professional monitoring instruments is built. During establishing the professional monitoring system， all-round real-time status information of Jietaisi landslide has been collected， providing real-time analysis for the status of Jietaisi landslide， and ensuring the safety of Jietai Temple. With the continuous accumulation of monitoring data， in the future， the stability and state of Jietaisi landslide will be analyzed by mechanism analysis combined with deformation characteristics， so as to improve the reliability and accuracy of professional monitoring.

Keywords： Jietaisi landslide; All-round; Professional monitoring system; Absolute displacement; Relative displacement; Real-time monitoring

0 前言

戒臺寺位于北京市门头沟区马鞍山北麓，距离京城35km，始建于隋代开皇年间（581—600年），至今已有1400多年的历史，寺内建有全国最大的佛教戒坛。寺院坐西朝东，海拔400余米，占地面积约5公顷。

据调查，戒台寺滑坡后缘地裂缝最早出现在1994年，裂缝较小，自2004年雨季以来，戒台寺院内地坪及部分殿堂原有裂缝开始明显增大。前人对戒台寺滑坡的形成机理进行了相应的研究，对戒台寺滑坡的形成过程及形成机制形成了较为统一的认识，认为戒台寺滑坡整体上是一个不良地质条件加早期大规模采矿活动造成的一个机理及结构复杂的滑坡体（李文军等，2006;廖海军等，2007;蒋宗全等，2008）。

戒台寺滑坡总体南北长约500m，东西宽250～300m，滑坡厚度15～120m，滑坡体积约900×104m3。该滑坡可分成4个主要的滑块：1）画家院落以南坡体滑块：该滑块东西宽约300m，南北长约210m，滑坡厚度在15～50m间，平均厚度约35m，主要向NE28°～10°蠕动。2）画家院落西滑块：该滑块滑动方向近NW330°。3）三叉路口北侧滑块：东西宽约300m，南北长约250m，变形体的体积约640×104m3，蠕滑方向NE10°～NW5°。4）秋坡村滑块：该滑块位于秋坡村所在洼地，地表变形强烈，地面沉陷、地裂缝发育，村内房屋开裂严重。该滑块滑动方向NE28°（图1）。

滑坡监测技术由过去的人工操作发展到现在的自动化、高精度的遥测系统，目前已经形成了比较成熟的方法体系。对于不同的滑坡类型及发育阶段，选择不同的监测方法（邬晓岚等，2002;欧阳祖熙等，2005;范青松等，2006;苏华，2009），获取滑坡的活动信息。对单一滑坡体采用空中（GPS）-地表-地下获取滑坡体的活动信息的全方位监测系统目前较少。戒台寺滑坡是目前国内为数不多的开展全方位监测的滑坡体之一。本文对戒台寺滑坡全方位监测信息逐一进行分析，提出了未来利用全方位监测信息建立机理分析结合形变特征的综合分析应用模式对戒台寺滑坡的稳定性及状态进行判断，提高专业监测的可靠性及精度的方法体系。

1戒台寺滑坡专业监测体系的建设

滑坡的发生、发展、演化过程，伴随着大量宏观可测信息的改变，如滑坡变形、物理与化学场变化、地下水变化等。通过实时捕捉上述信息，可以建立其与滑坡成灾演化阶段的映射关系，进而为滑坡预测预报提供必要的基础数据，围绕着滑坡变形及变形的相关因素，对滑坡开展了相应的专业监测，并且取得了令人满意的监测信息（冯春等，2011）。

依据戒台寺滑坡的特点，针对滑坡体的绝对位移、相对位移、物理场、诱发因素及其他因素开展专业监测（表1），在滑坡体上共安装了39台（套）专业监测仪器，建成了戒台寺滑坡专业监测系统（图1）。该专业监测系统由一体化自动雨量监测站1台、一体化地表裂缝位移监测站4台、一体化深部位移监测站4台、一体化压力式水位监测站4台、一体化孔隙水渗压监测站4台、一体化土壤含水率监测站4台、GPS监测站12台、远程应力实时监测站6台组成（北京市地质研究所，2016）。

2主要监测因素及应用

（1）绝对位移监测

GPS自动化监测方法是利用全球卫星定位技术、现代通讯技术、计算机技术、系统集成技术，实时在线获得边坡的地表上监测点高精度的三维坐标。该方法具有对环境依赖性小，观测数据同步，采样率高，能够24h 在线工作等优点。在对滑坡地表绝对位移实时监测等到了广泛的应用，且取得理想的监测成果（过静等，2004;张清志等，2010;郑国仕等，2011;叱伟康等，2018;彭令等，2011;白永健等，2011;欧阳祖熙等，2005;易庆林等，2010）。戒台寺滑坡共安装11台GPS，每台GPS监测仪均采集X、Y、H 3个方向的位移数据，实时取得戒台寺滑坡地表位移信息（图2）。

（2）地表裂缝位移监测

地表裂缝位移的变化量直接体现滑坡体地表的活动信息，是非常直观的滑坡变形参数，因此，对地表裂缝活动监测是对滑坡活动情况在地表较直接的表达信息。戒台寺滑坡共安装4台地表裂缝计，实时获取地表裂缝的变化信息（图3）。

（3）深部测斜仪监测

采用深部测斜来监测边坡的内部变形能了解和获取滑坡活动性、滑面深度、变形方向、变形速度和发展规律等动态特征直接和有效的手段。是边坡工程以及边坡稳定性监测的重要方法（刘艳辉等，2005;陈开圣等， 2006;李秀珍等，2006）。戒台寺滑坡共安装了深部测斜仪4套，实时采集戒台寺坡体内部变化信息（图4）。

（4）应力监测

作为一个天然的力学系统，滑坡发生与否决定于“下滑力”和“抗滑力”之间的平衡状态变化。以滑动力实时监测的数据为依据，预报滑坡的发生，以此理论为基础，何满潮（2009）研发出第一代基于滑动力变化的滑坡监测预警系统并进行了工程应用，取得了令人满意的监测成果（陶志刚等，2015）。戒台寺滑坡共安装6台应力计，实时采集戒台寺滑坡应力变化的信息，并以此信息为基础，判断滑坡体的稳定状态（图5）。

（5）降雨及土壤含水率监测

降雨是引发滑坡、泥石流等地质灾害的主要因素（Keefer et al，1987， Finlay et al，1997），降雨入渗使得地下水位抬升，提高了孔隙水压力，降低土体的抗剪强度;同时导致孔隙水压力升高，削弱抗滑力且加大了坡体斜向自重推力（曹淑良等，2008;Ali et al，2014）。

为了实时监测戒台寺滑坡的降雨及降雨导致土壤含水率的变化，分别在戒台寺滑坡安装了1台自动雨量站和4台一体化土壤含水率监测站。其中每台土壤含水率监测站分别在30cm、60cm和100cm的深度安装了传感器，采集不同深度的土壤含水率随降雨变化的数值。2018年度的监测数值表明，土壤含水率随着降雨有明显的同步（或稍滞后的）变化趋势（图6）（北京市地质研究所，2018）。

（6）孔隙水压力监测

对于浅层滑坡，滑坡的发生主要受瞬时的孔隙水压力的变化控制（蓝恒星等，2003），因此，孔隙水压力值的采集是滑坡监测的重要数据。在戒台寺滑坡安装了4台孔隙水渗压计，用以实时采集孔隙水渗压的数据。从采集的数据看（图7），孔隙水渗压随着降雨量会产生明显的变化，随着对更多雨型及降雨量数据的累积，孔隙水渗压的数据会更多地应用到滑坡体稳定性的判断。

（7）地下水位监测

地下水位的变化是影响滑坡体的重要因素（黄玲娟等，2002），因此对地下水位的变化情况实时监测是滑坡监测的重要因素。戒台寺滑坡共安装4台地下水位计，实时采集地下水位的变化信息。监测信息表明，地下水位随着降雨变化，产生了较明显的变化（图8）。

3 戒台寺滑坡专业监测的应用及展望

通过对戒台寺滑坡的绝对位移、相对位移、物理场及诱发因素的实时监测，从4个方面获得的专业监测数据，结合相应的预警预报模型，对戒台寺滑坡的状态进行实时的掌握。目前主要采用两种模型对戒台寺的状态进行判定。一种是以简化地质模型为基础，在计算出戒台寺滑坡本身固有危险度的前提下，以降雨量为变量，计算不同雨强情况下戒台寺滑坡的稳定性（陈国浒等，2011）。另一种是以滑坡发生前，坡体内的应力数据变化为基础，判断滑坡的状态。根据陶志刚等（2015）的研究，滑坡地质灾害发生之前，边坡岩体内应力会连续发生变化，当滑动力大于岩土体的抗滑力后，会发生变形和滑动，其应力变化超前于表面位移的发生，捕捉边坡岩体内应力的变化优于对岩体位移的监测，以此为基础，建立了相应的报警阈值。

从目前戒台寺滑坡安装的专业监测仪器及采集到的专业监测数据来看，很多數据仅用于戒台寺滑坡稳定性判断的辅助数据，随着监测数据的积累，对实测数据的研究将进一步深入，依据目前采集的数据，未来戒台寺滑坡的实测应用数据可以分为两大类：第一类是依据降雨量的变化，做出雨型（雨量）-土壤含水率变化曲线，雨型（雨量）-地下水位变化曲线，雨型（雨量）-孔隙水渗压曲线等与降雨量相关的特征曲线，深入分析不同降雨引发土壤含水率、地下水位、孔隙水渗压的变化关系，从机理上研究降雨作为诱发因素，是如何触发滑坡体发生位移的。第二类是直接应用采集到的地表变形数据，做出“位移-深度”、“位移-时间”、“变形速率-时间”等特征曲线（赵忠海等，2018），以此为依据判断戒台寺滑坡的稳定状态（图9）。届时，将采用理论分析结合形变特征的模式对戒台寺滑坡的稳定性及状态进行判断，提高专业监测的可靠性及精度。

4 結论

（1）戒台寺滑坡目前建立了绝对位移、相对位移、物理场及诱发因素等专业监测系统，该系统实时采集各类专业监测数据，为戒台寺滑坡稳定性判定提供可靠的数据支撑。

（2）目前，用于戒台寺滑坡稳定性判断的模型尚不完善，需要随着以后实测数据的累积不断进行调整。

（3）随着采集数据的累积和研究的进一步深入，未来将采用机理分析结合形变特征的模式对戒台寺滑坡的稳定性及状态进行分析，以提高专业监测的可靠性及精度。

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