1、第第4章章 边坡工程监测技术边坡工程监测技术 4.1 边坡监测的目的和意义边坡监测的目的和意义 4.2 边坡监测的内容和方法及仪器选型边坡监测的内容和方法及仪器选型 4.3 边坡变形监测边坡变形监测 4.4 边坡应力监测边坡应力监测 4.5 边坡地下水监测边坡地下水监测 4.6 边坡工程监测实例边坡工程监测实例 思考题思考题 4.1 边坡监测的目的和意义 边坡岩土体往往呈现出非均质性与各向异性特性，在开挖、堆载、降雨、河流冲刷、库水位升降与地震等外部荷载作用下很容易进入局部或瞬态大变形乃至失稳滑动。我国每年由于岩土体失稳而引发的大小滑坡数百万次，由此造成的经济损失高达100200 亿元，因暴雨
2、、地震等引发的各类滑坡灾害至上世纪90年代累计死亡超过10万人。因此，对于边坡工程特别是大型复杂边坡，除了进行常规的工程地质调查、测绘、勘探、试验和稳定性评价外，尚应及时有效地开展边坡工程的动态监测，预测边坡失稳的可能性和滑坡的危险性，并提出相应的防灾减灾措施，对于确保国民经济发展与保障人民群众生命财产安全具有重大意义。边坡工程主要应用在交通、建筑、水利和矿山等各个建设领域中。边坡工程的监测的主要目的：1、评价边坡施工及其使用过程中边坡的稳定程度，并做出有关预报，为崩塌、滑坡的正确分析评价、预测预报及治理工程等，提供可靠的资料和科学依据。2、为防治滑坡及可能的滑动和蠕动变形提供技术依据，预测和
3、预报今后边坡的位移、变形的发展趋势，通过监测可对岩土体的时效特性进行相关的研究。3、对已经发生滑动破坏的边坡和加固处理后的滑坡，监测结果也是检验崩塌、滑坡分析评价及滑坡处理工程效果的尺度。4、为进行有关位移分析及数值模拟计算提供参数。4.2 边坡监测内容和方法及仪器选型4.2.1 边坡监测的内容主要包括：边坡监测的内容主要包括：（1）施工安全监测）施工安全监测在施工期对边坡的位移、应力、地下水等进行监测，监测结果作为指导施工、反馈设计的重要依据，是实施信息化施工的重要内容。（2）处治效果监测）处治效果监测是检验边坡处治设计和施工效果、判断边坡处治后的稳定性的重要手段。一方面可以了解边坡体变形破
4、坏特征，另一方面可以针对实施的工程进行监测。（3）动态长期监测）动态长期监测在防治工程竣工后，对边坡体进行动态跟踪，了解边坡体稳定性变化特征、长期监测主要对一类边坡防治工程进行。在实际工作中边坡监测的具体内容实际工作中边坡监测的具体内容应根据边坡的等级、地质及支护结构的特点进行考虑，通常对于一类边坡防治工程，建立地表和深部相结合的综合立体监测网，并与长期监测相结合；对于二类边坡防治工程，在施工期间建立安全监测和防治效果监测点，同时建立以群测为主的长期监测点；对于三类边坡防治工程，建立群测为主的简易长期监测点。一般情况下，边坡监测内容可划分为下表的各类型。序号 监测项目 监测内容 1裂缝监测 1
5、.地表裂缝监测；2.建筑物裂缝监测 2位移监测 1.地表位移监测；2.地下位移监测 3滑动面监测 滑动面位置测定 4地表水监测 1.自然沟水的观测；2.河、湖、水库水位观测；3.湿地观测5地下水监测 1.钻孔、井水的观测；2.泉水监测；3.孔隙水压力监测 6降水量监测 降雨量、降雪量监测 7应力监测 滑带应力监测、建筑物受力监测 8宏观变形迹象监测 4.2.2 边坡工程监测方法边坡工程监测方法 边坡工程监测主要采用简易观测法、设简易观测法、设站观测法、仪表观测法站观测法、仪表观测法和和远程监测法远程监测法等四种类型。通过监测，深入了解边坡的变形机理，从而对地质灾害防治和加固处理的反馈以及对工程
6、的影响等获取有关信息，通过监测资料的分析得到边坡变形的各种特征信息，分析其动态变化规律，预测边坡工程可能发生的破坏，为防灾减灾提供科学依据。简易观测法简易观测法 通过人工观测边坡工程中地表裂缝、地面鼓胀、沉降、坍塌、建筑物变形特征（发生和发展的位置、规模、形态、时间等）及地下水位变化、地温变化等现象，也可在边坡体关键裂缝处埋设骑缝式简易观测桩；在建（构）筑物（如房屋、挡土墙、浆砌块石沟等）裂缝上设置简易玻璃条、水泥砂浆片、贴纸片；在岩石、陡壁面裂缝处用红油漆划线作观测标记；在陡坎（壁）软弱夹层出露处设置简易观测标桩等，定期用各种长度量具测量裂缝长度、宽度、深度变化及裂缝形态、开裂延伸的方向。简
7、易观测法对于发生病害的边坡进行观测较简易观测法对于发生病害的边坡进行观测较为适合为适合 设站观测法设站观测法 设站观测法是指在充分了解工程场区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、格网状等），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接收机等）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。设站观测法主要包括以下三种方法设站观测法主要包括以下三种方法 （1）大地测量法（2）近景摄影测量法（3）GPS（全球定位系统）测量法三种方法的优缺点比较测量方法优缺大地测量法1）能确定边坡地表变
8、形范围；2）量程不受限制；3）能观测到边坡体的绝对位移量。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。近景摄影测量法1）其周期性重复摄影方便；2）外业省时省力；3）可同时测定多点在某一瞬间的空间位置，像片资料可随时进行比较。在观测的绝对精度方面还不及某些传统的测量方法 GPS测量法优点：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；3）观测点的三维坐标可以同时测定，对于运动的观测点能精确测出它的速度；4）测量精度高 GPS接收机价格较昂贵 仪表观测法仪表观测法 仪表观测法是指用精密仪器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
9、、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。电子仪表观测的内容，基本上能实现连续观测，自动采集、存储、打印和显示观测数据。远距离无线传输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。4.2.3 边坡监测项目的选定及仪器的选型边坡监测项目的选定及仪器的选型4.2.3.1 监测项目的选定监测项目的选定 边坡监测项目及其适用范围：（1）大地测量水平变形、垂直变形监测对边坡和滑坡及其不同阶段都可适用。（2）正、倒垂线法一般只适用于重大的人工边坡工程。（3）表面倾斜监测一般适合于边坡施工期和滑坡整治期监测。（
10、4）地表裂缝包括断层、裂缝、层面的监测等。（5）钻孔深部位移监测，包括测水平位移的钻孔测斜仪法和测孔轴向位移的多点位移计法，对边坡和滑坡及其不同阶段都可适用。（6）爆破影响监测。（7）渗流渗压监测，是边（滑）坡重要监测项目。（8）雨量与江河水位监测 （9）松动范围监测。（10）加固效果监测。（11）巡视检查。边（滑）坡监测项目选择 序号 监测项目 人工边坡 天然滑坡 施工期 运行期 前期 整治期 整治后 1大地测量水平变形 2大地测量垂直变形 3正垂倒垂线 4表面倾斜 5地表裂缝 6钻孔深部位移 7爆破影响监测 8渗流渗压监测 9雨量监测 10水位监测 11松动范围监测 12加固效果监测 13
11、巡视检查 4.2.3.2 监测仪器的选型监测仪器的选型一、仪器选型的原则 1）可靠、适用。2）具有工程所要的精度、量程、直线性和重复性。3）施工期安全监测仪器应力求结构、安装和操作简单，价格便宜。4）兼顾自动化监测的需要。5）仪器类型宜尽量单一。6）综合比较。二、仪器的选择二、仪器的选择 根据检测内容的不同选择不同的仪器具体如下：根据检测内容的不同选择不同的仪器具体如下：A、变形监测 经纬仪和水准仪、垂线坐标仪、表面倾斜仪、测缝计、收敛计等B、爆破影响监测 低频仪器地震检波器等C、渗流渗压监测 渗压计测量、量水堰 D、雨量监测 雨量监测可采用雨量计或采用附近水文站的实测资料。E、河水位监测江河
12、水位的监测 可采用水位自测，或向附近的水文站索取所需资料。F、松动范围的监测 松动范围一般采用声波仪配换能器检测 4.3 边坡变形监测边坡变形监测4.3.1地面变形监测 地面变形监测是边坡监测中的常规监测项目，通常应用的仪器有两类：一是大地测量（精度高的）仪器，如红外仪、经纬仪、水准仪、全站仪、GPS等，二是专门用于边坡变形监测的设备，如裂缝计、钢带和标桩、地面位移伸长计和全自动无线边坡监测系统、光纤应变监测系统等。地面变形监测主要采用边坡工程监测方法中的设站观测法和仪表观测法，包括：1)、大地测量法2)、摄影测量法3)、测量机器人监测系统4)、自动化监测网5)、光纤应变监测系统1)大地测量法
13、 大地测量法是在变形边坡地区设置观测桩、站、网，在变形边坡以外的稳定地段设置固定站进行观测。一般采用十字形观测网、放射形观测网、方格形观测网等。(a)十字形观测网(b)放射性观测网(c)方格形观测网大地测量法网型布置图大地测量法网型布置图 2)摄影测量法 摄影测量法是用地面摄影经纬仪，在不同的时间内，对边坡进行摄影测量，适用于大面积边坡的移动测量。优点是：它测量的不是边坡上个别观测点的移动，而是整个观测视野内边坡上所有点的移动。对人员不能到达的地方也能测量。摄影测量精度主要取决于主要取决于y距距（又称纵距）及摄影经纬仪的焦距。一般来说，纵距越小，精度越高，焦距越长，精度越高。3)测量机器人监测
14、系统 机器人监测系统，具有自动识别目标的ATR（Automatic Target Recognition）功能，能自动搜索、照准目标，实现角度、距离的全自动化测量，从而改进传统的变形监测方法、完善传统的变形监测理论、减轻劳动工作强度等。4)自动化监测网（3S技术）3S技术即:地理信息系统（Geography Information System，GIS）;全球卫星定位系统（Global Positioning System，GPS）;和遥感遥测系统（Remote Sensing，RS）5)光纤应变监测系统 光纤应变监测系统，按光的载体光的载体可分为:基于拉曼散射的分布式光纤检测系统;基于瑞利散
15、射的分布式光纤监测系统;和基于布里渊散射的分布式光纤检测系统（BOTDR）等三种形式。光纤应变监测技术在边坡监测中的应用光纤应变监测技术在边坡监测中的应用 BOTDR技术主要用于长距离分布式监测如大型堤防工程、库岸边坡及大型露天采场边坡等的监测。FBG技术用于测点处的应变高速实时地监测 和地震引起往复位移监测。BOCDA技术用于距离分辨率要求更高的工程监测。如桥梁的监测等。4.3.2 边坡表面裂缝量测边坡表面裂缝量测山坡和建筑物（挡土墙、房屋、水沟、路面等）上的裂缝是滑坡变形最明显的标志。对这些裂缝进行监测是最简单易行又最直接的监测，在整个监测系统中是首先要采用的。其监测的主要方法如下：1、简
16、易监测法 2、垂球法 3、建筑物裂缝贴片监测 4、滑坡裂缝和位移监测 4.3.3 边坡岩体表面移动的观测边坡岩体表面移动的观测测量装置主要有：简易装置、地面伸长计、钢绳伸长计等 简易装置是指在边坡表面上观测岩体移动的简单的测量工具，一般不需要特殊的仪器设备，可以在位移地点进行观测，直接找出量测数据或经过简单计算后得出测量的结果。4.3.4 边坡深部位移和滑动面监测边坡深部位移和滑动面监测一、简单地下位移监测（1）塑料管钢棒观测法（2）变形井监测（3）剪切带变形井观测 剪切带 二、应变管监测应变管是将电阻应变片粘贴于硬质聚氯乙烯管或金属管上，埋入钻孔中，管外充填密实，管随滑坡位移而变形，电阻应变
17、片的电阻值也跟着变化，由此分析判断出地下位移和滑动面的位置。优点：操作容易，造价低，测定仪器不复杂。用该方法的关键是贴片工艺和防潮，在孔中有水时使用寿命有限。缺点：不易直接测出位移值。日本最早将应变管用于监测滑坡的地下位移和滑动面位置。三、固定式钻孔测斜仪监测 从20世纪50年代开始人们就着手研制测斜仪，通过放入钻孔中测定土体的侧向位移，先后出现过多种形式，目前较多采用的有三种，包括惠斯登电桥摆锤式、应变计式与加速度计式三种，一个探头测一个平面方向的变化，对于双轴情况采用两个探头。四、钻孔伸长计监测钻孔内测量岩体移动时，常采用钻孔伸长计测量钻孔轴向的位移量。伸长计既可用来进行岩体浅部的位移量测
18、，也可用来进行岩体深部的位移量测。钻孔伸长计 1重锤；2支撑导轮；3黄油；4塑料管；5水泥砂浆；6钢丝；78号钢丝五、活动式测斜仪监测钻孔倾斜仪运用到边坡工程中的时间不长，它是测量垂直钻孔内测点相对于孔底的位移（钻孔径向）。观测仪器一般稳定可靠，测量深度可达百米且能连续测出钻孔不同深度的相对位移的大小和方向。因此，这类仪器是观测岩体深部位移、确定潜在滑动面和研究边坡变形规律较理想的手段，目前在边坡深部位移量测中得到广泛采用。如大冶铁矿边坡、长江新滩滑坡、黄腊石滑坡、链子崖岩体破坏等均运用了此类仪器进行岩土深层位移观测。4.3.5 边坡变形量测资料的处理与分析边坡变形量测资料的处理与分析边坡的变
19、形测量数据的处理与分析，是边坡监测数据管理系统中一个重要的研究内容，可用于对边坡未来的状况进行预报、预警。边坡变形数据的处理可以分为两个阶段两个阶段：一是一是对边坡变形监测的原始数据的处理，该项处理主要是对边坡变形测试数据进行干扰消除，以获取真实有效的边坡变形数据，这一阶段可以称作为边坡变形量测数据的预处理。边坡变形数据分析的第第二阶段二阶段是运用边坡变形量测数据分析边坡的稳定性现状，并预测可能出现的边坡破坏，建立预测模型。相应内容参考其他有关书籍。7.4 边坡应力监测边坡应力监测边坡处治监测中的应力监测包括：1、边坡内部应力监测、2、支护结构应力监测、3、锚杆（索）预应力监测。1、边坡内部应
20、力测试、边坡内部应力测试 坡内部应力监测可通过压力盒量测滑带承重阻滑受力和支挡结构（如抗滑桩等）受力，以了解边坡体传递给支挡工程的压力以及支护结构的可靠性。值得注意的是埋设接触不良可使压力盒失效或测值很小，以及压力盒的性能好坏，直接影响压力测量值的可靠性和精确度。2、岩石边坡地应力监测、岩石边坡地应力监测边坡地应力监测主要是针对大型岩石边坡工程，为了了解边坡地应力或在施工过程中地应力变化而进行的一项重要监测工作。地应力监测包括绝对应力测量绝对应力测量和地地应力变化监测应力变化监测。3、边坡锚固应力测试、边坡锚固应力测试锚固应力测试主要包括：1 锚杆轴力的量测锚杆轴力的量测2 对预应力锚索应力监
21、测对预应力锚索应力监测 3 对于绝对应力测量对于绝对应力测量 4 对于地应力变化监测对于地应力变化监测 锚杆轴力量测锚杆轴力量测锚杆轴力量测的目的在于了解锚杆实际工作状态，结合位移量测，修正锚杆的设计参数；锚杆轴力量测主要使用的是量测锚杆。机械式量测锚杆通过长期监测，从而可以得到锚杆不同部位应力随时间的变化关系（见下页）量测锚杆结构与安装示意图 同时间锚杆轴力随深度的变化曲线 不同点锚杆轴力随时间的变化曲线 4.5 边坡地下水监测边坡地下水监测地下水是边坡失稳的主要诱发因素，对边坡工程而言，地下水动态监测也是一项重要的监测内容，特别是对于地下水丰富的边坡，应特别引起重视。地下水动态监测以了解地
22、下水位为主，根据工程要求，可进行地下水孔隙水压力、扬压力、动水压力、地下水水质监测等。一、一、地下水位监测地下水位监测我国在20世纪90年代初成功研制了WLT-1020地下水位动态监测仪（下图），后又经过两次改进，现在性能已日臻完善。该仪器能对地下水水位和水温动态变化进行长期自动监测，亦能监测河流和水库的水位变化，并能对各种塔罐内的液位和温度自动监测，广泛应用于水文地质、环境地质、地质灾害预测预报、环境保护、水资源管理、地热开采井监测、水利、矿区水文等领域。WLT1020地下水动态监测仪二、孔隙水压力监测二、孔隙水压力监测在边坡工程中的孔隙水压力是评价和预测边坡稳定性得一个重要因素，因此需要在
23、现场埋设仪器进行观测。目前监测孔隙水压力主要采用孔隙水压力监测仪，根据测试原理可分为四类：（1）液压式孔隙水压力仪；（2）电气式孔隙水压力仪；（3）气压式孔隙水压力仪；（4）钢弦式孔隙水压力仪。孔隙水压力的观测点的布置视边坡工程具体情况确定。一般原则是将多个仪器分别埋于不同观测点的不同深度处，形成一个观测剖面以观测孔隙水压力的空间分布。仪器埋设仪器埋设埋设仪器可采用钻孔法或压入法而以钻孔法为主，压入法只适用于软土层。用钻孔法时，先于先于孔底填少量砂，置入测头之后再之后再在其周围和上部填砂，最后最后用膨胀黏土球将钻孔全部严密封好。由于两种方法都不可避免地会改变土体中的应力和孔隙水压力的平衡条件，需要一定时间才能使这种改变恢复到原来状态，所以应提前埋设仪器提前埋设仪器。
