边坡工程监测基础知识.ppt

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1、7 边坡工程监测,7.1 边坡监测的目的和意义 7.2 边坡监测的内容和方法及仪器选型 7.3 边坡变形监测 7.4 边坡应力监测 7.5 边坡地下水监测 7.6 边坡工程监测实例 思考题, 7.1 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、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、

2、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

3、，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。, 7.2 边坡监测内容和方法及仪器选型,7.2.1 边坡监测的内容主要包括： （1）、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

4、进行。,在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。,7.2.2 边坡工程监测方法,边坡工程监测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的影响等获取有关信息，通过监测资料的分析得到边坡

5、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,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。 简易观测法对于发生病害的边坡进行观测较为适合,设站观测

6、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,（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,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、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

7、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。,7.2.3 边坡监测项目的选定及仪器的选型,7.2.3.1 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。 （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

8、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,7.2.3.2 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 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、

9、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, 7.3 边坡变形监测,7.3.1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

10、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 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,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

11、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y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 Positio

12、ning 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，按光的载体可分为基于拉曼散射的分布式光纤检测系统、基于瑞利散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,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。,7.3.2 边坡表面裂缝量测,山坡和建筑物（挡土墙、房屋、水沟

13、、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,7.3.3 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。,7.3.4 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,

14、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

15、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，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

16、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。,7.3.5 边坡变形量测资料的处理与分析,边坡的变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，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。相应内容参考第二章及其他有关书籍。, 7.4 边坡应力监

17、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,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和地应力变化监测。,3 、边坡锚固应力测试,锚固应力测试

18、主要包括： 1锚杆轴力的量测 2 对预应力锚索应力监测 3 对于绝对应力测量 4 对于地应力变化监测,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, 7.5 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下水位为主，根据工程

19、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、 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,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，因此需要在现场埋设仪器进行观测。目前监测孔隙水压力

20、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,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，先于孔底填少量砂，置入测头之后再在其周围和上部填砂，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

21、提前埋设仪器。, 7.6 边坡工程监测实例基于常规仪器与GPS相结合的全自动化遥控边坡监测系统目前，常规监测方法存在自动化程度不高，监测过程中人为因素影响较大等问题。另外该系统集同轴电缆时间域反射仪（Time Domain Reflectometry-TDR）和精密全球定位系统（Global Positioning System-GPS）等高技术于一体，从而使得其功能具有独特性和全面性。,一、 监测系统的构成,系统的组成决定于所设计的系统的功能。该系统一方面可以用来监测边坡表面和土体内位移、孔隙水压力、现场雨量大小、滑裂面位置等边坡滑动有关的重要参数；另一方面可实现全自动化的监测和数据的收集、

22、存储、发送、分析的功能。,自动化监测系统的构成,二、现场试验及结果分析,为了验证该边坡监测系统的有效性，在香港新界香港大学嘉道理农业研究中心的一人工填土边坡上进行了试验，如图3-13、图3-14所示。该边坡由松散的完全风化花岗岩（CDG）材料填筑，施工过程中不夯实，最大填土高度4.5m，建在一倾角12的山坡上，占地面积9m11.7m，上面有9m4m的加载平台，人工填土边坡倾角为33。填土边坡还采用2排共8个7m长的土钉加固。该填土边坡将在平台上逐步加载，直到产生滑裂面、破坏为止。,在香港新界一人工填土边坡上的全自动斜坡监测仪的布置图 (a)平面图 (b)A-A剖面图,(a)破坏前,(b)破坏后

23、,在香港新界一人工填土边坡上的全自动斜坡监测仪的布置照片,固定式测斜仪对实测的位移与时间的变化 (a) 沿原位测斜仪孔的不同时间的位移变化曲线； (b) 测斜仪顶部（边坡表面）的位移变化曲线（Y下坡方向为正）,用精密全球定位系统（GPS A03号点）实测的表面位移（2002.5.13-11.23）,三、 小结上面介绍了自动化边坡遥控监测系统构成、集成的有关方法，同时也将应用的成果进行了描述和讨论。监测试验已经完成，监测数据验证该系统的优越性和实用性。该系统工作性能稳定、可靠，实现了全自动化的数据收集、存储、发送、分析等全过程，极大地方便了该系统的使用者。特别是在系统中嵌入了多天线GPS，拓展了GPS的应用空间，降低了应用成本，具有极好的工程应用前景。,思考题,1、边坡工程监测的目的是什么？ 2、边坡工程监测的内容和方法、监测项目包括哪些？ 3、边坡的变形监测、应力监测与地下水监测具体监测哪些内容？ 4、边坡变形监测断面与测点布置主要内容有哪些？ 5、简要说明何谓3S技术？在边坡工程监测中是如何发挥作用？,