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1、摘 要本文首先阐述了公路滑坡地质灾害的成因及作用机理，对常规的滑坡变形监测方法进行了详细的分析，如沉降监测方法、地面水平位移监测方法、地面三维变形监测方法、数字摄影测量监测方法、测斜仪监测方法等。而GPS监测方法相比普通大地测量方法来说，具有诸多的优势，而且近年来GPS接收机和数据处理软件方面也取得了进一步发展，即GPS静态测量已经能够达到毫米级的精度，这给我们利用GPS进行滑坡监测提供了可能性。然后，论文通过研究几种常用的高程系统及其相互关系,从理论上论证了GPS所测得的大地高的变化同样可以反映滑坡体的垂直运动,得出了GPS定位技术可用于监测滑坡体垂直运动的结论。而且论文还从GPS滑坡监测网
2、网形设计、数据采集与控制、数据处理等方面入手，结合铜黄高速公路滑坡监测的实际监测资料证明采用GPS进行公路滑坡监测能够满足其精度要求。最后论文针对当前GPS公路滑坡监测研究的现状展望GPS变形监测技术的发展趋势。关键词：公路滑坡，变形监测，基线解算AbstractThis article discussed the causes of highway landslide in conventional and mechanism of deformation monitoring method of landslide are analyzed in detail. Such as subsi
3、dence monitoring method, ground level ground displacement monitoring method, the deformation monitoring method, the three-dimensional digital photo-grammetry monitoring methods, surveying slant meter monitoring method and so on. Comparing with general geodetic method, GPS has a great deal of advanta
4、ge. GPS static measurement has already reached the precision of mm, along with the further development of GPS receiver and data processing software, which provides possibility for landslide monitoring using GPS.Then, the paper studies some commonly used vertical system and their relations, theoretic
5、ally proved GPS measured the changes are also can reflect high vertical movement, landslide is obtained GPS technology can be used for monitoring of landslide vertical movement conclusion. And this paper also from GPS landslide monitoring network shape design, data acquisition and control, data proc
6、essing, combined with copper yellow highway landslide monitoring actual monitoring data proved USES the GPS in highway landslide monitoring can meet its accuracy. Final dissertation in view of the current GPS highway landslide monitoring the status quo of the research prospect GPS deformation monito
7、ring technology development trend. Key words: Highway-landslide, Deformation monitoring,Baseline decoding目录摘 要1Abstract1目录31 绪论51.1 国内外研究现状51.2 选题的目的与意义61.3 本文主要研究内容72 公路滑坡简介82.1 公路滑坡基本概念82.2 影响公路边坡稳定性因素92.3 滑坡作用机理102.3.1 发生滑坡的条件112.3.2 滑坡的分类122.4 公路滑坡的危害133 公路滑坡的变形监测143.1 公路滑坡常规监测方法143.1.2 沉降监测方法15
8、3.1.3 地面三维变形监测方法153.1.3.1 全站仪三维变形监测153.1.3.2 三维激光扫描仪变形监测163.1.4 摄影测量监测方法163.1.5 测斜仪监测方法173.2 GPS滑坡监测优势174 GPS公路滑坡三维变形监测研究184.1 GPS技术进行公路滑坡监测的可行性分析184.1.1 GPS测量的平面精度184.1.2 坐标系转换184.1.3 GPS技术监测滑坡体垂直形变的可行性214.1.3.1 几种常见高程系统简介214.1.3.2 几种常见高程系统之间的联系224.1.3.3 滑坡体的垂直变形224.2 GPS测量原理与方法234.2.1 伪距定位法234.2.2
9、 载波相位定位法234.2.3 GPS相对定位244.3 GPS在公路滑坡监测中的实施254.3.1 基准点的选择与坐标测定254.3.2 GPS滑坡监测所采用的高程系统254.4 GPS滑坡监测网的技术设计264.4.1 技术依据264.4.2 GPS滑坡监测网的设计264.4.3 GPS观测的基本技术要求274.5 GPS滑坡监测数据的采集284.5.1 GPS接收机的检验284.5.2 GPS卫星可见性预报284.5.3 GPS外业观测294.6 GPS监测网的数据处理304.6.1 GPS数据处理的准备304.6.2 GPS基线处理324.6.3 GPS网平差344.6.4 GPS滑坡
10、监测基准点稳定性分析365 GPS滑坡监测工程实例分析365.1监测工作概述365.2施测仪器365.3监测依据365.4施测等级365.5施测方法375.6 监测基准网的布设、施测375.7监测单体网385.8基准网监测数据处理与稳定性分析385.9监测点数据处理及精度分析406 总结456.1 本文研究内容总结456.2 GPS变形监测技术展望46致谢46参考文献461 绪论1.1 国内外研究现状国际上对于地质灾害的研究和防治已有百多年的历史。据史料记载，目前世界上可见到的最早关于滑坡的观测记录是瑞士从1880年开始对一个湖岸滑坡的观测，此项观测一直持续到1934年才结束，前后历时55年；
11、美国从1895年开始，到1916年为止，对波特兰德滑坡进行了长达22年的观测。1956年，前苏联学者叶米里扬洛娃就在其所著的滑坡观测技术指南一书中对滑坡位移观测的原理、方法和应用进行了较为系统的总结。由此可见，地质灾害监测手段作为避灾、防灾的重要环节己有悠久的历史。近百年来，地质灾害的监测方法已经从简单的宏观监测方法发展到利用仪器精确地测定灾害地表或地下得变形量。长久以来，地表外部位移监测主要采用经纬仪、水准仪、测距仪、位移计、测缝仪等，这些以大地测量为主的监测方法，具有直观、简单、投入快、监测较为准确等特点，在地质灾害特别是在滑坡灾害监测中发挥了重要的作用。但是，这些常规大地测量监测方法由于
12、人工作业劳动强度高，观测工作易受地形、地物、植被、视距、天气状况等因素的影响，而且作业周期较长等的缺点，使其难以准确、实时的发现灾害变形体的整体变形量。地下内部变形监测主要采用倾斜仪、静力水准、应变计、孔隙水压计、雨量计等，这些仪器具有可获取监测灾害体内部不同变形物理参数、环境因素(地下水、天气等)的特点，但是也存在对变形监测阶段的选择性较强，仪器安装环境的要求相对较高，安装成本较大等缺点。随着现代科学技术的迅猛发展，尤其是空间信息技术、电子信息技术、计算机技术的发展使得以全球定位系统（GPS）、遥感（RS）、地理信息系统（GIS）、电子全站仪为代表的现代高科技技术手段，逐渐成为灾害勘察与监测
13、的重要技术方法，这些现代先进技术，具有全天候性，不受天气、时间和地点的限制，而且人工干预较少，监测精度高，作业周期短的特点。GPS卫星定位技术以其合理的卫星星座框架，强大的服务功能，特别是具有可以实现任何地方、任何时间的全天候定位功能、作业灵活简便、定位精度高等优点，使得GPS技术在国民经济建设各领域的应用研究发展十分迅速，已经从理论研究走向应用阶段。目前，GPS技术已经广泛的应用在地质灾害的监测中，尤其是在公路滑坡灾害监测方面。例如我国己在长江三峡等大型水利水电工程中建立了GPS监测网，用于各种边坡的变形监测，长安大学也先后在108国道、川藏318国道、铜黄高速公路等施工和运营的过程中应用G
14、PS技术进行边坡三维变形监测，为公路建设和运营中的灾害防治提供了科学依据。GPS技术应用于公路滑坡监测，由于点位的选择不受通视条件的限制，因而选点灵活，可以根据监测需要将监测点布设在反映变形体整体变形情况的特征点上。同时，由于GPS具有全天候性，因而可以在任何地点、任何天气和任何时间进行连续监测。而且在监测过程，它主要关注的是两期监测中所求得监测点的坐标之间的差异，而不是监测点本身的坐标。这样两期监测中所含的共同系统误差虽然会分别影响两期的坐标值，但却不会影响所求得的变形量，即在GPS 滑坡监测中，只要天线在监测过程中保持固定不动，天线的对中误差、整平误差、定向误差、量取天线高的误差等并不会影
15、响变形监测的结果。另外，GPS静态相对定位具有很高的定位精度(平面1-3mm，高程3-1Omm)，以及较高的作业自动化程度，使得GPS技术在公路地质灾害监测上有着广阔的应用前景。但是在高精度GPS滑坡监测中, 当监测点较多时，由于每个监测点上都需要安装GPS接收机，造价较为昂贵，极大地限制了GPS技术的应用，并且仅用少量的GPS接收机也无法在监测过程中获得变形体整体的、连续的变形信息。因此，降低GPS监测系统成本，实现对变形体的连续监测，对促进GPS技术在公路地质灾害监测中的广泛应用具有非常重要的意义。针对此问题，香港理工大学的丁晓利教授(1999)提出了“GPS一机多天线监测系统”的思想，即
16、在不改变由于已有GPS接收机结构的基础上，通过一个附加的GPS信号分时器连接开关将多个天线阵列与同一台GPS接收机连接。这样，就可以用一个天线来代替一台GPS接收机，从而大大的降低了GPS变形监测系统的成本。并已成功地研制了GPS一机多天线变形监测系统。该系统不但大大节省了硬件费用，而且自动化程度较高，可自动报警。该系统将微波技术、计算机技术与GPS监测技术相结合，是一项具有国际领先的创新成果，在公路滑坡地质灾害监测中有着广阔的应用前景。1.2 选题的目的与意义滑坡是山区经济建设中经常遇到的一种山体变形现象，它是指斜坡岩土在重力作用下，一般由于改变了坡内一定部位的软弱带的应力状态，或因水和其他
17、物理化学作用降低了该带的强度，以及因振动力或其他作用破坏了该带岩土的结构，使部分岩土失去稳定而沿该带作整体和长期地向下滑动的现象。滑坡一旦发生，就会中断交通、堵塞河道、摧毁厂矿、掩埋村镇，给人民的生命财产造成重大损失。据初步统计，我国每年因滑坡等地质灾害所造成的损失约为200亿元人民币。仅在80年代，在我国西南、西北地区发生的一次性死亡人数在200人以上或者直接造成经济损失在千万元以上的灾难性滑坡事件就有十余起，如1984年新滩滑坡、1989年溪口滑坡和乌江滑坡。近年来，由于国家大力发展基础建设，因人类活动而造成的滑坡事件更是屡见不鲜。而公路作为人类的主要交通运输线之一，它的安全运营直接影响着
18、人类的生命和财产安全。因此，为了确保国民经济发展战略目标的顺利实现，保障人民生命财产安全和社会稳定，必须对公路边坡地质灾害采取可靠、有效的监测措施。目前公路滑坡监测常采用的方法大多为全站仪观测。全站仪观测虽然精度较高, 但是观测工作受地形、地物、植被、视距、天气状况等因素的影响较大。而GPS技术作为一种新兴的大地测量手段，它避免了传统监测方法在公路滑坡监测中的弊端，实现了连续、实时、动态监测，使得监测数据更能表达当前滑坡体所处的状态，并且监测数据能够得到及时地分析和处理，从而实时地评价变形的现状和预测其发展趋势，为灾害发生的可能性分析与预报提供科学依据，这对于处于活跃阶段的滑坡体变形及断层的相
19、对运动监测具有特别意义。1.3 本文主要研究内容本文首先对公路滑坡进行简要介绍，简述公路滑坡的危害。并对当前公路滑坡监测的监测方法进行简要介绍与分析。即沉降监测方法、地面水平位移监测方法、地面三维变形监测方法、数字摄影测量监测方法、测斜仪监测方法等。而GPS监测方法相比普通大地测量方法来说，具有诸多的优势，而且近年来GPS接收机和数据处理软件方面也取得了进一步发展，即GPS静态测量已经能够达到毫米级的精度，这给我们利用GPS进行滑坡监测提供了可能性。然后针对目前GPS用于变形监测的方法、监测的原理、数据处理方法及其存在的问题作简要介绍和分析，并从GPS滑坡监测网网形设计、数据采集与控制、数据处
20、理等方面入手，结合铜黄高速公路滑坡监测的实际监测资料证明采用GPS进行公路滑坡监测能够满足其精度要求。最后针对国内、外GPS滑坡监测研现状展望GPS监测技术的发展方向。2 公路滑坡简介2.1 公路滑坡基本概念公路滑坡是公路两侧地表斜坡上的岩土层在重力作用下，以一个较大的整体，沿着一定的软弱面或软弱带向下滑动的现象。公路滑坡的发生，是斜坡土或岩体平衡条件遭到破坏的结果，其平衡条件为岩或土体重力所产生和侧向滑动分力，等于或小于滑动面的抗滑阻力。公路滑坡的形成和发展的主要原因是因为修建公路开挖形成了人工边坡，破坏了原来岩层的自然条件，再加上一些人为因素或外界条件（降雨、地震等）的影响，是斜坡上的表层
21、受力状态发生变化，进而发生滑坡。滑坡的组成要素主要有以下几种：滑坡体指滑坡的整个滑动部分，简称滑体；滑坡壁指滑坡体后缘与不动体脱离开后暴露在外面的形似壁状的分界面； 滑动面指滑坡体沿下伏不动体下滑的分界面，简称滑带； 滑动面指平行滑动面受揉皱及剪切的破碎地带，简称滑带； 滑坡床指滑体滑动时所依附的下伏不动体，简称滑床； 滑坡舌指滑坡体前缘形如舌状的凸出部分； 滑坡台阶指滑体滑动时由于各段土体滑动速度的差异，在滑坡体表面形成台阶状的错台； 滑坡周界指滑坡体和周围不动体在平原上的分界线； 滑坡洼地指滑动时滑坡体与滑坡壁间拉开成的沟糟，或中间低四周高的封闭洼地； 滑坡鼓丘指滑坡体前缘因受阻力而隆起的
22、小丘； 滑坡裂缝指滑坡活动时在滑体及其边缘所产生的一系列裂缝。位于滑体上或后部多呈弧形展布者称拉张裂缝；位于滑体中部两侧又常伴有羽毛状排列的裂缝称羽毛状裂缝；滑坡体前部因滑动受阻而隆起形成的张性裂缝称鼓张裂缝；位于滑坡体中前部、尤其滑舌部呈放射状展布者称扇状裂缝。 2.2 影响公路边坡稳定性因素公路边坡的稳定性主要受下滑力和抗滑动阻力的影响。并且外界条件的变化随时随地都可以改变公路边坡的应力平衡状态，即影响公路边坡稳定性的因素不是单一的，而是一系列自然和人为因素的综合。一般认为，影响公路边坡稳定性的主要因素包括边坡地表的土石性质、地形、地质构造条件和水的作用等。1边坡地表的土石性质它是指公路边
23、坡表层土石的矿物成分、结构、物理力学性质以及粘土类土的胶体化学性质，这些性质及其变化对边坡的稳定性起着直接的影响作用。边坡岩石的露头部分会因风化作用而产生很多裂隙，岩石很破碎，容易发生滑坡;特别是石灰岩的风化带，岩体较松软，风化物与粘土交混在一起，更容易导致滑坡。这是因为粘土和石灰岩的风化物含有大量的遇水后膨胀物，当粘土浸水膨胀后，大大降低了颗粒间的凝聚力，从而使抗剪阻力减低，边坡稳定性受到破坏;或因风化作用使岩石的强度降低，导致岩体内的可溶性矿物析出，加大了岩体的裂隙，使岩体的抗剪力大大降低，从而产生滑坡。2 地形坡度、高差越大，滑坡位能越大，所形成滑坡的滑速越高。斜坡前方地形的开阔程度，对
24、滑移距离的大小有很大影响。地形越开阔，则滑移距离越大。阔程度，对滑移距离的大小有很大影响。地形越开阔，则滑移距离越大。3地质构造条件地质构造条件是影响边坡稳定性的最重要因素之一，在研究变形观测问题时，应当首先考虑地质构造条件对边坡稳定性的直接影响。例如岩层的倾向和倾角对边坡稳定性影响极大。此外，岩层的裂隙和断层对边坡也有很大的影响作用，当裂隙和断层方向与边坡方向同向时，很容易产生沿裂隙和断层面的滑坡变形。因此，在变形监测设计时应详细了解断层和较大裂隙的分布状况。4水的作用水的作用与边坡稳定性密切相关，边坡土石往往是在水的作用下发生质的变化，形成滑坡变形，造成地表破坏。雨水与地表水的作用雨水是地
25、表水的主要来源，尤其在雨季，一方面冲刷边坡，一方面加大地表径流量并向地下渗水，使边坡上土石的物理性质发生变化，造成边坡稳定性受损。在一定的条件下，地表水和雨水量固定，这样便形成了相对固定的地表边坡状态。而当地表水突然增加时，例如持续暴雨或大型水工建筑物的修建，均会造成公路边坡滑坡的危险。地下水的影响地下水位升高，可使边坡上的土石浸湿，甚至达到饱和状态，这样便会使土石的抗剪强度大大降低。一旦有突变情况使得地下水位上升，即会引发滑坡。此外，由于地下水的作用使岩石浸湿，土的容重增加，加大了下滑力，也可能引发边坡下滑。由河流补给的地下水在边坡中流动时具有较大的动水压力，它可冲起粘土，造成潜蚀，使边坡的
26、稳定性受损;或因水的冲刷作用直接导致边坡失稳。当含水层位于冻土带时，冬季结冰时使含水层冻结形成冰锥，融冰时可发生翻浆现象。这种胀缩作用也会加快边坡破坏，形成滑动变形。5人为因素人类活动同样也可以影响边坡稳定性，例如公路、铁路、水库等设施的修建造成天然岩土层的破坏，影响边坡的原始稳定状态，造成滑坡。另外，违反自然规律、破坏斜坡稳定条件的人类活动都会诱发滑坡。例如：开挖坡脚：修建铁路、公路、依山建房、建厂等工程，常常因使坡体下部失去支撑而发生下滑。例如我国西南、西北的一些铁路、公路、因修建时大力爆破、强行开挖，事后陆陆续续地在边坡上发生了滑坡，给道路施工、运营带来危害。蓄水、排水：水渠和水池的漫溢
27、和渗漏，工业生产用水和废水的排放、农业灌溉等，均易使水流渗入坡体，加大孔隙水压力，软化岩、土体，增大坡体容重，从而促使或诱发滑坡的发生。水库的水位上下急剧变动，加大了坡体的动水压力，也可使斜坡和岸坡诱发滑坡发生。支撑不了过大的重量，失去平衡而沿软弱面下滑。尤其是厂矿废渣的不合理堆弃，常常触发滑坡的发生。综上所述，影响边坡稳定性的因素是众多的、复杂的。因此，在进行变形监测设计和变形分析时，应全面考虑当地的历史条件、地质条件、地形地貌条件和水文条件等，进行综合研究，才能得出正确的研究结果。2.3 滑坡作用机理公路边坡是一个地质体，其滑动面一般都是由地质上的构造软弱面所组成的，它决定了滑坡体的几何形
28、状、受力条件、岩石或土的抗变形能力即抗剪强度等。公路边坡受到一定的外力干扰后开始蠕变，初期变形速率较慢，至一定的时期后，速度加快，增加至一定程度后，如果公路边坡的制约条件较强，则公路边坡的蠕变会逐渐变缓，最后趋于稳定。但是若公路边坡滑动的约束条件不够强，则蠕变速度达到一定程度后就将产生突变，导致滑坡的发生。2.3.1 发生滑坡的条件1 滑坡产生的基本条件 产生滑坡的基本条件是斜坡体前有滑动空间，两侧有切割面。例如中国西南地区，特别是西南丘陵山区，最基本的地形地貌特征就是山体众多，山势陡峻，沟谷河流遍布于山体之中，与之相互切割，因而形成众多的具有足够滑动空间的斜坡体和切割面。广泛存在滑坡发生的基
29、本条件，滑坡灾害相当频繁。从斜坡的物质组成来看，具有松散土层、碎石土、风化壳和半成岩土层的斜坡抗剪强度低，容易产生变形面下滑；坚硬岩石中由于岩石的抗剪强度较大，能够经受较大的剪切力而不变形滑动。但是如果岩体中存在着滑动面，特别是在暴雨之后，由于水在滑动面上的浸泡，使其抗剪强度大幅度下降而易滑动。降雨对滑坡的影响很大。降雨对滑坡的作用主要表现在，雨水的大量下渗，导致斜坡上的土石层饱和，甚至在斜坡下部的隔水层上击水，从而增加了滑体的重量，降低土石层的抗剪强度，导致滑坡产生。不少滑坡具有“大雨大滑、小雨小滑、无雨不滑”的特点。地震对滑坡的影响很大。究其原因，首先是地震的强烈作用使斜坡土石的内部结构发
30、生破坏和变化，原有的结构面张裂、松弛，加上地下水也有较大变化，特别是地下水位的突然升高或降低对斜坡稳定是很不利的。另外，一次强烈地震的发生往往伴随着许多余震，在地震力的反复振动冲击下，斜坡土石体就更容易发生变形，最后就会发展成滑坡。2 滑坡产生的主要条件滑坡产生的两个主要条件是：一是地质条件与地貌条件；二是内外营力和人为作用的影响。地质条件与地貌条件主要与下列因素有关岩土类型：岩、土体是产生滑坡的物质基础。一般来说，各类岩、土都有可能构成滑坡体结构松散，抗剪强度和抗风化能力较低，在水的作用下其性质能发生变化的岩、土，如松散覆盖层、黄土、红粘土、泥岩、凝灰岩、板岩、页岩、煤系地层、片岩、千枚岩等
31、及软硬相间的岩层所构成的斜坡易发生滑坡。 地质构造条件：组成斜坡的岩、土体只有被各种构造面切割分离成不连续状态时，才有可能向下滑动的条件。同时，构造面又为降雨等水流进入斜坡提供了通道。故各种节理、缝隙、层理面、岩性界面、断层发育的斜坡，特别是当平行和垂直斜坡的陡倾构造面及顺坡缓倾的构造面发育时最易发生滑坡。地形地貌条件：只有处于一定的地貌部位、具备一定坡度的斜坡，才可能发生滑坡。一般江、河、湖(水库)、海、沟的岸坡，前缘开阔的山坡、铁路、公路和工程建筑物的边坡和坡度大于10度，小于45度，下陡中缓上陡、上部成环状的坡形都是易发生滑坡的有利地形。水文地质条件：地下水对活动在滑坡形成中起着重要作用
32、。它的作用主要表现在：软化岩、土，降低岩、土体的强度，产生动水压力和孔隙水压力，潜蚀岩、土，增大岩、土容重，对透水岩石产生浮托力等。尤其是对滑坡带的软化作用和降低强度作用最突出。 就内外营力和人为作用的影响而言，地壳运动的地区和人类工程活动的频繁地区是滑坡多发区，外界因素和作用，可以使产生滑坡的基本条件发生变化，从而诱发滑坡。主要的诱发因素有：地震、降雨和融雪、地表水的冲刷、浸泡、河流等地表水体对斜坡坡脚的不断冲刷；不合理的人类工程活动，如开挖坡脚、坡体上部堆载、爆破、水库蓄或泄水、矿山开采等都可诱发滑坡。此外，还有如海啸、风暴潮、冻融等许多作用也可诱发滑坡。2.3.2 滑坡的分类为了更好地对
33、滑坡的认识和治理，需要对滑坡进行分类。但由于自然界的地质条件和作用因素复杂，各种工程分类的目的和要求又不尽相同，因而可从不同角度进行滑坡分类。迄今为止，国内外滑坡分类的方案很多。本文只根据滑坡的诱发因素来分类。触发滑坡的因素是多种多样的。降雨和地震是最常见的滑坡灾害的诱因，人类的工程活动也是导致滑坡的重要原因，总结起来总共有四大类型：天然边坡、工程边坡、地质环境边坡和水环境边坡。1 天然边坡在天然边坡中发生的山体滑移，通常没有人类活动、降雨、地震等明显的触发因素。此类滑坡多呈现渐进性破坏特征。触发天然边坡滑坡的主要因素为滑带土由峰值强度向残余强度的过渡。1983年3月17日17时45分发生于甘
34、肃洒勒山的滑坡是一个典型的实例。 在高山峻岭中通过的河道通常为滑坡提供了理想的临空面。因此在天然边坡的滑坡中，河道滑坡占了相当大的比例。 2 工程边坡工程开挖和填筑是导致滑坡的两大主要原因。岩土体中存在各种各样的裂隙，一般来说，未被扰动前岩土体是稳定的。工程开挖导致原岩土体中应力平衡的破坏，从而使某一可能滑动面的抗滑力小于滑动力而滑动。而填筑边坡的失稳主要是由施工速率过快导致的。如果施工速率过快，则孔隙水压力无法及时消散，导致有效应力可能随荷载的增长而同步增长，因而诱发滑坡。3 地质环境边坡将滑坡与工程地质环境直接有关的边坡称为地质环境边坡 。包括地震诱发的滑坡和古滑坡体和堆积体边坡，另外还有
35、由黄土、膨胀土等特殊土构成的特殊土边坡。4水环境边坡水是诱发滑坡的主要因素，大致可以分为暴雨触发的滑坡、水库水位骤降诱发的滑坡及泄洪雨雾引起的滑坡等。2.4 公路滑坡的危害我国幅员辽阔，有70%的地区地质、地理条件十分复杂，滑坡分布尤为广泛，西南、西北、华东、中南和华北的山区、丘陵以及黄土高原地区都有大量滑坡分布，亦是世界上受滑坡危害比较严重的国家之一。很早以前史书上就有“山崩堵江”，“移山湮谷”，“地移淹村”的详细记载。历次山区地震中几乎都有崩塌、滑坡造成的灾害。1978年6月11日10时，在陕西省蓝田县敬家村发生了一次黄土大滑坡，滑体长210m宽50m，高90m，体积约百余万m滑坡在瞬间发
36、生，使44户住房被掩埋$毁坏，人民财产遭受到很大的损失。由于这次滑坡过程有明显的短临前兆：地面普遍上拱隆，形成大小的土丘“膨胀包” ；滑坍前56天泉水突然干涸；深井在滑坍前几天翻花冒泡的现象。因此，事先有所提防，人身伤亡较少。滑坡在公路建设和运输中的危害性亦甚大。对桥梁和隧道都造成过危害，给山区建设和公路的运营维修带来严重的影响。在解放以前对滑坡灾害仅仅是记述而已，很少研究其发生发展的规律和整治方法。那时修建的公路，大都分布在平原，地形地质条件比较简单。即使偶尔有塌方和滑坡也未引起人们重视。新中国成立以后，随着社会主义建设事业的发展，大力开发山区经济，修建山区公路，使得公路滑坡对公路建设和运营
37、的影响也越来越大。例如1987年7月，陕西白河县冷厚路的木兰沟处发生大暴雨后引发崩塌性滑坡，滑坡体积达10.2万立方米，将一座跨径二十米的石拱桥推毁。滑坡舌将冷水河拦腰堵截，河水淹没了几十亩农田。持续两年多以来，坡体不间断的滑泻，使公路长期处于时通时阻的局面。再如2001年316国道兰滩段发生了滑坡体积总量高达32万立方的巨型滑坡，使400米的国道被毁。据统计1981至1990年我们每年用于治理滑坡耗资5万元以上，1990年以来，更是每年仅用于清除滑坡抢修费30万元以上。滑坡对公路交通运输的危害主要表现在以下几方面：1 破坏线路、中断行车缓慢移动的滑坡常常造成路基和线路上拱、下沉、外挤、挡墙变
38、形及侧沟破坏。滑坡一旦滑下，则掩埋路基、摧毁线路设备。路基部分或整体滑动的路堤滑坡使线路悬空，难以修复。2 桥梁墩台推移，隧道摧毁3 肇成行车事故，人身伤亡严重4 中断交通运输，影响国计民生滑坡除了直接破坏线路、路基、桥梁、隧道外，还有一种间接破坏，就是为泥石流提供了物质来源。几乎所有的泥石流沟的上流补给区都是崩塌滑坡的活动区。特别当滑坡阻断沟中水流形成“滑坡坝”和“滑坡湖”时，一旦水位抬高，产生溃坝时，就形成了强大而急剧的泥石流，其危害性更大。5 增加基建投资，加大维修费用 滑坡除了破坏工程设施和中断运输造成的直接损失外，为整治它常常要增建排水、支挡、减重等大量工程，不仅增加了基建投资，而且
39、增加了维修费用。因此建立有效的公路滑坡监测手段是非常有必要的。3 公路滑坡的变形监测3.1 公路滑坡常规监测方法公路滑坡地表位移监测通常需要综合多种方法进行观测，这样可克服应用单一方法进行变形监测的不足和局限性。经常采用的变形监测方法包括常规精密大地测量方法、摄影测量方法、测斜仪法等。常规精密大地测量方法就是采用常规的大地测量仪器测量方向、角度、边长和高差等进行变形监测方法的总称。常规精密大地测量法使用的仪器主要有光学经纬仪、光学水准仪、电磁波测距仪、电子经纬仪、电子水准仪、电子全站仪等。摄影测量方法包括传统的近景摄影测量和地面立体摄影测量以及现代的数字地面近景摄影测量方法。测斜仪法利用测斜仪
40、测量岩层或土层内部水平位移的方法，其原理为通过测斜仪量测仪器轴线与铅垂线之间夹角的变化量，进而计算出滑坡体内各岩层或土层的水平位移量。3.1.1 地面水平位移监测方法利用常规精密大地测量方法进行水平位移监测时，首先在待监测区域外建立一平面控制网，然后再使用精密测距仪、电子经纬仪或电子全站仪进行观测，以获取滑坡平面位移监测的参考基准。平面控制网一般包括基准网、校核网、监测网。控制点分为基准点、校核点、工作基点、监测点等，为了保持点位的稳定性，均需要建造一定尺寸的钢筋混凝土墩标。在观测时，首先应当对基准网进行观测，以判定基准网稳定的情况，然后再通过对监测点的多期观测，计算监测点的坐标变化量，进而分
41、析监测点的滑移量、滑移方向、滑移速度等。常规精密大地测量方法测量精度高，观测量通过组网，可以进行测量结果的校核与精度评定;该方法灵活多变，适用于不同形状、不同精度要求和不同外界条件的滑坡监测。3.1.2 沉降监测方法通常用精密水准测量方法对滑坡进行垂直位移监测，又称沉降观测，该方法属于一维变形测量。根据监测精度要求不同，通常采用一等水准测量或二等水准测量的精度要求进行。进行沉降监测时一般是须设置基岩标，作为地面沉降观测的基准点，再在沉降地域布设沉降观测点，以一定周期重复进行水准测量，经过多期水准测量和地面沉降观测资料的分析研究，计算出各沉降观测点的各期沉降量、累计沉降量、沉降速率等数据，从而为
42、沉降区域的治理提供科学依据。3.1.3 地面三维变形监测方法3.1.3.1 全站仪三维变形监测目前全站仪短边三角高程测量可以代替水准测量，因而可以利用全站仪对滑坡进行三维变形监测。特别是有着“测量机器人”之称的自动全站仪，内置中央处理器、存储器、CCD相机和步进电机，能对合作目标自动识别、锁定跟踪、自动观测和记录，从而实现变形测量的自动化和智能化，其测角精度可以达到士0.5，测距精度可达到士 (1mm+1ppm)，测站局部坐标系统的测量精度可达到毫米级，极大地提高了变形测量的效率和精度，在滑坡监测、大坝变形监测等方面都得到应用。3.1.3.2 三维激光扫描仪变形监测目前，在变形监测、文物保护等
43、方面也应用三维激光扫描仪。三维激光扫描仪的工作原理是通过旋转式镜头的中心发射激光，当激光接触到物体立刻被反射回扫描仪，于是反映仪器与物体之间距离的数据被测量并记录下来，再根据旋转镜头在竖直方向的旋转角度与激光扫描仪的水平旋转角度，即可获得每一个测点的三维坐标。三维激光扫描仪的测距范围从350米(4%的目标反射率)、800米(20%的目标反射率)，甚至到1500米(SO%的目标反射率)。数据采样率在2000点/秒，点定位精度(模型化)可达3二。利用三维激光扫描仪进行滑坡监测，一定范围内可取代传统的测量过程。三维激光扫描仪测量速度快，采集信息量大，可以形成滑坡体的点云图，进一步可生成尺寸精确的滑坡
44、体CAD模型，使滑坡体的变形分析更加形象直观。3.1.4 摄影测量监测方法摄影测量方法包括近景摄影测量和地面立体摄影测量方法。此种方法的测量方式较多。比如，利用普通相机或数码相机照相，然后输入计算机中先进行像点量测，再通过程序计算获取三维坐标，根据坐标判断形变；或者用专用量测相机对滑坡监测范围进行拍摄，并构成立体像对，结合坐标量测仪量测出观测点的像坐标，然后通过坐标法测定地面变形。与其他变形监测技术相比较, 近景摄影测量的优点是: 可在瞬间精确记录下被摄物体的信息及点位关系; 可用于规则、不规则或不可接触物体的变形监测; 相片上的信息丰富、客观而又可长期保存, 有利于进行变形的对比分析; 观测
45、人员无需到达观测现场，且观测站点也不要求绝对稳定，只要取景理想即可。但是，该方法仍然会受到天气状况的影响，并且位移监测的绝对精度较低。 监测工作简便、快速、安全。近几年发展起来的数字摄影测量技术, 使用了高质量数字摄影机和高分辨率的量测仪器，摄影测量的点位测定精度与以前相比得到了显著提高，在建筑物及滑坡等变形监测中得到了成功的应用, 并显示出良好的应用前景。此外, 空中摄影测量技术亦在较大范围的地面变形监测中得到了应用。但由于摄影距离不能过远, 且大多数的测量部门不具备摄影测量所需的仪器设备, 摄影测量技术在变形监测中的应用尚不普及。3.1.5 测斜仪监测方法测斜仪法常用来测量滑坡体内部水平位
46、移量，其测量原理即通过测斜仪量测仪器轴线与铅垂线之间夹角的变化量，进而计算出滑坡体内岩层的水平位移量。应该注意的是，只有当埋设好的测斜管的轴线是铅垂线时，水平偏差才是对应的水平位移值，但要将测斜管的轴线埋设成铅垂线几乎是不可能的，测斜管埋设好后，总有一定的倾斜和挠曲。因此首次测量值只能作为初始值，其后所得测量值与首次测量值的差值才是各个测段的水平位移值。目前钻孔测斜仪由于监测深度大、监测点连续性好及监测可靠性高，己广泛应用于各种滑坡体内部水平位移的量测。3.2 GPS滑坡监测优势目前，大多数的滑坡灾害监测系统都是以监测变形为主。对于公路高边坡三维变形监测，其主要内容为水平变形和垂直变形的监测。
47、目前监测地表位移变化的主要仪器有经纬仪、位移传感器、加速度传感器、激光仪等，利用这些常规仪器很难监测出地表位移的实时变化量，并且这些常规仪器都需要人工定期到滑坡现场去采集数据，使得数据缺乏实时性，不能真实的表现滑坡所处的状态。尤其是滑坡临发阶段，人员到现场监测有很大的危险性。GPS技术作为一种新兴的大地测量手段，它具有如下优点： 可以实现三维大地测量； 作业简单方便； 具有测站间无需通视； 能同时测定点的三维位移； 不受气候条件的限制，能全天候观测； 易于实现全系统的自动化，可消除或削弱系统误差的影响和可直接用大地高进行垂直形变测量。此外，由于GPS具有有连续观测的特点,可以对观测目标进行连续
48、、实时和动态的监测, 在实现安全监测的自动化方面有非常广阔的前景。特别是在滑坡监测中，主要关注的是两期监测中所求得监测点的坐标之间的差异，而不是监测点本身的坐标。这样两期监测中所含的共同系统误差虽然会分别影响两期的坐标值，但却不会影响所求得的变形量，即在GPS 滑坡监测中，只要天线在监测过程中保持固定不动，天线的对中误差、整平误差、定向误差、量取天线高的误差等并不会影响变形监测的结果。同样GPS 监测网中的起始坐标误差，数据处理中所用的定位软件本身的不完善以及卫星信号在大气层中的传播误差中的公共部分的影响也可得以消除或削弱，大大提高GPS变形监测精度。6 总结6.1 本文研究内容总结公路滑坡地质灾害分布范围广、发生频繁，形成和发生机理复杂多变，是危害最为严重的主要地质灾害之一。它极易造成交通中断，对公路
