总量190立方米,防护结构的选型不只看这个数
10月4日7时许,湖北十堰郧阳区城关镇武阳岭社区地灾网格员王欢在雨后复查官渡河崩塌隐患点时,听到山体岩壁发出异响。她抬头看到上部岩体裂缝中充填的沙土正在不断坠落,随即在道路两侧设置简易围挡标志,冲到路中间拦停了一辆即将经过的车。车中7人刚刚撤离,片刻之后第一次垮塌就发生了,一块约10立方米的巨石滚落到村道上,交通中断。
13时和15时边坡又先后垮塌两次,落石散落到厂区范围内,未造成建筑损毁。报道给出的数据是:垮塌总方量约190立方米,含多块8立方米以上落石,最大单体12立方米。危险区内银桥水泥厂43名员工、维修厂4名人员全部撤离并封闭管控。10月4日,1万元地质灾害成功避险奖金送到王欢手上。
这个案例有两段数据。第一段是崩塌前,网格员巡查发现异响和裂缝中充填物坠落。第二段是崩塌后,三次垮塌的实际方量和块体分布。两段之间隔了不到十个小时。
先说结论:190立方米这个数字在工程上几乎没有直接用途。拦石墙、被动防护网、棚洞,这三种结构的选型和参数完全不一样,取决于最大单块体积、块体分布的离散程度、以及落点相对保护对象的位置关系。同样190立方米,全部是0.5立方米的小块,和混着12立方米的大块,是两个完全不同的问题。分块实测才是能用的数据。
崩塌前的那几个小时,测什么才有用
先说崩塌前。巡查发现异响、裂缝充填物坠落,这两条是典型的前兆信号。官渡河这个点是在库隐患点,说明此前就有记录。这个记录如果只有照片和文字,那么10月4日这次崩塌之后就无法比对,隐患点的档案里存的还是10月4日之前的样子。
崩塌前能测的量,其实就那么几类,但每一类都有明确用途。
| 前兆信号 | 可测的几何量 | 测出来能回答什么 |
|---|---|---|
| 岩壁发出异响 | 岩面点云的局部形变梯度 | 形变在加剧还是在收敛,光看声音判断不了这个 |
| 裂缝中充填沙土不断坠落 | 裂缝张开量、走向、宽度随时间的变化 | 裂缝是在稳定还是在扩展,扩展速率决定撤离的紧迫程度 |
| 前缘掉块 | 掉块的位置、体积、落点分布 | 前缘失稳的范围有多大,决定清方范围 |
| 坡顶鼓胀 | 坡顶轮廓的相对高程变化 | 整体蠕动的量级,配合裂缝数据判断失稳机制 |
| 坡面浅层鼓出 | 鼓出区的范围与曲率 | 浅层滑动的边界位置,划定禁入区 |
要说一句实话,崩塌前能开展三维扫描的窗口很窄。雨后巡查是网格员的日常节奏,携带重型扫描设备不现实,这一点要承认。轻量化手段在这个场景更有价值,比如手机近景摄影加SfM建模,或者裂缝宽度的人工读数配合影像。这一段数据的价值不在精度,在于连续性。同一位置,隔几天拍一次,裂缝张开量的趋势就出来了,比崩塌后任何测量都更有用。
我们实测过的山区项目里,前兆期的数据往往不是三维激光扫描采的,是影像和人工读数采的。真正用得上三维扫描的,通常是崩塌发生之后。
前兆期要的是连续趋势,不是精度。崩塌后要的是形态准确,不是连续性。两个阶段的要求不同,手段也就不同。
崩塌之后的分块实测:为什么必须一块一块算
官渡河这次的三次垮塌,把落石散落到了村道和厂区范围内。这种落点分布有一个特点:块体不是停在一处的,是沿着地形往下滚、弹、撞,最后散开。滚得远的块体和停在原地的块体,块径分布完全不一样。
防护结构关心的正是这个分布。拦石墙挡的是滚到墙前的块体,被动防护网兜的是从坡面下来的块体,棚洞保护的是有明确跨越需求路段的通行。这三种结构对应的块径区间不同。
再说具体一点。12立方米的单体,按石料密度算质量在三十吨上下。这个量级的块体动能很大,撞击高度两米左右的时候,冲击能量足以让轻型防护结构整体失效。所以当最大单块超过某个量级,防护的思路就得从兜住改成引导,把块体的运动方向引到没有保护对象的一侧去。这个判断做不出来,只看总量190立方米,谁都会以为一个小网就够。
反过来,如果190立方米全部是0.5立方米以下的碎石,总质量并没有减少多少,但这种块体用柔性网加柔性拦石栅就能处理,结构轻型很多。所以同样一个总方量,防护方案的规模和造价可能差好几倍。
还有一个维度容易漏:块体的三维形态。同样是8立方米的块体,长条形的和近立方形的,滚动行为不一样,撞击时的接触面也不一样。长条形块体在网面上容易翻滚出去,近立方形的容易被兜住。这一项要从点云里分离出块体之后算主轴方向和三轴尺寸才有。
分块实测的流程大致是这样:崩塌区扫一遍,路面和厂区落石区各扫一遍;点云里分离出独立块体,对每一块做体积计算和主轴尺寸统计;然后按体积区间分级统计数量,输出分布曲线;再把每一块的位置和体积跟保护对象的空间关系叠起来看。
这里有个技术前提要提:块体之间的分离。这一步是整个流程里最容易出错的。散落的块体如果挨得很近,或者小石子填在大块石的缝隙里,自动分割容易把两块并成一块,算出来的体积就偏大。我们的处理办法是设最小块体阈值,小于阈值的碎石归为散粒料单独统计,不参与大块统计。这个阈值定多少要说明白,不能默认。
三次垮塌这件事本身,值得单独说
官渡河这次是分三次垮的,7时左右第一次,13时和15时各一次,加起来约190立方米。
分次崩塌这个现象在工程上有明确的处理逻辑。崩塌体不是整体一次掉下来的。下部被掏空或者下部先崩,上部失去支撑跟着下来。第一次垮塌之后,原来的危岩体形态变了,新的危岩体在剩余的坡面上重新出现。这个新出现的危岩体有没有人重新评估,直接决定后面两次垮塌会不会伤到人。
这次结果是好的。危险区封闭了,43名员工和4名人员撤了,厂区没有建筑损毁。但这个结果是靠封闭管控实现的,不是靠对第二次第三次崩塌有预判。
从数据角度看,分次崩塌有个特殊要求:每次崩塌之后都要重新采一次几何。原因是每次崩塌之后坡面形态变了,之前那一份数据作废了。用崩塌前的形态推算崩塌后的风险,误差会很大。我们在南川S530那次遇到类似情况,第一次清除之后坡面形态跟设计假定差得比较多,后续的清除范围就是靠实测重新定的,那次零伤亡处置的详细过程里写得更细。
还有个容易忽略的点:13时和15时这两次,间隔只有两个小时。这么短的间隔说明崩塌体处在持续活动状态。这种情况下扫描进场要注意自身安全,崩塌区不能进人。落石区是可以进的,但要考虑二次崩塌和上方落石的可能。
在库隐患点的档案该存什么
官渡河是在库隐患点。隐患点的档案是这类数据最直接的出口,值得说说该存什么。
很多人以为隐患点档案存的是照片加文字。真做过这类项目的都知道,照片在三年之后就基本失效了。照片的问题是只有角度没有量,一张照片看不出裂缝张开了一厘米还是五厘米,也看不出坡面高了多少。拍摄角度每次还不一样,没法做差分。
该存的是能持续更新的东西。
几何数据带时相。同一个位置的多期点云,每次采集的日期、坐标系、精度指标都记上。有坐标系才能做差分,有精度指标才能判断差分结果是不是超过了噪声水平。这一点很关键,两期点云做差,如果不知道上期的精度,差出来的那个5毫米变化到底是真的还是误差,说不清。
现场采集的对应照片。照片作为点云的补充说明,作用是标注。哪块点位对应什么裂缝、哪个位置有渗水、哪片区域植被挡视线,这些文字说不清楚,照片说得清楚。但照片是辅助,点云是主体,顺序别反了。
撤离范围与几何的对应。官渡河这次撤离了水泥厂43人和维修厂4人。撤离范围的划定依据是什么,是按崩塌体堆积范围的预测还是按经验范围,这个应该记下来。几何数据能支持这个判断,因为崩塌体的堆积范围可以从坡面几何和块体运动特征推出来一部分。
处置动作和处置时点。封闭、警戒、排险、清方,每次动作的时间和范围记下来。将来这个点再次发生崩塌,新崩塌区和历史处置区的空间关系是判断复发模式的关键依据。
不可测区标注。植被覆盖、积水、建筑遮挡导致测不到的地方,标出来。这些区域不是没有风险,是没有数据,风险判断要留有余量。隐患点档案里把这类区域明确标出来,比留一片空白要负责。
隐患点档案的价值在更新能力。一份只有单期数据的档案,用三年就废了。有多期、有坐标系、有精度指标的档案,越用越值钱。
这件事对巡查制度意味着什么
说点技术之外但绕不开的。
王欢拦停那辆车,靠的是听到异响、看到充填物坠落,然后马上冲到路中间。这需要两个东西:一个是判断,一个是权限。判断来自培训,权限来自网格员的职责授权。判断能不能做对,跟这个人对这类前兆信号的熟悉程度有关,而熟悉程度需要训练和案例积累。
从技术角度补一句。前兆信号里容易被忽略的是裂缝充填物的变化。裂缝里填着沙土,说明裂缝曾经有过位移,或者有水带着细颗粒流过。充填物持续坠落,意味着填充物在流失,裂缝的净张开量在变大。这个信号比裂缝宽度增加更容易观察到,因为它是动态的,有人经过就能看见,不需要专门带设备量。
我们给巡查培训的时候反复讲一点:巡查的目的不是量数据,是发现异常。量数据有专门的岗位,巡查发现的是数据采集不到的信号。王欢这次做到的就是这个。巡查记录里最有价值的部分,恰恰是那些量化的描述之外的东西:这个点和上个月比看起来不一样了,这里的声音以前没有过。
不过这类记录有个通病:写得含糊,下次没人看得懂。所以巡查记录需要一份简明的记法约定,比如按颜色、声音、渗水、植被、落石这五个维度打标签,比写一段话有用得多。这算数据规范化的一个小问题,但影响档案的可用性。
隐患点监测的整体方法见地质灾害监测怎么做,清除危岩与锚固点的几何依据见电江危岩落石扫描,被动防护网的锚固点位选取见G352印江段被动防护网。
有在库隐患点需要建立可更新的几何档案?
云绘科技针对地灾隐患点提供多期几何采集与档案组织方案。单期数据没用,要的是能持续差分的那一套:坐标系统一、精度指标随期记录、落石按块体分级实测、不可测区单独标注。处置前后两期数据接得上,后续的复发模式判断才有依据。
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