生態(tài)護坡監(jiān)測預警1

1、一、項目摘要塌岸是黃河中上游河段十分頻繁的地質災害，已嚴重破壞沿岸工農業(yè)設施及生態(tài)環(huán)境。因黃土具有極端水敏性，黃土塌岸通常表現(xiàn)為多發(fā)性、突發(fā)性和劇烈性，其致災機理、災害過程還有待深入研究。本項目以黃河三門峽以上河段突發(fā)性黃土塌岸為研究對象，以黃土塌岸水土動力耦合效應及災害過程為研究主線，通過河流水動力條件及岸坡地質結構分析，概化地質力學模型，研究河流沖刷誘發(fā)塌岸的水土外部動力耦合機制；進行室內試驗及模型試驗，研究干/濕循環(huán)、凍脹/凍融循環(huán)及水力沖刷條件下非飽和黃土物理力學特性及岸坡變形破壞規(guī)律，揭示地下水誘發(fā)塌岸的水土內部動力耦合機制；探討考慮河流沖刷、降雨入滲及溫度變化誘發(fā)黃土塌岸的臨界條件

2、，提出考慮上述thm耦合效應的塌岸災害演化過程數(shù)值模擬方法；基于tdr技術，現(xiàn)場實時監(jiān)測黃土塌岸災害過程，探討災害預警預報方法。研究成果對提高黃土塌岸致災機理與災害過程認識、科學防災減災具有重要的理論意義和實用價值。1、項目的立項依據(jù)1.1 研究意義邊坡穩(wěn)定問題是一個古老而復雜的巖土工程問題，當邊坡上的地層或巖土體在自重作用下沿自身軟弱結構面(帶)發(fā)生移動，即產生所謂的滑坡現(xiàn)象。從自然災害的角度來看，滑坡給世界各國帶來的損失可能僅次于地震和海嘯。因出現(xiàn)的頻度和廣度遠遠大于地震和海嘯，滑坡是人類面臨的最廣泛、受害最重和時間最長的地質災害。諸多國家和地區(qū)，如俄羅斯的高加索及黑海沿岸、英國的南威爾士

3、、肯尼亞中部、美國加州與新澤西及德克薩斯州、法國南部阿爾卑斯、意大利中部等等，均為滑坡多發(fā)地區(qū)或發(fā)生過大型滑坡。我國也是一個崩塌、滑坡、泥石流等地質災害發(fā)生十分頻繁和災害損失極為嚴重的國家，尤其是西部地區(qū)，每年由此造成的直接經濟損失約200億人民幣。而且，直接由工程建設誘發(fā)的崩滑災害事件也屢見不鮮。據(jù)統(tǒng)計，20世紀8090年代初，每年因地質災害造成300400人死亡，經濟損失100多億元。20世紀90年代中期以來，每年造成近1000人死亡，經濟損失高達200多億元，而且損失呈逐年上升的趨勢。近幾年來，采礦、水利、交通和建筑等工程更加蓬勃發(fā)展，所形成的礦山邊坡、大壩壩肩邊坡、水庫庫岸邊坡、鐵路和

4、公路的道路邊坡等規(guī)模之大、數(shù)量之多、環(huán)境之復雜、地質條件之復雜均是空前的。對邊坡實施監(jiān)測，是科學管理邊坡和正確處理潛在問題的重要依據(jù)。隨著社會的飛速發(fā)展，水電梯級開發(fā)、西氣東送、鐵路新干線等大型工程的實施，大型工程必然與日俱增。因工程數(shù)量多，規(guī)模大，涉及面廣，需要進行數(shù)以萬計的挖方、填筑工程，從而形成了大量裸露的邊坡, 這些裸露的邊坡不但造成了水土流失并導致邊坡塌方, 同時還極大地破壞了生態(tài)景觀。傳統(tǒng)的噴錨、漿片石骨架、水泥骨架、擋土墻等工程防護措施雖然能有效防護邊坡, 使其保持穩(wěn)定, 但造價高、施工復雜, 容易因自身不穩(wěn)定出現(xiàn)坍塌等問題。近來年, 邊坡防護開始采用客土噴播、噴播植草等植物防護

5、新技術, 該技術不僅造價低、施工簡單, 而且還克服了因工程自身缺陷出現(xiàn)垮塌的問題, 同時還可重建生態(tài)景觀。我國是一個自然災害頻繁的國家，有很多地方存在滑坡、泥石流等，嚴重影響了工程建設及人民群眾生命財產的安全，因而開展邊坡安全監(jiān)測與預警系統(tǒng)建設意義重大。隨著社會經濟的發(fā)展和城市建設步伐的加快，城市河道建設不僅要使堤岸發(fā)揮出水利工程的功效，而且融入城市園林景觀、生態(tài)環(huán)保、建筑藝術等多種內容。也就是在這種前景下，生態(tài)護坡技術得到人們的廣泛關注，并且進行了一系列的較深入的研究與探索。生態(tài)護坡是指開挖邊坡形成以后，通過種植植物，利用植物與巖土體的相互作用(根系錨固作用) 對邊坡表層進行防護、加固,使之

6、既能滿足對邊坡表層穩(wěn)定的要求，又能恢復被破壞的自然生態(tài)環(huán)境的護坡方式，是一種有效的護坡、固坡手段。生態(tài)護坡應是“既滿足河道體系的防護標準，又有利于河道系統(tǒng)恢復生態(tài)平衡”的系統(tǒng)工程，體現(xiàn)了“人與自然和環(huán)境協(xié)調發(fā)展”理念。巖土工程中邊坡及滑坡的失穩(wěn)破壞，都有一個從漸變到突變的發(fā)展過程，一般單憑人們的直覺是難以發(fā)現(xiàn)的，必須依靠精密的監(jiān)測儀器和適宜的技術方法進行周密監(jiān)測。通過監(jiān)測保證工程的施工、運行安全；同時，又通過監(jiān)測驗證設計、優(yōu)化設計來提高設計水平。盡管生態(tài)護坡技術獲得了較為廣泛的應用,但仍被看作是一門相對年輕的技術領域,它融入多學科、多方面的內容,生態(tài)護坡的失穩(wěn)破壞與傳統(tǒng)巖土工程邊坡有所不同，本

7、項目主要研究一般巖土工程中監(jiān)測預警系統(tǒng)在生態(tài)護坡中應用，期望找到適用于不同生態(tài)邊坡的監(jiān)測預警系統(tǒng)。1.2 國內外研究現(xiàn)狀1.2.1 生態(tài)護坡技術研究進展國外發(fā)達國家對生態(tài)護坡技術的研究,已有很長的歷史,并已廣泛應用于高速公路邊坡治理。國外一般把生態(tài)護坡定義為:“用活的植物,單獨用植物或者植物與土木工程措施和非生命的植物材料相結合,以減輕坡面的不穩(wěn)定性和侵蝕?！币灿袑W者提出了坡面生態(tài)工程( slope eco2engineering , 簡稱see) 或坡面生物工程( slope bio2engineering) 的概念,指以環(huán)境保護和工程建設為目的的生物控制或生物建造工程,也指利用植物進行坡面

8、保護和侵蝕控制的途徑與手段。國內對生態(tài)護坡概念的開發(fā),也取得了一定進展,劉秀峰等提出了生物護坡的概念,所謂“生物護坡工程”即是利用生物(主要是指植物) 對邊坡進行植被重建,建立一個新的植物群落,以期達到恢復生態(tài)環(huán)境,治理水土流失之目的。此外,還有“植被固坡”、“植物護坡”等提法。植被護坡、生物護坡或坡面生態(tài)工程,都帶有一定的生態(tài)色彩,屬于生態(tài)護坡的范疇,應稱為生態(tài)型護坡,但它們只從形式上對生態(tài)護坡進行了簡單描述。而真正意義上的生態(tài)護坡,應是一個完整的生態(tài)系統(tǒng),它不僅包括植物,還應包括動物及微生物,系統(tǒng)內部之間以及系統(tǒng)與相鄰系統(tǒng)(如河流生態(tài)系統(tǒng)、陸地生態(tài)系統(tǒng)等) 間均發(fā)生著物質、能量和信息的交換

9、,具有很強的動態(tài)性; 真正意義上的生態(tài)護坡,應該是在保證邊坡穩(wěn)定的基礎上,以營造邊坡的生物多樣性為目標,在水土生物之間,形成物質、信息和能量的循環(huán)體系,通過良性的循環(huán),進行自組織和自我修復,使護坡不僅具有景觀效果,還能修復受污染的河流水體,提高河流的自凈能力,從而為城鎮(zhèn)河流生態(tài)系統(tǒng)的健康提供保障。因此,生態(tài)護坡技術,應是基于現(xiàn)代水利工程學、環(huán)境科學、工程力學、生物科學和景觀生態(tài)學等學科的基本原理,利用植物與工程材料相結合,在邊坡上構建具有生態(tài)功能的護坡系統(tǒng),通過生態(tài)工程的自支撐、自組織與自我修復等功能,實現(xiàn)邊坡的抗沖蝕、抗滑動和生態(tài)恢復,以達到減少水土流失、維持坡面植物生存環(huán)境、提高坡面動物和

10、微生物棲息地的質量、營造生物多樣性、提高河流自凈能力,改善人居環(huán)境等目的。長期以來, 城市河道的作用僅局限于 防洪、排澇、航運、灌溉!的功能。但其對環(huán)境保護、河道生態(tài)平衡、城市景觀造成的負面影響幾乎未被考慮。美國、法國、瑞士、奧地利等國都在積極修建生態(tài)河堤, 恢復河岸水邊植物群落與河畔樹林。日本在20 世紀90 年代初就開展了 創(chuàng)造自然型河川計劃!, 提倡凡有條件的河段應盡可能利用木樁、竹籠、卵石等天然材料來修建河堤, 并將其命名為 生態(tài)河堤!。生態(tài)河堤是融現(xiàn)代水利工程學、環(huán)境科學、生物科學、生態(tài)學、美學等學科為一體的水利工程。它以 保護、創(chuàng)造生物良好的生存環(huán)境和自然景觀!為前提, 在具有一定

11、強度、安全性和耐久性的同時,充分考慮了生態(tài)效果。美國在新澤西州建設的生物護岸工程, 抵御了1999 年弗洛伊德颶風的襲擊,生態(tài)護岸基本沒有損壞, 證明了生態(tài)護坡的實用性與可靠性。近年來, 國內相關部門吸取了國外生態(tài)研究的經驗, 在城市河道整治中注意河道的生態(tài)保護及城市的景觀效應, 盡量使城市河道景觀接近自然景觀。北京、上海、杭州、成都等城市在河道治理中遵循尊重歷史、傳統(tǒng)與現(xiàn)代共存;以人為本, 提供溝通與交流的平臺;恢復生物多樣性, 回歸自然; (以親水為目的, 與城市相協(xié)調的景觀設計; ) 保護水質, 擴大水面的原則, 收到了很好的效果。北京市在1998 年治理昆玉河時提出了一個明確的目標:水

12、清、岸綠、流暢、通航!。上海的蘇州河、杭州的東河、紹興的城河通過生態(tài)整治, 也都以嶄新的面貌展示在人們面前。成都市府南河的整治集防洪、排水、交通、綠化、生態(tài)、文化于一體, 取得了很好的社會、經濟、環(huán)保效益, 該項目獲得了世界人居獎等3項國際大獎。1.2.2 植物護坡因素與邊坡穩(wěn)定性的關系植物在邊坡穩(wěn)定性方面, 其積極作用與消極作用同時存在，其積極作用表現(xiàn)在植物葉片阻隔雨滴對土壤的直接沖刷, 可減緩地表徑流；根吸取土壤中的水分并蒸發(fā)到大氣中, 降低土層孔隙水壓力；根錨進深層巖土層, 通過支撐和錨固對邊坡起支護作用；根系束縛地表顆粒, 減少雨水沖蝕。消極作用表現(xiàn)在根莖增加地表粗糙和土層滲透性, 導

13、致土層滲透能力增加；降低土層濕度, 使土干裂, 增加土層滲透率, 固定土層, 增加了土層抗剪強度；植物自身重量增加了邊坡的滑向和向下的力分量不定 將風引起的動荷載傳遞給邊坡。植物地上部的護坡作用 ( 1) 降低坡體孔隙壓力。降雨是誘發(fā)滑坡的重要因素之一, 邊坡的滑動與坡體水壓力的大小密切相關。植物通過吸收和蒸發(fā)坡體水分, 降低坡體孔隙水壓力, 提高上體抗剪強度, 有利于邊坡的穩(wěn)定。 ( 2) 截留降雨, 削弱濺蝕。雨滴打擊坡面時,把動能傳遞給土體, 產生的分裂力使土體顆粒分離飛濺。植被能攔截高速下落的雨滴, 分散雨滴、減少滴濺能量及飛濺的土粒。 ( 3) 控制土壤流失。植被能控制地表徑流并削弱

14、雨滴濺蝕, 從而控制土壤流失, 通常情況下,土壤的流失隨植被覆蓋率的增加而急劇減少。 ( 4) 藤本植物的纏繞, 能起到固結表面的作用。藤本植物在生長過程中相互纏繞, 形成類似于鐵絲網(wǎng)的無規(guī)則 網(wǎng)格 , 對坡體表面的碎石和土層起到明顯的防護作用。植物根系的護坡作用 根系對邊坡的加固作用主要通過深根的錨固作用和淺根的加筋作用完成。植物的垂直根系穿過邊坡淺層的松散風化層, 錨固到深處較穩(wěn)定的巖土層上, 起到預應力錨桿的作用; 植物的須根在土中錯綜盤結, 使邊坡土體在其延伸范圍內成為土與根的復合材料, 根系還可視為預應力三維加筋材料。根系對邊坡的加固作用與根的形態(tài)、含量和強度等因素有關。所以根據(jù)邊坡

15、的地形、地質以及所處地區(qū)的氣候條件, 選擇合適的植物種類, 可以充分發(fā)揮植物固坡的積極作用。1.2.3 邊坡監(jiān)測技術與方法目前國內外應用于邊坡安全監(jiān)測的技術和方法很多，從傳統(tǒng)的測斜管、壓力計、雨量計和位移計，到新型的gps、tdr和光纖傳感器，都被大量運用于實際工程監(jiān)測當中，而且很多是以多種技術集成的形式出現(xiàn)。傳統(tǒng)監(jiān)測技術雖然在數(shù)字化自動化方面比較落后，但在長期的工程實踐當中，這些技術積累了大量的成功經驗，相關的分析手段也比較完備和成熟，而一些新型的監(jiān)測技術運用了新的測試原理顯示出更優(yōu)異的性能。20世紀90年代初，將gps 空間測量技術用于研究三峽庫區(qū)的新灘巖崩區(qū)九灣溪斷裂構造運動與巖崩滑坡的

16、相互關系，使研究局部地區(qū)的滑坡變形與大區(qū)域構造運動之間的關系從單純定性分析發(fā)展到定量分析。日本電報電話公共公司的kihara m，hiramatsu k 和shima m(2002年)等人將光纖分布于日本高知的niyodo 河和鹿兒島的sendai 河的河堤中，用偏振光時域反射(botdr)來監(jiān)測河堤的塌陷位移情況，取得了良好的效果。三峽大學的蔡德所、何薪基、李俊美(2001年)研究了基于微彎機制強度調制光時域反射(otdr)技術的分布式光纖傳感，并在室內進行了光纖模擬邊坡滑移狀態(tài)下的實驗。試驗方案已在隔河巖電廠內的高陡邊坡監(jiān)測中得到了實施，而且在較困難的作業(yè)環(huán)境下成功地進行了埋設，為推廣應用

17、及技術改進提供了經驗。中國地質科學院探礦工藝研究所的周策、陳文俊、湯國起(2004年)提出了一種用彈膜片和微彎調制機構進行壓力傳感方案，用otdr技術進行分布式壓力測量。使用單膜光纖微彎壓力傳感原理及對巖體推力進行系統(tǒng)監(jiān)測，對靈敏度和空間分辨率進行了分析、標定，并進行了野外試驗。電子科技大學光電信息學院的代志勇、袁勇、劉永智(2004年)研制了一種基于光纖應力傳感的山體滑坡預警監(jiān)測系統(tǒng)，應力測量范圍0mpa15mpa，空間分辨率2m，測量距離1km的山體滑坡監(jiān)測系統(tǒng)，并實驗驗證了監(jiān)測方法的可行性。浙江大學巖土工程研究所的陳云敏、陳赟、陳仁朋等(2004年)采用國內常規(guī)同軸電纜及試驗材料進行室內

18、剪切試驗，研究了同軸電纜的剪切變形對tdr波形的影響，總結了不同型號同軸電纜的反射系數(shù)隨剪切位移的變化規(guī)律及力學特性，對于推廣tdr技術在國內巖土工程領域的應用有很大的實際意義。中南大學土木工程學院的聶春龍、傅鶴林(2007年)針對某邊坡工程的破壞模式和滑坡誘因，設計了邊坡自動監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用tdr、測斜儀等監(jiān)測手段，以數(shù)據(jù)采集儀、gsm和pctdr等進行數(shù)據(jù)采集、傳輸和分析；監(jiān)測過程自動化程度高，采集數(shù)據(jù)精確連續(xù)，并得到人工監(jiān)測數(shù)據(jù)的驗證，取得了較好的監(jiān)測效果。1.2.4 邊坡安全評價理論與方法方面1.2.4.1國外邊坡安全評價理論與方法研究進展工程實踐的需要是巖土工程得以快速發(fā)展的主要

19、動力。邊坡工程的穩(wěn)定性問題是巖土工程的主要研究內容之一?？v觀國外邊坡工程穩(wěn)定性研究的發(fā)展歷程，大體可劃分為三個階段：第一階段：20世紀20年代以前，邊坡工程穩(wěn)定性的計算分析，基本采用材料力學和土力學的原理和方法，以半經驗、半理論性質并假定滑動面具有某一固定位置和形狀為顯著特點。例如，1915年彼得森(petterson)提出了只考慮摩擦力而不計黏聚力的圓弧滑動面的分析方法；1926年費勒紐斯(fellenius)等提出了同時考慮摩擦力和黏聚力的瑞典條分法。該階段邊坡工程穩(wěn)定性的計算分析在力學原理上是很粗淺的，所做出的基本假定也是脫離力學實際情況的。第二階段：到20世紀50年代，邊坡工程穩(wěn)定性分

20、析進入了重要發(fā)展階段，以采用均質體彈塑性理論和極限平衡理論，能夠考慮巖體材料的特性及巖體結構面對邊坡失穩(wěn)的控制作用為顯著特色。例如，1954年索柯洛夫斯基(cokojiobck)根據(jù)松散介質極限平衡原理提出邊坡工程穩(wěn)定性計算，使邊坡工程穩(wěn)定性的分析方法向前邁進了一步，引起了普遍的重視。但該方法忽視了巖體的結構特征和力學狀態(tài)，在實踐中計算結果與實際不相符，顯露出嚴重缺陷；與此同時，費先柯()考慮了巖體中結構面對邊坡失穩(wěn)的控制作用，結合松散介質極限平衡原理提出了一套巖質邊坡穩(wěn)定性的計算分析方法，但此方法采用了不夠合理的靜力學條分法，使其計算結果與實際情況差別較大。第三階段：20世紀60年代以后，邊

21、坡工程穩(wěn)定性分析進入了深入發(fā)展階段，研究人員將巖體視為黏彈性、彈塑性或具有裂隙的脆性介質，并展開了對巖體非均質、各向異性和非連續(xù)性的研究，對巖體應力應變關系及巖體流變特性等時間效應的研究等。邊坡工程穩(wěn)定性的計算分析，基本上沿著兩條路徑進行：一是以極限平衡理論為基礎，考慮巖體中斷裂結構面控制，利用圖解法或計算分析法，最后求得“安全系數(shù)”或類似“安全系數(shù)”的概念來進行邊坡工程穩(wěn)定性的定量評價。例如，1962年太沙基提出的臨界邊坡理論；1970年約翰(john)提出的半球體圖解計算分析等。另一途徑則是以有限單元法，近似地分析邊坡工程巖體的變形特征和應力狀態(tài)，但常由于對邊坡巖體的基本力學特性、邊坡的力

22、學狀態(tài)和應力特征等研究得不夠，給計算與分析等帶來了一定的困難，因而，目前通過各種計算分析方法所得到的結果與實際情況均有一定的差異，還有待進一步深入研究和向前發(fā)展。1.2.4.2國外邊坡安全評價理論與方法研究進展我國從解放到現(xiàn)在，對邊坡工程穩(wěn)定性問題的研究可劃分為四個階段：第一階段：20世紀50年代，我國開始對露天煤礦的邊坡工程問題進行研究，其他行業(yè)如對鐵路路塹邊坡和引水渠道邊坡等也開始進行研究。當時著重從邊坡工程造成的地質災害出發(fā)，進行邊坡工程破壞的定性分類，利用基于剛體極限平衡的分析方法，同時利用工程地質類比法，對邊坡工程的穩(wěn)定性進行評價和設計。第二階段：到20世紀60年代，孫玉科等提出了巖

23、體結構及控制的觀點，劃出了邊坡巖體的結構類型，并在應用赤平極射投影的基礎上，提出了實體比例投影方法，用以進行塊體破壞的計算、判斷邊坡工程的穩(wěn)定性。同時結合露天煤礦邊坡工程穩(wěn)定性研究，開展了野外大型工程巖體的力學試驗，在邊坡工程的穩(wěn)定性計算方面有了很大的進展。第三階段：從20世紀70年代開始，進行邊坡工程變形破壞機制的研究。在計算分析方面，不僅應用極限平衡原理，還應用彈塑性力學等理論，并隨著計算機技術的發(fā)展，廣泛采用有限單元法等來分析邊坡工程變形破壞的條件及評價邊坡工程的穩(wěn)定性。到70年代末80年代初，已經形成了一套比較完整的工程地質力學學術觀點和方法。在研究邊坡工程穩(wěn)定性問題上，積累了比較豐富

24、的實踐經驗。第四階段：20世紀80年代以后，邊坡工程穩(wěn)定性研究進入了一個新的發(fā)展階段。一方面，隨著計算理論及計算機技術的發(fā)展，數(shù)值模擬技術已廣泛應用于邊坡工程穩(wěn)定性研究中，且逐步從定性過渡到半定量研究邊坡工程的變形破壞及其內部的作用過程，從整體上認識邊坡工程變形破壞的機制和邊坡工程穩(wěn)定性的發(fā)展趨勢。與此同時，諸多學科間的相互交叉、滲透，使許多與現(xiàn)代科學有關的系列理論方法，如系統(tǒng)論、非線性科學等被引入到邊坡工程穩(wěn)定性研究中，使邊坡工程穩(wěn)定性的研究進入了一個新的發(fā)展階段。1.2.5 tdr監(jiān)測巖土體性狀及監(jiān)控地質災害過程研究進展時間域反射測試技術（time domain reflectometry

25、）簡稱tdr，是一種電子測量技術。20世紀50年代，美國的研究人員開始將tdr技術應用于監(jiān)測電力及通訊電纜線路缺陷的定位及識別（ramo 等，1965）。到70年代土壤學家開始采用這種無損測試技術測定土壤含水率（davis & chudobiak,1975）。topp等（1980）48系統(tǒng)研究了土體介電常數(shù)與土體孔隙含水量之間的相關性，提出了著名的topp公式，從而極大地促進了tdr技術在監(jiān)測土體物理力學性狀方面的應用。其后，tdr技術以其方便、安全、經濟、無損、數(shù)字化及遠程控制等優(yōu)點日益受到研究人員的關注，并開始應用于巖土工程領域，最初主要應用于土體含水量、及介電常數(shù)的測定。圖1為典型的td

26、r監(jiān)測系統(tǒng)示意圖，主要由電脈沖信號、傳輸線（同軸電纜）及信號接受器三部分組成（yu,x & drnevich 2004）49-50。圖1 tdr測試系統(tǒng)構成及典型反射波形曲線（yu,x & drnevich, 2004）近年來，tdr在巖土工程及地質災害防治領域的應用范圍得到了擴展，已廣泛應用于現(xiàn)場快速測定土體含水量及干密度（birchak & gardner 1974；ledieu & ridder 1986；siddiqui & drnevich 2000；yu & drnevich 2004）51-53、混凝土早期強度監(jiān)測（yu,x & drnevich 2004；liu,y & yu,

27、x 2008）54-55，土的熱傳導系數(shù)(zhang,b & yu,x 2008) 56、土體凍融/凍脹過程監(jiān)控(liu,y & yu,x 2009) 57,以及橋基沖刷監(jiān)測(dowding & pierce 1994；yankielun & zabilansky 1999；yu,x b & yu x 2006,2009error! reference source not found.)58-61等。tdr應用于巖土體變形監(jiān)測始于80年代初期，wade & conroy (1980)應用tdr技術監(jiān)測illinois州某煤礦上覆巖層的變形移動規(guī)律，取得了較好的效果，其后在滑坡變形監(jiān)測等方面得

28、到廣泛應用，kane & beck(1994,1996) 62-63應用tdr技術進行了路基邊坡變形監(jiān)測，并與測斜儀進行比較，其監(jiān)測效果良好。同時在tdr監(jiān)測巖土體變形的技術改進方面，不少學者也開展了有益的研究工作。dowding（1988,1989,1994）64-66用有限元法計算了同軸電纜截面幾何特性的改變對其電容的影響，并分析了由此引起的tdr波形的變化，他還研究了tdr技術對土體局部破壞面的測量。connor（1991）67通過一系列室內試驗研究了同軸電纜的tdr特性。國內將tdr技術應用于巖土工程及地質災害監(jiān)測防治領域的研究工作開展得相對較晚，尚屬探索階段。陳赟（2004）68介紹

29、了tdr在監(jiān)測巖體和土體變形中的應用，并分析了巖體和土體變形對tdr波形的影響。陳云敏（2004）69通過研究同軸電纜剪切變形對tdr波形的影響，對同軸電纜的埋設提出了建議。史彥新、張青（2005）70介紹了tdr技術在四川雅安峽口滑坡監(jiān)測中成功應用的案例。唐然、汪家林等(2007) 71介紹了tdr技術在四川丹巴縣滑坡監(jiān)測中的應用案例，總結了其優(yōu)點也明確指出了其不足。在tdr技術應用于巖土體物理力學性狀監(jiān)測方面，陳仁朋（2006、2007、2009）72-74應用tdr監(jiān)測石灰爐渣穩(wěn)定粘土的物理-化學反應過程，了解其強度增長機制，并探討了該技術應用于現(xiàn)場控制填土壓實質量的可行性，同時在tdr

30、監(jiān)測地下水位及巖土體電導率方面開展了有價值的探索研究。目前tdr技術在塌岸災害監(jiān)測中尚未見相關報道，但若能通過一種集成技術，使其既能實現(xiàn)岸坡沖刷程度實時監(jiān)測，又能監(jiān)測坡體變形、坡體地下水位、土體含水量變化及凍融/凍脹過程，便可能實現(xiàn)通過一種手段經濟、實用、無損地對塌岸災害過程進行監(jiān)控?？偟亩?，tdr技術應用于巖土體物理力學特性測定及地質災害監(jiān)測為巖土工程及地質災害防治提供了一種有前景的技術手段，但是因其應用歷史相對較短，在技術及理論方面還有許多不成熟之處，其技術還有待于提高，應用范圍還有待于拓展，使其在實際應用中積累經驗，發(fā)揮更大的作用。2、邊坡監(jiān)測基本理論與技術2.1研究內容邊坡是天然地層

31、經過地質構造作用及人為作用而形成的地形地貌，廣泛存在于地表，成為土木建筑工程、市政工程、水利水電、公路、鐵路交通和礦山等國民經濟重大建設工程中常見的建筑場地。特別是山區(qū)城鎮(zhèn)建設中，大多數(shù)建設項目都是劈山而建，例如，廣西百色市隆林縣城大部分民用建筑均劈山而建。對于在坡體上的建筑活動及建設工程，我們要特別關注坡體的穩(wěn)定性。如果在建設活動之前，沒有很好地評價坡體的穩(wěn)定狀態(tài)，那么等到在建筑過程中及后期的使用過程中，都可能帶來極大的安全隱患，需要再投入巨大的精力、財力整治隱患或方案被迫放棄。一次嚴重的滑坡事故不僅造成重大的經濟損失，還有可能奪去人寶貴的生命，具有極大的危害性。在有些情況下，盡管設計邊坡時

32、留有一定的安全余地，滑坡事故仍會發(fā)生。這主要是因為在設計時總有考慮不到的因素，就是這些被忽略或沒有被考慮的因素，就可能會導致邊坡失穩(wěn)。當前，隨著國民經濟的快速發(fā)展，尤其是今年北京提出了來的“綠色北京”行動計劃，完善綠色空間，建設沿大中河道、新建主干道路的生態(tài)景觀走廊，生態(tài)邊坡必然成為邊坡支護的主流。另外，近年來異常氣候帶來的強降雨對工程邊坡和自然邊坡的威脅也很大。因此，為了減少異常因素導致的邊坡危害，就需要加大對邊坡穩(wěn)定程度的監(jiān)測。邊坡穩(wěn)定性的判別是個古老的問題，人們針對邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測的手段也很多，包括傳統(tǒng)的方法，以及目前的先進儀器監(jiān)測法。2.2 邊坡監(jiān)測基本原理與技術邊坡監(jiān)測主要是通過對邊坡

33、坡體表面和內部一些力學參數(shù)、幾何參數(shù)的量測，評判被監(jiān)測坡體的穩(wěn)定程度，確定變形發(fā)展速率，在和經驗對比的基礎上劃分邊坡坡體的安全狀態(tài)，最終為工程建設、設計規(guī)劃及施工提供可靠依據(jù)。伴隨著邊坡體的活動，在邊坡體上主要發(fā)生位移（變形）變化；在坡體蠕動發(fā)展過程中，隨著滑動面的逐漸形成和剪錯，坡體內部的一些性質也會變化，如滑面上含水量增加、滑帶土體抗剪強度降低等，因此，可以被用來監(jiān)測的參數(shù)主要有：變形（速率）、地聲變化、應力應變、孔隙水壓力等參數(shù)。另外，外界因素（如降雨量、地震動、人工爆破等）也能夠促使邊坡失穩(wěn)。在有條件時，也要對這些影響因素進行監(jiān)測，這些因素對邊坡體失穩(wěn)的反映，可能會存在時間上的滯后性。

34、2.3 邊坡監(jiān)測常用儀器設備上節(jié)介紹的邊坡監(jiān)測基本原理，包括簡單的巡視觀察法，它是借助人眼觀察，根據(jù)被觀察對象的變化進行初步判斷和分析，或借助最基本、最簡單的輔助工具，如鋼尺或直尺。而其它的邊坡監(jiān)測方法需要用到那些專門的、高精度的儀器設備。2.4 邊坡安全評價理論與方法在邊坡工程中，為了合理選擇線路及場地，需要正確評價邊坡的穩(wěn)定性，這就需要用到邊坡穩(wěn)定性的安全評價理論和方法。邊坡安全的評價理論和方法是采用能模擬邊坡巖土體特性的介質材料，選用適合巖土體變形規(guī)律的強度理論，通過輸入有關的計算參數(shù)，得到邊坡安全系數(shù)，劃分出邊坡是否處于安全、危險或臨界狀態(tài)，為下一步的滑坡治理以及方案選擇提供科學依據(jù)。

35、邊坡穩(wěn)定性的分析理論方法有極限平衡法、極限分塊法和數(shù)值計算方法（主要是有限元法）。工程設計時還常用工程類比法，而工程類比法屬于定性分析的方法，一般只適合于工程地質條件不復雜的小型邊坡（一般高度小于30m）。一些重要工程還可采用模擬試驗方法，對邊坡破壞機理進行研究，對理論計算結果進行驗證，主要的試驗方法有相似材料模擬試驗、離心機試驗和底摩擦試驗等。極限平衡方法是在某種失穩(wěn)模型條件下，假定滑坡為剛性體，通過對失穩(wěn)脫離體中受力狀態(tài)及強度發(fā)揮程度的研究，利用極限平衡原理，計算邊坡的穩(wěn)定系數(shù)，判斷邊坡的穩(wěn)定性。該法的基本概念在一定程度上脫離了巖土體的實際情況。模型試驗方法是在工程地質勘探調查的基礎上，建

36、立滑坡體物理地質模型和巖土體的力學模型，借助光彈、相似材料等試驗，直觀形象地再現(xiàn)邊坡的變形破壞發(fā)生和發(fā)展全過程，為認識變形破壞機制提供資料。模型試驗中的難度是模型的幾何、材料和力學行為不能很好的全部相似。有限元法能夠充分模擬巖土體的力學行為特征、空間幾何條件，不用對滑坡體作過多的理論假定，因而能夠較真實的識別滑坡變形破壞機制，將是邊坡穩(wěn)定性分析的發(fā)展趨勢。極限平衡法的基本原理是：假設邊坡沿某滑裂面滑動時，滑面上各點的抗剪強度發(fā)揮一致，即摩擦系數(shù)和內聚力用同一安全系數(shù)進行折減，在計算中，通過對滑體的內力做某種假定，使滑體滿足全部或部分的力和力矩平衡，通過求解方程組得到安全系數(shù)。安全系數(shù)可定義為抗

37、滑力（矩）和滑動力（矩）之比，當需要對滑體內力進行假定時，須將滑體進行條塊剖分；當邊坡體中沒有明顯的已知滑裂面時，應搜索安全系數(shù)為最小的臨界滑裂面。條分法包括常用的瑞典法、簡化畢肖普法、不平衡力傳遞法、復合滑動面法、簡布法、spencer法、morgensternprice法等。2.5 邊坡安全預警系統(tǒng)我國是地質災害多發(fā)的國家，每年到雨季集中的時候，山洪、泥石流、滑坡等地質災害就經常發(fā)生。目前，我國處在經濟和社會快速發(fā)展時期，資源消耗處于增長階段，大規(guī)模建設方興未艾，環(huán)境安全問題日益突出，在一些庫區(qū)移民后安置地區(qū)，人與自然矛盾加劇，地質環(huán)境壓力不斷增加，人為誘發(fā)的地質災害日趨嚴重，人為和自然發(fā)

38、生的地質災害處于高發(fā)期。危巖崩塌、滑坡等地質災害的發(fā)生常具有時間上的突發(fā)性、空間上的隨機性、種類上的多樣性、環(huán)境上的惡劣性及后果嚴重性等特點，為了給人們提供安全、安定的生產、生活環(huán)境和建設場地，必須加強對地質環(huán)境穩(wěn)定性的監(jiān)測預警預報。通過高精度儀器的使用，彌補人力監(jiān)測的不足，從微量級別給人們提供山坡體的變形發(fā)展特征，以便在某種危險階段，向人們發(fā)出警報預告，使人們及早采取避險、搶險措施，最大限度地降低地質災害造成的嚴重后果，這正是邊坡監(jiān)測工作的目的所在，也是開展監(jiān)測工作的最佳歸宿進行邊（滑）坡監(jiān)測的預警、預報分析。要想對邊（滑）坡進行監(jiān)測及險情預報，監(jiān)測設備中就必須包括邊坡險情發(fā)生的偵察監(jiān)測系統(tǒng)

39、、監(jiān)測成果的分析處理系統(tǒng)、邊坡區(qū)域性監(jiān)測的群測群防系統(tǒng)、險情發(fā)布中心系統(tǒng)。這四大系統(tǒng)具有層次等級關系，又相互依賴、相互利用，首先監(jiān)測系統(tǒng)分布在整個系統(tǒng)的最低層，應該采用任何可用的儀器設備，并將設備分布在盡可能廣的野外環(huán)境中，捕捉、獲取關于邊坡（滑坡）趨于不穩(wěn)定的變形特征以及影響要素，如強降雨、人工爆破等。監(jiān)測成果的分析處理系統(tǒng)根據(jù)對監(jiān)測成果的處理等級而分布在不同層次上，如單純對裂縫或內部位移進行分析，就可以與監(jiān)測系統(tǒng)一樣分布在最低層次；如果要針對監(jiān)測成果進行系統(tǒng)的科學分析，就應該分布在高層次上，即首先將各種監(jiān)測成果進行匯總、上報，再由高一級的分析處理系統(tǒng)，依據(jù)專門的分析流程，進行系統(tǒng)嚴密的分析

40、。邊坡監(jiān)測系統(tǒng)中的群測群防子系統(tǒng)也包括多級層次，是包含了群眾性的補充監(jiān)測和儀器設備監(jiān)測的綜合系統(tǒng)，不論在哪個層次，不管是群眾目測到的險情，還是儀器監(jiān)測到的險情，都應該在第一時間上報險情。險情發(fā)布系統(tǒng)包括明顯險情的發(fā)布和隱蔽險情的發(fā)布，對于那些已經發(fā)生的、被群眾觀察到的，以及被儀器探測到的明顯險情，就應該隨時發(fā)布。但是對于那些邊坡體正趨于不穩(wěn)定狀態(tài)、但又尚未出現(xiàn)明顯危險征兆的險情，需要在專家分析和經驗補充判斷的基礎上，由最高層次的機構發(fā)布。其實，該子系統(tǒng)也是個綜合分析處理系統(tǒng)，但又兼有指揮和決策的功能。2.6 小結邊坡災害監(jiān)測及預警技術已經受到了國際關注，各國都投入了較多的精力、財力，研究邊坡趨

41、向不穩(wěn)定過程的變化特征和規(guī)律。在這一過程中，人們采取了繁、簡不同的儀器設備，簡單的設備包括人眼直接觀測以及直尺測量；而復雜的監(jiān)測儀器包括水準儀、經緯儀、全站儀、測斜儀，以及其他不同種類的傳感器，這些儀器的共同特點就是要測出被監(jiān)測對象的位移、變形或位置改變。位移變形根據(jù)監(jiān)測儀器的監(jiān)測原理分為水平位移和垂直位移。邊坡體趨向破壞的過程有快有慢，這主要依賴于所受外界干擾因素的強弱程度，因此人們需要對監(jiān)測到的變形數(shù)據(jù)進行科學分析，以便從中總結出判斷穩(wěn)定性的規(guī)律，這樣就能在任何一個邊坡體的穩(wěn)定性評判工作中，利用這些一般性判據(jù)，分析判斷該邊坡體的穩(wěn)定狀態(tài)，為工程建設活動提供有利證據(jù)。該報告在前面的詳述中，已

42、經在掌握大量翔實文獻資料和研究成果的基礎上，對這些問題做了全面而系統(tǒng)的論述，這些內容將對類似的邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測及評判工作有很好的幫助作用。但隨著電子儀器制造技術和邊坡理論的不斷發(fā)展和進步，必將會出現(xiàn)功能更完善、精度更高的監(jiān)測設備和分析系統(tǒng)，能夠更快、更高的促進人類抵御地質災害的能力和水平。3 小型生態(tài)邊坡監(jiān)測預警實施方案3.1 小型生態(tài)邊坡工程概況近幾年, 水利樞紐、公路、鐵路、礦山等基礎設施建設的迅猛發(fā)展, 促進了我國經濟的空前增長, 提高了國民的物質文化水平, 同時也付出了慘重的環(huán)境代價。這些基礎設施建設破壞了原有植被及原生植物群落, 造成了大量次生邊坡, 導致了一系列的環(huán)境問題, 如水土流

43、失、滑坡、泥石流、氣候變化、生物鏈破壞等, 引起了社會各界的重視, 先后興起了許多的防護措施,如傳統(tǒng)的硬性支護, 有擋土墻護坡、漿砌石等封閉護坡技術措施。隨著人們環(huán)境可持續(xù)發(fā)展意識的增強, 生態(tài)科學的發(fā)展和工程實踐應用經驗的積累, 這類傳統(tǒng)的灰色護坡措施由于破壞了自然生態(tài)和諧逐漸被否定, 邊坡的穩(wěn)定性概念已經不僅僅是傳統(tǒng)意義上的力學穩(wěn)定, 而且還包括邊坡生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。對于基礎設施建設中產生的大量的小型邊坡，采用生態(tài)方法治理，不僅可以治理邊坡水土流失、防止邊坡坍塌，還是建造生態(tài)景觀，恢復受損生態(tài)系統(tǒng)的最佳途徑。盡管小型生態(tài)護坡技術通過植物護坡技術有著比傳統(tǒng)邊坡支護優(yōu)勢，但是由于不可控制因素的存

44、在，邊坡穩(wěn)定問題依然不可避免，對其進行有效地監(jiān)測預警，是保證生態(tài)邊坡穩(wěn)定的重要的環(huán)節(jié)。3.2 邊坡監(jiān)測內容由于滑坡類型多，且特征各異，變形破壞機理和所處的變形破壞階段不同，監(jiān)測技術方法各有不同；各種監(jiān)測技術方法在不同的滑坡中的適用的程度有差異，不同的監(jiān)測設備儀器要求有自己的運行環(huán)境為了達到不同監(jiān)測技術方法優(yōu)化組合的目的，有必要進行監(jiān)測方法的應用效果和實用性分析。3.2.1 應力監(jiān)測 主要為儀表電測，主要應用于巖土體應力變化的監(jiān)測，具有精度高、所處環(huán)境多為恒溫狀態(tài)、可實現(xiàn)遠距離傳輸?shù)葍?yōu)點，在巖質滑坡及崩塌中應用較好，但由于其量程不可調，且為一次性隱蔽安裝，適用于大多數(shù)小型生態(tài)邊坡滑坡變形破壞的緩

45、慢蠕變階段和滑坡治理工程監(jiān)測中，由于其傳感器的安裝環(huán)境比較惡劣，對傳感器的耐腐蝕性也有要求。3.2.1.1 傳統(tǒng)的應力監(jiān)測方式 采用壓力盒監(jiān)測，利用土體內壓力盒監(jiān)測土體內部應力變化，巖土體與人工建筑體之間的應力變化信息；應變計監(jiān)測，量測混凝土應力變化引起的應變、應力，也可量測物體的溫度、蠕變；錨索（桿）監(jiān)測，通過監(jiān)測錨索（桿）預應力的變化來觀察應力變化。3.2.1.2 新型的應力監(jiān)測方式 時域反射技術( tdr)是監(jiān)測邊坡和壩體穩(wěn)定性的一種新方法,始于20世紀90年代。它能對邊坡工程進行在線監(jiān)測和實現(xiàn)動態(tài)分析。在特殊環(huán)境下對邊坡工程的重要部位或其他對邊坡結構有很大影響的部位可準確地反映邊坡的安

46、全狀態(tài)。尤其適應于邊坡工程的突發(fā)事件、特殊狀態(tài)的觀測。采取動態(tài)跟蹤監(jiān)測,可使相關量、環(huán)境量同步動態(tài)實現(xiàn),并采用時間段插值分析、趨勢、插值放大,為決策提供科學依據(jù)。tdr技術可用于監(jiān)測巖土的變形,可以得到邊坡深部的位移與變形的動態(tài)變形過程。布里淵光時域反射計（botdr）優(yōu)點就是可以測出光纖沿線任一點上的應變、溫度和損傷等信息，實現(xiàn)對監(jiān)測對象的全方位監(jiān)測。目前，國內外已成功地將該技術應用在土木和水利工程等方面的檢測和監(jiān)測，并取得了一系列成果。3.2.2 位移監(jiān)測 邊坡位移監(jiān)測是監(jiān)測邊坡相對位移信息，根據(jù)監(jiān)測內容，獲得前兆信息，減少邊坡破壞損失。選擇邊坡位移監(jiān)測方法既要保證監(jiān)測精度，又要盡可能的減

47、少監(jiān)測的工作量。坡體表面的位移只能反映各個孤立點的變化情況，對于坡體內的位移，根據(jù)滑動體結構的不同，可以和坡面位移一樣，也可以不一樣。當滑動體結構是板狀順層滑動或滑動體相對密實、含水量少時，多呈整體滑動。此時滑動面到地面各點的位移量基本相同或非常接近。如果滑動體的含水量較高或滑動體出現(xiàn)旋轉滑動時，滑動體內的位移和地面處的位移常常不一致。為了確定滑動面的位移，需要監(jiān)測坡體內部的位移。3.2.2.1 傳統(tǒng)的變形監(jiān)測方式宏觀地質觀測法是用常規(guī)的地質路線調查方法，對崩塌、滑坡的宏觀變形跡象和其他有關的各種異?，F(xiàn)象進行定期的觀測、記錄。具有直觀性、動態(tài)性、適應性及實用性強的特點，不僅適用于各種類型的崩塌

48、滑體在不同變形發(fā)展階段的監(jiān)測，而且監(jiān)測內容比較豐富，獲得的前兆信息直觀、可信度高。簡易觀測法是通過人工觀測邊坡中地表裂縫、鼓脹、沉降、坍塌、建筑物變形及地下水變化、地溫變化等的變化。具體實施時，主要通過設置騎縫式簡易觀測標志，用鋼尺等測量工具直接進行觀測。宏觀地質監(jiān)測與簡易監(jiān)測成本低、投入快、簡單直觀以及無量程限制等特點，適用于小規(guī)模滑體及滑坡速變和臨滑階段的監(jiān)測，為群測群防推廣應用；其監(jiān)測成果可以和儀表監(jiān)測相互校驗、補充，適用于小型生態(tài)邊坡的監(jiān)測。大地測量法主要有兩方向、或三方向的前方交會法、雙邊距離交會法、視準線法、小角法、測距法、幾何水準測量法以及精密三角高程測量法。常用儀器有水準儀、經

49、緯儀、全站儀。大地測量法有如下明顯的優(yōu)點：(1) 能確定邊坡地表變形范圍；(2) 儀表量程不受限制；(3) 能觀測到邊坡體的絕對位移量；(4) 在滑坡發(fā)生劇滑時，監(jiān)測儀器設施不會因滑坡加速運動而損壞，監(jiān)測人員不必到滑坡體上，能保證滑坡監(jiān)測工作的連續(xù)性。由于大地測量方法具有以上優(yōu)點，在邊坡工程的地表監(jiān)測中占有主導地位。但由于大地測量法受到地形通視條件限制和氣象條件的影響，實測時的工作量大、周期長，會使連續(xù)觀測的能力變差。大地測量法位移監(jiān)測適用于不同類型、不同變形破壞階段的滑坡監(jiān)測，具有技術成熟、投入快、精確度較高及無量程限制等優(yōu)點，但是大地測量監(jiān)測易受滑坡體地形等通視條件的限制，而gps衛(wèi)星定位

50、系統(tǒng)監(jiān)測卻可以避免這方面的缺點，而且在滑坡監(jiān)測領域的應用趨于成熟。儀表觀測法是用精密儀器儀表對變形的斜坡體進行地表及深部的位移、傾斜（沉降）動態(tài)變化、裂縫相對張開、閉合、下沉、錯動變化及地聲、應力應變等物理參數(shù)與環(huán)境影響因素進行監(jiān)測。監(jiān)測的參數(shù)內容豐富、精度高、靈敏度高，儀器的測程可調、儀器便于攜帶，可以避免惡劣環(huán)境對測試儀表的損害，觀測成果含義直觀、可靠度高，該方法適用于斜坡體變形的中、長期監(jiān)測。目前，監(jiān)測儀器根據(jù)監(jiān)測內容或對象的不同，可分為坡體位移監(jiān)測、地下傾斜監(jiān)測、坡體地下應力測試和環(huán)境變量監(jiān)測。滑坡體深部位移監(jiān)測用于監(jiān)測深部滑帶、控制結構面位移變形信息，目前應用較廣的是鉆孔傾斜儀監(jiān)測。

51、鉆孔測斜儀本質上是測量邊坡體內部某點的水平位移，是在忽略該點垂直位移情況下的結論，以及假設坡體的位移變化比較小。然而實際情況并非如此，坡體內部也有垂直位移，即位移變化是空間性質的，這時就可以采用拉線式地下位移監(jiān)測方法。采用的設備是多點位移計，具體的方法是：在鉆孔中，從可能滑動面以下到地面設置若干個固定點，間距23m，從每一點向地面引一根鋼絲，固定在鉆孔口的觀測架子上，用重物或彈簧拉緊，在觀測架上設有標尺，這樣根據(jù)每個固定點處鋼絲的縮短或伸長，就能求出鉆孔內相應位置處的空間位移，如圖3. 2-1。在實際操作時，為了防止各個鋼絲在鉆孔內相互纏繞，可以每隔3m設一架線環(huán)，對各個鋼絲進行隔離或定位,

52、但其安裝施工成本大，為一次性隱蔽工程，且量程有限，適用于滑坡體變形破壞蠕滑階段。圖3.2-1 多點位移計監(jiān)測原理3.2.2.2 新型的變形監(jiān)測方式gps是全球定位系統(tǒng)（global positioning system）的縮寫,該系統(tǒng)由美國政府于20世紀70年代開始進行研制并于1994年全面建成。近年來，隨著gps定位技術及其數(shù)據(jù)處理模型、軟件的不斷發(fā)展，gps定位精度不斷提高。它具有速度快，精度高，全天候和不受通視條件限制等優(yōu)點，大大改善了變形監(jiān)測的作業(yè)方式及其數(shù)據(jù)處理過程。因此，在變形監(jiān)測中可以用gps 技術來替代傳統(tǒng)的變形監(jiān)測手段，建立高精度的變形監(jiān)測三維網(wǎng)。gps測量法的基本原理是用g

53、ps衛(wèi)星發(fā)送的導航定位信號進行空間后方交會測量，確定地面待測點的三維坐標。在邊坡工程監(jiān)測工作中，采用gps測量法有以下優(yōu)點：(1) 觀測站之間無須通視，選點方便；(2) 觀測不受天氣條件的限制，可以進行全天候觀測作業(yè)；(3) 觀測點的三維坐標可以同時測定，對于運動的觀測點還能精確測出它的速度；(4) 在測程大于10km時，測量的相對精度能夠達到510-5110-6，有的甚至能達到10-7，優(yōu)于精密的光電測距儀（此法適合于邊坡地表的三維位移監(jiān)測，特別適合于地形條件復雜、起伏大或建筑物密集、通視條件差時的邊坡監(jiān)測）；(5) 測量過程的觀測時間短，操作簡便。為了反映坡體內部的位移差異，或為了確定坡體

54、內部的滑動面位移，可以采用時域反射儀法，即tdr法。tdr監(jiān)測系統(tǒng)主要由電子脈沖信號發(fā)生器、傳輸線（同軸電纜）、信號接收器三部分組成。利用同軸電纜和邊坡巖體或土體同步變形時的輔助裝置，當邊坡巖體或土體發(fā)生位移和變形時，將使同軸電纜產生局部剪切、拉伸變形，使變形截面上的阻抗特性發(fā)生變化，這樣電子脈沖信號在電纜上傳輸時，就會在阻抗變化處產生發(fā)射和透射，根據(jù)對典型tdr波形的辨識、分析，就能確定坡體明顯位移的位置（滑動面位置）。這種測量方法并不是真正測量坡體內部的位移大小，而是通過輔助電纜的阻抗特性變化來達到間接監(jiān)測的目的。時域反射測試技術是一種電子測量技術，目前，tdr技術以其方便、安全、經濟、數(shù)

55、字化及可遠程控制等優(yōu)點而受到廣泛應用。一個完整的tdr滑坡監(jiān)測系統(tǒng)，一般由tdr同軸電纜、電纜測試儀、數(shù)據(jù)記錄儀、遠程通訊設備以及數(shù)據(jù)分析軟件等幾部分組成。在進行一個邊坡的具體監(jiān)測時，與傳統(tǒng)的傾斜儀等監(jiān)測手段相比，該方法具有的優(yōu)點是：(1) 價格低廉；(2) 檢測時間短；(3) 可遠程訪問；(4) 快速提供數(shù)據(jù)；(5) 安全性高。但是tdr監(jiān)測系統(tǒng)也有部分不足，即不能用于傾斜監(jiān)測、但又不存在剪切作用的區(qū)域，還不能確定滑坡移動量和滑坡移動方向。由于tdr監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)點，使其十分適用于小型生態(tài)邊坡的監(jiān)測預警應用，下面專門介紹tdr100時域反射儀的構成與應用：tdr100時域反射儀的系統(tǒng)構成如下：

56、它的特點是：安裝成本低、安裝深度無限制、能快速確定邊坡移動位置、實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)采集。tdr100時域反射計的技術規(guī)格如表3.2.2.2-1所示。表3.2-3 tdr100時域反射儀的技術指標脈沖發(fā)生器輸出250mv into 50 ohms輸出阻抗50歐姆秒1%脈沖發(fā)生器和取樣電路組合的時間響應300皮秒脈沖發(fā)生器偏差前10毫微秒內5%，后10毫微秒0.5%脈寬14微秒計時分辨率12.2皮秒波形取樣波形值20 to 2048 超過所選擇的長度距離（vp=1） 時間（單行線）范圍-2 to 2100 m 0 to 7微秒分辨率1.8mm 6.1皮秒波形平均值1到128靜電放電保護內部箝位電路耗用電

57、流測量270ma；睡眠模式20ma；待命模式2ma電源任意12v（9.6v to 16v），最大300 ma溫度范圍-40 to 55尺寸21cm11cm5.5cm（8.3”4.3”2.2”）重量700g（1.5lbs）tdr100時域反射儀是利用tdr100時域反射儀給測試電纜發(fā)射電子脈沖，根據(jù)電子脈沖在電纜受剪切位置處產生的反射回波，可以準確判斷邊坡體的滑動面位置（如圖3.2.2.2-2）。對于邊坡體的后續(xù)分析有很好的幫助，由于已經肯定滑動面位置，不用再人為假設滑坡帶的可能位置。同軸電纜電子脈電子脈沖在剪切處反射電纜測試儀圖3.2-3 邊坡體滑動面位置確定在具體操作時，tdr100時域反射

58、測試儀每200s向專用的測試電纜發(fā)送一次超速脈沖電壓，在邊坡體中出現(xiàn)斷裂（滑坡）的地方，測試電纜的阻抗特性發(fā)生變化，電脈沖被反射回電纜測試儀，通過軟件處理，在電纜特性曲線上產生一個尖峰，每一個獨立的反射峰可被解析成一個斷裂的滑坡位置（圖3.2-4）。深度（m）相對反射率圖3.2 -4 由電纜特性曲線確定的滑動位置現(xiàn)場安裝時，可利用單獨鉆孔，也可以和固定式測斜管捆綁在一起安裝，由于該測試電纜是普通的雙芯同軸電纜，拉直性很好，能直接放入鉆孔中進行測試。tdr100時域反射儀仍然有著不足，不具有實時跟蹤監(jiān)測的能力，只能得到各個離散時刻的反射圖形，不能確定何時發(fā)生了滑坡，即只有根據(jù)滑坡發(fā)生后的信號測試，確定在哪個深度處出現(xiàn)了滑坡。如果滑坡后，其他部位的電纜被不正確的折斷或被扭曲，則會給出錯誤判斷，在使用時要注意區(qū)分。光時域反射法的測量原理是，傳感器輸出信號能夠反映被測參數(shù)（如裂縫）在空間上的變化情況，輸出信號主要沿著光纖向前傳輸，但也有部分