鉆孔測(cè)斜儀在滑坡位移量測(cè)中的應(yīng)用

鉆孔測(cè)斜儀在滑坡位移量測(cè)中的應(yīng)用

滑動(dòng)水平位移的測(cè)量通常采用傾斜測(cè)量法進(jìn)行。測(cè)斜儀是一種量測(cè)儀器軸線與鉛垂線之間夾角的變化量,進(jìn)而計(jì)算出巖土層各點(diǎn)的水平位移大小的儀器。鉆孔測(cè)斜儀由于監(jiān)測(cè)深度大、監(jiān)測(cè)點(diǎn)連續(xù)性好及監(jiān)測(cè)可靠性高,已廣泛應(yīng)用于土石壩、邊坡、填方、開(kāi)挖及地下工程巖土體內(nèi)部水平位移量測(cè)。1孔傾斜試驗(yàn)1.1孔口的接長(zhǎng)與管口保護(hù)在巖土體內(nèi)預(yù)鉆終孔孔徑不小于110mm的鉆孔(可結(jié)合工程地質(zhì)勘探進(jìn)行),然后利用人力或鉆機(jī)向鉆孔內(nèi)逐節(jié)安放測(cè)斜管直至所需深度,測(cè)斜管周圍用4∶1的水泥砂漿回填密實(shí),保護(hù)好孔口。具體步驟如下:a.成孔。根據(jù)設(shè)計(jì)要求,測(cè)斜孔應(yīng)為鉛直孔(孔斜<1°),鉆孔終孔孔徑為110mm,泥漿或植物膠護(hù)壁。b.測(cè)斜管的接長(zhǎng)。接長(zhǎng)測(cè)斜管的方法可采用一次接成或連接成幾段,或逐節(jié)在孔口接成所需的長(zhǎng)度。前者適用于孔深不大的監(jiān)測(cè)孔,后者適用于埋設(shè)孔的深度較深的情況。工程實(shí)踐中,測(cè)斜管的接長(zhǎng)可采用現(xiàn)場(chǎng)兩節(jié)逐漸加長(zhǎng)的方法,這樣既方便又可行。測(cè)斜管連接時(shí),應(yīng)特別注意導(dǎo)向槽要對(duì)正,用自攻螺絲固緊,外周用防水膠帶纏封。用人力或鉆機(jī)將接裝好的兩節(jié)測(cè)斜管對(duì)正施測(cè)方向緩慢放下,至孔內(nèi)約3.5m(兩節(jié)長(zhǎng)4.0m)深度后,將其固定并連接已預(yù)接好的下兩節(jié)管。依此類推,直到測(cè)斜管接長(zhǎng)達(dá)到孔底。c.量測(cè)導(dǎo)向槽方向。用經(jīng)緯儀或羅盤量測(cè)導(dǎo)向槽方向,使其對(duì)準(zhǔn)欲測(cè)的方向。d.孔的回填。在測(cè)斜管與孔壁之間的孔隙用水泥、砂漿進(jìn)行回填,振動(dòng)搗實(shí),使之成為整體。e.孔口保護(hù)。管口以下約0.5～1.0m范圍內(nèi)加設(shè)保護(hù)鋼管,并澆混凝土墩固定管口。在管口上安裝保護(hù)蓋,以防人為損壞和雜物掉入。1.2管口距離及測(cè)點(diǎn)距離的計(jì)算量測(cè)時(shí)(初始值一般取測(cè)斜管埋設(shè)回填灌漿后28天的讀數(shù)),將測(cè)斜探頭沿鉆孔緩慢下放到孔底,從測(cè)斜管底自下而上每0.5m(或1.0m)一個(gè)測(cè)點(diǎn),逐次測(cè)量管軸線與鉛垂線的夾角αi,并記錄測(cè)點(diǎn)至管口的距離。計(jì)算每個(gè)測(cè)點(diǎn)相對(duì)自己初始值的位移變化量(相對(duì)位移)Δdi,自下(孔底)而上逐次把每一測(cè)點(diǎn)的相對(duì)位移累加起來(lái),直至某計(jì)算點(diǎn),即得到該計(jì)算點(diǎn)的累計(jì)位移di,即di=n∑i=1Δdi=n∑i=1lsinαi(1)di=∑i=1nΔdi=∑i=1nlsinαi(1)式中:di為自固定點(diǎn)的管底端以上i點(diǎn)處水平位移;Δdi為量測(cè)段內(nèi)的水平位移增量;l為測(cè)點(diǎn)的分段長(zhǎng)度,一般取0.5m(探頭上下兩組滑輪間的距離一般為0.5m);αi為量測(cè)段內(nèi)管軸線與鉛垂線的夾角;n為測(cè)孔的分段目,n=h/0.5,h為孔深。若計(jì)算點(diǎn)為地表,即得到地表的累積位移。2監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理2.1偶然誤差影響目前鉆孔傾斜量測(cè)多用伺服加速度式測(cè)斜儀,是通過(guò)測(cè)頭內(nèi)加速計(jì)測(cè)量重力矢量g在傳感器軸線垂直面上的分量大小來(lái)實(shí)現(xiàn)的。加速度計(jì)敏感軸在水平面內(nèi)時(shí),矢量g在敏感軸上的投影為零;當(dāng)加速度計(jì)敏感軸與水平面存在一個(gè)傾角αi時(shí),這時(shí)加速度計(jì)輸出了一個(gè)電壓信號(hào)。每次觀測(cè),測(cè)斜儀探頭軸線誤差必須進(jìn)行修正。同一方向的觀測(cè)應(yīng)正、反方向各測(cè)一次,取其測(cè)值之差的平均值,以消除儀器裝配的軸面誤差、零漂及溫度的影響。同一測(cè)點(diǎn)正、反方向兩次測(cè)值之和的平均值為近似一常數(shù),利用這一近似常數(shù)可隨時(shí)檢驗(yàn)?zāi)骋粶y(cè)點(diǎn)測(cè)值的正確性。預(yù)先估計(jì)滑坡最大位移方向X和最小位移方向Y。監(jiān)測(cè)時(shí)每次測(cè)出各點(diǎn)的信號(hào)電壓U+X,U-X,U+Y,U-Y,位移計(jì)算方法為:Xji=f(U+Xji-U-Xji)/2-f(U+X1-U-X1)/2Xzji=n∑i=1Xji(2)Yji=f(U+Yji-U-Yji)/2-f(U+Y1-U-Y1)/2Yzji=n∑i=1Yji(3)Ρji=√X2zji+Y2zjiαji=arctan±(|Yzji/Xzji|)(4)Xji=f(U+Xji?U?Xji)/2?f(U+X1?U?X1)/2Xzji=∑i=1nXji(2)Yji=f(U+Yji?U?Yji)/2?f(U+Y1?U?Y1)/2Yzji=∑i=1nYji(3)Pji=X2zji+Y2zji?????????√αji=arctan±(|Yzji/Xzji|)(4)式中,Xji為第j次第i點(diǎn)X方向的相對(duì)初值位移(相對(duì)位移);Xzji為第j次第i點(diǎn)X方向的相對(duì)初值累積位移;Yji為第j次第i點(diǎn)Y方向的相對(duì)初值位移(相對(duì)位移);Yzji為第j次第i點(diǎn)Y方向的相對(duì)初值累積位移;f為儀器的靈敏系數(shù);Pji為第j次第i點(diǎn)的水平合位移;αji為第j次第i點(diǎn)合位移方向與X方向的夾角,通過(guò)方位轉(zhuǎn)換,可計(jì)算出某一次、某一點(diǎn)的合位移方向角。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,測(cè)斜儀器的裝配軸面誤差、儀器的長(zhǎng)期零漂以及系統(tǒng)誤差都很小且比較穩(wěn)定,在同一次量測(cè)中,均可認(rèn)為是常數(shù),其正、反方向測(cè)值也應(yīng)相等。在同一次量測(cè)的短時(shí)間內(nèi),即使監(jiān)測(cè)深度較深(但一般小于100m),由氣溫變化引起的測(cè)值漂移可認(rèn)為不變,其溫漂可認(rèn)為是常數(shù)。只有偶然誤差對(duì)測(cè)值影響較大,且每次量測(cè)的偶然誤差都可能不一樣。有必要分析量測(cè)偶然誤差對(duì)測(cè)值的影響。據(jù)此,第j次第i點(diǎn)X方向的測(cè)值可寫為:X+ji=A+ε+ji,X-ji=-A+ε-ji(5)X+ji=A+ε+ji,X?ji=?A+ε?ji(5)則:Sji=(X+ji+X-ji)/2=(ε+ji+ε-ji)/2(6)式中,A為除偶然誤差影響之外的準(zhǔn)真值;ε+ji,ε-ji為第j次第i點(diǎn)的正反方向測(cè)值的偶然位移誤差。設(shè)ε+ji和ε-ji都服從正態(tài)分布,且ε+ji和ε-ji的均值都為0;則ε+ji+ε-ji,ε+ji-ε-ji,∑(ε+ji+ε-ji)及∑(ε+ji-ε-ji)也都服從正態(tài)分布。且均值E(ε+ji+ε-ji)=E(ε+ji-ε-ji)=0,根據(jù)數(shù)學(xué)期望與方差的性質(zhì)及計(jì)算公式,則:數(shù)學(xué)期望:E(Sji)=E[(ε+ji+ε-ji)/2]方差:D(Sji)=D[(ε+ji+ε-ji)/2]=[D(ε+ji)+D(ε-ji)]/4因D(ε+ji-ε-ji)=D(ε+ji)+D(ε-ji)所以D(Sji)=D(ε+ji-ε-ji)/4=D[(ε+ji-ε-ji)/2]則:D(n∑i=1ε+ji-ε-ji2)=n∑i=1D(ε+ji-ε-ji2)=n∑i=1D(Sji)(n為測(cè)孔的分段數(shù))(7)D(∑i=1nε+ji?ε?ji2)=∑i=1nD(ε+ji?ε?ji2)=∑i=1nD(Sji)(n為測(cè)孔的分段數(shù))(7)上式表明,正、反方向測(cè)值偶然誤差差值的方差可以通過(guò)計(jì)算該次各測(cè)點(diǎn)的正、反方向的測(cè)值和的方差得出。這也正是根據(jù)同一測(cè)點(diǎn)正、反方向兩次測(cè)值之和是否近似一常數(shù)來(lái)檢驗(yàn)該點(diǎn)測(cè)值是否正確的原因。令:δ=√n∑i=1D(Sji)δ=∑i=1nD(Sji)????????√則δ=√n∑i=1D(Sji)=√nE[D(Sji)]δ=∑i=1nD(Sji)????????√=nE[D(Sji)]?????????√(n為測(cè)孔的分段數(shù))(8)可以看出,量測(cè)偶然誤差與測(cè)點(diǎn)數(shù)平方根成正比,也即與測(cè)斜管深度的平方根成正比。據(jù)此可推算測(cè)斜管任一深度處的量測(cè)誤差。據(jù)文獻(xiàn),當(dāng)測(cè)斜管深為30m時(shí),若δ<1mm,量測(cè)質(zhì)量是好的;若δ=1～1.5mm,量測(cè)結(jié)果也可采用;若δ>1.5mm,則量測(cè)結(jié)果存在質(zhì)量問(wèn)題,應(yīng)予重測(cè)。2.2滑輪深度和滑輪長(zhǎng)度的變化在實(shí)際量測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn),某位置的測(cè)讀深度(電纜線所標(biāo)示的深度)Hi,實(shí)際上并不代表該位置的垂直深度?；律畈磕程?如滑面)的垂直深度hi應(yīng)為:hi=(Ηi-l/2-a)cosθi(9)hi=(Hi?l/2?a)cosθi(9)式中,hi為某處(如滑面)的垂直深度;Hi為某處沿測(cè)斜管到地面的長(zhǎng)度;l為探頭上下兩組滑輪間的距離(一般為0.5m);a為探頭下組滑輪到探頭底端的長(zhǎng)度;θi為某處測(cè)斜管與鉛垂方向的夾角。當(dāng)θi=0,即測(cè)斜管沒(méi)發(fā)生位移時(shí),hi=Hi-l/2-a;隨著θ的增大,即滑坡位移的增大,其差值Δhi=Hi-hi也越大。在滑坡穩(wěn)定性分析中,這一差值可以不予考慮。但對(duì)工程滑坡而言,在優(yōu)化滑坡整治工程設(shè)計(jì)方案時(shí),應(yīng)對(duì)監(jiān)測(cè)到的滑面深度加以修正,特別對(duì)大型滑坡整治工程而言,可能會(huì)節(jié)約不少資金。3滑動(dòng)面深度監(jiān)測(cè)在川藏公路二郎山某工程滑坡鉆孔傾斜量測(cè)中,使用了南京水利電力儀器工程公司生產(chǎn)的GC-1型伺服加速度式測(cè)斜儀,其主要技術(shù)參數(shù)為,f1=0.02mm/0.1mV,f2=8.4″/0.1mV,l=0.5m。圖1為該工程滑坡1999年7月3日～2000年3月2日X方向的深部累積位移監(jiān)測(cè)曲線?？梢钥闯?在33.5m,29.5m和23.5m處有較明顯的三個(gè)滑動(dòng)或潛在滑動(dòng)面。2000年3月2日自下而上三個(gè)滑動(dòng)面處的方位角分別為S26°W,S45°W和S37°W,指向滑坡主滑方向(SW)。沿滑坡主滑方向正、反方向(X+,X-)監(jiān)測(cè)值和數(shù)位移平均值Sji沿深度的分布如圖2所示。經(jīng)計(jì)算得滑坡主滑方向(X方向)正(X+)、反(X-)方向監(jiān)測(cè)值之和的平均值均方差(δ)如表1所列?？梢钥闯?正、反方向監(jiān)測(cè)值和數(shù)平均值位移Sji在1.8mm左右擺動(dòng),均方差除1999年7月9日稍大于1.50mm外,其余都小于1.50mm,量測(cè)結(jié)果符合要求。目前滑坡地表變形破壞跡象也證明了深部位移監(jiān)測(cè)曲線的正確性。依據(jù)上述監(jiān)測(cè)深度修正公式,對(duì)2000年3月2日的監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行了滑動(dòng)面深度的修正。計(jì)算修正后自下而上三個(gè)滑動(dòng)面的深度分別為32.89m,29.00m和23.15m,比修正前分別減少了0.61m,0.50m和0.35m,與工程地質(zhì)勘探鉆孔揭示的滑動(dòng)面深度相對(duì)應(yīng),證