秦巴山区典型滑坡监测技术与应用

陶福平，陶　虹，李　勇

（陕西省地质环境监测总站，陕西西安　710054）

摘　要：本文以秦巴山区山阳中学滑坡、紫阳一中滑坡、宁陕小学滑坡、佛坪关山滑坡4个典型滑坡专业监测为例，综合分析4滑坡11年的监测历史数据，通过分析测斜仪监测数据原始测值研究了滑坡深层位移变化形态，采用曲线对比法研究了降雨量与滑坡变形的关系以及地下水位与滑坡变形的关系。结果表明：①滑坡的深层位移变化在不同深度具有差异性；②降雨量高于一定限值时滑坡位移会有增大趋势；③滑坡位移对于地下水位变化响应较为强烈，水位升高滑坡有位移增大趋势。

关键词：滑坡监测；深层位移；降雨量；地下水位

0　引　言

陕西省是地质灾害多发省份，陕西省地质灾害高易发区、高风险区多集中在陕南秦巴山区（陶虹等，2008；王雁林等，2011），秦巴山区地质灾害隐患点占全省地质灾害隐患点总数的70%以上，尤其以滑坡为主要灾害类型（范立民等，2004）。各类地质灾害隐患点都不同程度地投入了监测工作（周新民，2005）。陕南山阳中学滑坡、紫阳一中滑坡、宁陕小学滑坡、佛坪关山滑坡4个典型滑坡专业监测从2003年开始监测，至今已经有12年的监测历史。李勇分析了4个滑坡的监测结果，分析了汶川地震对四滑坡稳定性的影响（李勇，2015）。

本文综合分析研究四滑坡历史监测数据，采用计算总倾斜量的方法，计算了每次测量时的钻孔绝对变形量，准确地计算了十余年近五十次测量每次的位移变化量，比相对变形计算变形量更准确。深入分析了各滑坡降雨量与滑坡位移的关系，地下水位埋深与滑坡位移的关系，为滑坡变形分析以及滑坡防治研究提供了有力的证据。

1　典型滑坡概况

1.1　山阳中学滑坡

山阳中学滑坡位于山阳县城东山阳中学背后斜坡地带，地貌属于三级阶地。滑坡体地层岩性为第四系黏土、粉质黏土，滑面以下为第四系黏土及第三系（古近系＋新近系）砂砾岩。滑动面深度2～6m，滑坡主轴长130m，前缘最大宽度220m，厚5m，体积约4×104 m3。滑向S。属小型浅层堆积层滑坡。威胁到山阳中学全体师生的生命财产安全。目前，该滑坡建立各类监测点3个。深层位移监测孔1个，地下水监测孔2个，建筑物变形监测点4个。

山阳县2001—2014年平均降雨量681mm，最小降雨量为2001年472mm，最大降雨量为2011年954mm。降雨量集中在7、8、9月份，大雨暴雨发生在7、8月份。

作者简介：陶福平（1983—），男，陕西洛南人，工程师，从事水工环境地质灾害研究工作。E－mail：403732845＠qq.com

1.2　紫阳一中滑坡

紫阳一中滑坡位于紫阳县城东侧紫阳一中一带，地貌属于中低山河谷区。滑坡体地层岩性由第四系粉质黏土夹碎石土组成，滑面倾角上陡下缓，滑坡宽100～380m，滑坡长300～420m，滑坡体积约150×104 m3，滑向S。属大型土质滑坡。威胁到紫阳一中和8个企事业单位的群众的生命财产安全。该滑坡有各类监测点10个。其中深层位移监测孔4个，地下水监测孔6个。紫阳县2001—2014年平均降雨量为1022mm，最小降雨量为720mm（2013年），最大降雨量为1482mm（2004年）。

1.3　宁陕小学滑坡

宁陕小学滑坡位于宁陕小学东部斜坡上，滑坡前缘为坡积裙，中、后部为剥蚀为主的陡坡。滑坡长约200m，宽约80m，体积约4×104 m3，属小型堆积层滑坡。威胁767户，4318人，3685间房屋，两所学校和两所医院的人民生命财产安全。该滑坡有各类监测点8个，其中地表裂缝变形观测点3对，深层位移监测孔2个。

宁陕县2001—2014年间最大降雨量为1289mm（2003年），最小降雨量为377mm（2001年），平均降雨量为874mm。

1.4　佛坪关山滑坡

佛坪关山滑坡位于佛坪县县政府后150m山坡上，属袁家庄镇袁家庄村。滑坡体地层岩性为第四系坡、洪积粉质黏土夹碎石土，滑面倾角15°～36°，滑体长220.0m，宽40.0～80.0m，厚1.00～10.0m，体积约6×104 m3。滑向W，属小型堆积层滑坡。威胁260户，1900人，2000余间房屋。该滑坡有各类监测点12个。深层位移监测孔4个，地下水监测孔8个。

佛坪县2001—2014年间最大降雨量为1166mm（2011年），最小降雨量为704mm（2004年），平均降雨量为897mm。

2　典型滑坡专业监测方法

山阳中学滑坡、紫阳一中滑坡、宁陕小学滑坡、佛坪关山滑坡专业监测采用的监测方法主要有滑坡深层位移监测、滑坡地表裂缝监测、地下水位监测等监测项目，监测频次为每季度1次。

自2003年开始，滑坡深层位移监测采用河北省任丘市北方仪器厂生产的一代BF－5515B型智能数显滑动式测斜仪监测。自2007年第二季度以后，佛坪关山滑坡、紫阳一中滑坡、宁陕小学滑坡采用河北省任丘市北方仪器厂生产的二代RQBF－698A型测斜沉降仪监测，山阳中学滑坡采用河北省任丘市北方仪器厂生产的二代BF－668A型数字显示测斜仪监测。

地表位移监测采用钢卷尺测量，地下水位测量采用电测绳测量水位，精确度为1cm，地表位移和地下水位监测频次均为1次/季度。

3　滑坡深层位移变化研究

3.1　山阳中学滑坡

山阳中学只有1个深层位移监测点ZK7，图1为山阳中学滑坡ZK7钻孔深层位移不同深度变化形态图。

山阳中学滑坡ZK7钻孔深层位移监测从2003年7月开始监测，截至2014年12月已经持续监测十一年零五个月，累计位移从2005年12月达到了13.59mm，截至2014年12月累计位移为12.82mm^[1]。自2005年后水平位移先增大，后减小。通过分析滑坡深层位移变形形态，ZK7钻孔在2009年以前主要为滑坡中下部变形，2009—2014年发生的变形为滑坡浅部变形。

3.2　紫阳一中滑坡

紫阳一中滑坡地下深层位移监测结果显示，ZK14钻孔有先增大后减小的现象。ZK3钻孔位移有波动变化持续增大的趋势，但是2009年以后变形速度缓慢。ZK3钻孔深层位移监测结果显示2003—2009年，滑坡下部变形较大，2009—2014年滑坡变形主要为滑坡浅表变形（图2）。

3.3　宁陕小学滑坡

宁陕小学滑坡深层位移钻孔形态变化如图3所示，深层位移监测结果显示宁陕小学滑坡前缘从2004—2014年一直处于位移缓慢增大状态，滑坡后缘在2004—2009年处于位移增大状态，2009年后位移有逐渐减小趋势。滑坡后部趋于稳定，滑坡前部位移不断增大，有进一步滑移的危险。

图1　山阳中学滑坡ZK7钻孔形态（2003年、2009年、2014年）对比图

图2　紫阳一中滑坡ZK14、ZK3钻孔形态变化

3.4　佛坪关山滑坡

佛坪关山滑坡深层位移监测从2003年7月开始监测，截至2014年12月已经持续监测十一年零五个月，4个深层位移监测孔形态变化如图4所示，ZK20、ZK9钻孔形态变化主要发生在2003—2009年，2009—2014年变化量不大。2003—2009年4个深层监测点均显示滑坡位移有缓慢波动增大趋势，2009—2014年4个深层监测点滑坡位移有缓慢波动减小趋势。

图3　宁陕小学ZK14、ZK10钻孔深层位移监测钻孔形态

图4　佛坪关山滑坡ZK20、ZK9钻孔形态变化

4　降雨量与滑坡变形关系研究

降雨是滑坡发生滑移的主要因素，不同机理的滑坡所能承受的临界降雨量是不同的（唐业明等，2012），统计分析不同滑坡历史降雨资料显得非常重要，根据历史变形资料和降雨资料可以得出不同滑坡的降雨引发滑坡变形的临界值。

4.1　山阳中学滑坡

山阳中学滑坡ZK7钻孔位移与降雨量关系如图5所示，降雨量较大时，滑坡位移有增大变化。降雨量监测结果显示该滑坡在年降雨量大于700mm时会出现位移增大趋势。特别是在2003－2005年期间由于降雨量较大，该滑坡位移较大。

图5　山阳中学滑坡ZK7钻孔水位变化与年降雨量关系曲线

4.2　紫阳一中滑坡

紫阳一中滑坡深层位移监测从2003年7月开始监测，截至2014年12月已经持续监测十一年零五个月，紫阳县年降水量与滑坡位移关系如图6所示，可见紫阳一中滑坡深层位移变化与降雨量关系年降雨量大于1000mm时会出现位移增大趋势。

图6　紫阳一中滑坡ZK12监测位移与年降雨量曲线图

4.3　宁陕小学滑坡

宁陕县年降水量与滑坡位移历时曲线如图7所示，分析降雨量与滑坡位移关系，可见宁陕小学滑坡深层位移变化与降雨量关系年降雨量大于1000mm时会出现位移增大趋势。

图7　宁陕小学滑坡ZK14钻孔位移与年降雨量关系曲线图

4.4　佛坪关山滑坡

佛坪县降雨量与关山滑坡位移关系如图8所示，可见佛坪关山滑坡深层位移变化与降雨量关系年降雨量大于1000mm时会出现位移增大趋势。

图8　佛坪关山滑坡深层位移与降雨量曲线图

5　地下水位与滑坡变形关系研究

地下水位变化与滑坡变形密切相关，滑坡变形受地下水变化影响显著，地下水位变化先于滑坡位移，易于监测（王智磊等，2011）。研究地下水位与滑坡位移的关系有着重要意义。

5.1　山阳中学滑坡

将山阳中学滑坡ZK7钻孔多年滑坡位移深层监测结果和水位埋深监测结果对比发现山阳中学滑坡在水位增高时，位移会有增大变化，水位下降时，滑坡位移也有减小变化。说明水位对滑坡的位移有较大影响（图9）。

5.2　紫阳一中滑坡

ZK12钻孔监测结果表明，ZK12钻孔水位从2007—2010年处于上升状态，水位从12.09m上升到9.8m，2010年之后变现为平均水位变化不大，年度变幅较大。

地下水动态监测结果显示该滑坡位移对于水位变化响应较为强烈，大部分水位升高滑坡都有位移增大趋势。ZK12钻孔水位埋深小于9.5m时，滑坡位移有增大趋势（图10）。

图9　山阳中学滑坡ZK7钻孔水位变化与滑坡水平位移关系曲线

图10　紫阳一中滑坡ZK12钻孔水位变化与深层位移曲线图

5.3　宁陕小学滑坡

宁陕小学滑坡ZK14钻孔地下水位动态监测结果（图11）显示，2007年至2014年12月，宁陕小学滑坡水位总体呈上升趋势，平均水位为5.87m，最低水位为9.69m（2007年3月），最高水位为3.7m（2011年6月和2011年9月），近年水位呈上升趋势。该滑坡位移对于水位变化响应较为强烈，ZK14钻孔水位埋深高于5m时，滑坡位移变化明显，滑坡位移受地下水位的影响具有一定的滞后性。

图11　宁陕小学滑坡ZK14钻孔滑坡位移与水位曲线图

5.4　佛坪关山滑坡

佛坪关山滑坡ZK18钻孔地下水位和滑坡位移监测结果如图12所示，2007年至2014年12月，佛坪关山滑坡水位总体呈上升趋势，平均水位为12.89m，最低水位为18.55m（2008年12月），最高水位为4.8m（2014年9月），近年水位呈上升趋势。

图12　佛坪关山滑坡ZK18钻孔深层位移与水位埋深曲线图

佛坪关山滑坡ZK9钻孔地下水位和滑坡位移监测如图13所示，2007年至2014年12月，佛坪关山滑坡水位总体呈上升趋势，平均水位为14.10m，最低水位为21.10m（2009年12月），最高水位为3.4m（2012年6月），近年水位呈上升趋势。

图13　佛坪关山滑坡ZK9钻孔深层位移与水位埋深曲线图

佛坪关山滑坡ZK11钻孔地下水位和滑坡位移监测结果如图14所示，2007年至2014年12月，佛坪关山滑坡水位总体呈上升趋势，平均水位为13.07m，最低水位为26.74m（2007年3月），最高水位为0.2m（2013年6月），近年水位呈上升趋势。

图14　佛坪关山滑坡ZK11钻孔深层位移与水位埋深曲线图

地下水位和滑坡位移监测结果显示佛坪关山滑坡在地下水位升高到一定临界值时，滑坡位移有增大趋势，滑坡位移增大在时间上晚于地下水位升高，时间上有一定的滞后性。

6　结 论

（1）采用了测斜仪监测数据原始测值加和还原了每次监测时的钻孔形态，钻孔形态图显示滑坡变形是不同深度逐渐变形，上部接近地表变形量最大，山阳中学滑坡变形主要是8m以上部分整体变形，紫阳一中滑坡变形随深度减小线性增大，宁陕小学滑坡变形特征为钻孔中下部稳定表层变形，佛坪关山滑坡变形特征为滑坡变形随深度减小线性增加。

（2）不同机理的滑坡所承受的引发滑坡变形的降雨量临界值不同。山阳中学滑坡监测结果显示该滑坡在年降雨量大于700mm时会出现位移增大趋势，紫阳一中滑坡在年降雨量大于1000mm时会出现位移增大趋势，宁陕小学滑坡在年降雨量大于1000mm时会出现位移增大趋势，佛坪关山滑坡在年降雨量大于1000mm时会出现位移增大趋势。

（3）对地下水位和滑坡位移监测结果对比分析，结果显示滑坡位移对于水位变化响应较为强烈，滑坡位移变化滞后于地下水位变化。山阳中学滑坡、紫阳一中滑坡、宁陕小学滑坡、佛坪关山滑坡这4个滑坡在地下水位高于一定临界值时，滑坡位移有增大趋势，位移增大晚于水位升高。由于滑坡位移对于地下水位变化的滞后性，通过地下水位监测预测滑坡位移变化具有一定的实际意义。

参考文献

范立民，何进军，李存购.秦巴山区滑坡发育规律研究［J］.中国地质灾害与防治学报，2004，15（1）：44－48.

李勇.汶川地震对陕南滑坡稳定性的影响［J］.地质灾害与环境保护，2015（2）：27－31.

唐亚明，张茂省，薛强，等.滑坡监测预警国内外研究现状及评述［J］.地质论评，2012（3）：533－541.

陶虹，康金栓.陕西省地质灾害易发性综合评价方法初探［J］.中国地质灾害与防治学报，2008，19（4）：77－81.

王雁林，郝俊卿，赵法锁，等.陕西省地质灾害风险区划初步研究［J］.西安科技大学学报，2011，31（1）：46－52.

王雁林，郝俊卿，赵法锁.地质灾害风险评价与管理研究［M］.北京：科学出版社，2014.

王智磊，孙红月，尚岳全.基于地下水位变化的滑坡预测时序分析［J］.岩石力学与工程学报，2011（11）：2276－2284.

周新民，王雁林.陕西省地质灾害防治现状问题与对策探讨［J］.中国地质灾害与防治学报，2005，16（4）：88－92.

【注释】

[1]陕西省地质环境监测总站.陕南四处滑坡专业监测报告（2014年度）。