gps技术在云阳县滑坡监测中的应用

gps技术在云阳县滑坡监测中的应用

0滑坡监测三峡水库是一座集水区的大型工程。水库高度为185m，库水位为175m，主库长度为660公里，总库体积为383亿3m。三峡库区两岸有数百处大大小小的崩滑体和危岩体。其稳定性较差,有的局部已有明显的变形迹象,在雨季和蓄水升高水位后,可能出现局部或整体性失稳。从2003年8月开始进行三峡水库区重庆市云阳县滑坡的专业监测。首先采用的方法是深部位移监测。于2004年10月增加了GPS地表位移监测。与传统测量相比GPS很容易覆盖更大区域,精度在mm级,连续测量之间所得的结果是连贯的。容易操作,操作员不必是有经验的测量员。观测站之间无须通视,不要求控制网保障良好的几何结构,从而使点位选择灵活。观测时间短,短基线(20km左右),快速定位,其观测时间仅需数分钟。可全天候作业,定位精度高。许多资料表明,在短基线(基线小于20km)其相对定位精度可达1～2×10-6。提供3维坐标。我们希望通过进行变形的周期性观测,了解并掌握崩滑体未来的发展变化趋势和变形破坏机理,以达到预报安全和减灾防灾的目的。本文将以三峡库区云阳县黄泥巴蹬坎滑体为例,介绍GPS的监测情况。2剖面位置及滑体分布黄泥巴蹬坎滑体位于云阳县莲花乡长江支流斜坡上。该变形体在平面上近似三角形,剖面上呈凹形,分布高程135～225m,纵长约450m,前缘宽约650m,滑体平均厚度约30m,面积18×104m2,体积约540×104m3。滑坡发育地层为侏罗系上统遂宁组紫红色泥岩及泥质粉砂岩(图1)。2.1监测方法2.1.1滑坡体变形监测监测设备为QXY-Ⅱ测斜仪。该方法可以监测到滑坡内部的微小变形,从而确定滑坡变形的厚度。并且结合地层情况加以分析判断滑坡的未来变形发展趋势。在滑坡体上布设了2个深部位移监测孔。孔口处各建立1个监测标桩,分布高程为185m、210m,孔深要求穿过滑带进入完整基岩6m终孔。通过对深部位移监测孔不同时间不同深度段变形情况进行监测和数据分析,掌握滑坡立体变形情况。监测频率和时间与GPS监测的观测应相一致,以便两者对比分析。进行地表变形与深部变形关系研究,探索滑坡体的空间变形特征,并对监测数据进行多种渠道的校核。2.1.2地表变形监测监测设备为6台套Trimble4600(另备有3台套Trimble5700)。GPS监测采用静态法,时间为2h。在滑坡体上布设3纵、3横共6条监测剖面(网)。分别在滑坡体内高程180m、210m、230m各布设1条线。于滑坡外稳定地带布设2个GPS地表形变监测基准点。在每条线的滑体内左、中、右部各布设1个GPS形变监测点,共有9个监测点(图2)。使用GPS监测滑坡应注意以下问题:所选觇标必须能反映周围地区的一般特征;应避开树冠、建筑物及其他影响接收卫星信号的障碍物;将滑坡区外的多个观测点列入控制网内,这些点的连续测量,将反映监测装置(包括基点稳定性)的实际可靠性;为了使测量结果更合理,可采用不同的方法在不同时或日进行重复观测,最好用不同的卫星;为防止仪器对中误差,采用强制对中装置。2.1.3地表变形观测我们同时进行了宏观地质巡视和水位调查。巡视和调查包括水平位移、垂直位移、裂缝变形、房屋变形、降雨量、泉水变化、地下水位、库水位、不合理的人类工程活动等。滑坡任何微小的变形,最终必然反映在表象。而通过表象观测则可以验证监测的数据,对滑坡发展的判断起到重要作用。当然,发动当地群众报告滑坡区内各种细微变化也是非常重要和必要的。2.2滑坡gmm有人提出了“双百标准”公式。即只要变形峰值出现日变率大于100mm(水平位移或垂直位移),滑坡即将发生。根据三峡库区水位大幅升高和雨季降雨强度大的特点,目前一般采用日变率40mm为预警预报标准。即在加速变形阶段发出预警预报。2.3gps测量的主要误差GPS测量的主要误差可分为系统误差和偶然误差,表1为GPS测量的误差及它们对距离测量的影响。2.3.1运行状态的确定星历误差可采用同步观测值求差法或轨道松弛法来消除。钟误差一般可由卫星的主控站,通过对卫星钟运行状态的连续监测确定,并通过卫星的导航电文提供给接收机。经钟差改正后,各卫星之间的同步差,即可保持在20ns以内。在相对定位中,卫星钟差可通过观测量求差(或差分)的方法消除。相对论效应则需要厂家在生产卫星钟时降低频率,使其进入轨道后,频率正好为标准频率10.23MHZ。2.3.2减弱多路径效应电离层的影响可利用双频观测、电离层改正模型、同步观测值求差等手段来削弱。对流层的影响可采用改正模型进行削弱。减弱多路径效应的影响措施有:测站应避开大面积平静的水面;测站不宜安置在山坡、山谷和盆地中;测站应离开高层建筑物,在天线中设置抑径板,适当延长观测时间。2.3.3相位中心偏移观测接收机钟的误差可采用钟差模型在观测量的平差计算中统一求解,到接收机的钟差改正;接收机位置误差则采用强制对中装置的监测墩解决;天线相位中心变化生产的误差可以在相距不远的两个或多个观测站上,同步观测同一组卫星,那么便可通过观测值求差,以削弱相位中心偏移的影响。同时安置各观测站的天线时,均按天线附有的方位标进行定向,使之根据罗盘指向磁N极。2.3.4其他误差地球潮汐、负荷潮的影响可通过求解其引起的改正数来消除误差。3地表变形结果2003年8月开始进行深部位移监测。并于2004年10月开始采用GPS地表位移监测。两种监测方式显示,在雨季滑坡容易产生变形,非雨季变形缓慢。滑坡中剖面原在29、30监测点各有1个深部位移监测钻孔。但30监测点于2004年雨季因为地层变形无法下入仪器。同时29监测点下方(离孔1.5m)出现局部横向地面错动,高0.7m、长12～13m。图3为29监测点处钻孔深部13m处变形数据。该处钻孔深22.6m,13.2m以上为粉质粘土:紫红、棕黄色,夹砂、泥岩碎石及砂岩块石。土体塑性中等,干强度中等,光泽中等,土石比6∶4-7∶3。其下为泥岩:紫红色,泥质结构,中厚层状构造,含砂质,偶夹灰绿色砂质团块。13.20～15.70m为强风化层,岩质软。15.70～22.60m为中风化层,岩质硬。深部位移曲线显示平均日变率:非雨季小于0.lmm;雨季小于0.3mm。图4、5、6分别为滑坡体上不同方位的3个监测点(2005年)地表变形曲线图。实线为主滑方向位移(变形)。虚线为高程位移(变形)。由图4、5、6可以看出,5～10月,各监测点变形明显。GPS监测的水平和垂直变形总值均超过100mm。6月和9月加密监测各1次(正常为每月2次),日变率均小于5mm。非雨季平均日变率小于1mm。在巡视过程中,发现有1～5mm长度不等的裂缝、高度不等的局部错台。根据近2a的监测数据分析,深部位移监测、GPS监测和宏观巡视结果吻合。效果令人满意。4gps监测数据GPS进行滑坡监测是一种高效实用的方法。随着GPS定位技术的发展,仪器功能改进、各种解算模型的完善,GPS在滑坡监测中有非常广阔的应用前景。因此,我们满足方便快捷的同时,在