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我国地质灾害监测预报现状综述

时间:2014-02-18 20:40来源:未知 作者:监测人 点击:
在地质灾害的研究中,近年来出现了一些新的研究动向。地质灾害问题表现为多因素、多层次和多阶段,是复杂的非线性系统。用传统按静力平衡原理建立的力学方程难以精密解决问题。用基于概率论的可靠性分析,其数学本质仍是用泰勒级数展开并忽略高次项,以得到简单的解



  

一、地质灾害的监测预报现状
   在地质灾害的研究中,近年来出现了一些新的研究动向。地质灾害问题表现为多因素、多层次和多阶段,是复杂的非线性系统。用传统按静力平衡原理建立的力学方程难以精密解决问题。用基于概率论的可靠性分析,其数学本质仍是用泰勒级数展开并忽略高次项,以得到简单的解析关系,这仍未能深刻揭示灾害系统演化的非线性动力学行为。所以,引入非线性动力学理论分析评价灾害问题,理论上更合理并已成为一个新的方向。
   
作为非线性科学的支柱的耗散结构论、突变论和分形理论已开始被引入工程地质中,年轻学者表现更为活跃(如秦四清、黄润秋、殷跃平、刘松玉、易顺民等)。其中分形理论用的较多,在区域稳定性和滑坡研究中也取得了一些有意义的成果。分形理论研究自然界具有自相似性但没有特征长度的图形和现象,方法是求图形和现象的分维。或者说在形态、结果、功能和信息等方面具有自相似性或统计自相似性的研究对象叫分形,分形的定量表征就是分维或分维值。目前,常用分维来揭示图形和现象之内在本质和规律,已有十多种不同的分维,主要是容量维、信息维和关联维。
    
易康民等用信息维评价某滑坡,发现信息维值低,滑坡自组织程度差;信息维急剧变化阶段,对应着一个滑坡活动的高潮期;一定范围内,大滑坡发生前,滑坡活动时空结构的信息维具有很好的降维特征。河海大学曾开华用新信息法计算关联维,发现当边坡进入加速变形阶段时,分维值趋近于1,而临近失稳破坏时,分维值有下降趋势。二者有近似结论,反映分形理论对滑坡等地质灾害研究可能提供一种简洁的技术方法。地质灾害研究对象是地质体和地质环境,数学力学方法有助于量化评价,然而实际证明,宏观和微观地质方法的发展会提供更深刻揭示事物本质的手段,而监控技术手段的发展,对复杂随地质安全施工,设计修正使之更符合安全经济的要求,也是不可缺少的。
   
储同庆等(1994)将矿物包裹体研究方法引入工程地质,利用被封闭在矿物晶格缺陷、空穴和微裂隙的包裹体,可测试分析得到关于地区区域镇定性总貌、应力场性质、断层切割深度、活动期次与断层活动年龄等信息,已较好地解决几个重要工程的稳定性评价问题。中科院孙广忠、杨志法、周瑞光、刘大安等发展了地质灾害监控系统和CT技术,在地震超前预报、监控反分析、反馈动态设计等方面已形成工程地质特色。例如,在五强溪电站对蠕变体高边坡应用位移时空综合分析监控反馈技术,保证了安全施工,节约了大量经费。
   
地质灾害的发生具有地域性、阶段性和周期性等,因此在科学意义上具有可区划性与可预测预报性。地质灾害的社会属性最突出地体现在人类作为一种前所未有的作用力,由于人类作用方式、强度的不同,作用对象的反应各异,从而使问题变得复杂起来,使地质灾害的可区划性与可预测预报性降低。地质灾害社会属性研究的根本问题是探索地质环境的自然演化与人类社会活动的和谐关系,从而规范人类改造自然的行为。
当前应基于地质灾害监测预测预报的需要,在开展专门的全国性地质灾害空间预测预报区划研究的同时,选择典型地区实施地质灾害预测预报研究示范工程,总结出一套预测预报准则。当前的地质灾害防治由于缺乏先进技术手段以及未从系统工程观点进行防治,因此在防治工作中具有某些盲目性和处于被动状态,存在的问题大概有以下几点:
   1
.调查手段落后,用传统的地面方法调查地质灾害,往往在未查明地质灾害的性质、规模、危害程度的情况下,急于整治;
  
2.灾害点整治的安排轻重缓急不完全合理,或者心中无数,缺乏科学的、完整的勘测、监测、整治规划和计划,造成发生一处治理一处,头痛医头,脚痛医脚的被动局面;
  
3.地质灾害发生时间的预测预报较薄弱,一般仅限于已经发现地质灾害产生的征兆后,进行监视、监测和预告,而对于事先未发现征兆的地质灾害的预测预报工作较为薄弱;
  
4.常规的地质灾害监测方法明显存在着不足:一是数据采集主要由人工完成,观测周期长,受天气等外界条件的影响大,需要人员多;二是平面、高程分别施测;三是没有将各种监测方法的数据采集、传输、处理与分析组成一个完整的系统。因此,常规监测方法无法对地质灾害实施连续、实时、动态的监测,不能满足自动化的要求。对于地质灾害的监测预报技术,国内外的许多学者和机构已开展了大量的研究和探索工作。由于我国地质灾害发生频度高,灾害形式复杂多样,促使研究工作在困难中不断前进。
    
杨志法(1993)按照工程地质综合集成理论(EGMS)提出地质灾害监测系统建立的原则,先根据地质条件分析、理论分析和专家群体经验判断来确定(滑坡)变形敏感区、应力集中区和可能破坏区;再在此基础上设计监测系统。当然,在施工过程中诱发的大裂隙和塌方等灾害,一般也属于重点监测部位。另外,为了进行对比分析,某些地质条件或工程上十分典型的有代表性的地段虽然不属于变形敏感区、应力集中区和可能破坏区,但也应埋设必要的测点。在现场监测中应合理确定监测范围及监测点的布置,埋设必要的量测仪器,获得数据以了解地层和地下结构中的应力场、位移场的实际变化规律,作为采取工程措施的依据。
卓宝熙(1998)提出以“3S”RSGISGPS)技术为主要手段,建立“3S”地质灾害信息立体防治系统,强调立体防治和实用。在地质灾害发生时间的预测预报方面,提出不同于传统思路的全新概念,即地质灾害发生时间的预测不提出具体时间,而是相对的、随机的时间概念。
    
陈亚宁(1998)针对环境地质灾害以人——地系统为研究对象、灾害成因机理及其防治为其研究内容的特点,提出环境地质灾害研究本身具有系统性、综合性、应用性和研究方法的多样性。采用调查研究、灾害制图、数学计算、系统分析、模型模拟等定量方法,将地质灾害的监测预报纳入地质灾害信息系统进行研究。
   
廖椿庭(1999)提出具有数字化、自动化和网络功能的地质灾害监测系统;将灾害发生前的特征信息通过传感器转化为数字化信息、数字化传输、数据库存储并提供使用。并介绍了位移传感器的实验研究和在长江三峡链子崖危岩体监测中的应用情况。

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