边坡工程监测.docx

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边坡工程监测

第六章边坡工程监测

   边坡工程包括：

●水库库区边坡；

●大坝的坝基边坡；

●公路、铁路边坡；

●隧道边仰坡；

●基坑边坡；

●河道护岸边坡；

●自然边坡。

上图为云南楚大高速公路高边坡处治工程

§6-1边坡监测的目的和特点

    边坡监测的主要目的:

●实现老边坡整治或新边坡施工的信息化设计与施工；

●判断边坡的滑动性、滑动范围及发展趋势；

●检验边坡整治的效果；

●为滑坡理论和边坡设计方法的研究结累数据。

    边坡工程监测的特点：

●监测区域大,涉及的岩土性质复杂；

●边坡逐渐形成，部分监测点的位置要随之变动；

●监测的期限较长,贯穿于整个工程建设过程；

§6-2边坡工程监测的内容和方法

表6-1边坡监测方法一览表

监测内容

主要监测方法

主要监测仪器

监测方法的特点

适用性评价

地

表

变

形

大地测量法（三角交会法、几何水准法、小角法、测距法、视准线法）

经纬仪

水准仪

测距仪

投入快、精度高、监测范围大、直观、安全、便于确定滑坡位移方向及变形速率

适应于不同变形阶段的位移监测；受地形通视和气候条件影响，不能连续观测

全站式速测仪、电子经纬仪等

精度高、速度快，自动化程度高，易操作，省人力，可跟踪自动连续观测，监测信息量大

适应于不同变形阶段的位移监测；受地形通视条件的限制适应于变形速率较大的滑坡水平位移及危岩陡壁裂缝变化监测；受气候条件影响较大

近景摄影法

陆摄经纬仪等

监测信息量大，省人力，投入快，安全，但精度相对较低

适应于变形速率较大的边坡水平位移及危岩陡壁裂缝变化监测；受气候条件影响较大

GPS法

GPS接收机

精度高投入快，易操作，可全天候观测，不受地形通视条件限制；目前成本较高，发展前景可观

适应于边坡体不同变形阶段地表三维位移监测

测缝法（人工测缝法、自动缝法）

钢卷尺、游标卡尺、裂缝量测仪、伸缩自记仪、测缝仪、位移计等

人工、自记测缝法投入快，精度高，测程可调，方法简易直观，资料可靠；遥测法自动化程度高，可全天候观测，安全，速度快，省人力，可自动采集、存储、打印和显示观测值，资料需要用其它监测方法校核后使用

人工、自记测缝法适应于裂缝量测岩土体张开、闭合、位错、升降变化的监测；

地下变形

测斜法（钻孔测斜法、竖井）

钻孔倾斜仪、多点倒锤仪、

倾斜计等

精度高，效果好，可远距离测试，易保护，受外界因素干扰少，资料可靠；但测程有限，成本较高，投入慢

主要适应于边坡体变形初期，在钻孔、竖井内测定边坡体内不同深度的变形特征及滑带位置

测缝法（竖井）

多点位移计、井壁位移计、位错计等

精度较高，易保护，投入慢，成本高；仪器、传感器易受地下浸湿、锈蚀

一般用于监测竖井内多层堆积物之间的相对位移。

目前多因仪器性能、量程所限，主要适应于初期变形阶段，即小变形、低速率，观测时间相对短的监测

重锤法

重锤、极坐标盘、坐标仪、水平位错计等

精度高，易保护，机测直观、可靠；电测方便，量测仪器便于携带；但受潮湿、强酸、碱锈蚀等影响

适应于上部危岩相对下部稳定岩体的下沉变化及软层或裂缝垂直向收敛变化的监测

沉降法

下沉仪、收敛仪、静力水准仪、水管倾斜仪等　

适应于危岩裂缝的三向位移（X、Y、Z三方向）监测和危岩界面裂缝沿硐轴方向位移的监测

测缝法（硐室）

单向、双向、三向测缝仪、位移计，伸长仪等

地声

地音量测法

声发声仪

地探测仪

可连续观测，监测信息丰富，灵敏度高，省人力；测定的岩石微破裂声发射信号比位移信息超前３-７日

适宜于岩质边坡变形的监测及危岩加固跟踪安全监测，为预报岩石的破坏提供依据

应变

应变量测法

管式应变计、多点位移计、滑动测微计

精度高，易保护，测读直观、可靠；使用方便，量测仪器便于携带；

主要适宜测定边坡体不同深度的位移量和滑面（带）位置

水文

观测地下水　位

水位自动记录仪

精度高，可连续观测，直观、可靠；

适应于坡体不同变形阶段的监测，其成果可作基础资料使用

观测孔隙水压

孔隙水压计

钻孔渗压计

测泉流量

三角堰、量杯等

测河水位

水位标尺等

环境因素

测降雨量

雨量计、

雨量报警器

精度高，可连续观测，直观、可靠；

适应于不同类型边坡及其不同变形阶段的监测，为边坡工程的稳定性分析评价提供基础资料　

测地温

温度记录仪等

地震监测

地震检测仪

一、简易观测法

     人工观测：

地表裂缝、地面鼓胀、沉降、坍塌；

              建筑物变形特征；

              地下水位变化、地温变化等现象。

    简易测量：

在边坡关键裂缝处埋设骑缝式简易观测桩；

              在建（构）筑物裂缝上设简易裂缝测量标记；

    用途：

用于已有滑动迹象的病害边坡的监测；

          从宏观上掌握崩塌、滑坡的变形动态及发展趋势；

          初步判定崩滑体所处的变形阶段及中短期滑动趋势；

          仪表观测的补充。

          图6－1简易观测装置

          图6－2水准站点布置图

二、设站观测法

     要点：

             ●在边坡体上设立变形观测点（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；

              ●用测量仪器定期监测变形区内网点的三维位移变化。

 1．大地测量法

    测二维水平位移：

前方交会法（两方向或三方向）；

                    双边距离交会法。

    测某个方向的水平位移：

视准线法；

                          小角度法；

                          测距法。

    测垂直位移：

几何水准测量法；

                精密三角高程测量法。

    优点：

监控面广，能确定边坡地表变形范围；

          量程不受限制；

          能观测到边坡体的绝对位移量。

    缺点：

受到地形通视条件限制和气象条件的影响；

          工作量大，工作周期长十；

          连续观测能力较差。

 2．GPS（全球定位系统）测量法

    GPS的特点：

定位精度可达毫米级

    优点：

观测点之间无需通视，选点方便；

          观测不受天气条件的限制，可全天候观测；

          可同时测定观测点的三维坐标和速度；

          在测程大于10km时，精密优于光电测距仪。

    缺点：

价格贵。

 用途：

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。

 3．近景摄影测量法

    优点：

摄影（周期性重复摄影）方便，外业省时省力；

          能同时获得许多观测点的空间位置。

    缺点：

精度较低。

    用途：

崩滑体处于速变、剧变阶段的监测；

          危岩临空陡壁裂缝变化；

          滑坡地表位移量变化速率较大时的监测。

三、仪表观测法

     特点：

监测的内容丰富，精度高，测程可调，仪器便于携带；

          可以避免恶劣环境对测试仪表的损害；

          资料直观可靠，能连续观测。

    用途：

适用于中、长期监测

四、远程监测法

     远程监测法特点：

远距离无线传输。

    优点：

自动化程度高；

          全天候观测；

          省时、省力、安全。

    缺点：

传感器质量不过关；

          仪器的组装工艺和长期稳定性较差；

          运行中故障率高；

          很难适应野外恶劣的监测环境；

          数据传输有中断；

          数据可靠度难以使人置信；

          价格昂贵。

§6-3监测方案

    边坡工程监测方案设计的内容：

  ●监测内容--测什么；

  ●监测方法和仪器--怎么测；

  ●施测部位和测点布置--测哪里；

  ●监测期限和频度--何时测；

  ●预警值及报警制度等实施计划--怎么办。

一、监测设计的原则

    监测项目选择的原则：

      ●一般以光学,机械和电子设备为先后顺序选用设备；

      ●考虑经济上的合理性；

      ●不影响正常施工及使用；

      ●能形成统一的结论和简捷的报表。

二、测点布点原则

     监测点的布置一般有以下三个步骤:

 1、测线布置（如图6－3）

 圈定主要的监测范围；

 估计主要滑动方向,按滑动方向及范围确定测线；

 选取典型断面,布置测线；

 再按测线布置相应监测点。

 说明：

  ●对主滑方向和范围明确的边坡，测线可采用十字型布置；

  ●测线十字型布置时，深部位移监测孔通常布设在主滑方向上；

  ●对主滑方向和范围不明确的边坡，放射型布置更适用。

  ●测线放射型布置时，在不同方向交叉布置深部位移监测孔。

 2、监测网形成:

 考虑平面及空间的展布,各个测线按一定规律形成监测网；

 监测网的形成可能是一次也可能分阶段形成；

 监测网的形成不但在平面，更重要的是体现在空间上的展布。

 3、局部加强，加深加密布点:

 可能形成的滑动带；

 重点监测部位和可疑点。

三、边坡工程监测周期与频率

     爆破阶段：

1次/1~2天，每次爆破后监测1次；

    施工阶段：

1~2次/周；

    运营阶段：

1次/2月，雨季：

1次/2月。

    变形量增大和变形速率加快时：

加大监测频次。

§6-4监测实施和监测资料汇总及分析

三峡工程永久船闸边坡稳定分析、卸荷特性测试、位移监测与智能反分析研究

一.监测工作的实施

 1.地面位移监测工作

●地面选点及布置

●监测点制作

●量测实施

●资料汇总及报表形成

 2.地下位移监测和滑动面测量

●钻孔

●元件埋设及初始量测

●量测实施

●资料汇总及报表形成

 3.环境因素监测

●地下水位长期观测

●降雨量统计

●其它,如地温及地下水浑浊程度和化学组份的变化及流量等

●声波测试

●振动测试

●其它测试的实施

二.监测资料汇总及分析

 1.监测的报表

●监测日报表（如表6－2）；

●阶段性报表（如表6－3）；

●监测总表（如表6－4）

 2.相关图件

●各监测项目时程曲线（如图6-4）；

●各监测项目的速率时程曲线；

●地表位移变形矢量图（如图6-5）和等值线（如图6-6）；

●各监测项目在各种不同工况和特殊日期变化发展的形象图（如图6-7，图6-8）

 3.分析报告    

  一般分析报告中应含以下内容：

●工程地质背景

●施工及工程进展情况

●监测目的、监测项目设计和工作量分布

●监测周期和频率

●各项资料汇总

●曲线判断及结论

●数值计算及分析

●结论及建议

§6-5工程实例

沿着边坡建筑的公寓，随着地层断裂挤压而隆起，高度落差达五、六公尺。

一、工程背景

 1、地质情况：

    东部山坡：

坡角10-40度，倾向北东。

              坡底北西向大冲沟，沟底标高170-230米。

    在山坡岩体中有一顺坡倾斜的d3构造加泥带：

        走向NW310--315度；

        倾向NW40--65度；

        倾角23--37度；

        加泥带厚度0.20-0.50米，最大1.20米。

    堆填约70万方弃土后，形成与原山坡倾向一致的人工边坡：

        坡高50-80米，坡角27-40度。

 2、问题由来：

    1988年4月，山坡上多处发现裂缝及位移现象。

    5月雨季到来后厂址东部已开始滑坡。

    滑坡周界清晰：

滑坡后缘标高为280-300米，呈NW-SE向延伸，在选矿厂东侧公路附近；

滑坡前缘达大冲沟沟底；

前缘与后缘高差为50-150米，滑坡周界形状不规则；

北西-南东方向宽400米，西南-东北方向长260米；

滑坡面积约7.8万米2，厚30-40米，体积约90万方。

 3、判定：

    山坡岩土体可能沿d3构造加泥带滑动，形成较大滑坡。

    主滑面埋藏较深，最深可达40余米；

    主滑面上陡下缓，上段切穿人工填土；

    中、下段追踪最深一层d3构造加泥带；

    主滑面的延伸直至滑坡前缘。

 4、治理方案：

    主厂房在构造夹泥带d3上盘部分用大直径嵌岩灌柱桩加固；

    1988年12月-1989年5月：

        卸除山坡上部弃土50多万米3；

        并将整个山坡削成6级台阶（北东向2级，正北向4级）；

        坡底大冲沟处设置一道栏砂坝，阻止砂石的流失；

    90年4月-91年6月：

        在东部平台下方用干砌片护坡；

        并在东部边坡上设置了四条地表排水沟。

二、监测的目的与工作量

监测的目的：

1、判定西北部楔形地质结构体的长期稳定性；

2、判定场地东部滑坡（夹泥带d3上盘岩体）的长期稳定性问题

监测工作量：

监测点布置工作量见表6-5,表6－6

三、监测仪器元件

    图6－9 倾斜计示意图

    图6－10位移计示意图

    图6－11固定型倾斜计示意图

    图6－12水压计量测示意图

    图6－13钻孔伸长计示意图

四、变形监测

    地面变形监测

  1、控制基准：

     平面控制网线（四等导线）17km；

     三等高程控制网线21.69km；

     四等水准网线12.4km。

     水平角用J3型经纬仪6测回测定；

     正的垂直角用J2型经纬仪中丝法2测回测定；

     高程控制网三等水准定测采用DS3型水准仪，

     双面水准尺往返观测。

  2、地面变形位移监测点的布设

     西北部楔形体：

7点（G22-G28）；

     东部构造夹泥带d3：

21点G1一G21）；

     场地周围：

5点（G29一G33）。

  3、地面变形位移监测数据处理和成果分析

     每次测量的水平位移矢量绘制在以该点为原点的平面图上；

     将每个监测点25次的平均方向作为该点的水平位移总方向；

     位移矢量在水平位移总方向上的投影为该点的总水平位移量。

     发生水平位移的判定标准：

         各次测得的值具有明显的方向上的倾向性，

         最大偏移值超过2cm。

     发生垂直位移的判定标准：

         一个测点25次监测值中最大垂直住移量绝对值大于1cm；

         位移的正或负具有系统性；

         或经回归计算后首次和末次位移差较明显。

     西北部楔形地质结构体地面上的7个点中：

       有2个点发生了水平位移：

①22.7mm（SW8°49ˊ）；

②22.5mm（SE43°21ˊ）。

       有5个点发生了垂直位移：

①-15.3～-22.5mm（NE17°30ˊ～21°11ˊ）；

②-31.4mm（向SE43°21ˊ）；

③-13.4～-37.7mm（垂直下沉）。

     东部构造夹泥带d3上盘的21个点中：

       有7个点发生了水平位移：

①23.5～52.0mm（NE27°39ˊ～85°09ˊ）；

②22.2～56.0mm（SE35°42ˊ～51°34ˊ）。

       有8个点发生了垂直位移：

①-10.8～-76.2mm（NE18°46ˊ～85°09ˊ）；

②-25.0～-51.0mm（垂直下沉）。

   地下变形监测

 1、地下变形监测孔的布设及监测：

    夹泥带d3上盘岩体中布设了地下变形监测孔20个：

●钻孔倾斜仪采用SX一20型钻孔倾斜仪：

         西北部楔形地质结构体上：

DX-1～DX-3、DX-7、DX-8；

         东部山坡原有滑坡体上：

DX-6、DX-11～DX-14、DX-20；

         山坡顶部：

DX-9、DX-10。

●滑动测微计监测使用瑞士产的滑动测微计：

         东部坡顶平台：

H4、H15、H16、H18

         测定靠近主厂房部位构造夹泥带d3上盘岩体的微小变形。

●多点伸长计监测采用6点杆式伸长计：

         东部坡顶坡眉部位：

D5、D17、D19

 2、地下变形监测成果及其分析

    监测时间：

2年，监测频率：

平均1次/月。

●西北部楔形地质结构体部位：

水平位移为4.50mm～24.84mm；

●东部坡顶靠近主厂房部位，在深度为2.5m～5.0m处，下沉很小；

●东部坡眉构造夹泥带d3附近，孔D5中28.0m深处，下沉10.2mm；

●原有滑坡后缘以西，孔D17和D19中8～11.8m深处，下沉0.8mm和2.2mm；

●在东部山坡原有的滑坡体上，相当于构造夹泥带d3附近：

▲水平位移：

7.55mm～19.50mm（6个测孔中的5个）；

▲方向指向坡下，发生最大位移处的深度为8.0mm～25.0mm。

五、位移监测成果与稳定性评价

  1.楔形地质结构体的稳定性评估：

    大部分测点的位移随着时间延长而趋平缓；

    楔形地质结构体有量小速慢的位移，并仍会延续；

    楔形地质结构体底部软弱结构面蠕变是导致岩体位移的主因。

    表6－7 东部滑坡主剖面方向观测点地表位移速度表

    表6－8地下变形监测孔位移监测成果表

    表6－9地面变形监测点地面位移监测成果表

  2.东部山坡的稳定性评估

    东部坡顶:

地面测点G19、G21都没有发生位移；

             4个滑动测微计，测到位移仅＋1.55～-2.70mm；

             2个多点伸长计，测到沉降仅0.8mm和2.2mm。

    结论：

东部坡顶构造夹泥带d3上盘稳定。

    东部坡面：

21个地面位移监测点中有12个都发生较明显位移：

              水平位移：

22.2～56.0mm，方向指向坡下；

               沉降：

10.8mm～76.2mm。

              多点伸长计D5：

沉降：

10.2mm，深度位置：

28.0m；

      6个钻孔倾斜仪除DX－11外都有明显的水平位移：

        水平位移：

7.55～19.5mm，但位移已逐渐减慢。

    结论：

东部山坡原滑坡周界以内的岩体，仍在向坡下缓慢位移；

    发生岩体变形的底界仍在构造夹泥带d3附近；

     主要原因是构造夹泥带d3附近岩体的蠕变。