长江流域三峡库区危岩体监测

针对长江流域三峡库区危岩体地质现状,通过岩体规模调研和周边地质条件调查,选取笔架山等六处危岩体示范点开展示范应用,安装智能传感设备,对崩塌体的形变破坏进行实时监测预警,并结合安全态势感知网平台植入的云边实时联动预警技术开展危岩体的监测数据分析和预警预测管理,为三峡库区航道及工程安全提供保障。

三峡库区笔架山高陡边坡

笔架山危岩体位于三峡库区巫山县巫峡镇跳石村,地处巫山县城东偏南15°,长江右岸岸坡后部多级陡崖地带,距巫山县城直线距离8.5km。区域属于亚热带季风性暖湿气候,地形高差悬殊,年均气温18.4℃;2019-2021年年均降水量1049.3mm,降雨集中在5-9月,占全年降水量68.8%,历史单日最大降水量达300mm(2014年8月31日),强降雨易诱发危岩失稳。

设备安装及调试

课题组于2024年5月于笔架山安隐患点装3台设备。针对危岩体高陡、岩体质地坚硬的特点,采用岩石打孔+支架固定方式,设备直接贴合岩面安装,保证监测精度。确定支架安装稳固后,将设备通过配套内六角螺钉固定在支架托盘上。

系统调试及数据上线

笔架山设备安装完后,将设备配置进入安全态势感知网平台,对设备初始化,调整预警指标。经调试,设备运行正常,实时感知被测对象关键指标参数,通过网络无线传输至智连安全物联网平台,数据采集完整全部正常上送,通讯良好,数据采集储存正常。同时,完成预警指标配置与调整,平台基于指标及模型实现分级预警,并提供预警推送、应急响应等专业安全运维服务。

笔架山WXZ01测点监测数据分析

该测点设备2024年5月12日正式投运,2025年1月1日08:36:08危岩体垮塌,设备随岩体坠入江中,数据传输中断。设备常规采集频率为1小时/条,岩体出现形变异动时,自动切换为1000Hz毫秒级高频采集,截至断传前,累计有效采集数据76336余条。

静力学指标数据(部分)

常时振动动力学指标数据(部分)

倾斜方向监测数据

各指标数据在平台中进行可视化展示,形成监测曲线,并对监测曲线进行数据趋势分析、数据突变分析。

倾斜方向监测数据

水平倾角X/Y/Z监测数据

振动冲击合加速度

倾斜角度监测数据

实时加速度X/Y/Z监测数据

振动冲击加速度X/Y/Z监测数据

倾斜角度曲线:前期平稳,12月下旬出现持续单向增大,突破常规阈值,是岩体失稳的核心前兆;三轴倾角、振动加速度曲线:伴随倾斜形变同步异常波动,振动频次、振幅显著提升,岩体内部裂隙持续发育、结构逐渐松散;振动冲击合加速度曲线:灾前出现多次脉冲式峰值,岩体内部摩擦、错动加剧,崩塌征兆明确。

预警分析

系统在2024年5月12日-2025年1月1日期间,共发出50条指标预警信息,其中1条红色预警,1条橙色预警,12条黄色预警信息,36条蓝色预警信息。预警触发指标以倾斜角度、振动冲击加速度两大核心参数为主,与危岩崩塌机理高度匹配。按时间顺序完整记录50条预警的预警等级、触发指标、数值、预警时间。台账清晰体现预警等级从蓝色→黄色→橙色→红色逐级升级的过程,与岩体变形四阶段完全对应,是本次成功预警的原始凭证,直观验证了监测系统与预警模型的有效性。

结合时间线、指标变化、预警等级,将岩体失稳全过程划分为四个阶段,完整还原预警逻辑:

阶段1:稳定期(2024年5月—10月中旬)

岩体整体状态稳定,倾斜角度、三轴倾角波动范围极小;振动指标仅受降雨、风、水位变化等外部环境影响,短时冲高后快速回落。

此阶段以蓝色预警为主(共24条),均为环境扰动引发的正常异动,系统仅做记录,未启动应急提醒。设备、模型对环境干扰的识别能力良好,无误报情况。

阶段2:裂隙发育初期(2024年10月下旬—11月)

岩体内部原生裂隙开始缓慢扩展,静态形变指标小幅抬升,振动能量持续增加。

系统多次触发蓝色预警,指标呈现“小幅抬升、不再回落至初始值”的特征,区别于短期环境扰动。预警模型初步判定岩体进入缓慢变形阶段,开启重点跟踪模式。

阶段3:加速变形期(2024年12月1日—12月28日)

受库区后期连续降雨、水位反复涨落影响,岩体形变速率明显加快,倾斜角度持续增大,突破黄色预警阈值。

本阶段累计触发12条黄色预警,形变呈现持续性、单向性特征,岩体裂隙贯通、结构完整性快速下降。运维单位根据预警信息,开展现场人工巡查,划定危险区域,落实人员、航道管控措施。

阶段4:临危失稳期(2024年12月29日—2025年1月1日)

2024年12月29日21:36:倾斜角度达0.602°,触发橙色预警,判定岩体进入高危状态,启动二级应急响应;

2024年12月29日—30日:连续多条黄色预警叠加,形变速率进一步加快,代表岩体结构已濒临破坏;

2025年1月1日08:36:岩体正式垮塌,设备同步掉落水中,数据中断。

多指标联动预警优势

本次预警并非依靠单一参数,而是静态倾角+动态振动加速度联动判定,规避了单一指标误判风险,契合危岩“先裂隙发育、后整体垮塌”的演化规律;

毫秒级高频采集价值

岩体进入临危状态后,设备自动切换至1000Hz高频采集,精准捕捉瞬时振动、振动信号,抓取到常规采集模式难以识别的临灾前兆;

云边融合算法作用

边缘端设备完成实时数据预处理,云端模型结合历史数据、气象、水位数据综合研判,实现“数据采集-分析-预警”全流程自动化,预警响应无延迟。