——国家973计划项目首席科学家、中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院院长何满潮教授谈滑坡地灾实时摄动监控新技术窦 涛我国疆域辽阔,地质环境复杂,影响地质灾害发育的自然地质条件也复杂多样,加之地质灾害具有分布广、类型多,频度高,强度大等特点,地震、崩塌、滑坡、泥石流等已经成为对我国危害最大的地质灾害。尤其是近年来,随着矿产资源开采及山区工程开发活动的增强,崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害大有愈演愈烈之势。据粗略统计,目前全国共有较大型崩塌、滑坡、泥石流灾害点7CC0余处,近十多来,每年都造成众多人员伤亡和严重经济损失,已成为影响我国城乡建设和人民生存环境的重大问题。有资料显示,“十五”期间,地质灾害给我国造成的直接经济损失为212亿元,死亡和失踪人员总数达4CC0多人。由此,对滑坡等地质灾害的发生进行实时有效监测和成功预测预报,其重要性和必要性日益凸显。在中国矿业大学(北京),就有着这样一支团队,和地质灾害进行着不懈战斗。由国家937计划项目前席科学家、国家级重点学科岩土工程学科带头人何满潮教授提出构思和设计整个智能系统框架,率其课题组研制出的新型高科技监测设备系统,其技术成果及成功应用获得教育部鉴定,并取得了国家发明专利。该监测系统先后对内蒙古平庄西露天煤矿边坡、西气东输工程延安段重点边坡、新疆伊犁水电站活动性断层以及吉林高速公路边坡的稳定状态进行过远程预测预报,均取得了一定的经济效益、社会效益和生态效益。这一新技术的研发,由于加大了自主创新和科技进步的含金量,不仅为滑坡灾害防治赢得了时间,也为岩土工程研究和滑坡灾害的有效防治提供了科学依据,开辟了一条新的途径。可以预言,它将对我国滑坡地质灾害的监测、预防和控制研究,产生重要的理论与现实意义,并有着广阔的推广应用前景。3月的一个午后,沐浴着初春的阳光,记者来到中国矿业大学(北京)民族楼——一代建筑大师梁思成先生留给世人的最后一件作品,记者来到这座三层建筑顶楼的一间办公室,正中一块闪亮的铜匾标识了主人的身份——国家973重大研究计划首席科学家、国家自然科学基金重大项目首席科学家、中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院院长何满潮。“用投影的方式,或许了解得更为生动和深刻。”何教授直率热情的风格,一下子让记者感到亲切了许多。“这一滑坡灾害及边坡应力智能远程监测系统,犹如一名为指挥中枢提供情报的‘侦察兵’,而且这个‘侦察兵’吃苦耐劳,也不需要“工资”,一块电池可以工作3个月到1年之久。它的研发,实现了摄动力动态变化的远程实时监测,提出了与远程监控系统相应的预警模型,并通过对露天矿山边坡、高速公路边坡和西气东输山体边坡的现场实践应用,成功地进行了各种边坡稳态实施监控和预测预报,实用性较强。结合投影仪的直观画面,何教授风趣地介绍起这项新技术。何教授表示,在早期由于装备条件的限制,我国滑坡监测主要是根据人工观测地表变化特征、地下水异变以及周围动植物的异常,来推断确定其发生的可能性。之后,随着时代发展和科技进步,我们称之为表面位移监测法的一些常规监测,包括全站仪、经纬仪、水准仪以及GPS监测,也逐渐被应用到滑坡监测当中。这类方法由于表面位移和滑面位移的不一致性,预测预报准确度十分有限。而通过深部位移监测法,即钻孔倾斜仪进行检测,虽然能够确定滑面位置,但产生较大错动后,倾斜位移监测失效,后期滑坡位移数据无法获得,故期数据带有“一孔之见”而有失准确。“其后,人们还陆续试验了声波测试法、雨量预报法及地下水位计测量法等传统的监测方法,但效果都不甚理想。”何教授说,传统的监测方法主要是在现场布有一定的传感器或仪表,再通过人工定时读取数据。但因不能实时采集有用信息,且需要工作人员的昼夜值守,而影响预测预报的准确度,不仅消耗人力资源,其安全可靠性也得不到有效保障。从20世纪90年代开始,我国地质科学工作者在滑坡的监控和预报方法的研究方面做出了许多艰苦努力,使得传统岩土工程监测技术水平迅速得以提升,开始向着高精度、自动化、远程系统发展。何满潮教授的远程实时摄动监控系统的研发成功,则有针对性地解决了传统监测方法存在的问题。何教授饶有兴趣地介绍说,“这个监控系统主体由两大部分构成:一部分是用于安装到监测现场的智能传感、采集、发射系统,可将现场锚索等应力数据自动采集、自动发射到接收分析系统;另一部分是智能接收分析系统,它可将现场发来的数据自动接收并处理形成动态监测曲线和监测预警曲线;并根据监测预警曲线判断监控对象的稳定状态。”或许是察觉到了记者的好奇心,何教授随后带着记者走进了他的实验室。“这台电脑终端连接并收集了我们从2006年到现在所做的全国5个地区工程边坡安全状况的全部数据”。说话间,何教授已坐在电脑前,并为记者拉过了一把椅子,随后鼠标停在了“平庄西露天矿滑坡灾害及边坡实力智能远程监测系统”的页面上。“从2006年 11月8日我们开始对此边坡进行监测,一直到11月25日,地表没有显著变化。”何教授指着显示器上面的曲线图说。记者看到,显示器上监控的曲线就像一幅幅心电图,在此时段,平滑得如同一条直线。“我们在这里看到的数据变化,千里之外的平庄矿监测室同样可以看到。”何教授面带微笑地补充说。在这台连接千里之外的平庄矿作业坡面终端上,记者可以清楚地搜索到从2006年11月8日监测系统工作开始的2007年1月28日滑坡发生所记录下的“心电图”,其间的变化真可以用惊心动魄来形容。从11月25日开始,到12月初,监控曲线有小幅波动;12月6日,监测系统发出预警,与此同时,矿区开始组织相关人员、物资撤离 ;12月15日,监控曲线出现大幅波动 ,而对应的实际情况是:埋藏监控设备的坡面产生不连续裂缝;伴随曲线的变化,监测系统收集到的数据是:12月25日,坡面裂缝连通,平均宽度0.15米,落差0.08米;2007年1月9日,裂缝平均宽度0.3米,落差0.3米;1月14日,坡面裂缝平均宽度达0.5米,落差0.86米;1月18日,边坡体崩溃,滑落体淹没了测量设备……而同时采用常规位移监测方法的监测数据显示:12月15日前,监测还处于较平静状态。而实际上那天,坡顶已产生了不连续裂缝。“监测系统根据监控预警准则,当摄动力监控值达到阈值时即发出滑坡预警。根据监控曲线发出的预警,生产企业可及时调整生产计划,甚至进行必要的撤离,为滑坡灾害防治赢得时间,最大限度地避免了滑坡造成的不良影响。它可以提前20天甚至1个月对坡面可能发生的危险作出预警,目前已监测2年多的38个点,稳定状态和滑坡灾害的准确预测预报率达到100%!”话语中,何教授充满自信与欣慰。他进一步向记者解释道,究其科学原理,这套监测系统从对“现象监测”转变为对“滑坡力学平衡系统”的监测。在监控方法上,则把摄动力加入滑坡系统,使其具有远程性、实时性和智能性。此外,该系统还有监测数据自动采集、边坡应边状态远程无线监测,不受距离限制,现场监测数据的实时自动接收等特点和优势,既可用于各种类型的岩土体边坡滑坡灾害监测,也可用于其它岩体边坡应力及其加固结构工作状态的监测。言谈间,记者了解到,这套历时近10年,由何满潮教授提出构思并设计整个智能系统框架,带领课题组研制出的新型高科技监测设备系统,除曾应用于平庄西露天煤矿危险边坡远程智能监测,还对西气东输工程延安段重点边坡远程智能监测、新疆伊犁水电站活动性断层动态监测以及吉林高速公路边坡的稳定状态进行过预测预报,均取得了一定的经济效益、社会效益和生态效益。采访快结束时,何满潮教授告诉记者,目前,通过研究地层深处的地质活动情况,他和他的团队有信心应用这项技术对深部煤矿、地震、火山等突发性地质灾害做出更准确的预报预测。透过何满潮自信的话语和坚定的目光,记者仿佛听到了这支优秀团队在地质科技领域进行创新的铿锵脚步。(2008.3.27,中国矿业报,B2版)

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