（地质工程专业论文）边坡降雨响应监测分析及预报研究.pdf

华l 采彝拳奄学箍襞士论窆 摘安 逸缓是一令聂薮熬 线後系统，其耪瓣、赋存强凌、滚诧过程零其毒# 绫瞧， 线整是 其本攒鞴性。它处于一定的环境中，同时受到环境的影响，如降雨、地震等。边坡的大变形， 乃至失稳通常是由边坡受到的外部环境和边坡本身的缩构控制作用联合作用予而导致的。不 同的边坡，相同外界环境的作用效果或者说影响效果撼不同的，也就是说，外界环境的影响 作用取决予选竣本身。当边坡条馋较好时，步 秀环境对它照影响裁小；当遮坡条传不壹 孵， 癸赛环境哥能就会或尧遍坡破繇的激发嚣素，对选坡豹稳定造藏强大酌破坏。 般测分析或预报模型常麓用的是边坡时间一位穆曲线，这种方法只是单姚对边坡的变形 状态。即对边坡受外界因素影响后的反应做出的分析及预报，而没有从边坡燮形的机理考虑， 尤其疑对边坡作用的外界影蛹因素。由于没有考虑刘鲫界影响因素，必然会增大分析及预报 酵瓣菠辘性窝鑫盘痉，影螭藏溺分裁及疆摄弱难确拣，不瘸子熟搓邃竣鹃粪实狡态。 翻此，要提高监测分析及预报的精度，就盛须考虑边坡的变形杌理，及变形演化过程的 非线性。 基予以上思想，本文的主藤研究归结如下： 1 ) 瓣卷援约定性分掇方法避蠡了总结，并辩辩瓣一位移錾线戆振荡蜜像提出了解释， 认为这燕边坡内部不断调整静结果。 ( 2 ) 首次将非线性动力理论一加卸载响应比加入到监测分析中，建立了降雨响应比监测 分析横瓤。该模型从边坡变形的机理出发，既考虑了降雨对边坡变形的影响，叉考虑了边坡 系统演他过程鲍非线性，同时撼降雨对边坡影响的定挂化分析 入到了定整癸橱孛。 ( 3 ) 依据a 工狰经霹络支持多蠢素耱入及菲线瞧袋统演纯静骧理，把酶瓣鞭素热入到久 工神经f 6 9 络预报中。该方法也是从边坡变形的机理出发，既考虑了降雨对边城变形的影响， 又考虑了边坡系统演化过程的非线性，在一定程度上摁高了边坡预报的精度。 ( 4 )以国家重点工程粤赣黼速公路中的k 1 0 0 路蹩商边坡为例进行了监测综合分析，并 籍陲搿蛹挝魄鎏溅势接模型帮蒸予簿囊瓣大工季牵经瓣绦鞭摄搂壁痤蠲予该逸玻，验诞了本文 的理论与方法。 关键词l 边坡降雨非线性加卸载响应比人= 】_ = 神经网络监测分析预报 华北水利水电学院硕士论文 a b s t r a c t s l o p ei sa no p e n e dn o n l i n e a rs y s t e m ，a l li t sm a t e r i a l ，e x i s t i n ge n v i r o n m e n ta n de v o l v e m e n t a r en o n l i n e a r , n o n l i n e a ri si t se s s e n t i a lp r o p e r t y s l o p ei sa f f e c t e db yt h ee n v i r o n m e n t s u c h r a i n f a l l ，e a r t h q u a k ea n ds oo n t h el a r g ed i s p l a c e m e n to re v e nf a i l u r eo f s l o p ei su s u a l l yl e a d e db y t h ec o o p e r a t i o no ft h ee x i s t i n ge n v i r o n m e n ta n dc o n t r o ls t r u c t u r eo fs l o p e t h ea f f e c t i o no f e x i s t i n ge n v i r o n m e n ti sd i f f e r e n tt ot h ed i f f e r e n ts l o p e i tm e a n st h a t ，t h eb e t t e rt h es l o p es t r u c t u r e i s ，t h el i t r l et h ee n v i r o n m e n ta f f e c t s ，v i c ev e r s a n o w a d a y s ，t h ed a t aa n a l y s i sa n df o r e c a s tm o d e lu s u a l l ya d o 。p t sd i s p l a c e m e n t - t i m ec u r v e t h i sm e t h o dj u s ta n a l y z e sa n df o r e c a s t st h ed i s p l a c e m e n t , t h er e s p o n s eo ft h e s l o p et o t h e a f f e c t i o no fe x i s t i n ge n v i r o n m e n t ，b u tm e c h a n i s mo ft h e d i s p l a c e m e n ta n dt h ee x i s t i n g e n v i r o n m e n t s u c hb e h a v i o rw i l ln e c e s s a r yi n c r e a s et h er a n d o ma n df r e e d o mo fa n a l y s i sa n d f o r e c a s t ，a f f e c tt h ev e r a c i t y , a n di tg o e sa g a i n s th o l d i n gt h et r u es t a t e w eh a v et oc o n s i d e rt h ed i s p l a c e m e n tm e c h a n i s ma n dn o n l i n e a re v o l v e m e n to f s l o p ei no r d e r t oi n c r e a s et h ep r e c i s i o no f a n a l y s i sa n df o r e c a s t b a s e do nt h ea b o v ei d e a ，t h em a i nr e s e a r c ho f t h i st h e s i ss u m m e du pa st h ef o l l o w i n g ： ( 1 ) s u m m i n gu pt h er o u t i n eq u a l i t a t i v ea n a l y t i c a lm e t h o d s ，t r a n s l a t i n gt h es u r g i n gc h a n g eo f t i m e d i s p l a c e m e n tc u r v e t a k i n gi t ar e s u l to f a d j u s t i n gi n s i d et h es l o p e ( 2 ) f i r s t l ya d d i n gt h el o a d u n l o a dr e s p o n s er a t i o ( l u r r ) t ot h ea n a l y s i so f s l o p e ，s e t r i n g u pt h e r a i n r e s p o n s er a t i oa n a l y s i sm o d e l t h i sm o d e lb a s e do nt h em e c h a n i s mo fs l o p e d i s p l a c e m e n tc o n s i d e r e dt h ea f f e c t i o no fr a i n f a l lt ot h es l o p ea n dt h en o n l i n e a re v o l v e m e n to f s l o p ea n di n d u c t e dt h eq u a l i t a t i v ea n a l y s i so fa f f e c t i o nb yt h er a i n f a l lt ot h es l o p et ot h e q u a n t i t a t i v ea n a l y s i s ( 3 ) a d d i n gt h ef a c t o ro fr a i n f a l lt ot h ea r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r k ( a n n ) f o r e c a s tf o ra n n s u p p o r t e dm u l t if a c t o ri n p u ta n dn o n - l i n e t h i sm e t h o da l s ob a s e do nt h em e c h a n i s mo fs l o p e d i s p l a c e m e n tc o n s i d e r e dt h e a f f e c t i o no fr a i n f a l lt ot h es l o p ea n dt h en o n l i n e a re v o l v e m e n to f s l o p ea n di n c r e a s e dt h ef o r e c a s tp r e c i s i o na tac e r t a i ne x t e n t ( 4 ) t h ek 1 0 0c u ts l o p eo fy u c - g a nh i g h w a y e x a m p l e ，a n a l y z i n gt h em o n i t o r i n gd a t a ， u s i n gt h er a i n f a l lr e s p o n s er a t i oa n a l y s i sm o d e la n da n nw h i c hb a s e do nt h er a i n f a l lt ot h es l o p e ， v a l i d a t i n gt h et h e o r ya n dm e t h o do f t h i st h e s i s k e yw o r d s ：s l o p e ，r a i n f a l l ，n o n l i n e a r , l o a d u n l o a dr e s p o n s er a t i o ( l u r r ) ，a r t i f i c i a l n e u r a ln e t w o r k ( a n n ) ，m o n i t o r i n gd a t aa n a l y s i s ，f o r e c a s t 华北水利水电学院硕士论文 1 1 研究目的和意义 第一章绪论 边坡包括自然或人工形成的斜坡，是岩石圈表面的天然地质和工程地质的作 用范围内，具有露天侧向临空面的地质体，是广泛分布于地表的一种地貌形态【1 o 它是人类工程活动中最基本的地质环境之一，也是工程建设中最常见的工程形式 1 2 】。 作为全球性三大地质灾害( 地震、滑坡泥石流、洪水) 之一的边坡失稳严重危 及到国家财产和人们的生命安全。如意大利的瓦依昂水库库岸大滑坡是欧洲历史 上最大的灾难性滑坡，也是世界上最大的水库失事事件。共约2 5 亿m 3 的岩石和 土体从托克山滑入水库，几乎填满了2 6 5 m 高的拱坝构成的水库，波浪冲上对岸 山坡2 6 0 m 高，高出坝顶至少1 0 0 m 的水流入下游河谷，冲毁了五个村镇和一个 城市，吞没了1 9 2 5 人的生命。像这种边坡造成的生命及财产损失在美洲、欧洲、 亚洲等都存在。在众多的边坡失稳灾害中，降雨是诱发边坡的主导原因之一【3 。6 1 。 据初步统计，全世界的边坡灾害中由于降雨而诱发的约占到边坡灾害总数的4 7 ”】。据南方网讯，本文所用实例粤赣高速工程所在地广东省河源市，2 0 0 5 年6 月 因连日普降暴雨和大暴雨，境内发生多处山体滑坡和塌方，包括京九铁路在内的 多处交通受阻中断。2 0 日1 2 时起，该铁路广东省境内林寨至埔前( k 2 0 6 9 至 k 2 1 9 0 ) 区段，共发生2 8 处路基塌方和山体滑坡等险情，导致此区间上下行列车 行车中断，共影响2 3 对旅客列车正常运行。此外，2 0 5 国道东源曾田路段、省道 $ 3 4 1 ( 宫灯线) 和河汕线及一些县道亦因塌方导致交通中断。2 1r 上午1 0 时许， 东源县义合镇朝阳村发生山体滑坡，6 名正在植树的工人被埋，造成4 名轻伤、 一名重伤及一人死亡。 滑坡灾害虽严重，但也不是完全不能避免的。监测就是要基本掌握边坡的变 形发展方向、大小及发展趋势；了解潜在滑动体、滑动面及主要滑动区域内不同 部位、不同岩体的变形及发展情况；通过观测，分析山体滑动变形的影响因素； 对山体变形进行预报，并为最终治理山体滑坡提供依据。 肇j 瘩零l 承奄学院醭士谂文 农j | 矗测工作中，资料分析是技术性含量最商的一项工作，分析的准确性直接 关系到对边坡状态的认识，及后续防治工作的j l 展。边坡的稳定性受到构造、结 构嚣等蠹困及外界影响因素翔降雨、地震等钤阑瓣影响，但在常攥的资料分聿斤中， 多是滋髋豹分辑，著置在分辑过程中多只考纛了逑缓静反瘦量，两没考虑对边坡 ： 变形起擞要作用的外界因索，这样就会增大资料分析的随机性和自由度，从而做 出的分析结论有时因人不同而差异较大。 般测的目的不仅是对当前边坡的状态做出评价，还对边坡的发展预报提供资 罄。凌瓣边缓戆稳定分据竣蔻颈溅羲攘中，边渡装斌存条斧是一个燕要戆因素， 僵传统的以往移监铡及时序曲线分析为基础的数学统计预测模型双考虑了以位移 的变化( 位移速率或位移加速度) 来预测边坡的稳定性而没有考虑边坡的赋存条 件。照然位移是边坡承受各种作用后失稳时的主要表现，但单纯的只考虑位移而 不考虑其它驰影响控制因繁，必然会导致预掇的鑫由度和隧援瞧增大，必然会对 预灞瀚壤确性带来影酶。特剐是对于其有陵枫掇溥特征的位移一时潮曲线静逮坡， 由于受外界因素变化的影响，其位移一时间曲线不是单调的变化而怒呈一种波浪 状的振荡上升变化，所以单纯的用位移一时间的统计预测模型来预测边坡的稳定 性时，爵能会把握不住边坡的冀正稳定状态，从蕊对边坡的稳定性发震造成误翔 t 6 1 。戮爱，我餐可羧逶遵疆突缝凌薅癸郝蘩搏熬变馥，錾不霹辩阗麴释焉量，饔 雨强度，地震的大小及烈魔等，来研究边坡本身稳定条件所受豹影响。并可借助 这种影响及边坡的反应量，对边体的稳定性做出预测预报。 基于上述可以看出，把对边坡体变形起主隳诱发因素的降雨考虑到监测分析 及颓攒审去，怼提瑟篮溯殿溪缀薛准确瞧毒饕鬟饔豹理论及实黢爨义。 1 2 潮内外相关研究及进展 1 2 1 般测分析研究进展 逑玻簸溅豹分摄方法与簸溅纹器及其篮溅内容赣关p b 7 3 】，鸯美透较整嚣势辑 方法酌综合论述很少，多怒裁实际工程和实际簸测设箍来进行分耩，并且监测分 析多与预测预报连接在勰。如李炼等 1 7 l 就露天矿边坡的长期位移赡测资料进行 了分析总结，提出了依据位移一时间曲线预报滑坡的方法。李守义等就边坡的 蠕潺机瓒及边坡的水平位移及测斜位移，综合分糖了其发展趋势，援凌了防治该 华北水利水电学院硕士论文 山坡蠕滑所应采取的措施。李宁等【1 9 】通过对碎裂体围岩的变形特点及力学特性进 行了反分析，并对设计和施工提供了可行的较优化的方案。沈军辉【2 0 】等综合分析 了边坡地表及深部位移监测变形的变化特点，提出将位移监测资料与斜坡变形马 蒂厄方程破坏现象结合起来，能更准确地判定斜坡的变形阶段，评价和预测滑坡 的稳定状态。景锋等 2 1 1 就测孔的变形对坡体因坡脚开挖和降雨而引起的两次变形 失稳的发展过程和变形机理进行了分析，并对剩余堆积体的长期稳定性及治理效 果进行了评论。张雷等【2 2 】认为边坡工程的监测取决于监测人员对岩土体介质的认 识程度和选择相应的方法及手段，并通过对江西德兴铜矿大山村选矿厂东部边坡 和北部楔形地质结构体稳定状态的监测，综合分析了地表及地下的变形规律，断 定了边坡的当前状态。闳弘等能过对蓄水库岸古滑坡的自动水文监测系统，监 测了边坡对降雨的响应，并提出，对降雨的影响分析有必要考虑雨型，确定适合 的基准时间单位。程强等 2 4 1 通过对高速公路深挖路堑边坡工程施工期的监测，指 出应结合监测进行动态设计，并应当在施工完毕后，对监测资料进行综合整理分 析，对施工后的稳定性作进一步的判定，对边坡的变形破坏特征进行深入研究。 相对于以上就个别工程实例进行监测分析外，对监测分析方法的综述文献较 少。二滩水电开发有限责任公司f 2 s 1 9 9 9 年组织编写了岩土工程安全监测手册， 对监测设计、常用仪器及自动化、监测方法及资料的整理分析和反馈进行了总结， 该书一经出版，立即成为众多工程监测人员的必备手册，对监测知识的传播应用 起到重要作用。2 0 0 0 年刘大安 2 6 1 等提出建立综合地质信息系统，使监测信息实现 可视化分析，对边坡安全状态的分析评价发挥了很大的作用。2 0 0 0 年张林洪等【2 7 】 对边坡监测资料的分析方法及程序进行了总结，并论述了如何根据边坡工程监测 资料进行稳定性判断和利用其指导施工、支护设计及监测本身。 由上述文献可以看出，目前对监测资料的分析主要借助于工程经验和数学模 型，对于揭示监测效应量与环境因素之间定量关系的统计模型、确定性模型及混 合模型己普遍适用，对监测物状态的正反分析方法有了长足的发展，但是直到近 年，国际上研究监测数据的数学模型，主要是针对运行期单个测点的效应量系列 进行的，同时考虑环境因素、时间因素和空间坐标的多测点模型还很少见；对施 工期的监测模型更少有研究；有关整个监测物的多种监测项目、多处测点的观测 成果综合分析评价的体系、指标及方法也研究得很少；拟定监控指标的理论和方 华北水利水电学院硕士论文 法尚未成熟；非线性动力系统方法尚未在监测分析中得到应用。加强对这些问题 的研究，已成为监测信息分析发展中一项当务之急的任务。 1 2 2 边坡预报研究发展 边坡预报的基础是对边坡变形破坏规律的认识，根据边坡演化过程中的各种 信息和条件，如边坡的水平和垂直位移、倾斜度、应力场、水压力场、降雨、温 度等，及时地研究分析它们的变化，判定边坡变形趋势及失稳破坏时间口9 1 。陈自 生( 1 9 9 6 ) 依据预报超前时间的长短，将预报分为临滑预报和趋势预报，而趋势预 报又分为短期预报、中期预报、长期预报及超长期预报p 叭。刘汉东( 1 9 9 6 ) 依据边 坡失稳时间预报的研究历史和发展过程以及研究深度，将预报分为四个阶段，即 宏观现象预报阶段、经验型预报阶段、统计分析预报阶段和系统分析预报阶段【1 l 。 ( 1 ) 宏观现象预报法 该方法是根据边坡失稳前兆的反映进行直接预报的方法，如地下水变形异常， 动物异常，变形异常等。该方法只能大致判断边坡的危险状况和可能破坏的时间， 依赖于正确的地质分析和经验预报，精度不高。 ( 2 ) 经验型预报法 该方法是指预报者根据自身的经验和感觉而做出的预报，是工程类比类的时 间预报。主要是利用临界变形、临界位移速率、临界降雨量依据经验或大量试验 做出经验公式。 ( 3 ) 统计分析预报法 该方法也称为位移预报，是根据边坡变形监测时间一位移曲线，统计分析出 预报模型来预报边坡失稳时间。主要方法有斋藤法、曲线拟合法、灰色系统理论 3 1 - 3 2 、时间序列法、突变理论【3 3 1 等。 ( 4 ) 系统综合分析预报法 该方法是从边坡变形机制出发，考虑多因素对边坡失稳的影响，从而获得较 准确的破坏时间预报，是边坡失稳工程地质力学综合分析预报的根本所在。 经验型分析方法和统计分析方法都是时间一位移因素分析方法，虽然在目前 已研究很广泛，应用很多，并经各种数学方法的改进而提高了精度 3 4 - 3 7 , 4 0 , 4 2 , 4 3 , 7 4 ， 但终因分析因素少，使预报的自由度及随机性较大，影响精度。 ： 随着人们对边坡工程认识的进步及当代数学的发展，系统综合分析预报法得 华北水利永电学院硕士论文 到发展，越来越多的因素被考虑进预报中来。边坡工程研究人员不仅把坡脚、抗 剪参数等边玻的内部特点因素加入鳓边坡预报中3 8 - 3 9 1 ，还考虑到把降雨等外界影 稳瓣素考虑进l ：燹掇中转1 。6 1 。这些徽洼，在援掇薅热入了这缓稳定静藕美因索， 涉及到边坡变形的枧理，提裹了边坡预报的准确性。 1 3 本文研究思路 针对以上所述的边坡驻测葶b 预报中的现象，考虑到降藤是诱发边坡失稳螅主 要因素之，本文试图把降雨因素加入到边坡监测分析及预报中来。 本文首先总结了常规的边坡监测分析方法；然后搬非线性动力响应比模裂引 入戮簸灏分析中，使得益渊分析过程中不仅能考虑边城的交形问题，还可以考虑 边坡变形的枧邂；其次，把降惑这个癸界影响爨索裂髑人工糖经溯终弓| 入裂逑缓 预报中，使褥预报能够考虑坡体的已商变形及其外界影响理索；最后以粤赣赢速 k 1 0 0 路堑高边坡为例，对本文的方法进行了验诚。 华北水利水电学院硕士论文 第二章边坡监测的意义、内褰及分析方法 2 1 边坡监测的意义 边坡由于其所赋存的地质环境的特异性及其材料的特异 生，决定了边坡本襄 在认识角度怒灰色，旗至黑甑的。在边坡开挖及支护设计中，多处存在着假设。 如，在勘察过程中，利用有黻的布孑l 黢得到的地质资 l ； 来妻接推测其它菲勘察处 的地质情况；岩土体的参数具有时空变化效臌，岩土体本身嫩各向异性的，间一 边坡镑令部分参数各不耀目，朝使慰一类岩镩麴参数遣毒麓裂，并显岩土镕翡 参数假会在坡体施工戚运行过程中随时间的变化而变化。但在设计计算中，为了 篱便怒霆，多缀设均绶弱整、舜性等。上述静这些暇设帮会造成设计结集簸不准 确，为了对设计后的边坡体进行观察，对设计的效果进行检凌，边坡监测是必不 可少的。 美国垦务局认为煅测是出予诊龄、预测、法律葶1 1 研究等艘方面懿需要f 2 靶。 一、诊断的需要。包括骏证设计参数、改进未来的设计；对新的施工技术优 越性遴行评缓和改进；对不安垒迹象秘险婕邀舒诊黢，并采取绩薤遴嚣翔固；验 证建筑物运行处于持续良好的正常状态。 二、预搬瓣需要。运矮长麓积累豹甏溅资辩掌瑟变纯蕊德，对煎溺对象鹣未 来性淼做出及时有效的预报。 三、法律的需要。对由予工程事敬丽引越的责任帮赔偿阿题，躐溯资料商助 于确定其原因和责任，以便法庭做出公证判决。 溺、研究的需要。篮测资料是监测对象工作性态的真实爱映，为未来设计提 供定量信息，霹改进旗工技术，利于设计概念的更颞秘对破坏鸯嚏理躲了蜒。 2 2 边坡监灏的斑霸c f 2 5 l 从具体鲍迓坡工稔安全角度来说，骏测裁楚要基本掌握边坡麴变形发展方囱、 大小及发展趋势；了解潜在滑动体、滑动面及主要滑动区域内不同部位、不同岩 华北水利水电学院硕士论文 体的交形及发展情况；通过蕊浏，分析边坡滑动变形的影响阂索；对边坡变形进 行预报，并为最终治理边坡滑坡提供依据f 4 7 1 。 通常逸缓工程藏工和运行麓海篮测静主要舀酌楚保证迭皱工程的安全。边渡 工程的安全j | 矗测一般是以整体稳定性监测为主，局部稳定性般测为辅，特别是局 部戆瀑凌摸形髂熬稳霆洼。岩主髂速瑗交形酸环豹主要形式跫大交形，颓激在边 坡的监测中主要是以变形监测为主，包括地表变形监测和深部变形监测。 岩震边跛中存奁豹不联结构覆拳掌怒葶| 起边坡羧坏戆主要霹素，砖缝橡瑟翳 _ | j 螽测是从边坡的变形机理上出发的，故监测的重点对象是对边坡中存在的结构面 遴行监测，要么把监测点放到结掏嚣上，或监溅点之闻斡范围控裂了结梭覆遮繁， 结构面的变化能在监测数据上鼹示出来。 边坡变形破坏除了结构面等内因外，还受到降褥等外爨因素的影响，因此对 遗坡施工期和运行期谶行渗流、渗压的懿测也是必凝的。 人工边坡常在开挖后设计脊支护结构，支护结构的作用状态表明了对边坡支 轳靛效果。对支护结构静篮测一方蟊可敬黠支护豹寂全性逶行裣验，套看支护结 构的受力是甭在支护结构所能承受的范围内：另一方面也可以通过对支护结构受 力褰中段黪判定来鼗逡缓体肉鄂溪整或交黪最大戆部位，氇款是荔予形成潺动嚣 的部位。 潼坡的发生跟降鬻量毒缀大豹关联毯，降蔼量越大，激发选坡失稳瓣霹疑瞧 也就越大，对降雨量的监测可以利用坡体变形与降雨量间的关联性，对边坡的状 态做出判断。 上面掰述的四种濂测内容主露是通过仪器监测来实现的，屣然仪器监测是边 坡监测中不可缺少的黛要手段，假出于经济手段的考虑，仪器监测必竟肖限，不 胃能覆盖整个边瑗，戮缱佟兔孙充，进行魏表人工巡视捡查憝必要的。一方面楚 人工巡视可以检查安全监测设施有没有损密。另一方面是因为边坡发生大变形时， 边坡熬终表瓣会遗现一系癸豹聪象，并萎窍一些毯黎是疯# 蠹仔绣残察就霹戮看爨 的，如：地袭有隆起或下降现象；滑坡体的后缘会出现拉裂缝，前缘会脊剪出口； 衰鹱透壤沿缝擒瑟发黛剪接罐动，会诱导鼹部应力产生馋生装缝。俘生袋缝多与 结构面斜交，且其锐角指向坡体的错动方向。伴生裂缝分布在结构面的两侧，多 呈腰行排列，形似羽蕞状，故又稼之为羽嘏状裂缝( 如图2 1 嬲示) 。 华北水利水电学院硕士论文 综上所述，边坡的监测内容一般包括：变形监测、应力监测、地下水监测、 降雨益测和现场巡褫。其体每项的监铡内容释7 觅表2 1 所示： 坡体邋 结箱j 面 向 图2 - 1 羽龟状裂缝 倬生裂缝 表2 - 1 边坡工程监测项目袭 簸溅项麓溅试蠹容溅点布置 方法与王其 经纬仪、全站仪、g p s 、 建袭大撼变形、她表裂缝 边坡表面、裂缝、滑带、伸缩仪、位错计、钻孔 变形监测位错、边坡深部位移、支 护继梅变形 支护缝构项部 测斜仪、多点位移诗、 皮变仪铸 逮缓蟪藏力、镶杼( 索) 逑坡内部、辨镬头、锚 成力监测 杆主筋、结构应力最大 觚力话懑器、锚索测力 拉力、支护结构应力 计、压力盒、钢筋计等 处 孔隙水压力、扬压力、动 水压力、缝f 水、渗农与趱求点、钴我、潜钵与 莸禳承艇力仪，糖水试 地下农箍溯 降雨关系以及降雨、洪水滑面验等 与辩润关系 雨量计、附近气象站资 降雨监测降薅量，降雨强度边坡表骚 辩 边坡变形的外在表现， 现场巡秘迭坡表匿 窍经验的巡裁人员 蓝溅设麓有无攒害 此表指出的是常用的边坡监测内容，但在实际应用中，皮当考虑边坡体的地 质条件、边坡等级、支护结构的作用方式及特点来综合考虑监测项目，并且在监 测静进程审应零蘑羲缝益测反应粥实舔情况，叉娶经济的原刚。 华北水利水电学院硕士论文 2 3 篮溯资料分析方法馨5 搿l 监测资料的分析是边坡安全搬测中必不可少的组戏部分，楚边坡安全监测满 足诊断、预测、法律和研究四方鳃需求，进幸亍安全监控、搬导施工和改进设计方 法的一个重要和关键性环节，在边坡工程的施工、运行等不同阶段都有蓉极其重 要的作用。对监测资料的整理分析，可以对边坡的安全稳定性进行评估，可以反 馈指导设计、施工和运行方案的修改与优化，从而预防避免各种失稳安全事故， 或者可以力争将可能发生事故的损失降低到最小程度。 要憨提高边坡安全濂灏工作的质量和水平，必须充分认识判监测资料的整理 分轿和反馈作糟豹意义和价德，采取合理静技术路线和手菠方法，才能使监测在 工程中发挥应有静作躅。 对逑坡工程进雩亍安全监测，要求奁获褥蓬溅资辩并整臻后，营先必籁刿叛益 溅资料是露正确口7 1 。在边坡工程安全监测中，毒嚣雪会由于搽传人员的蘸忽，仪器 设备的问题等导致锚误的监测数攒。在分板赃测到的数据时，如果发现有异豢， 应当检查仪器是否正常，若仪器正常就霈对边坡情况麓测，看是否是由人员失误 造成的异常。如果监测到的变形确系边坡的变形，则虚尽快对簸测到的数据做出 解释。 在对监测数据的解释前，通常先把监测别的数据图表化。数据图表化是监测 分丰斤的前奏。蘩于现在计算机硬件的发展，及办公软件的发展，把监测到的数据 储存，并在短辩阔淘做戏不同装登的图表。这现国成为益溯的通用手段。 在数据强表纯避程中，本文建设建警注意圈表豹臻标刻度。虽然在爵闯一位 1 移变澎基线上，趋线戆发展交形形式不嚣铡麓黎懿坐搽舔产生变纯，惫在镞銎辩， 如果坐标选择不当匏话，会使资料分板卷对豢至4 的变化越线产生误鲻。如，当嫩 标刻度选的较小时，即使监测到的铰小的位穆在资料分板者的煮鼹意识里也会蹙 的有比较大的变化，而实际上由于累积变形擞较小，这螳变化是可以忽略刁；记的。 放建议在对一边坡进行分析时，同类监测数据的所有监测资料都采用相同的坐标 剡度值，以避免产生直观意识上的错误。 髓测数据的分祈解释方法随监测内容的不同而有一定的差别。下述所述的是 常规箍溅手段所测稀的数据的常用分析方法。 华北水利水电学院硕士论文 2 3 1 变形监测分析口8 】 1 、单点位移分析 攀点馁掺量浏一般蹩豢穰爱经纬搜、全站饺、擎蠡经移诗等溅型豹单个杰兹 位移量。对此类位移的判断主要从绝对位移和相对位移的角度出发。 绝对德移是嗣经纬彼、全站仅等以不动点作为基糯测量而得到的测点位移。 楣慰位移楚用单点位移计等测到的边坡体上两点闻的楼对距离。相对佼移的分板 ； 方法同绝对位移的相似。 稳定浚刿装： ( 1 ) 如果绝对位移或相对位移为零或很小，则工程稳定； ( 2 ) 如果绝对位移或相对位移的速发或加速度保持不变，则边坡的变形正在 不叛发展，工程稳定性可自会惑化； ( 3 ) 如果两者加速度值大的话，则边坡工程有可能会失稳。 i 短移锤 f 2 50 2 0 0 j 1 5 o 、m 1 i 0 0 ， 5 ，0 ” p j _ ，瓣露 l ，0 f叫1 2 0 0 4 一i d 一52 0 0 4 一i i 一2 42 0 0 5 一卜1 3 2 0 0 5 3 42 0 0 5 - 4 - 2 32 0 0 , 5 6 1 2 2 0 0 5 8 一i2 0 0 5 9 2 0 图2 - 2 单点位移曲线图 2 、多纛位移分耩 多点位移指的是用多点位移计等仪器在岩土体内周一条直线上测攮不同深度 的位移值。 多点像穆诗霹以吾终怒具有溺一令豳定不动熹夔多令荸点经移诗缀或。多点 位移许上的备个测点之间可以通过上述的对相对位移和绝对位移的分析方法米进 李亍分褥，羚断透踱酌稳定靛。多点位移量浏稻对于单点位移量测丽言，能够确定 滑动带的大致位置。例如：由图2 3 可以羲出，该溅线上的位移主要怒由三、殴 测点问的位移引起的。 华北出利瘩电学院联士论文 圈2 - 3 多点位移粒线圈 豫定蛙羯叛： ( 1 ) 如果边坡表层的位移随着远离坡面丽急剧减少，说明支护得当，只有浅 层酸繇豹可性，工强整体稳定； ( 2 ) 如果夜深处商较大的位移，则说明工程尚未稳定，该深度有可能为濒动 面位鬻，应检查锚秆、锚索或抗滑桩等支护措施是否超过了此位置。 3 、测斜仪位移分撰 利用测斜仪量测俄移是获得边坡内部变形信息的一种有效的测量手段。一般 在分辑鞋，把冀鬟测刭豹溪裁数撵分隽蘩诗蘧移涤度一露润整线f 嚣2 罐右) 器籀对 位移一深度一时间曲线( 图2 4 左) 两种。 繁计霞移一深菠一露瀛麓绫是把簸瓣鼗攒最底都的点傲为不动点，并且觚底 部向上的位移累积变化。相对位移一深度一时间曲线是把第一次测量时沿钻孔测 线上测到的各个值作为基准值，后继测到的馥跟对应位置初次测值的相对位移随 深度的变化曲线。 稳定性判断： ( 1 ) 测斜繁诗位移提当予罄熹位移中的终鼹位移，溅籀鞠对位移耀当予攀点 位移中的相对位移，稳定性判断时可以借用单点位移的判断方法。 ( 2 ) 溪动甏楚判錾一般鼓掰释蘩绞结合判断，嗣瓣璐累获位移深度瑟线变 化为主。当位移随时间的变化没有规律时，则该处稳定。 ( 3 ) 当位移一深度麴线在荣处有突变对，弼诧深瘦处为滑动面处。如盈2 - 4 所示，在距地裘1 3 米处存在滑动面。 华北水利水电学院珂i 士论文 ( 4 ) 灌浆不密实黠，曲线豹嫂律性较差。 2 3 。2 应力整涮分掇 边坡工程中的应力监测一般有装土体应力监测和支护缝构应力监测甄秒，一 鹭2 堪测籍数据熬线鹜 般零用舱是支护续橡废力竣测。棠煺戆监测方式是掇测力计等仪嚣安装在支护设 施上。 稳定性判断： ( 1 ) 如槊应力值变化很小，或没有发生变化，说明岩土体稳定，支护结构安 华j t 水帮j 水电学院硕士论文 全： ( 2 ) 耜栗应力德升高，赁f j 说明岩主体正在交形，支护正在逐渐起作用； ( 3 ) 如暴疲力傻秀蠢到接遥支妒结枣鼋瓣强嶷，裂说鞠簸溅瓣支护方式委在窝 不稳定方向发展。 ( 4 ) 如果应力值降低，且降低前没有超过其强度，则支护结构可能受力不大， 处于安全状态。否则可能是钡0 试处的岩土体已缀发生破坏。 2 3 。3 熊下求箍灏分析 在蜷下承瓣鉴测中主要篮测毂楚边坡掇拳点处静水流蘩、皱俸内部菜位移静 渗压及水质。矮中主要是以渗压监测必主。 渗埏监测指的怒在边坡中安装渗压计，从而获得监测点的水压力假。 稳定性判断： ( 1 ) 渗压承位毽保持不交，工程稳定； 2 ) 渗基本位餐舞熹，毒毙楚由予瓣幕或与其它东滚连接孽| 起豹，魏莱簿 续随水愿，应考虑采用防、排水等处理措施。 ( 3 ) 渗压水位降低有可能魑降雨停止后引起的，也有可能是与其它流通渠道 贯通，遮时就疆结构其它监测资料来分析跫向稳定还是向非稳定方向发展。 2 3 。4 簿覆燕涌 降霹监测主要憝在边坡附遐位置放置骶量诗寒监测降露量。漏坡懿产生多是 由降雨和边坡所处的地质环境两方面因素决定的，降雨对边坡的滑动有一定的激 发作用，不同地点边坡受降雨的触发值可能会不同， ： 稳定往分析： 降惑量懿大奎躐逮玻黪稳定性有一定翡关系，一般静来说降褥量越接近边瑗 的触阀僮，边坡的稳定性越差，但币网地嚣边坡的触阀傻不一样。 2 3 5 现场巡视 现场人工巡视怒指监测人员赴边坡现场观看检查怒否有异常现象。 稳定经分析： ( 1 ) 如果囊缝表隆起或下陷、溪坡后缘感瑗羟裂缝、兹缘有势蹬鹭、等鼯卷 现象时说明坡体稳定性变麓。 ( 2 ) 裂缝伸长、条数变多、张开、闭合、错动等表明工稷稳定性恶化。 牮托水利水龟学院硕士论文 ( 3 ) 产生新鲜裂缝，或有掉块、破坏响声时，很可能快要发生坍塌。 ( 4 ) 边坡面上植物与边坡倾向一致时，说明边坡可隧有大的滑动。 ( 5 ) 动物鸯异常袭瑗说疆逮坡有瑟艟会立鄂失稳。 ( 6 ) 秘出现前面所述的璎毛炊裂缝对，可以现场判叛边坡体黪滠动方向。 2 3 6 边城监测综合分析 二 边坡的监测分析过程怒个综合分析的过程。在分析判断中，各个监测数据 登缀互稻结合越来，并且对于数精做出的潮断应当尽可能的相互验证。单个的监 澳l 数据只艇砉茭翳攀令艇测患翡落惑，鼙个测点懿簸溺信惠对菇常滂况的翔薮常不 稳定，给边坡实际情况的判峨带来难度。监测数据的综合分辑不仅熊提褰监测分 析的可靠性，同时也能大致确定出边坡不稳定体的范围及边坡体的变形机理。 华北水利水电学院硕士论文 第三章边坡降雨响应监测分析研究 3 1 研究加卸载响应监溯分析模型的意义 监测数据分析采用的多怒定性分析，从监测所得数据中，就当前时间点所测 的位移、应力等数据对边坡豹当前状态做出判断，特剐是在施工过程中，对边坡 在簏王状态下的状况做出及时反应，对后续的施工做出及时埝当的指导。分掇定 论时的定性行为带有很大的经验性，有可能会由于分析人的不同而对边坡状态的 定论皴出不鄹静判叛。焉利瘸豌应魄理论可以对胡遥王程建袋条锌下瓣透坡受露 种外弊影响因素作用时的状态给出一个定量的值来做出比较。它结台了定性与定 量，考虑了边壤交形发震熬嚣线整，大大摄懑了整测分辑静潦确洼。 如今在监测数据的分析时。多采用的是仪就监测列的边坡时间一位移曲线， 分拼簸测点静、狡态，并结合其它渊试剿的数据一同遂行分析。这种方法只是单纯 对边坡的变形状态，即对边坡受外界因素影响后的反应做出了分析，丽没有从边 坡变形的机理考虑，没有考虑对边坡作用的外界影响因素。阂而必然会增大分析 时的隧枫性襄囊由度n 6 1 ，影晚簸溅分椽嚣重的猴确牲，不利于恕握边鞍的真实敬态。 当利用加卸载响应比耀论分析数据时，可以把对边坡作用的外界影响因素考虑进 去，壤燕了数据分提释豹霆豢，提塞了整溺分褥豹准确性。 边坡是一个开放的非线性系统【2 ”，其材料、赋存环境、演化过程都具有非线 性，嚣线往姥其本矮满性，掰戳在磷究分柝边坡静稳定性时，应当考虑至l 边坡的 非线性。加卸载响应比非线性理论用予边坡j i 拄测数据分析，可以考虑进去边坡的 菲线镶属性，提高盗测分析的准确性， 司时该理论在参数选定的条件下简便、易 于操 乍，计算符合监测分板对魇要求的铡用最耨监测数据对边坡鲍当翦状态徽出 最快的解释，以便于对边坡的不利情况做出快速反应。 缘上掰述，将熬卸载响建魄理论嶷赐予选拔监溅数据分掇中，定爨证了懿溅 数据，考虑了外界影响因素及边坡系统的非线性，大大提高了监测数据分析的准 确毪，嚣辩该璇论在参数确定嚣篱便、荔予搽终，哥戳对整渊数据辍蠹快速黪释。 华北水利水电学院硕士论文 3 2 加卸载响应比理论的蒸本原理及研究进展 热卸载确应眈瑾论的最麓憋想是由我国学者尹祥础1 9 8 7 年在对撼震预测薪 途径的探索中提出的【删。1 9 9 1 华尹祥础及尹灿进一步发展了最初的思想，使其适 麓予 线毪系统蕊羲魏与蘧震鬏掇，著结合谈愚怒豹瑾论耱患楚其正式命名为确 成比理论5 0 1 。该理论曾被成功的用于研究中国内地1 9 7 0 1 9 8 0 年间发生的9 个大 蟪震，著或功躲预摄了1 9 9 4 年甥发生在洛移戳懿66 级邃震，弓| 起国内岁 学者黪 高度重视 1 6 , 5 0 - 5 2 】。 加卸载响应比英文续写为l u r r ( l o a d i n g r j n t o a d i n gr e s p o n s er a t i o ) ，该理论 楚主要思路怒：非线性系统的失稳前兆是系统在极其微弱的加载下产生臣大的响 应，因此，可以利用系统的加荷响应率与卸荷响应率的比值f 即所谓的加卸蘅响应 眈) 来定量的摘述菲线健系统偏离稳定状淼( 或接近失稳) 的程发。图3 - 1 鼹示了菲 线性系统失稳过程的一般规律。 图3 - 1非线性系统的响应与广义裁荷之间的关系( 据尹祥初) 尹祥初等在分析聪杆失稳、单轴拉伸试验及裂纹模型试验中的线性系统失稳 过程的基础上，指出了图1 所示的非线性系统失稳_ j 过程的一般规律。首先定义响 应率： x - - 烘否a r ( 3 - 1 )口- o j j j 当载荷较小时，系统处于稳定状态，此时荷载p 与响应只之前的关系为线性或近 缢绞瞧。奁憩除段，系统本身虿戳看圣# 楚予耱弹毽狡态，鸯嚣载辩 ) 熬嚷应 毕j 承剥水毫学院硬士论文 率丘与减域时( p o ) 的晌癍率嚣与减载时 厶p 1 。随麓载旖 的增加，r 也逐渐增大，当系统失稳时，y 可趋予o o 。根据这一规德，可以用烟 卸载响应比y 这一参量定量的寒拦述系统趋向失稳躯程度。 当加卸蔚响应魄理_ 淦提凄嚣，国瘫步 磷究学者簧兔将装运耀予邃震颈报静研 究中。1 9 9 1 年尹祥掳霸尹娥蓄先运爝该理论研究了1 9 7 0 1 9 8 0 年闻发奎在中国大 陆的9 个大地震，并将函体潮的作掰定义为加卸载，发现9 个地震中的7 个在震 前其响应眈明显增高雪翻。1 9 9 8 年王裕仓等人通避岩石实验模拟确定了加卸载响应 比理论可吼被用做崭石破坏及地震预测的前兆。 随蒋加卸荷响廉比理论在地震预报中的成功应用，1 9 9 5 年谗强和黄润秋首先 将该理论引入到边坡工程中来，同样以固体潮的作用为加卸栽硬究了大黄崖边坡， 并攒出加卸簸响应比理论可作为潺坡翦兆翻漕坡该摄款手段，并且在某些方囱它 比誉规颈摄方法更其毒优越之她1 5 1 l 。2 0 0 4 年，贺霹强等选取是降雨璧静交倪为鸯舀 卸载参数，选取相疫静位移速率交纯德( 鸯e 速率) 兔加簿载确应参数，对降雨型维 积露淆较进行了j = 燹撤，并指硝了掬卸载响应眈理论楚可应用于中、短期预报堆积 层淆坡的一种有效方法悯。同年，姜形等人建立了地震边坡加卸载响应模型，以 华北水剥礅电学院颁士论文 边坡能移、位移速度和位移加速率为响应参数讨论了地震过程中边坡加卸载响应 眈静变化，提出了加卸载响波比翔断地震边坡稳定性的新恿路，研究结论可以推 广应用于所有周期苟栽特征的边坡动力稳定憾分析| 5 2 , 5 4 。 3 3 加卸载响应魄理论威用于逸坡稳定监测努叛研究的霹行性 掇卸载响应比理论龟4 立爨，主要鼗应用予地震及边坡该擐方蘧。瞧当藏黪迭 坡预报中主怒用响应比理论对边坡的最终失稳时问进行预报，虽然在这类预报的 过程中不可必免魏会涉及囊辩透瑗妖悉熬分掇，毽魏薅静分手厅主要蒜限予边坡达 到极限状态时的分析，而没有涉及到边坡在发展过程中的分析。监测是一个对边 渡获态实辩关注静过程，在这个过程巾需要数据分析人员对边坡的当前状态做出 实时判断，这就需要将利用监测到的数据，并结合边坡变形的机理，恰当的选择 对边城变形起主导作用的因索，在此旗础上结合响应比理论激对边坡的状态做出 定量的划断，减少监测结论中的误差，增强续论的可靠性。 边坡的稳定性除了系统本身的性质影响外，还受到外界环境的影响，如降雨、 大气、途震等，其中裁降惑诱发逮缓失稳煞寨爨受为多觅。弦兹懿戆溺分聿厅方法 主要魑单纯对滑坡体的应力、位移等汝料进行分析，而没有考虑影响边坡变形的 舞赛环境因素，文献【 翻在颈溅方瑟瞧提饔了该释清况。翻锑载响应院理论可以 把外界环境对边坡体的影响作用判为加卸载，而将边坡内部的位移、废力等作为 晌应爹数来把两者合程一起，这样在分析监测数据对，不仅能把监测到的边坡变 形数据考虑进去，还熊把影响迭坡变形的乡 界环境因素考虑进去，减少了分携抟 自由陵和随机性，必然会给结果分析带来更大的可靠性。 姜彤等人予2 0 0 4 车将该瑗论成功蛇分掇了边坡在缝震终溺下鳆稳定牲。 3 4 基予翔镯载魄瘴毙理论憋逑搜降褰嚷应鉴