滑坡监测(Slope Movement Monitoring)

1 引言

在过去的《边坡工程》课程中【《边坡工程》课程总结】滑坡监测没有作为一个完整的模块来讲授，只是简单地用几句话作了概括。不过滑坡监测是整个边坡工程系统中不可忽视的一部分，在实践的岩土边坡工程中非常重要，因此考虑在以后的课程中把滑坡监测作为一个独立的模块进行讲授，于是在GeotechSet中形成了Prediction of slope failure.txt 这个文档，作为课件准备的开始。

2 滑坡监测技术的进化

总的来说，滑坡监测可以分为地表监测和地下监测。地表监测就是监测边坡表面的移动。这种技术在最近20年已经发生了巨大的变化，从初始的GPS定位发展到现在高精度的三维地面激光扫描仪，能够对整个边坡进行毫米级的监测，参看《地面激光扫描仪(Terrestrial Laser Scanner)在岩土工程中的应用(1)---Rockfall》。

地下监测的其中一种手段是使用倾斜仪(Inclinometer)。但是由于岩石边坡的滑动在大多数情况下受构造控制，岩石裂缝的扩展不如土坡中土移动发生的变化明显。如果不测量坡面上的一些点，可能很难发现随后边坡的移动变化。因此与土边坡相比岩石边坡的运动模式复杂，这会给结果解释带来一定困难，因此在岩石边坡中安装倾斜仪或许不会特别有效，而且在岩石边坡上安装倾斜仪也有可能把套管折弯或折断。另一方面，即使在土边坡中倾斜仪的结果解释也呈现出不确定性。若干年前，在某市中心(downtown) 拟建一座高层建筑，基坑开挖深度16m，由于市区内场地有限不能放坡，只能垂直开挖，邻近一座住宅楼的居民投诉说基坑开挖引起了墙面出现裂缝，于是布置了倾斜仪监测基坑壁的运动情况。按照常理，基坑壁的移动总是向基坑内侧移动的，但让我困惑的是有时监测结果显示土朝着基坑外侧移动，这从常识和土力学的基本理论来说does not make sense。总之，以遥感技术为基础的TLS监测应该大规模岩石边坡的主要监测手段。

3 滑坡监测结果解释

滑坡监测的目的一方面为了及时加固边坡，另一方面为了预警。当稳定边坡的所有努力都失效，而且很明显滑坡是不可避免的情况下，岩土工程师需要预测滑坡发生的时间，以便有足够的时间在滑坡发生之前把人员和设备转移出去，避免人员伤亡和设备损失。最著名的滑坡案例之一是对智利Chuquicamata矿发生大规模崩塌的日期进行了非常准确的预测(Kennedy & Niermayer,1970), 我们将在以后详细介绍这个案例。下图所示的是当时预测的地表位移与时间的关系图。通过先前监测的时间和位移关系，准确地预测出1969年2月18日发生滑坡。

根据测量的位移-时间曲线预测将来的岩土体的变形是岩土工程中经常使用的技术手段，例如在隧道工程中我们使用位移收敛仪测量每日的位移增量来计算收敛率。去年年初，我曾使用这种算法通过计算7天的移动平均死亡数，来预测新冠肺炎疫情的稳定程度。这个模型在去年7月之前是非常有效的，但我们没有预计到疫情的二次爆发。

多年前，我曾经历过一个采准巷道塌落的案例。当时我们每天都使用位移收敛仪测量巷道的变形，然后画出位移-时间变化曲线，虽然可以确定出巷道变形的临界值，但我们最终无法预测出巷道塌落的准确日期。因此，使用这种位移-时间曲线推测的稳定或破坏有时会准确，但大部分情况下很难进行准确的估计。对短期行为使用拟合(例如幂指数拟合或Logistic函数拟合) 可能有效，但对长期行为，由于许多不可预知的因素影响，很难根据先前的数据推断未来的变化趋势。不过曲线的斜率能够定性地显示出变化趋势，提醒我们做出对策。

4 参考文献

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[2] Bauer, A., et al. (2019). Mass movement monitoring using terrestrial laser scanner for rock fall management. Geo-information for Disaster Management. 

[3] Froese, C. R., et al. (2009). "25 years of movement monitoring on South Peak, Turtle Mountain: understanding the hazard." Canadian Geotechnical Journal 46(3): 256-269.

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[5] Bozzano, F., et al. (2014). "A field experiment for calibrating landslide time-of-failure prediction functions." International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences 67(0): 69-77.

[6] Crosta, G. B. and F. Agliardi (2002). "How to obtain alert velocity thresholds for large rockslides." Physics and Chemistry of the Earth 27(36): 1557-1565.

[7] Shimizu, N., et al. (2012). "GPS displacement monitoring system for the precise measuring of rock movements." Harmonising Rock Engineering and the Environment: 1117-1120.

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[9] Kennedy, B.A., and K.E. Niermeyer. (1970) Slope Monitoring Systems Used in the Prediction of a Major Slope Failure at the Chuquicamata Mine, Chile. In Proceedings of the Symposium on Planning Open Pit Mines. P. W. J. van Rensberg, ed., Johannesburg, South Africa, CRC/Balkema, Leiden, Netherlands, pp. 215–225. Amsterdam: Balkema.

[10] Wyllie, D.C. & Mah, C.W. (2004). Rock Slope Engineering in Civil and Mining Engineering. Taylor and Francis Group, London. 4th Edition. 456 pages.

[11] Kennedy, B.A., and K.E. Niermeyer. (1970) Slope Monitoring Systems Used in the Prediction of a Major Slope Failure at the Chuquicamata Mine, Chile. In Proceedings of the Symposium on Planning Open Pit Mines. P. W. J. van Rensberg, ed., Johannesburg, South Africa, CRC/Balkema, Leiden, Netherlands, pp. 215–225. Amsterdam: Balkema.

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