滑坡监测技术方案(2009-03-15).doc

1、滑坡监测技术方案版权所有广州中海达测绘仪器有限公司香港理工大学土地测量与地理资讯学系2009年3月15日目 录1.背景22.滑坡监测目的、方案设计依据与原则22.1监测目的22.2监测方案设计依据32.3监测方案设计原则33.滑坡监测内容、方法和仪器43.1地表变形监测43.1.1常规精密大地测量技术43.1.2 GPS测量技术53.1.3 GPS与全站仪混合监测技术63.1.4实施与规范要求63.2滑坡深部位移监测93.2.1深部位移监测的方法与作用93.2.2测斜仪器93.2.3测斜仪的布置103.3 地下水位动态监测113.4 孔隙水压力监测113.5支护结构应力应变监测123.5.1

2、抗滑桩钢筋应力应变监测133.5.2抗滑桩侧土压力监测143.5.3 锚索应力监测153.6 水库水位监测163.7 地表裂缝位错监测163.8 宏观地质调查164. 集成GPS的多传感器滑坡自动化监测方案设计174.1系统框架结构174.2仪器的选择与布设174.3自动化采集系统方案204.4滑坡监测信息管理与分析系统224.4.1系统总体功能结构224.4.2地质地理信息管理224.4.3监测信息管理234.4.4监测信息分析245.GPS变形监测子系统255.1监测模式的选择255.2监测网的布设255.3系统结构设计265.3.1数据接收部分275.3.2数据传输与数据采集部分285.

3、3.3数据处理部分295.4监测设备配置及其技术指标315.4.1测站设备配置315.4.2监控中心设备配置315.5安装与施工325.6测量更新频率及测量精度336.总结33附录1：香港理工大学安科GPS变形监测软件系统（GDMS）3附录2：多天线开关控制器1附录3：滑坡监测系统的远程数据采集解决方案3附录4：CX-3C型测斜仪使用技术要求7附录5：VI-600型固定式测斜仪使用技术要求1134滑坡监测技术方案2009年3月25日（V 1.0）1.背景滑坡是指场地由于地层结构、河流冲刷、地下水活动、人工切坡几各种震动等因素的影响，致使部分或全部土体（或岩体）在重力作用下，沿着地层软弱面（或软

4、弱带）整体向下滑动的不良地质现象。滑坡是工程地质问题中常见的一种自然灾害，在山区及河谷地带尤为常见。许多重要的工厂和居民区就建在滑坡上或是靠近滑坡的地方，滑坡引起的山体垮塌及暴雨后形成的泥石流常给国家建设和人民生命财产造成严重损害。我国是一个崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害发生十分频繁和灾害损失极为严重的国家，尤其是西部地区。根据中国地质环境监测院地质灾害调查监测室的数据，2006年发生地质灾害102804起，其中滑坡占87%；2007发生25364，其中滑坡占61%；2008年1-3月发生3106，其中滑坡占67.42%。每年由此造成的直接经济损失约200亿人民币，其造成的人员伤亡高达数百人。

5、因此，做好地质灾害监测和预警，特别是滑坡体的监测和预警，对于有效减少直接经济损失和人员伤亡显得尤为重要。滑坡之所以能造成严重损害，是因为难以事先准确预报发生的地点、时间和强度。滑坡灾害预防，重在监测。为防患于未然，必须对滑坡进行监测，实现滑坡危害的早期预报。2.滑坡监测目的、方案设计依据与原则2.1监测目的主要任务是通过各种测量手段，建立地表和地下深部的3维立体监测网，对边（滑）坡进行系统、可靠的变形监测。主要目的为确定边（滑）坡变形动态(包括滑坡体变形方向、变形速度、变形范围等) ，并对变形发展和变形趋势作出预测，判断边坡稳定状态，给出边坡失稳预警值，指导施工、反馈设计和检验治理效果，了解工

6、程实施后边坡的变化特征，为最优化设计、施工提供科学依据。以处治边（滑）坡为对象的边坡变形监测主要分为：(1)施工期安全监测 在施工期对边坡位移（地表水平位移、垂直位移、深部位移）、支护结构应力应变、地下水和库水位等的监测；(2)处治效果监测 是检验边坡处治设计与施工效果，是判断处治后边坡稳定性的最具说服力的手段；(3)长期动态监测 结合施工期监测结果，保持监测数据的连贯性，在防治工程后期开始，对边坡体进行动态跟踪，以掌握处治边坡稳定性的变化情况和特征，据此评价和预测处治后的边坡长期稳定性。2.2监测方案设计依据监测工作主要依据以下技术规范和资料：（1）技术规范1、建筑变形测量规程（JGJ 8-

7、2007）；2、滑坡防治工程勘察规范（DZ2005）（征求意见稿）；3、建筑边坡工程技术规范（GB 50330-2002）；4、公路路基设计规范（JTG F10-2004）；5、公路工程地质勘察规范（JTJ 06498）；6、工程测量规范（GB5002693）；7、混凝土坝安全监测技术规范（DL/T51782003）；8、全球定位系统（GPS）测量规范（GB/T183142001）；9、土石坝安全监测技术规范。（2）勘察、设计资料工程地质勘察、整治工程设计资料2.3监测方案设计原则(1) 监测工作的布置应基本上能控制整个边坡可能的变形，监测设施的布置应考虑长久、稳定、可靠、不易被破坏，测量基准

8、控制点应在边坡范围以外稳定的基岩上。(2) 方法和仪器的选择要能反映出边破的变形动态，且仪器维护方便、费用节省的原则。监测仪器的选择原则是：仪器性能可靠、精度足够、使用简易且不易损坏。(3) 施工前监测、施工期监测、处治效果监测和长期监测相结合的原则。(4)避免或减少施工干扰。应尽量采用勘探洞和排水洞预埋仪器；施工活动应各方通气，进行文件会签；应尽量采用抗干扰能力强的仪器，保护设施力求可靠。（5）监测设计应留有余地。监测过程中可能存在一些不确定的因素，如地质条件不十分清楚，随施工开挖可能发现一些地质缺陷、设计时未估计到的不稳定契体，即可能出现一些设计中未能考虑到的问题，那时，需要修改和补充。3

9、.滑坡监测内容、方法和仪器滑坡稳定性的监测涉及到一系列特定的参数及其随时间的变化量,如降雨量、土壤湿度、地下水位及移动特征。其中最重要的两个参数是地下水位和移动特征。滑坡的移动特征由滑动面的深度、方向、移动量和移动速度来表征。通过监测这些参数中的一项或多项就能达到监测滑坡的目的。根据有关规范，对滑坡危害程度属于一级的滑坡，应建立以地表变形、裂缝位错、深部位移、地下水位、库水水位、支护结构应力应变变化的立体监测系统，监控滑坡整体变形。3.1地表变形监测 3.1.1常规精密大地测量技术用常规精密大地测量方法进行水平位移监测时，一般是在滑坡监测区外建立平面控制网，使用精密测距仪、电子经纬仪或电子全站

10、仪进行观测，以获取滑坡平面位移监测的参考基准。平面控制网一般包括基准网、校核网、监测网，控制点分为基准点、校核点、工作基点、监测点等，为了保持点位的稳定性，均需要建造一定尺寸的钢筋混凝土墩标。首先对基准网进行观测，在判断基准网稳定的情况下，通过对监测点的多期观测，可计算监测点的坐标变化量，进而分析监测点的滑移量、滑移方向、滑移速度等。常规精密大地测量方法测量精度高，观测量通过组网，可以进行测量结果的校核与精度评定该方法灵活多变，适用于不同形状、不同精度要求和不同外界条件的滑坡监测。用常规精密大地测量方法进行滑坡监测，通常布设测边测角控制网。常规精密大地测量方法监测水平位移，技术手段成熟，适应性

11、强，但有时网形复杂，观测条件较多，观测周期长、费用高、工效低，适合中小型滑坡的水平位移监测。通常用精密水准测量方法对滑坡进行垂直位移监测，又称沉降观测，该方法属于一维变形测量。根据监测精度要求不同，通常采用一等水准测量或二等水准测量的精度要求进行。观测采用精密水准仪或电子水准仪，配用因瓦水准尺。进行沉降监测一般是须设置基岩标，作为地面沉降观测的基准点，再在沉降地域布设沉降观测点，以一定周期重复进行水准测量，经过多期水准测量和地面沉降观测资料的分析研究，计算出各沉降观测点的各期沉降量、累计沉降量、沉降速率等数据，从而为沉降区域的治理提供科学依据。3.1.2 GPS测量技术GPS在测量中的应用主要

12、有两种方式：绝对定位和相对定位。差分相对定位至少需要两台接收机，差分的目的主要是为了消除接收机钟差、卫星钟差以及削弱空间相关的大气延迟误差，通过相应得GPS后处理软件进行数据处理，可使GPS测量精度达到毫米级，这种模式称为静态测量模式。Real Time Kinematic （简称RTK）GPS 定位技术是一种基于载波相位观测值的实时动态相对定位技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，这种模式成为动态测量模式，其测量精度约为12厘米。与常规的方法相比，利用GPS 进行变形监测具有以下主要优点： 不受气候条件的限制，能在台风、大雾、暴风雨等恶劣天气条件下全天候进行工作； 监测点

13、与已知参考点间无需通视； 能够直接测定监测点的三维坐标值； 自动化程度高，能够进行实时动态监测； 不同监测点可以进行同步测量。作为一种全新的自动变形监测方法，GPS 具有其独特的优越性，它克服了传统的变形监测方法的众多缺陷。由于滑坡的变形比较缓慢，所以GPS用于滑坡变形监测常采用周期性重复测量和连续静态测量方式。前者按照一定周期（如：一月一次）进行野外采集数据，然后回到室内下载数据并进行静态后处理；后一种方式则是从数据采集、数据传输到数据处理全部自动处理，一旦系统建立，无需人工到现场进行作业，非常适用于处于危险期或在恶劣天气及监测环境条件下的滑坡监测，达到近实时的监测要求。3.1.3 GPS与

14、全站仪混合监测技术用传统边角测量方法的地表位移监测一般需要在稳定的地段，设置测量基准点，布设基准网，并在被监测地段设置若干监测点，利用基准点监测监测点的位移，所以要求监测点与附近基准点应通视。有时很难在边坡附近稳定区域内找到通视条件好的位置布设基准点，基准网难以采用常规的边角网进行布设；另外边坡位移监测点之间通视也很困难，常规边角网形式的变形监测网也难以布设，交会法与极坐标法也因基准点及监测点的通视条件限制而无法应用。而GPS静态测量无需基准点与工作基点间相互通视，只需要每个观测点上空有较大的可视天空即可，基准点可选在远离变形影响范围的稳定区域，保证监测结果的可靠性，故可考虑采用整体大范围内布

15、设GPS变形监测网，局部小范围内用全站仪极坐标法监测的综合监测方法，既方便了监测工作的开展，又极大地减少了监测成本。由于边坡坡度较大，采用水准测量进行垂直位移监测有较大难度，在满足精度的前提条件下，用静态GPS测量和电磁波三角高程测量进行监测。边坡的监测内容包括滑坡水平位移、垂直位移以及变化速率，达到监测地表位移目的。3.1.4实施与规范要求一、变形监测布设原则： 监测网基准点是进行水平位移和垂直位移观测的工作基点，应布置在稳定的地区，远离滑坡体。 监测网基准点的数量在满足控制滑坡范围的条件下不易过多；图形强度应尽可能高，确保监测网基准点坐标误差不超过23毫米。 滑坡体上监测点的布置应突出重点

16、、兼顾全面，尽可能在滑坡前后沿、裂缝和地质边界线等处设点。当滑坡上还有深部位移（如钻孔测斜仪、多点位移计等）测孔（点）时，也应尽量在这些测孔（点）附近设点，以便相互比较、印证。 监测点应布置在稳定的基础上，避免在松动的表层上建点，且测点数宜尽量少，以较少工作量，缩短观测时间。 监测垂直位移的水准点应布置在滑坡体以外，并必须与监测基准点的高程系统统一。二、滑坡观测点位的标石、标志及其埋设，符合下列要求： （1）岩体上的GPS基准点及监测点，可现场浇灌混凝土标石。根据观测精度要求，顶部的安装强制对中装置，保证对中误差小于0.5mm，标石顶部须露出地面100cm120cm，其埋设规格见图1（a）所示

17、。（2）土体上的GPS基准点及监测点，可现场浇灌混凝土标石。根据观测精度要求，顶部的标志采用具有强制对中装置的活动标志。标石埋深不宜小于1m，在冻土地区，应埋至标准冻土线以下0.5m。标石顶部须露出地面100cm120cm，其埋设规格见图1（b）所示。（3） 抗滑桩顶面的监测点，采用砂浆现场浇固的混凝土桩，并安装强制对中设备。凿孔深度不宜少于10cm，观测视线离结构物顶面要高于2030cm。图1 基准点、工作基点的观测墩埋设规格三、GPS基准网观测采用GPS静态相对定位方法。采用GPS接收机同步观测，观测时段长为3h，采样间隔15s，截止高度角15，有效观测卫星数5颗。基准网基线解算与平差计算

18、采用商用GPS静态后处理软件（如：中海达GPS解算软件），最弱点精度（相对已知点）MP1.0 mm，MH1.7 mm，（设计的MP2.0 mm，MH4 mm）。当观测条件较差时，观测时间长度需要提高到46小时；若基线长度超过5公里，需采用Bernese、Gamit或GIPsy等精密解算软件进行结算。四、滑坡观测点平面位移的监测精度按建筑变形测量规范所列二级精度指标施测，垂直位移的监测精度按建筑变形测量规范所列三级精度指标施测，具体精度指标见表1所示。GPS位移监测网观测时段长为2h，采样间隔15s，截止高度角15，最小卫星数5颗。基准网基线解算与平差计算采用商用GPS静态后处理软件，其内符合精

19、度平面位移精度优于2.5 mm ，垂直位移精度优于3.2 mm。抗滑桩顶面监测点的监测是在其附近的GPS位移监测点上设站，用极坐标法进行监测，其观测的技术要求见表2表4所示。表1 本次监测的精度要求沉降观测水平位移观测适 用 范 围观测点测站高差中误差（mm）观测点坐标中误差（mm）1.5 3.0 场地滑坡测量注：1、观测点测站高差中误差，系指几何水准测量测站高差中误差2、观测点坐标中误差，系指观测点相对测站点（如工作基点等）的坐标中误差、坐标差中误差以及等价的观测点相对基准线的偏差值中误差、建筑物（或构件）相对底部定点的水平位移分量中误差。表2 水平角观测的技术要求级别仪器类型测回数2C互差

20、()半测回归零差()同一方向值各测回较差()二级DJ291389表3 垂直角观测的技术要求级别仪器类型测回数两次照准目标读数差()指标差较差()垂直角测回较差()二级DJ26377 表4 电磁波测距的技术要求级别仪器精度等级（mm）每边测的最小测回数一测回读数间较差限值（mm）单程测回间较差限值（mm）气象数据测定的最小读数往返或时段间较差限值（mm）往返温度（C）气压（hpa）二级34435.00.20.1注：1、仪器精度等级系根据仪器标称精度(),以相应级别的平均边长D代入计算的测距中误差划分； 2、一测回是指照准目标一次，读数4次的过程； 3、 时段是指测边的时间段，可用不同时段观测代替

21、往返观测。仪器设备均应经过国家计量检定单位的检定，并检验合格。观测前，还须对仪器进行常规检查。3.2滑坡深部位移监测 3.2.1深部位移监测的方法与作用对滑坡岩土体内部蠕变、特别是滑动面位移矢量的监测，采用测斜仪法。在钻孔内埋设测斜管，定期用测斜仪测量测斜管随岩土体深部位移大小、方向，以此观测岩土体深部位移沿钻孔深度逐点连续的位移变化，由此建立位移深度关系曲线，通过该关系曲线找出滑动面准确位置，对滑动面的位移大小及位移速率做到监控。对边坡岩土体内部蠕变、特别是滑动面位移矢量的监测，采用测斜仪法。该方法是通过钻孔内的测斜仪来测量岩土体深部位移沿钻孔深度的变化，并建立位移深度关系曲线。通过该关系曲

22、线可以找出滑动面的准确位置，并对滑动面的位移大小及位移速率进行监控。3.2.2测斜仪器滑坡监测常采用滑移式与固定式测斜仪两种方式进行测量。滑移式测斜仪成本较低，一台测斜仪可用于多个钻孔的测量，并可重复使用。但是监测时劳动强度大，费时较多，监测费用高。同时，由于重复使用机械磨损较大，会引起测量误差。在高陡边坡上的监测点人员难以到达进行监测。因此，一般的监测孔中宜采用滑移式测斜仪。固定式测斜仪是在滑移式测斜仪基础上设计出来的，其主要优点是精度高（机械误差大大减少、避免了人工操作的失误）、测量方便、监测成本低，并可长期测量。但是由于需将多个传感器按监测间距埋设在钻孔内，一次性投入较大。因此，宜在滑坡

23、的重点部位有选择地布置数个钻孔，采用固定式测斜仪进行长期监测，其数据还可作为其它测点观测数据的参考。3.2.3测斜仪的布置一、人工边坡 在滑动面尚未出现时，应采用活动式钻孔测斜仪，当出现滑动面后，方可在滑动面的上下安装固定式测斜仪； 钻孔测斜仪布置在边坡监测断面的各级马道上。上一个钻孔孔底应达到下一个相邻钻孔的孔口高程； 一般，钻孔是铅直布置。但当边坡较缓，钻孔也可靠边坡坡面方向呈斜孔布置，但偏离铅直线不宜太大（1015度以内），以防损失其量程过多。 深部水平位移监测孔与地表水平变形测点靠近布置，以便相互比较、印证。二、天然滑坡天然滑坡的监测断面一般一个，主要控制滑坡的整体稳定性； 钻孔倾斜仪

24、孔首先要控制滑坡的前缘和后缘。因此，在前后缘至少各布置一个钻孔。埋设仪器的钻孔应尽量利用地质勘探钻孔，以节约经费。 宜在地质分析、理论计算等预测的基础上将前后缘之间的钻孔，布置在变形大，可能发生破坏的部位，或者地质上有代表性的地段。 根据滑坡的发展，也可能出现一些事先未能预计到的情况（如裂缝、塌方），根据这些新情况，如需要则补充测孔。 监测钻孔应穿过潜在滑动面，打到稳定的基岩。 深部水平位移监测孔与地表水平变形测点靠近布置，以便相互比较、印证。3.3 地下水位动态监测 地下水是影响滑坡稳定的主要外因之一。为了了解地下水位变动情况对边坡稳定性的影响，在场地仍保留的，合符监测要求的原有勘察钻孔和监

25、测工作增加的钻孔中，与其它监测同周期对钻孔地下水位进行量测，以在解读位移成果时，同步掌握地下水位影响因素。（一）地下水位监测的布设 选择滑坡坡高最高处的山顶或不同高程马道上打深钻孔，进行地下水长期观测。钻孔打到含水层底板以下。 在监测断面与各排水洞交会处，各布置1个测压管，进行重点监测。此外，利用排水洞按一定间距布置一些测压管，作一般监测。 当布置有钻孔倾斜仪时，可在每个钻孔倾斜仪孔孔底布置渗压计一支。（二）监测仪器与方法常用的地下水位监测的仪器有手动式的电测水位计和传感器式的遥测水位计。水位计在测头中还可安装测温元件，在测水位的同时可监测水温。对地下水进行监测，不同于水文地质学中“长期观测”

26、的含义。因观测是针对地下水的天然水位、水量和水质的时间变化规律的，一般仅是提出动态观测资料。而监测则不仅仅是观测，还要根据观测资料提出问题，制订处理方案和措施。3.4 孔隙水压力监测 孔隙水压力对岩土体变形和稳定性有很大的影响，因此在饱和土层中进行地基处理和基础施工过程中以及研究滑坡稳定性等问题时，孔隙水压力的监测很有必要。监测孔隙水压力所用的孔隙水压力计型号和规格较多，应根据监测目的、岩土的渗透性和监测期长短等条件选择，其精度、灵敏度和量程必须满足要求。 孔隙水压力计类型、适用条件及计算公式仪 器 类 型适 用 条 件计 算 公 式立管式（敞开式）渗透系数大于10-4 cm /s 的岩土层U

27、=rwh水压式（液压式）渗透系数小的土层，量测精度2kPa，监测期1个月U=rwh+p气动式（气压式）各种岩土层，量测精度10kPa，监测期1个月U=K(f02 -f2 )电阻应变式各种岩土层，量测精度2kPa，监测期1个月U=K(A-A0)（一）施工工艺流程：钻孔清孔埋设孔隙水压力计在孔口用砖及水泥做方形保护台孔口用旧套管保护，上加盖子测量读数测量完毕保护电缆与孔口。（二）技术要求1. 钻孔：按设计孔径与孔深进行钻进，钻孔垂直偏斜度不大于1.5%，并应进行地质与地下水编录。2. 孔隙水压力计埋设（1）埋设前应首先检查孔隙水压力计，确保仪器完好，按设计要求接长电缆，并在电缆上做好编号记号。（2

28、）在仪器埋设前将前盖空腹装满水，排除气泡。埋设时，将进水口朝上，以免空腹内的水溢出。（3）将砂灌入孔内形成厚度为50cm左右的人工过滤层，然后将孔隙水压力计放置预定的深度，到位后加30-50cm的中砂，上部再用粘土球形成隔离层。3.5支护结构应力应变监测抗滑桩应力应变监测 在抗滑桩施工期，选定部分桩体（2根或4根），在桩中埋置压力盒和钢筋计（1.52.0m），监测抗滑桩实际受力状态以及应变，对照设计力学模型分析，监测实际受力状态与设计理论状态的吻合程度，判断设计合理性和安全性。锚索应力监测 在锚索施工过程中，选取部分锚索，在锚索锚头部位钢绞线上安装锚索测力计，监测锚索实际受力状况，对照设计分析

29、，判断设计的安全性和合理性。3.5.1 抗滑桩钢筋应力应变监测 目的是监测抗滑桩实际受力状态与设计理论状态的吻合程度，判断设计合理性和安全性。采用GJ-16型振弦式钢筋测力计测量钢筋应力。量程:最大压应力100MPa ，最大拉应力200MPa；灵敏度0.1MPa；综合误差 1.5%F.S。（一）施工工艺流程：抗滑桩桩孔施工清孔制作钢筋笼并将振弦式钢筋计绑扎焊接在钢筋笼上钢筋计电缆绑扎与保护钢筋计编号和存档下放钢筋笼至桩孔孔口电缆固定与保护。（二）技术要求（1）埋设前应首先检查钢筋计，确保仪器完好，按设计要求接长电缆，并在电缆上做好编号记号。（2）采用绑焊法安装钢筋计。用两根与钢筋主筋直径相同且

30、长度为10-15cm的钢筋等距离夹在连接杆与主筋接头两旁，单面满焊。连接钢筋计后再制钢筋笼。（3）焊接时钢筋计要包上湿棉纱并不断地浇冷水，直到焊接完毕后钢筋冷却到一定温度为止。（4）计算公式P=KF+bT+B式中:P-被测钢筋的载荷(kN)K-钢筋计的标定系数(kN/F)F-钢筋计输出频率模数实时测量值相对于基准值的变化量(F)b-钢筋计的温度修正系数(kN/)T-钢筋计的温度实时测量值相对于基准值的变化量()B-钢筋计的计算修正值(kN).注:频率模数F=f 103.5.2抗滑桩侧土压力监测采用TJ22型振弦式土压力计进行监测。测量范围2.5MPa，分辨率0.08%F.S，综合误差1.5%F.S。（一）施工工艺流程：土压力盒接电缆并编号抗滑桩桩孔施工一段在孔壁开凿坑槽作为土压力计埋设点在坑槽侧壁均匀地抹上高标号