邊坡工程監(jiān)測

7邊坡工程監(jiān)測7.1邊坡監(jiān)測的目的和意義7.2邊坡監(jiān)測的內(nèi)容和方法及儀器選型7.3邊坡變形監(jiān)測7.4邊坡應(yīng)力監(jiān)測7.5邊坡地下水監(jiān)測7.6邊坡工程監(jiān)測實例思考題※7.1邊坡監(jiān)測的目的和意義

邊坡巖土體往往呈現(xiàn)出非均質(zhì)性與各向異性特性，在開挖、堆載、降雨、河流沖刷、庫水位升降與地震等外部荷載作用下很容易進(jìn)入局部或瞬態(tài)大變形乃至失穩(wěn)滑動。我國每年由于巖土體失穩(wěn)而引發(fā)的大小滑坡數(shù)百萬次，由此造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)100～200億元，因暴雨、地震等引發(fā)的各類滑坡災(zāi)害至上世紀(jì)90年代累計死亡超過10萬人。因此，對于邊坡工程特別是大型復(fù)雜邊坡，除了進(jìn)行常規(guī)的工程地質(zhì)調(diào)查、測繪、勘探、試驗和穩(wěn)定性評價外，尚應(yīng)及時有效地開展邊坡工程的動態(tài)監(jiān)測，預(yù)測邊坡失穩(wěn)的可能性和滑坡的危險性，并提出相應(yīng)的防災(zāi)減災(zāi)措施，對于確保國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展與保障人民群眾生命財產(chǎn)安全具有重大意義。

邊坡工程主要應(yīng)用在交通、建筑、水利和礦山等各個建設(shè)領(lǐng)域中。

邊坡工程的監(jiān)測的主要目的：

1、評價邊坡施工及其使用過程中邊坡的穩(wěn)定程度，并做出有關(guān)預(yù)報，為崩塌、滑坡的正確分析評價、預(yù)測預(yù)報及治理工程等，提供可靠的資料和科學(xué)依據(jù)。2、為防治滑坡及可能的滑動和蠕動變形提供技術(shù)依據(jù)，預(yù)測和預(yù)報今后邊坡的位移、變形的發(fā)展趨勢，通過監(jiān)測可對巖土體的時效特性進(jìn)行相關(guān)的研究。3、對已經(jīng)發(fā)生滑動破壞的邊坡和加固處理后的滑坡，監(jiān)測結(jié)果也是檢驗崩塌、滑坡分析評價及滑坡處理工程效果的尺度。4、為進(jìn)行有關(guān)位移分析及數(shù)值模擬計算提供參數(shù)?！?.2邊坡監(jiān)測內(nèi)容和方法及儀器選型

7.2.1邊坡監(jiān)測的內(nèi)容主要包括：（1）、施工安全監(jiān)測在施工期對邊坡的位移、應(yīng)力、地下水等進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果作為指導(dǎo)施工、反饋設(shè)計的重要依據(jù)，是實施信息化施工的重要內(nèi)容。

（2）、處治效果監(jiān)測是檢驗邊坡處治設(shè)計和施工效果、判斷邊坡處治后的穩(wěn)定性的重要手段。一方面可以了解邊坡體變形破壞特征，另一方面可以針對實施的工程進(jìn)行監(jiān)測。（3）、動態(tài)長期監(jiān)測在防治工程竣工后，對邊坡體進(jìn)行動態(tài)跟蹤，了解邊坡體穩(wěn)定性變化特征、長期監(jiān)測主要對一類邊坡防治工程進(jìn)行。在實際工作中邊坡監(jiān)測的具體內(nèi)容應(yīng)根據(jù)邊坡的等級、地質(zhì)及支護(hù)結(jié)構(gòu)的特點進(jìn)行考慮，通常對于一類邊坡防治工程，建立地表和深部相結(jié)合的綜合立體監(jiān)測網(wǎng)，并與長期監(jiān)測相結(jié)合；對于二類邊坡防治工程，在施工期間建立安全監(jiān)測和防治效果監(jiān)測點，同時建立以群測為主的長期監(jiān)測點；對于三類邊坡防治工程，建立群測為主的簡易長期監(jiān)測點。一般情況下，邊坡監(jiān)測內(nèi)容可劃分為下表的各類型。序號監(jiān)測項目監(jiān)測內(nèi)容1裂縫監(jiān)測1.地表裂縫監(jiān)測；2.建筑物裂縫監(jiān)測2位移監(jiān)測1.地表位移監(jiān)測；2.地下位移監(jiān)測3滑動面監(jiān)測滑動面位置測定4地表水監(jiān)測1.自然溝水的觀測；2.河、湖、水庫水位觀測；3.濕地觀測5地下水監(jiān)測1.鉆孔、井水的觀測；2.泉水監(jiān)測；3.孔隙水壓力監(jiān)測6降水量監(jiān)測降雨量、降雪量監(jiān)測7應(yīng)力監(jiān)測滑帶應(yīng)力監(jiān)測、建筑物受力監(jiān)測8宏觀變形跡象監(jiān)測7.2.2邊坡工程監(jiān)測方法邊坡工程監(jiān)測主要采用簡易觀測法、設(shè)站觀測法、儀表觀測法和遠(yuǎn)程監(jiān)測法等四種類型。通過監(jiān)測，深入了解邊坡的變形機(jī)理，從而對地質(zhì)災(zāi)害防治和加固處理的反饋以及對工程的影響等獲取有關(guān)信息，通過監(jiān)測資料的分析得到邊坡變形的各種特征信息，分析其動態(tài)變化規(guī)律，預(yù)測邊坡工程可能發(fā)生的破壞，為防災(zāi)減災(zāi)提供科學(xué)依據(jù)。?簡易觀測法通過人工觀測邊坡工程中地表裂縫、地面鼓脹、沉降、坍塌、建筑物變形特征（發(fā)生和發(fā)展的位置、規(guī)模、形態(tài)、時間等）及地下水位變化、地溫變化等現(xiàn)象，也可在邊坡體關(guān)鍵裂縫處埋設(shè)騎縫式簡易觀測樁；在建（構(gòu)）筑物（如房屋、擋土墻、漿砌塊石溝等）裂縫上設(shè)置簡易玻璃條、水泥砂漿片、貼紙片；在巖石、陡壁面裂縫處用紅油漆劃線作觀測標(biāo)記；在陡坎（壁）軟弱夾層出露處設(shè)置簡易觀測標(biāo)樁等，定期用各種長度量具測量裂縫長度、寬度、深度變化及裂縫形態(tài)、開裂延伸的方向。

簡易觀測法對于發(fā)生病害的邊坡進(jìn)行觀測較為適合

?設(shè)站觀測法

設(shè)站觀測法是指在充分了解工程場區(qū)的工程地質(zhì)背景的基礎(chǔ)上，在邊坡上設(shè)立變形觀測點（成線狀、格網(wǎng)狀等），在變形區(qū)影響范圍之外穩(wěn)定地點設(shè)置固定觀測站，用測量儀器（經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、測距儀、攝影儀及全站型電子速測儀、GPS接收機(jī)等）定期監(jiān)測變形區(qū)內(nèi)網(wǎng)點的三維（X、Y、Z）位移變化的一種行之有效的監(jiān)測方法。設(shè)站觀測法主要包括以下三種方法

（1）大地測量法（2）近景攝影測量法（3）GPS（全球定位系統(tǒng)）測量法三種方法的優(yōu)缺點比較測量方法優(yōu)缺大地測量法1）能確定邊坡地表變形范圍；2）量程不受限制；3）能觀測到邊坡體的絕對位移量。受到地形通視條件限制和氣象條件的影響，工作量大，周期長，連續(xù)觀測能力較差。

近景攝影測量法1）其周期性重復(fù)攝影方便；2）外業(yè)省時省力；3）可同時測定多點在某一瞬間的空間位置，像片資料可隨時進(jìn)行比較。

在觀測的絕對精度方面還不及某些傳統(tǒng)的測量方法GPS測量法優(yōu)點：1）觀測點之間無需通視，選點方便；2）觀測不受天氣條件的限制；3）觀測點的三維坐標(biāo)可以同時測定，對于運動的觀測點能精確測出它的速度；4）測量精度高GPS接收機(jī)價格較昂貴?儀表觀測法

儀表觀測法是指用精密儀器儀表對變形斜坡進(jìn)行地表及深部的位移、傾斜（沉降）動態(tài)，裂縫相對張、閉、沉、錯變化及地聲、應(yīng)力應(yīng)變等物理參數(shù)與環(huán)境影響因素進(jìn)行監(jiān)測。電子儀表觀測的內(nèi)容，基本上能實現(xiàn)連續(xù)觀測，自動采集、存儲、打印和顯示觀測數(shù)據(jù)。遠(yuǎn)距離無線傳輸是該方法最基本的特點，由于其自動化程度高，可全天候連續(xù)觀測，故省時、省力和安全，是當(dāng)前和今后一個時期滑坡監(jiān)測發(fā)展的方向。

7.2.3邊坡監(jiān)測項目的選定及儀器的選型

7.2.3.1監(jiān)測項目的選定

邊坡監(jiān)測項目及其適用范圍：（1）大地測量水平變形、垂直變形監(jiān)測對邊坡和滑坡及其不同階段都可適用。（2）正、倒垂線法一般只適用于重大的人工邊坡工程。（3）表面傾斜監(jiān)測一般適合于邊坡施工期和滑坡整治期監(jiān)測。（4）地表裂縫包括斷層、裂縫、層面的監(jiān)測等。（5）鉆孔深部位移監(jiān)測，包括測水平位移的鉆孔測斜儀法和測孔軸向位移的多點位移計法，對邊坡和滑坡及其不同階段都可適用。（6）爆破影響監(jiān)測。（7）滲流滲壓監(jiān)測，是邊（滑）坡重要監(jiān)測項目。（8）雨量與江河水位監(jiān)測（9）松動范圍監(jiān)測。（10）加固效果監(jiān)測。（11）巡視檢查。邊（滑）坡監(jiān)測項目選擇

序號監(jiān)測項目人工邊坡天然滑坡施工期運行期前期整治期整治后1大地測量水平變形√√√√√2大地測量垂直變形√√√√

3正垂倒垂線

√

4表面傾斜√√5地表裂縫√√√√6鉆孔深部位移√√√√7爆破影響監(jiān)測√

√

8滲流滲壓監(jiān)測√√√√9雨量監(jiān)測√√√√10水位監(jiān)測

√√√√11松動范圍監(jiān)測√12加固效果監(jiān)測√√√√13巡視檢查√√√√√7.2.3.2監(jiān)測儀器的選型一、儀器選型的原則

1）可靠、適用。2）具有工程所要的精度、量程、直線性和重復(fù)性。3）施工期安全監(jiān)測儀器應(yīng)力求結(jié)構(gòu)、安裝和操作簡單，價格便宜。4）兼顧自動化監(jiān)測的需要。5）儀器類型宜盡量單一。6）綜合比較。

二、儀器的選擇

根據(jù)檢測內(nèi)容的不同選擇不同的儀器具體如下：

A、變形監(jiān)測經(jīng)緯儀和水準(zhǔn)儀、垂線坐標(biāo)儀、表面傾斜儀、測縫計、收斂計等B、爆破影響監(jiān)測低頻儀器地震檢波器等C、滲流滲壓監(jiān)測滲壓計測量、量水堰D、雨量監(jiān)測雨量監(jiān)測可采用雨量計或采用附近水文站的實測資料。E、河水位監(jiān)測江河水位的監(jiān)測可采用水位自測，或向附近的水文站索取所需資料。F、松動范圍的監(jiān)測松動范圍一般采用聲波儀配換能器檢測※7.3邊坡變形監(jiān)測7.3.1地面變形監(jiān)測地面變形監(jiān)測是邊坡監(jiān)測中的常規(guī)監(jiān)測項目，通常應(yīng)用的儀器有兩類：一是大地測量（精度高的）儀器，如紅外儀、經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、全站儀、GPS等，二是專門用于邊坡變形監(jiān)測的設(shè)備，如裂縫計、鋼帶和標(biāo)樁、地面位移伸長計和全自動無線邊坡監(jiān)測系統(tǒng)、光纖應(yīng)變監(jiān)測系統(tǒng)等。

地面變形監(jiān)測主要采用邊坡工程監(jiān)測方法中的設(shè)站觀測法和儀表觀測法，包括：

1)、大地測量法

2)、攝影測量法

3)、測量機(jī)器人監(jiān)測系統(tǒng)

4)、自動化監(jiān)測網(wǎng)

5)、光纖應(yīng)變監(jiān)測系統(tǒng)1)、大地測量法

大地測量法是在變形邊坡地區(qū)設(shè)置觀測樁、站、網(wǎng)，在變形邊坡以外的穩(wěn)定地段設(shè)置固定站進(jìn)行觀測。

一般采用十字形觀測網(wǎng)、放射形觀測網(wǎng)、方格形觀測網(wǎng)等。

(a)十字形觀測網(wǎng)

(b)放射性觀測網(wǎng)

(c)方格形觀測網(wǎng)大地測量法網(wǎng)型布置圖

2)、攝影測量法

攝影測量法是用地面攝影經(jīng)緯儀，在不同的時間內(nèi)，對邊坡進(jìn)行攝影測量，適用于大面積邊坡的移動測量。

優(yōu)點是：它測量的不是邊坡上個別觀測點的移動，而是整個觀測視野內(nèi)邊坡上所有點的移動。對人員不能到達(dá)的地方也能測量。

攝影測量精度主要取決于y距（又稱縱距）及攝影經(jīng)緯儀的焦距。一般來說，縱距越小，精度越高，焦距越長，精度越高。

3)、測量機(jī)器人監(jiān)測系統(tǒng)機(jī)器人監(jiān)測系統(tǒng)，具有自動識別目標(biāo)的ATR（AutomaticTargetRecognition）功能，能自動搜索、照準(zhǔn)目標(biāo)，實現(xiàn)角度、距離的全自動化測量，從而改進(jìn)傳統(tǒng)的變形監(jiān)測方法、完善傳統(tǒng)的變形監(jiān)測理論、減輕勞動工作強(qiáng)度等。4)、自動化監(jiān)測網(wǎng)（3S技術(shù)）

3S技術(shù)即地理信息系統(tǒng)（GeographyInformationSystem，GIS）、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GlobalPositioningSystem，GPS）和遙感遙測系統(tǒng)（RemoteSensing，RS）5)、光纖應(yīng)變監(jiān)測系統(tǒng)

光纖應(yīng)變監(jiān)測系統(tǒng)，按光的載體可分為基于拉曼散射的分布式光纖檢測系統(tǒng)、基于瑞利散射的分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)和基于布里淵散射的分布式光纖檢測系統(tǒng)（BOTDR）等三種形式光纖應(yīng)變監(jiān)測技術(shù)在邊坡監(jiān)測中的應(yīng)用

BOTDR技術(shù)主要用于長距離分布式監(jiān)測如大型堤防工程、庫岸邊坡及大型露天采場邊坡等的監(jiān)測。FBG技術(shù)用于測點處的應(yīng)變高速實時地監(jiān)測和地震引起往復(fù)位移監(jiān)測。BOCDA技術(shù)用于距離分辨率要求更高的工程監(jiān)測。如橋梁的監(jiān)測等。7.3.2邊坡表面裂縫量測山坡和建筑物（擋土墻、房屋、水溝、路面等）上的裂縫是滑坡變形最明顯的標(biāo)志。對這些裂縫進(jìn)行監(jiān)測是最簡單易行又最直接的監(jiān)測，在整個監(jiān)測系統(tǒng)中是首先要采用的。其監(jiān)測的主要方法如下：

1、簡易監(jiān)測法2、垂球法3、建筑物裂縫貼片監(jiān)測4、滑坡裂縫和位移監(jiān)測7.3.3邊坡巖體表面移動的觀測測量裝置主要有：簡易裝置、地面伸長計、鋼繩伸長計等簡易裝置是指在邊坡表面上觀測巖體移動的簡單的測量工具，一般不需要特殊的儀器設(shè)備，可以在位移地點進(jìn)行觀測，直接找出量測數(shù)據(jù)或經(jīng)過簡單計算后得出測量的結(jié)果。7.3.4邊坡深部位移和滑動面監(jiān)測一、簡單地下位移監(jiān)測（1）塑料管鋼棒觀測法（2）變形井監(jiān)測（3）剪切帶變形井觀測

剪切帶

二、應(yīng)變管監(jiān)測應(yīng)變管是將電阻應(yīng)變片粘貼于硬質(zhì)聚氯乙烯管或金屬管上，埋入鉆孔中，管外充填密實，管隨滑坡位移而變形，電阻應(yīng)變片的電阻值也跟著變化，由此分析判斷出地下位移和滑動面的位置。優(yōu)點：操作容易，造價低，測定儀器不復(fù)雜。用該方法的關(guān)鍵是貼片工藝和防潮，在孔中有水時使用壽命有限。缺點：不易直接測出位移值。日本最早將應(yīng)變管用于監(jiān)測滑坡的地下位移和滑動面位置。三、固定式鉆孔測斜儀監(jiān)測

從20世紀(jì)50年代開始人們就著手研制測斜儀，通過放入鉆孔中測定土體的側(cè)向位移，先后出現(xiàn)過多種形式，目前較多采用的有三種，包括惠斯登電橋擺錘式、應(yīng)變計式與加速度計式三種，一個探頭測一個平面方向的變化，對于雙軸情況采用兩個探頭。四、鉆孔伸長計監(jiān)測鉆孔內(nèi)測量巖體移動時，常采用鉆孔伸長計測量鉆孔軸向的位移量。伸長計既可用來進(jìn)