斜坡地质灾害剖面测量方法研究

陈波

（四川省煤田地质局一三七队，四川 达州 635006）

地质灾害是指在地球的发展演化过程中，由各种自然地质作用和人类活动所形成的灾害性地质事件。斜坡地质灾害主要有崩塌、滑坡、泥石流等，它们是地质、地理环境与人文社会环境综合作用的产物。重力是斜坡地质灾害的内在动力，地形地貌、地质构造、地层岩性、岩土体结构特性、新构造活动及地下水等条件是影响斜坡失稳的主要自然因素，而大气降水、爆破、人工开挖和地下开采等人类工程活动对斜坡的变形破坏起着重要的诱发作用。

崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害常使斜坡下的农田、厂房、水利水电设施、交通设施及其他建筑物遭受损害、阻塞交通、毁坏车辆，造成行车事故和人身伤亡事故，给人民群众生命财产和国民经济建设带来严重的危害，极大影响经会经济的发展。为了最大限度的消除或减小这些地质灾害的影响，进行地质灾害防治的紧迫性和重要性是不言而喻的。

地质灾害防治工程是针对自然或人为作用产生的有害地质作用进行防护与治理的工程或措施，与其他建筑工程不同，一般不产生直接经济效益。因此，在实现整治目标的基础上，应尽可能降低治理费用。地质灾害防治工程设计与施工必须遵循地质原则、效益原则、技术原则、目标原则、环境原则、整体优化原则和社会安定原则，根据地质体的破坏机制对症施治，避免忽视地质条件分析和斜坡破坏机制研究或仅从地质条件分析出发而忽视工程技术的可行性。

为科学、合理的进行斜坡地质灾害的勘察和防治方案设计，准确测量斜坡地质灾害体剖面的工作尤其重要。

1 目前剖面测量的主要方法

目前，剖面测量的方法主要归纳为以下几种：

1）使用全站仪进行剖面测量：先测设出剖面线上或剖面延长线的一点，然后在该点上架设全站仪，定向后使用放样功能将全站仪视准轴对准剖面方向，逐点测量出剖面线上各地形特征点、地质点的坐标（图1）。若剖面上有遮挡视线的地形存在时（图2），可先测出A点至剖面终点间各特征点的坐标和A点坐标，再将全站仪架设在A点继续测量A点至剖面起点间各特征点的坐标。这种方法的好处是判断测点是否偏离剖面线的速度快，偏距直观，调整竖立棱镜位置的速度快，精度高。

2）使用RTK进行剖面测量：先架设好RTK基准站，输入测区坐标系统转换参数或利用测区控制网点求取坐标系统转换参数，输入剖面起点和终点坐标，使用RTK内置软件中的剖面测量功能沿剖面线逐点测量各地形特征点、地质点的坐标。这种方法的优点是判断测点是否偏离剖面线的速度快，偏距直观，调整测点的速度快，精度高，但其适用条件是测区地形开阔，卫星信号良好。

3）RTK结合全站仪进行剖面测量：前述两种方法均存在不足之处，第一种方法若剖面上存在遮挡视线的地物时（比如图2中A点为一棵大树）则很难绕过遮挡物在剖面线上确定一点的坐标并架设全站仪，使用第二种方法时若受周围地形限制，测量剖面线上的部分特征点时卫星信号较差难以获取满足精度要求的坐标成果，均造成不能完成剖面测量工作，这时就需要将两种方法结合使用。先用RTK在剖面线上卫星信号良好且便于架设全站仪的地方测设好支站点和测量出部分剖面特征点，再用全站仪测量其余剖面特征点。

4）上述三种方法能完成一般的剖面测量工作且取得良好的效果，但由于地形的限制及斜坡地质灾害体的复杂性、危险性及难于攀登性，经常造成测量作业人员无法在地质灾害体上进行测量，导致前述三种方法均难以完成剖面工作，由此衍生了第四种剖面测量方法，即由具有免棱镜功能的全站仪进行地质灾害体剖面测量工作。从本质上看，这种方法与第一种方法大致相同，区别是测量作业人员无需在地质灾害体上竖立棱镜，对于图1的情况是可以顺利完成剖面测量工作的，但对于图2的情况，由于难以在A点处测设支站点标志和架设全站仪，故难以完成地质灾害体剖面测量工作。

以上第一、第三和第四种方法的共同点是都需要在剖面线上或剖面延长线上架设仪器，而地质灾害体剖面测量往往受地形限制、地质灾害体的复杂性、危险性影响导致难以在剖面线上及其延长线上架设仪器，故这些方法在测量地质灾害体剖面时的实用性很差。

2 地质灾害体剖面测量的实用方法研究

综合上述四种剖面测量方法，本人基于多年测量工作经验和编程解决工作中实际问题的相关知识，研究和实践了能解决地质灾害体剖面测量难题的实用方法，即编程计算与免棱镜全站仪相结合的剖面测量方法。

这种剖面测量的方法不需要在剖面线上或剖面延长线上架设仪器，也不需要在地质灾害体上竖立棱镜或使用RTK，能解决地形的限制、地质灾害体的复杂性、危险性及难于攀登性所造成的剖面测量难题，现详述如下：

1）目标。适应地质灾害体剖面测量的环境，能在可见剖面线范围的任意点架设全站仪，可不在地质灾害体表面上活动，能准确测量地质灾害体剖面。

2）理论基础。见图3，拟测量剖面为AA′，测站可归纳为位于剖面左方（如b2点）、右方（如b点）、剖面上（如b3点）及剖面延长线上（如b1点和b4点）等几种情况，测站坐标及定向点坐标均已有成果（由测区控制点测设），现采用免棱镜全站仪在剖面线附近测出任意一点坐标（剖面线具体位置不明确，只有剖面两端点的坐标），通过数学计算确定该点与拟测剖面的关系：位于剖面线左方或右方的偏距bb′和沿剖面方向的平距Ab′，当偏距bb′为0时该点位于剖面线上，当平距Ab′为0时该点为拟测量剖面的端点A，当平距Ab′为负时或大于AA′时该点位于剖面端点外，根据这些关系数据就能快速测定地形特征点位及地质点位，且保证所测点位于剖面线上。

3）实现方法。架设免棱镜全站仪完成定向后，在估计的剖面线附近测出任意一点坐标，输入计算设备（本人使用的是CASIO fx-9860GⅡ型计算器，外形小巧便于携带，计算功能强大，电力持久，便于野外实时计算），运行结果为剖面线长、沿剖面方向的平距和偏距。根据这些计算所得的点线关系数据迅速调整测点位置，根据调整后的实测坐标再次计算，直至所测点位至拟测剖面线的偏距满足精度要求（我队通常要求偏距≤10cm），依此方法测出剖面线上所有地形特征点和地质点，从而准确的测量地质灾害体剖面。

4）编程思路。采用便于携带、功能强大、电力持久，响应快速的计算器，使用其编程语言，编程时主要设计为三个模块：①输入模块，用于输入剖面两端点的坐标和实测出的任意点的坐标；②计算模块，用于计算点线关系数据；③输出模块，用于显示计算结果，包括剖面线长、沿剖面方向的平距和偏距。

5）程序代码。

本程序代码中：第1～6行为输入模块，由于测量同一条剖面时会反复调用本程序，故第1～4行设计为在程序代码中编辑以避免重复输入，第 5～6行设计为实时输入实测的任意点坐标数据；第 7～12行为计算模块，对所需各过程参数进行计算；第13～15行为输出模块，实时输出成果数据。

6）程序使用方法。①将上述代码输入或导入CASIO fx-9860GⅡ型计算器后（对代码格式稍作修改也可用于CASIO fx-5800等各型计算器及平板电脑等设备），按“ON”键开启计算器；②按“MENU”进入菜单，移动光标到PRGM图标，按“EXE”键进入“Program List””选择本程序名称，按“EDIT”键进入程序代码，将剖面两端点的 X、Y 坐标分别赋值给“A”、“B”、“C”、“D”（图4），按“EXIT”保存和退出；③按“EXE”键运行程序，根据屏幕提示输入实测的任意点的X坐标，然后按“EXE”键输入该点的Y坐标；④按“EXE”键，屏幕显示剖面长度；再按一次“EXE”键，屏幕换行显示该实测点到剖面起点的平距（图5，负值表示该点为剖面前进方向的反方向延长线上的点，小于或等于剖面长度的非负值表示该点为剖面线上的点，大于剖面长度的数值表示该点为剖面前进方向的延长线上的点）；第三次按“EXE”键，屏幕换行显示该实测点到剖面线的偏距（负值为剖面方向的左面，正值为剖面方向的右面）。⑤连续按两次“EXE”键后根据屏幕提示输入下一点的坐标进行计算。

3 地质灾害体剖面测量实用方法的实际应用

2013年7月23日凌晨3点10分，受连续多日暴雨影响，万源市向前广场后山发生山体滑坡，造成两名女童被埋，一人受伤，数间房屋损坏，2217名居民紧急撤离。滑坡发生后，万源市政府立即启动应急抢险预案，我队立即组织精干技术力量奔赴现场进行应急勘察和指导抢险工作。经现场应急勘查得知：该滑坡纵向长约170m，横向宽约210m，初步推测滑体厚度20～30m，方量约30×104m3，已滑方量约3.5×104m3，若继续遭受连续强降雨天气，滑坡有继续向后缘及两侧缘大规模蔓延的可能（图6、7）。

为科学、合理的进行该滑坡的应急勘察和防治方案设计，急需该滑坡表面的地形数据和剖面数据，但现场形势十分严峻，滑坡的后缘、前缘及两侧缘附近地带均非常危险，测站点难以选择在剖面线上或剖面延长线上，也无法使用RTK完成剖面测量工作。

面对上述严峻的测量环境，本人率队的应急勘察测量组立即使用编程计算与免棱镜全站仪相结合的剖面测量方法，安全、迅速、准确的完成了该滑坡剖面测量工作，为该滑坡的应急勘察和防治方案设计提供了急需的测量资料。

4 结束语

编程计算与免棱镜全站仪相结合的剖面测量方法能有效的消除或减弱地形限制的影响，解决由地质灾害的复杂性、危险性及难于攀登性所造成的剖面测量难题；程序代码简洁精干，运行速度快，成果准确，精度优异，便于现场实时使用；能快速、准确的为斜坡地质灾害的勘察和防治方案设计提供所需测量成果数据。这种剖面测量方法经过在多个地质灾害勘察和防治项目中的实际应用，获得了良好的使用效果，为解决地质灾害体剖面测量难题提供了可借鉴的经验和实用方法。

[1] 张有良．最新工程地质手册[M]．北京：中国知识出版社，2006.

[2] 地质矿产勘查测量规范GB/T 18341—2001．中华人民共和国国家标准.中国标准出版社，2009.

[3] 全球定位系统实时动态测量(RTK)技术规范CH/T 2009—2010．中华人民共和国测绘行业标准.测绘出版社.2010.

[4] 工程测量规范GB50026—2007．中华人民共和国国家标准．北京：中国计划出版社，2008.

[5] 张正禄，等．工程测量学[M]．武汉：武汉大学出版社，2005．

[6] 国家测绘局职业技能鉴定指导中心．测绘综合能力[M]．北京：测绘出版社，2009.