监控量测及探地雷达在安全评估中的应用探讨

监控量测及探地雷达在安全评估中的应用探讨

胡翌刚1刘金伟2

1.湖南省交通建设质量安全监督管理局，湖南长沙，410116；2.湖南省核地质调查所，湖南长沙，410000

摘  要

地质安全评估对于保障各类工程的安全建设和运营至关重要。通过结合施工检测和监测，可以实现更精准、全面的地质安全评估，降低工程风险，保障人员安全，优化工程设计。本文详细讨论了如何在地质安全评估中结合施工检测和监测，主要涉及地质安全评估与监控量测的结合、探地雷达在地质灾害评估预测中的应用、各类地质灾害预测分级以及防治措施等方面。文章强调了实时监测数据在地质安全评估中的重要性，以及如何利用这些数据预测和预警可能发生的地质灾害，以保障工程安全和人员安全。

关键词：监控量测；探地雷达；安全评估；防治措施

引言

地质安全评估在各类工程的施工建设和运营中具有重要意义。通过结合施工检测和监测，我们可以实现对地质条件的实时监测和预警，从而降低工程风险，保障人员安全，优化工程设计。本文将详细讨论如何在地质安全评估中结合施工检测和监测，主要涉及以下几方面：1、地质安全评估与监控量测结合；2、探地雷达在地质灾害评估预测中的应用；3、各类地质灾害预测分级；4、防治措施。1 地质安全评估与监控量测结合

1.1监测与检测手段

1.1.1地质条件分析与岩性检测

地质条件分析与岩性检测是地质安全评估的基础，通过对地质条件的深入了解，可以确定岩土体的稳定性、潜在的地质灾害等，通过检测地层的岩性，如岩石的成分、结构和物理性质，可以了解地层的力学特性和稳定性。这对于边坡设计、隧道开挖和地基处理等具有重要意义，监控量测则可以对地质条件的变化进行实时监测，提供实时的数据反馈，为地质安全评估提供有力的支持。主要包括地面调查、钻探、物探、遥感等技术。这些技术可以对地质结构、岩土性质、地下水状态等进行详细调查，为后续的地质灾害评估提供数据支持。

1.1.2岩土力学参数获取

岩土力学参数的获取是地质安全评估的重要环节，这些参数对于预测岩土体的变形、稳定性等具有重要意义。监控量测可以实时监测岩土体的变形情况，为获取更准确的岩土力学参数提供数据支持。

1.1.3变形监测

变形监测是监控量测的重要内容，通过对建筑物的沉降、位移等进行实时监测，可以及时发现并预警潜在的安全隐患。同时，这些监测数据也可以为地质安全评估提供重要依据。通过对岩土体的位移进行监测，可以及时发现异常位移，评估其可能对工程安全造成的影响。例如，在边坡和隧道等工程中设置位移监测点，能够及时预警滑坡和塌方等地质灾害。

1.1.4地下水状态监测与检测

地下水状态对于地质安全具有重要影响，通过地下水状态的实时监测，可以了解地下水位的变化、水流的方向等，为地质安全评估提供数据支持。同时，地下水状态的变化也可能预示着地质灾害的发生，如滑坡、泥石流等。通过检测地下水位、水质和水动力条件，可以评估其对边坡和隧道等工程结构的影响，并为地基处理和水文环境保护提供依据。

1.2地质灾害预警与评估

1.2.1地质灾害预警

地质灾害预警是地质安全评估的重要目标之一，通过对地质条件、岩土力学参数、变形监测和地下水状态等的综合分析，可以预测可能发生的地质灾害，并及时发出预警。监控量测在这方面发挥着重要作用，通过对各种监测数据实时收集整理分析，能及时发现异常情况，为地质灾害预警提供依据。结合施工检测和监测数据，可以分析并预警可能发生的地质灾害，如滑坡、泥石流和地震等。通过建立地质灾害预警系统，能够降低灾害造成的损失，保障人员安全。在地质安全评估过程中，对地质灾害进行全面评估是关键环节，通过结合监控量测数据，评估这些灾害发生的风险等级，以及可能对工程设施产生的影响。风险等级的确定有助于指导施工决策，以便在灾害发生前采取有效的预防措施。

1.2.2施工影响评估

施工活动可能对地质环境产生影响，如挖方、填方等。通过监控量测，可以对施工活动的影响进行实时监测，及时发现并解决可能出现的安全问题。同时，监控量测的数据也可以用于施工影响评估，为施工活动的安全性提供保障。

1.2.3安全风险评估

安全风险评估是地质安全评估的重要环节之一，通过对各种可能影响安全的因素进行综合分析，可以对项目的安全性进行全面评估。监控量测可以提供实时的数据反馈，帮助及时发现并解决存在的安全隐患，为项目的安全性提供有力保障。

1.3监控量测系统建立与数据分析

1.3.1监控量测的需要

监控量测是一种通过测量地表或地下的物理参数（如位移、应力、温度等）来监测地质环境变化的技术。这些参数的变化可能预示着地质灾害的发生，如地震、滑坡、地面塌陷等。通过对这些参数的长期监测和分析，可以预测地质灾害的可能性和规模，从而为防灾减灾提供科学依据。

在建立监控量测系统时，应充分考虑各种因素，如系统的稳定性、可靠性、精度等。同时，还应考虑到实际应用中的各种问题，如输入、存储、备份等。此外，为了确保数据的准确性和可靠性，还应定期对系统进行校准和维护。

1.3.2监控量测数据分析及预测

数据分析与预测是监控量测的重要内容之一，通过对收集到的数据进行深入分析，可以对未来的趋势进行预测。这些数据可以为地质安全评估提供重要依据，帮助预测未来的安全性状况。

2 探地雷达在地质灾害评估预测中的应用

2.1探地雷达介绍

探地雷达(GPR)是一种无损、快速、高效的地球物理探测方法，广泛应用于地质勘探、考古、环境监测、城市规划等多个领域。通过探地雷达，我们可以获取地下土壤湿度、地下水位、岩石类型、地质构造、土壤电阻率、地下管线分布、建筑物基础以及土地利用历史等多方面的信息，对前方的地质情况做出准确评估。例如，通过探地雷达可以发现地下的空洞和裂缝，这些地方可能会发生塌陷或滑坡。

2.2理论基础

2.2.1三振相

瞬时相位、瞬时频率和瞬时振幅被称为三振相。

图1  单道波形图

2.2.2相位

如图1所示对于一个垂直的单道波形来说，右边的峰尖为波峰，左边的峰尖为波谷，就表述出了波形的相位，对于探地雷达这样利用电磁波的反射原理来进行探测的设备，地下不同介质的接触面都会至少有一个完整的反射信号周期，即至少有一个波峰和波谷

2.2.2振幅

如图一所示，“A”处的红标线的长度表示出了此处信号峰值的大小，即振幅的大小，“A”处的红标线的长度越长，表示此处反射信号越强，波谷的振幅幅值为负值，波峰的振幅幅值为正值，这个振幅幅值没有单位，有时可以用电压值来表示。

2.2.3频率

如图一所示，”B”处的红标线的长度(也即波长宽度)表示出了此处信号的频率的高低，如果越长，则此处的信号频率越低，越短，则此处的信号频率就越高。

2.3典型图谱

2.3.1断层破碎带

断层破碎带的信号一般呈现不均匀的低频和中频特征，信号频率在断层破碎带的位置急剧变化，没有规律性，同相轴不连续，存在错段，呈带状区域化杂乱分布，信号的振幅较强。图2显示了。如图2中的。

图2  断层破碎带

2.3.2富水带

富水带的电磁波信号一般表现为均匀的低频信号，电磁波信号快速变低，同相轴连续均一，呈层面状反射，信号振幅强，且有多次震荡，如图3所示：

图3  富水带

2.3.3岩溶

通常，富含水分的地区会产生均匀的低频电磁波信号，这些信号会迅速降低，并且其同相轴保持连续和一致，形成层次性的反射。此外，这些信号的振幅较大，并且会经历多次的振荡，如图3展示的那样。通常，裂缝的两侧边缘的信息非常接近，仿佛经历了多次的振动，然而，岩石的两侧边缘的信息则有着明显的距离（取决于其规模大小），详细情况请参见图4。

图4  岩溶（非填充性）

岩溶(充填型)：对于充填型的岩溶来说，其电磁波反射信号表现出来的是均匀的低频信号，频率有规律的急剧变化，同相轴较为连续、规则，波形均一，信号振幅强，且存在多次震荡信号，当然也存在规模大于测试面(如图5)和小于测试面(如图6)的情况：

图5  岩溶（填充性大于测试面）          图6  岩溶（填充性小于测试面）

3各类地质灾害预测分级

3.1工程建设中、建设后可能引发或加剧地质灾害危险性预测评估

3.1.1滑坡

根据滑坡危险性预测评估分级（表1-1），工程建设对滑坡稳定性影响，引发或加剧滑坡的可能性，危害程度，危险性。

表1-1  滑坡危险性预测评估分级

3.1.2崩塌

根据表1-2，工程建设活动对崩塌（危岩）稳定性的影响，引发或加剧崩塌的可能性，危害程度，危险性。

表1-2  崩塌（危岩）危险性预测评估分级

3.1.3泥石流

地形条件决定了建设工程不易引发泥石流灾害的发生，根据表1-3，预测评估工程建设引发、加剧泥石流的可能性，危害程度，危险性。

表1-3  泥石流危险性预测评估分级

3.1.4地面塌陷

根据采空塌陷危险性预测评估分级（表1-4）。根据岩溶塌陷危险性预测评估分级（表1-5），工程建设在岩溶塌陷影响范围外，引发或加剧岩溶塌陷的可能性，危害程度，发育程度，危险性等级。

表1-4  采空塌陷危险性预测评估分级

表1-5  岩溶塌陷危险性预测评估分级

3.1.5地裂缝

根据地裂缝危险性预测评估分级（表1-6），引发不均匀沉降的可能性，危害程度、发育程度、危险性等级。

表1-6  地裂缝危险性预测评估分级

3.1.6地面沉降

根据地面沉降危险性预测评估分级（表1-7），工程活动引发地面沉降的可能性，危害程度、发育程度、危险性等级。

表1-7  地面沉降危险性预测评估分级

4 防治措施

4.1地质灾害防治原则

地质灾害防治的根本目标是为了最充分的减灾效果，保证建设工程的安全稳定运行，地质灾害防治应遵循以下原则：

4.1.1预防为主的综合防治原则

对地质灾害进行早期的预测，并采取相应的预防措施，彻底根治灾害可能造成的危害。

4.1.2防治地质灾害与工程建设相结合的原则

地质灾害防治与建设工程环境治理结合起来，并且把地质灾害防治纳入工程建设规划，工程建设的同时进行地质灾害治理，可以取得一举两得的效果。

4.1.3技术上可行、经济上合理的原则

地质灾害防治措施在现有的技术手段和方法上是可行的，有明显的防治减灾效果，且在经济上与社会发展水平相适应。

4.2地质灾害防治分区

根据评估区地质灾害危险性评估结果，将评估区地质灾害防治全部划为一般防治区，一般防治区为地质灾害危险性小区。

4.3地质灾害防治措施

使用阶段：建立地质灾害巡查检查和预警机制，做好场地排水设施，应设专人传讯、监测天气及气象情况，加强与气象部门的联系，密切注意大气变化，防止雨水浸泡、冲刷造成填方部位下沉，减少发生对人员、工程设施的危害。

结语

本文主要讨论了监控量测及探地雷达检测在地质安全评估中的应用。地质安全评估是保障各类工程安全建设和运营的关键环节，通过结合施工检测和监测，可以实现更精准、全面的地质安全评估。文章主要涉及以下方面：地质安全评估与监控量测结合的具体手段，如地质条件分析与岩性检测、岩土力学参数获取、变形监测和地下水状态监测与检测；监控量测在地质灾害预警与评估中的作用；探地雷达在地质灾害评估预测中的应用；各类地质灾害预测分级及防治措施。监控量测在实时监测地质条件变化、岩土体变形、地下水位及水流方向等方面发挥着重要作用，为地质安全评估提供数据支持。同时，文章还讨论了探地雷达在地质灾害评估预测中的应用，为地质安全评估提供了新的技术手段。

参考文献

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[2]白雪冰，超前地质预报数据处理基本理论知识－术语[OL]，百度网站，2024-2-1

[3]DZ/T 0286-2015，地质灾害危险性评估规范[S].北京.地质出版社，2015

作者简介：胡翌刚（1976-），男，高级工程师，主要从事交通建设质量安全监督管理工作。