边坡变形监测技术分析

边坡变形监测技术分析王卫东夏丽寇珊珊岳红震翟小兵简介：边坡的开挖、加固和防护，是矿山、水利、交通等领域中常涉及的工程项目，而边坡的稳定性，是工程技术人员经常关注和研究的课题。目前，我国对于边坡施工中的监测工作还不够重视，往往是在工程出现险情时，或是在项目实施过程中才开始考虑监测问题，导致工作被动，应该在项目开展的初期就着手边坡变形监测工作。关键字：边坡变形监测，技术分析，边坡监测技术边坡的开挖、加固和防护，是矿山、水利、交通等领域中常涉及的工程项目，而边坡的稳定性，是工程技术人员经常关注和研究的课题。目前，我国对于边坡施工中的监测工作还不够重视，往往是在工程出现险情时，或是在项目实施过程中才开始考虑监测问题，导致工作被动，应该在项目开展的初期就着手边坡变形监测工作。1边坡变形监侧的作用在土木工程各个建设领域中，通过边坡工程的监测，可以起到以下作用。1.1评价边坡施工及其使用过程中边坡的稳定性，并作出有关预测预报，为业主、施工单位及监理提供预报数据，跟踪和控制施工过程，合理采用和调整有关施工工艺和步骤，取得最佳经济效益。1.2为防止滑坡及可能的滑动和蠕变提供及时支持。预测和预报滑坡的边界条件、规模滑动方向、发生时间及危害程度，并及时采取措施，以尽量避免和减轻灾害损失。1.3监测已发生滑动破坏和加固处理后的滑坡，监测结果是评价滑坡处理效果的尺度。1.4为进行有关位移反分析及数值模拟计算提供参数。2边坡工程监测的方法目前，我国边坡变形监测方法主要采用简易观测法、设站观测法、仪表观测法和远程监测法等。2.1简易观测法简易观测法是通过人工观测边坡中地表裂缝、鼓胀、沉降、坍塌、建筑物变形及地下水位变化、地温变化等现象。简易观测法对于发生病害的边坡进行观测较为合适，也可结合仪器监测资料综合分析，初步判定滑坡体所处的变形阶段及中短期滑动趋势。即使采用先进的仪表观测，该法仍然是不可缺少的观测方法。2.2设站观测法设站观测法是指在充分了解了现场的工程地质背景的基础上，在边坡上设立变形观测点(成线状、网络状)，在变形区影响范围之外稳定地点设置固定观测站，用测量仪器(经纬仪、水准仪，测距仪、摄影仪及全站型电子速测仪、GPS接受机等)定期监测变形区内网点的三维(X,Y,Z)位移变化的一种行之有效的监测方法。2.2.1大地观测法常用的大地测量法主要有两方向(或二方向)前方交汇法、双边距离交汇法、视准线法，小角法、测距法及几何水准测量法，以及精密三角高程测量法等。大地测量法有如下优点:(1)能确定边坡地表变形范围。(2)量程不受限制。(3)能观测到边坡坡体的绝对位移量。由于大地测量法具有以上优点，在边坡工程的地表监测中占主导地位。但大地测量法也受到地形通视条件限制和气象条件的影响，工作量大，周期长，连续观测能力较差。2.2.2GPS(全球定位系统)测量法GPS测量法的基本原理是用GPS卫星发送的导航定位信号进行空间后方交汇测量，确定地面待测点的三维坐标。将GPS测量法用于边坡工程监测有以下优点:(1)观测点之间无需通视，选点方便;(2)观测不受天气条件的限制，可以进行全天侯的观测;(3)观测点的三维坐标可以同时测定，对于运动的观测点还能精确测出它的速度;(4)在测程大于1Okm时，其相对精度可达到5X10-‘一1X10-6，甚至能达10-'，优于精密光电测距仪。此法适用于边坡地表的三维位移监测，特别适合于地形条件复杂，起伏大或建筑物密集、通视条件差的边坡监测。2.2.3近景摄影测量法该方法是把近景摄影仪安置在两个不同位置的固定测点上，同时对边坡范围内观测点摄影构成立体像时，利用立体坐标仪量测像片上各观测点三维坐标的一种方法。2.3仪表观浏法仪表观测法是指用精密仪表对变形斜坡进行地表及深部的位移、倾斜(沉降)动态、裂缝相对张、闭沉、错变化及地声、应力应变等物理参数与环境影响因素进行监测。目前，监测仪器的类型，一般可分为位移监测，地下倾斜监测、地下应力测试和环境监测四大类。2.4远程监浏法伴随着电子技术及计算机技术的发展，各种先进的自动遥控监测系统相继问世，为边坡工程、特别是边坡崩塌和滑坡的自动化连续遥测创造了条件。远距离无线传播是该方法最基本的特点，由于其自动化程度高，可全天候连续观测，故省时、省力和安全，是当前和今后一个时期滑坡监测发展的方向。3边坡变形监侧测点布，原则3.1浏线布里首先应确定主要监测的范围，在该范围内按监测方案的要求确定主要滑动方向，·按主滑动方向及滑动面范围确定测线，然后选取典型断面，布置测线，再按测线布置相应观测点。对于不同工程的边坡，一般在布置测点时，均有所不同。3.2监测网的形成考虑平面及空间的展开布置，各个测线按一定规律形成监测网。监测网的形成可一次完成，也可分阶段按不同时期和不同要求形成。3.3局部加强对关键部位如可能形成滑动带，重点监测部位和可疑点，应加强监测工作，在这些点上加密测点。4边坡变形监测周期和频率对于不同类型、不同阶段的边坡，根据工程所处的阶段和规模，以及边坡变形的速率等因素，边坡变形监测的周期及频率有所不同，应视具体情况而定。３变形监测3.1一般规定3.1.1变形监测项目，主要有坝的表面变形、内部变形、裂缝及接缝、混凝土面板变形及岸坡位移等观测。3.1.2变形监测用的平面坐标及水准高程，应与设计、施工和运行诸阶段的控制网坐标系统相一致。有条件的工程应与国家网建立联系。3.1.3变形观测工作应遵守下列规定：3.1.3.1表面竖向位移及水平位移观测，一般应共用一个测点。深层竖向及水平位移观测应尽量结合布置；竖向及水平位移观测应配合进行。3.1.3.2观测基点应设在稳定区域内；测点应与坝体或岸坡牢固结合。基点及测点应有可靠的保护装置，并受国家法律保护。3.1.3.3变形观测的正负号规定：(1)水平位移：向下游为正，向左岸为正：反之为负。(2)竖向位移：向下为正，向上为负。(3)裂缝和接缝三向位移：对开合,张开为正,闭合为负;对沉陷,规定同(2);对滑移,向坡下为正,向左岸为正,反之为负。3.1.3.4观测测次见附录Ａ表Ａ２。3.2表面变形3.2.1表面变形观测包括竖向位移和水平位移。水平位移中包括垂直坝轴线的横向水平位移和平行坝轴线的纵向水平位移。3.2.2观测布置应符合以下要求：3.2.2.1断面选择和测点布置：(1)观测横断面通常选在最大坝高或原河床处、合龙段、地形突变处、地质条件复杂处，坝内埋管及运行有异常反应处，一般不少于３个。(2)观测纵断面一般不少于４个，通常在坝顶的上、下游两侧布设１～２个；在上游坝坡正常蓄水位以上一个，正常蓄水位以下可视需要设临时测点；下游坝坡半坝高以上１～３个，半坝高以下１～２个(含坡脚一个)。对软基上的土石坝，还应在下游坝趾外侧增设１～２个。(3)对“Ｖ”形河谷中的高坝和两坝端以及坝基地形变化陡峻坝段，坝顶测点应适当加密，并宜加测纵向水平位移。(4)测点的间距，一般坝长小于300m时，宜取20～50m；坝长大于300m时，宜取50～100m。(5)视准线应旁离障碍物1.0m以上。3.2.2.2各种基点均应布设在两岸岩石或坚实土基上，起(引)测方便，避免自然及人为影响。(1)起测基点可在每一纵排测点两端的岸坡上各布设一个，其高程宜与测点高程相近。(2)采用视准线法进行横向水平位移观测的工作基点，应在两岸每一纵排测点的延长线上各布设一个。当坝轴线为折线或坝长超过500m时，可在坝身每一纵排测点中增设工作基点(可用测点代替)，工作基点的距离保持在250m左右。当坝长超过1000m时，一般可用三角网法观测增设工作基点的水平位移，有条件的，宜用测边网或测边测角网法或倒垂线法。(3)水准基点一般在土石坝下游１～３km处布设２～３个。(4)采用视准线法观测的校核基点，应在两岸同排工作基点连线的延长线上各设1～２个。3.2.3观测设施及其安装应符合以下技术要求。3.2.3.1观测设施的要求为：(1)测点和基点的结构必需坚固可靠，且不易变形；并力求美观大方、协调实用。(2)测点可采用柱式或墩式。同时兼作竖向和横向水平位移观测的测点，其立柱应高出坝面0.6～1.0m，立柱顶部应设有强制对中底盘，其对中误差均应小于0.2mm。(3)在土基上的起测基点，可采用墩式混凝土结构。在岩基上的起测基点，可凿坑就地浇注混凝土。在坚硬基岩埋深大于5～20m情况下，可采用深埋双金属管柱作为起测基点。(4)工作基点一般宜采用整体钢筋混凝土结构，立柱高度以司镜者操作方便为准，但应大于1.2m。立柱顶部强制对中底盘的对中误差应小于0.1ｍｍ。(5)校核基点的结构及埋设要求与工作基点相同。(6)水准基点结构与埋设可参照国家水准测量规范(GB12897-91和GB12898-91)的有关规定执行。(7)水平位移观测的觇标，可采用觇标杆、觇牌或电光灯标。其尺寸与图案，应根据观测条件选定。3.2.3.2观测设施的安装的要求有：(1)测点和土基上基点的底座埋入土层的深度不小于0.5m；冰冻区应深入冰冻线以下。并应采取措施，防止雨水冲刷、护坡块石挤压和人为碰撞。(2)埋设时，应保持立柱铅直，仪器基座水平。并使各测点强制对中底盘中心位于视准线上，其偏差不得大于10mm，底盘调整水平，倾斜度不得大于4'。3.2.4观测方法和要求如下：3.2.4.1竖向位移。表面竖向位移，一般用水准法测量，也可用连通管法测量。(1)用水准仪观测表面竖向位移时，可参照国家三等水准测量(GB12898-91)方法进行，但闭合差不得大于±1.4mm(ｎ为测站数，下同)。起测基点的引测、校测、可参照国家二等水准测量(GB12897-91)方法进行，但闭合差不得大于±0.72mmｍｍ。(2)用连通管观测表面竖向位移时，可采用移动式或固定式。观测应在气温最为稳定的时间进行，观测时应注意保持水面稳定，应平行测读两次，两次读数差不得大于2mm。3.2.4.2水平位移。横向水平位移，一般用视准线法测量。必要且有条件时，也可设置倒垂线或引张线装置观测水平位移。倒垂线和引张线装置的设计、安装与观测，应结合土石坝变形特点参照《混凝土大坝安全监测技术规范》(SDJ336-89)执行。(1)用视准线法观测横向水平位移时，可采用经纬仪或视准线仪。当视准线长度大于500m时，应采用J1级经纬仪。(2)视准线的观测方法，可据实际情况选用活动标法或小角度法。观测时宜在视准线两端各设固定测站，用各测站的仪器观测其靠近的位移测点的偏离值。(3)用活动标法校测工作基点、观测增设的工作基点时，允许误差应不大于2mm(取两倍中误差)。观测位移测点时，每测回的允许误差应小于4mm(取两倍中误差)。所需测回数不得少于两个测回。(4)用小角度法观测横向水平位移时，一般应采用J1级经纬仪。测微器两次重合读数之差不应超过0.4；一个测回中，正倒镜的小角值较差，不应超过3；同一测点，各测回小角值较差不应超过2。(5)用三角网前方交会法观测增设工作基点（或测点）的横向水平位移时，应用J1级经纬仪和全圆测回法，且不少于４个测回。各项限差要求为：半测回归零差±6；二倍视准差之互差±8；各测回的测回差±5。(6)有条件时，可采用大气激光准直法观测横向水平位移。设施的设计、安设及观测，应按照《混凝土大坝安全监测技术规范》(SDJ336-89)执行。(7)表面纵向水平位移观测，一般用因钢尺测量，或用普通钢尺加改正系数，其中误差不大于0.2mm。有条件时可用光电测距仪测量。3.3内部变形3.3.1内部变形观测包括分层竖向位移、分层水平位移、界面位移及深层应变观测等。3.3.2观测布置的要求如下：3.3.2.1观测断面应布置在最大横断面及其他特征断面（原河床、合龙段、地质及地形复杂段、结构及施工薄弱段等）上，一般可设1～3个断面。每个观测断面上可布设1～3条观测垂线，其中一条宜布设在坝轴线附近。观测垂线的布置应尽量形成纵向观测断面。观测垂线上测点的间距，应根据坝高、结构形式、坝料特性及施工方法与质量等而定，一般2～10m。一条观测垂线上的测点，一般宜3～15个。最下一个测点应置于坝基表面，以兼测坝基的沉降量。