某顺层边坡安全监测及评价毕业论文.doc

某顺层边坡安全监测及评价毕业论文目 录前言摘要ABSTRACT1 绪论11.1 边坡监测与评价的目的及意义11.1.1 边坡监测的意义11.1.2 顺层边坡监测与评价课题研究的目的及意义11.2 国内外研究现状21.2.1 影响边坡稳定性的因素21.2.2 国内外边坡监测发展概况31.2.3 边坡监测的内容31.3 边坡监测方法与仪器51.3.1 地表大地变形监测51.3.2 边坡表面裂缝量测51.3.3 边坡深部位移量测61.3.4 边坡内部应力测试61.3.5 岩石边坡地应力监测71.3.6 边坡锚固应力测试81.3.7 地下水位监测91.3.8 孔隙水压力监测91.4 课题任务、重点研究内容、实现途径101.4.1 课题任务101.4.2 主要内容与要求101.4.3 实现途径121.4.4 进度计划122 顺层边坡危险因素分析152.1 顺层边坡的定义及其地质特点152.1.1 顺层边坡的定义152.1.2 顺层边坡的地质特点152.2 顺层边坡的破坏模式和种类162.2.1 研究破坏模式的意义162.2.2 平面破坏172.2.3 楔体破坏182.2.4 圆弧破坏182.2.5 倾倒破坏192.2.6 研究破坏种类的意义202.2.7 滑坡212.2.8 滑塌232.2.9 崩塌242.2.10 剥落252.3 危险因素的辨识及方法262.3.1 顺层边坡危险因素概述262.3.2 危险因素辨识原则272.3.3 危险因素分析方法272.3.4 事故树分析法概述282.3.5 顺层边坡事故树分析法功能292.3.6 顺层边坡事故树分析法步骤302.4 顺层边坡危险因素分析302.4.1 边坡稳定影响因素302.4.2 边坡施工组织管理危险因素312.4.3 确定事故树各事件312.4.4 顺层边坡破坏事故树312.5 小结343 顺层边坡安全监测系统的建立373.1 监测系统设计概述373.1.1 监测系统设计的意义373.1.2 设计监测系统的目的373.2 顺层边坡监测内容383.2.1 监测对象383.2.2 边坡监测的内容383.3 顺层边坡监测方法393.3.1 边坡监测方法现状393.3.2 简易监测法393.3.2.1 简易监测法的监测方法393.3.2 简易监测工具和装置403.3.3 设站监测法403.3.4 仪表监测法413.4 监测系统设计443.4.1 设计前的准备工作443.4.2 监测内容和方法的确定453.4.3 使用前方交会法进行监测的技术要求453.4.4 顺层岩质边坡变形监测的精度453.4.5 外部变形监测点的选埋463.4.6 监测期限和频率473.4.7 预警值和报警制度473.5 监测数据整理与分析483.5.1 监测数据记录483.5.2 监测数据后期分析493.6 小结494 顺层边坡的信息化施工514.1 信息化施工概述514.1.1 信息化施工的现状514.1.2 信息化施工的目的及意义514.1.3 信息化施工模式524.2 动态施工信息来源534.2.1 边坡防治的动态信息化534.2.2 施工中主要的动态信息来源554.3 顺层边坡信息化施工方案设计564.3.1 信息化施工阶段的划分564.3.2 信息化施工监测技术措施564.3.3 防护措施的优化完善574.4 小结595 顺层边坡的安全性评价615.1 安全评价单元划分615.1.1 评价单元的定义及其划分615.1.2 评价单元划分原则和方法615.1.3 顺层边坡安全评价单元划分635.2 顺层边坡安全评价层次分析法635.2.1 层次分析法的定义635.2.2 层次分析法的基本步骤645.2.3 层次分析法注意事项665.3 运用层次分析法评价边坡稳定性675.3.1 边坡稳定性评价层次分析法概述675.3.2 边坡稳定性影响因素675.3.3 建立递阶层次结构模型675.3.4 构造成对比较矩阵695.3.5 顺层边坡稳定性评价735.4 小结76致 谢77参考文献791 绪论1.1 边坡监测与评价的目的及意义1.1.1 边坡监测的意义从岩石力学的角度来看，边坡处治是通过某种结构人为给边坡岩土体施加一个外力作用或者通过人为改善原有边坡的环境，最终使其达到一定的力学平衡状态。但由于边坡内部岩土力学作用的复杂性，从地质勘察到处治设计均不可能完全考虑边坡内部的真实力学效应、检验设计施工的可靠性和处治后的边坡的稳定状态，边坡工程防治监测具有极其重要的意义。边坡处治监测的主要任务就是检验设计施工的、确保安全，通过监测数据反演分析边坡的内部力学作用，同时积累丰富的资料作为其他边坡设计和施工的参考资料。边坡工程监测的作用在于：（1）为边坡设计提供必要的岩土工程和水文地质等技术资料。（2）边坡监测可获得更充分的地质资料（应用测斜仪进行监测和无线边坡监测系统监测等）和边坡发展的动态，从而圈定可疑边坡的不稳定区段。（3）通过边坡监测，确定不稳定边坡的滑落模式，确定不稳定边坡滑移方向和速度，掌握边坡发展变化规律，为采取必要的防护措施提供重要的依据。（4）通过对边坡加固工程的监测，评价治理措施的质量和效果。（5）为边坡的稳定性分析、提供重要依据。边坡工程监测是边坡研究工作中的一项重要内容，随着科学技术的发展，各种先进的监测仪器设备、监测方法和监测手段的不断更新，使边坡监测工作的水平正在不断地提高。1.1.2 顺层边坡监测与评价课题研究的目的及意义边坡在自然界中随处可见，一般是呈自然稳定状态。但随着人类活动的频繁，对边坡的扰动，使边坡失稳，造成滑坡、泥石流等地质灾害。给人类的生产、生活及生命安全造成极大威胁。近年来，我国向建设现代化国家稳步外进。随着西部大开发、南水北调等战略的推进，越来越多的岩土工程开工建设。不论是水坝、高速公路、铁路还是基坑都不可避免的对自然稳定边坡造成新的扰动，容易是本来稳定的边坡产生不稳定位移甚至破坏，运用一套科学完整的方案对边坡进行监测与评价就显得尤为重要了。我国是一个多山的国家，特别是西南山区存在大量的自然岩质边坡。随着道路工程建设向山区延伸和发展，边坡工程问题日益突出。特别是山区公路往往通过的区域地质条件复杂，加之公路在建设中不可避免的会削坡、填沟等，对沿线造成严重的地质环境破坏。因此，对顺层边坡的安全监测及评价进行研究具有重要意义。1.2 国内外研究现状1.2.1 影响边坡稳定性的因素边坡的稳定是一个比较复杂的问题，影响边坡稳定性的因素较多，简单归纳起来有以下几种方面：（1）边坡自身材料的物理力学性质边坡体材料一般为土体、岩体、岩土及其他材料混合堆积或混合填筑体（如工业废渣、废料等），其本身的物理力学性质对边坡的稳定性影响很大，如抗剪强度（内摩擦角，凝聚力）、容重（包括天然容重和饱和容重等）。（2）边坡的性状和尺寸这里指边坡的断面形状、边坡坡度、边坡总高度等。一般来说，边坡越陡，边坡越容易失稳，边坡越缓，边坡越稳定；高度越大，边坡越容易失稳，高度越小，边坡越稳定。（3）边坡的工作条件边坡的工作条件主要是指边坡的外部载荷，包括边坡和边坡顶上的荷载、边坡后传递的荷载，如公路路堤边坡顶上的汽车荷载、人行荷载等，储灰场后方堆灰传递的荷载，水坝后方水压力等。边坡体后方的水流及边坡体中水位变化情况是影响边坡稳定的一个重要因素，它除自身对边坡产生作用外，还影响边坡体材料的物理力学指标。（4）边坡的加固措施边坡的加固是采取人工措施将边坡的滑动传送或转移到另一部分稳定体中，使整个边坡达到一种新的稳定平衡状态，加固措施的种类不同，对边坡稳定的影响和作用也不相同，但都应边坡的稳定。1.2.2 国内外边坡监测发展概况边坡的失稳破坏, 一般都有从渐变到突变的发展过程和破坏前的某种前兆。但由于高边坡稳定的影响因素复杂, 边坡岩土体的力学参数和稳定状态不仅难以确定, 而且也不是一成不变的 , 因此单凭人们的直觉和经验难以发现边坡状态的发展过程, 必须设置各种监测仪对岩土体进行周密的监测。安全监测由于其能够得到坡体在不同时间的真实状态且适合做长期评价，已成为判断坡体稳定状态的一个重要方法。20 世纪90 年代以来, 在隔河岩、二滩、小浪底、三峡、天生桥、小湾、锦屏等大型水利工程兴建的带动下, 岩土工程安全监测在与工程紧密结合的过程中, 得到了全面而迅速的发展。主要体现在以下几点:1) 对安全监测的认识更深入、更全面, 观测范围进一步扩大, 将上部结构、基础和岩土体看作是一个有机整体。2) 资料分析日趋深入, 在注重工作性状研究的同时, 安全监控模型的研究得到普遍重视, 数据处理向在线实时控制发展, 更多地采用了数学模型技术。3) 新的仪器不断涌现, 一些常规方法得到改进, 观测手段更丰富、更先进、更智能化, 观测精度不断提高。4)自动化监测系统有了较快发展, 在许多大型重要建筑物及地基基础监测中实现了自动化遥测集控, 同时强调了目视巡查和工程地质定性分析的重要性。5) 在常规监测的基础上, 安全监测朝着尺度更大、范围更广的方向发展。1.2.3 边坡监测的内容综合国内外边坡监测项目，其所进行的边坡安全监测主要包括施工安全监测、处治效果监测和动态长期监测。一般以施工安全监测和处治效果监测为主。施工安全监测是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。施工安全监测将对边坡体进行实时监控，以了解由于工程扰动等因素对边坡体的影响，及时地指导工程实施、调整工程部署、安排施工进度等。在进行施工安全监测时，测点布置在边坡体稳定性差，或工程扰动大的部位，力求形成完整的剖面，采用多种手段互相验证和补充。边坡施工安全监测包括地面变形监测、地标裂缝监测、滑动深部位移监测、地下水位监测、孔隙水压力监测、地应力监测等内容。施工安全监测的数据采集原则上采取24h自动实时观测方式进行，以使监测信息能及时地反映边坡体变形破坏特征，供有关方面作出决断。如果边坡稳定性好，工程扰动小，可采用824h观测一次的方式进行。边坡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，例如，监测预应力锚索应力值的变化、抗滑桩的变形和土压力、排水系统的过流能力等，以直接了解工程实施效果。通常结合施工安全和长期监测进行，以了解工程实施后，边坡体的变形特征，为工程的竣工验收提供科学依据。边坡处治效果监测时间长度一般要求不少于一年，数据采集时间间隔一般为710天，在外界扰动较大时，如暴雨期间，可加密观测次数。边坡长期监测将在防治工程竣工后，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。边坡长期监测一般沿边坡主剖面进行，监测点的布置少于施工安全监测和防治效果监测；监测内容主要包括滑带深部位移监测、地下水位监测和地面变形监测。数据采集时间间隔一般为1015天。目前, 监测工作已成为边坡工程施工的重要环节, 几乎所有重要的边坡工程都设有监测。监测工作对正确评估边坡的安全状态、指导施工、反馈和修改设计、改进边坡设计方法等多方面具有非常重要的意义, 监测技术的引入使边坡工程的设计和施工在安全稳定和经济合理的协调统一中起到了不可或缺的桥梁作用。由于边坡工程的多样化，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。国内边坡监测方法一般包括：地表大地变形监测、地表裂缝位移监测、地面倾斜监测、裂缝多点位移监测、边坡深部位移监测、地下水监测、孔隙水压力监测、边坡地应力监测等。表1.1为表坡工程监测项目表。 检测项目测试内容测点布置方法与工具变形监测地表大地变形、地表裂缝位错、边坡深部位移、支护结构变形边坡表面、裂缝、滑带、支护结构顶部经纬仪、全站仪、GPS、伸缩仪、位错仪、钻孔倾斜仪、多点位移计、应变仪等应力监测边坡地应力、锚杆（索）拉力、支护结构应力边坡内部、外锚头、锚杆主筋、结构应力最大处压力传感器、锚索测力计、压力盒、钢筋计等地下水监测孔隙水压力、扬压力、动水压力、地下水水质、地下水、渗水与降水关系以及降雨、洪水与时间关系出水点、钻孔、滑体与滑面孔隙水压力仪、抽水试验、水化学分析等表1.1边坡工程监测项目表1.3 边坡监测方法与仪器1.3.1 地表大地变形监测地表大地变形监测是边坡监测中常用的方法。地表位移监测则是在稳定的地段测量标准（基准点），在被测量的地段上设置若干个监测点（观测标桩）或设置有传感器的监测点，用仪器定期监测测点和基准点的位移变化或用无线边坡检测系统进行监测。地表位移监测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，这类仪器只能定期的监测地表位移，不能连续监测地表位移变化。当地表明显出现裂隙及地表位移速度加快时，使用大地测量仪器定期测量显然满足不了工程需要，这时应采用能连续监测的设备，如全自动全天候的无线边坡监测系统等。二是专门用于边坡变形监测的设备：如裂缝计、钢带和标桩、地表位移伸长计和全自动无线边坡监测系统等。1.3.2 边坡表面裂缝量测边坡表面张性裂缝的出现和发展，往往是边坡岩土体即将失稳破坏的前兆讯号，因此这种裂缝一旦出现，必须对其进行监测。监测的内容包括裂缝的拉开速度和两端扩展情况，如果速度突然增大或裂缝外侧岩土体出现显著的垂直下降位移或转动，预示着边坡即将失稳破坏。地表裂缝位错监测可采用伸缩仪、位错计或千分卡直接测量。测量精度0.11.0mm。对于规模小、性质简单的边坡。在裂缝两侧设桩、设固定标尺或在建筑物裂缝两侧贴片等方法，均可直接量得位移量。1.3.3 边坡深部位移量测边坡深部位移监测是监测边坡体整体变形的重要方法，将指导防治工程的实施和效果检验。传统的地表测量具有范围大、精度高等优点；裂缝测量也因其直观性强，方便适用等特点而广泛使用，但它们都有一个无法克服的弱点，即它们不能测到边坡岩土体内部的蠕变，因而无法预知滑动控制面。而深部位移测量能弥补这一缺陷，它可以了解边坡深部，特别是滑带的位移情况。边坡岩土体内部位移监测手段较多，目前国内使用较多的主要为钻孔引伸仪和钻孔倾斜仪两大类。钻孔引伸仪（或钻孔多点伸长计）是一种传统的测定岩土体沿钻孔轴向移动的装置，它适用于位移较大的滑体监测。例如武汉岩土力学所研制的WRM3型多点伸长计，这种仪器性能较稳定，价格便宜，但钻孔太深时不好安装，且孔内安装较复杂；其最大的缺点就是不能准确地确定滑动面的位置。钻孔引伸仪根据埋设情况可分埋设式和移动式两种；根据位移测试表的不同又可分为机械式和电阻式。埋设式多点位移计安装在钻孔内以后就不再取出，由于埋设投资大，测量的点数有限，因此又出现了移动式。有关多点位移计的详细构造和安装使用可参阅有关书籍。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，这类仪器是观测岩土体深部位移、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。钻孔倾斜仪由四大部件组成：测量探头、传输电缆、读数仪及测量导管。其工作原理是：利用仪器探头内的伺服加速度测量埋设于岩土体内的导管沿孔深的斜率变化。由于它是自孔底向上逐点连续测量的，所以，任意两点之间斜率变化积累反映了这两点之间的相互水平变位。通过定期重复测量可提供岩土体变形的大小和方向。根据位移深度关系曲线随时间的变化中可以很容易地找出滑动面的位置，同时对滑移的位移大小及速率进行估计。1.3.4 边坡内部应力测试边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。压力盒根据测试原理可以分为液压式和电测式两类，液压式的优点是结构简单、可靠，现场直接读数，使用比较方便；电测式的优点是测量精度高，可远距离和长观测。目前在边坡工程中多用电测式压力测力计。电测式压力测力计又可分为应变式、钢弦式、差动变压式、差动电阻式等。1.3.5 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。绝对应力测量在边坡开挖前和边坡开挖中期以及边坡开挖完成后各进行一次，以了解三个不同地段的地应力场情况，采用的方法一般是深孔应力解除法。地应力变化监测即在开挖前，利用原地质勘探平洞埋设应力监测仪器，以了解整个开挖过程中地应力变化的全过程。对于绝对应力测量，目前国内外使用的方法，均是在钻孔、地下开挖或露头面上刻槽而引起岩体中应力的扰动，然后用各种探头量测由于应力扰动而产生的各种物理量变化的方法来实现。总体上可分为直接量测法和间接量测法两大类。直接量测法是指由测量仪器所记录的补偿应力、平衡应力或其他应力量直接决定岩体的应力，而不需要知道岩体的物理力学性质及应力应变关系；如扁千斤顶法、水压致裂法、刚性圆筒应力计以及声发射法均属于此类。间接测量法是指测试仪器不是直接记录应力或应变变化值，而是通过记录某些与应力有关的间接物理量的变化，然后根据已知或假设的公式，计算出现场应力值，这些间接物理量可以是变形、应变、波动参数、密、放射性参数等等；如应力解除法、局部应力解除法、应变解除法、应用地球物理方法等均属于间接测量法一类。对于地应力变化监测，由于要在整个施工过程中实施连续量测，因此量测传感器长期埋设在量测点上。目前应力变化监测传感器主要有Yoke应力计、国产电容式应力计及压磁式应力计等。（1）Yoke应力计Yoke应力计为电阻应变片式传感器，该应力计在三峡工程船闸高边坡监测中使用。它由钻孔径向互成60的3个应变片测量元件组成。根据读数可以计算测点部位岩体的垂直于钻孔平面的二维应力。（2）电容应力计电容式应力计最初主要用于地震测报中监测地应力活动情况。其结构与Yoke压力计类似，也是由垂直于钻孔方向上的3个互成60的径向元件组成。不同之处是3个径向元件安装在1个薄壁钢管中，钢筒则通过灌浆与钻孔壁固结合在一起。（3）压磁式应力计压磁式应力计由6个不同方向上布置的压磁感应元件组成，即3个互成60的径向元件和3个与钻孔轴线成45夹角的斜向元件组成。从理论上讲，压磁式应力计可以量测测点部位岩体的三维应力变化情况。1.3.6 边坡锚固应力测试在边坡应力监测中除了边坡内部应力、结构应力监测外、对于边坡锚固力的监测也是一项极其重要的监测内容。边坡锚杆锚索的拉力的变化是边坡荷载变化的直接反映。（1）锚杆轴力的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。量测锚杆的杆体是用中空的钢材制成，其材质同锚杆一样。量测锚杆主要有机械式和电阻应变片式两类。机械式量测锚杆是在中空的杆体内放入四根细长杆，将其头部固定在锚杆内预定的位置上。量测锚杆一般长度在6m以内，测点最多为4个，用千分表直接读数。量出各点间的长度变化，计算出应变值，然后乘以钢材的弹性模量，便可得到各测点间的应力。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。电阻应变片式量测锚杆是在中空锚杆内壁或在实际使用的锚杆上轴对称贴四块应变片、以四个应变的平均值作为量测应变值，测得的应变再乘以钢材的弹性模量，得各点的应力值。（2）锚索预应力损失的量测对预应力锚索应力监测，其目的是为了分析锚索的受力状态、锚固效果及预应力损失情况，因预应力的变化将受到边坡的变形和内在荷载的变化的影响，通过监控锚固体系的预应力变化可以了解被加固边坡的变形与稳定状况。通常一个边坡工程长期监测的锚索数，不少于总数的5%。监测设备一般采用圆环形测力计（液压式或钢弦式）或电阻应变式压力传感器。锚索测力计的安装是在锚索施工前期工作中进行的，其安装全过程包括：测力计室内检验、现场安装、锚索张拉、孔口保护和建立观测站等。目前采用埋设传感器的方法进行预应力监测，一方面由于传感器的价格昂贵，一般只能在锚固工程中个别点上埋设传感器，存在以点代面的缺陷；另一方面由于需满足在野外的长期使用，因此对传感器性能、稳定性以及施工时的埋设技术要求较高。如果在监测过程中传感器出现问题无法挽救，这将直接影响到工程的整体稳定性的评价。因此研究高精度、低成本、无损伤、并可进行全面监测的测试手段已成为目前预应力锚固工程中待解决的关键技术问题。针对上述情况，已有人提出了锚索预应力的声测技术，但该技术目前仍处于应用研究阶段。1.3.7 地下水位监测 我国早期用于地下水位监测的定型产品是红旗自计水位仪，它是浮标式机械仪表，因多种原因现已很少应用。近十几年来国内不少单位研制过压力传感式水位仪，均因各自的不足或缺陷而未能在地下水监测方面得到广泛采用。目前在地下水监测工作中，几乎都是用简易水位计或万用表进行人工观测。我国在20世纪90年代初成功研制了WLT1020地下水动态监测仪，后又经过两次改进，现在性能已臻完善。该仪器用进口的压力传感器和国产温度传感器封装于一体，构成水位温度复合式探头，采用特制的带导气管的信号电缆，水位和温度转变为电压信号，传至地面仪器中，经放大和A/D变换，由液晶屏显示出水位和水温值，通过译码和接口电路，送至数字打印机打印记录。仪器的特点是小型轻便、高精度、高稳定性、抗干扰、微功耗、数字化、全自动、不受孔深孔斜和水位埋深的限制，专业观测孔和抽水井中均可使用。1.3.8 孔隙水压力监测在边坡工程中的空隙水压力是评价和预测边坡稳定性的一个重要因素，因此需要在现场埋设仪器进行观测。目前监测孔隙水压力主要采用孔隙水压力仪，根据测试原理可分为四类：（1）液压式孔隙水压力仪：土体中孔隙水压力通过透水测头作用于传压管中液体，液体即将压力变化传递到地面上的测压计，由测压计直接读出压力值。 （2）电气式孔隙水压力仪：包括电阻、电感和差动电阻式三种。孔隙水压力通过透水金属板作用于金属薄膜上，薄膜产生变形引起电阻（或电磁）的变化。查电流量压力关系，即求得孔隙水压力的变化值。（3）气压式孔隙水压力仪：孔隙水压力作用于传感器的薄膜，薄膜变形使接触钮接触而接通电路，压缩空气立即从进气口进入以增大薄膜内气压，当内气压与外部孔隙水压平衡薄膜恢复原状时，接触钮脱离、电路断开、进气停止，量测系统量出的气压值即为孔隙水压力值。（4）钢弦式孔隙水压力仪：传感器内的薄膜承受孔隙水压力产生的变形引起钢弦松紧的改变，于是产生不同的振动频率，调节接受器频率使与之和谐，查阅率定的频率压力线求的孔隙水压力值。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。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。应钻孔法时，先于孔底填少量砂，置于测头之后再在其周围和上部填砂，最后用膨胀粘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。1.4 课题任务、重点研究内容、实现途径1.4.1 课题任务我国是一个多山的国家，特别是西南山区存在大量的自然岩质边坡。随着道路工程建设向山区延伸和发展，边坡工程问题日益突出。特别是山区公路往往通过的区域地质条件复杂，加之公路在建设中不可避免的会削坡、填沟等，对沿线造成严重的地质环境破坏。因此，对顺层边坡的安全监测及评价进行研究具有重要意义。边坡工程施工和运行期监测的主要目的在于确保工程的安全。边坡的安全监测以边坡岩体整体稳定性监测为主，兼顾局部滑动楔体稳定性监测。由于过大变形是岩体破坏的主要形式。因此，（地表和深部）变形监测是安全监测的重点。岩石边坡中存在的不利解构面常常是引起边坡破坏的主要内在因素。因此，岩石边坡监测的重点对象是岩体中的这些结构面，监测测点应放在这些对象上或测孔应穿过这些对象等。开挖爆破和水的作用是影响边坡稳定的主要外因，因此，施工期的质点振动速度、加速度的监测，运行期的渗流、渗压监测是必要的。当边坡范围大，需布置多个监测断面时，应区分重要和一般断面，重要断面的监测项目和监测仪器的数量应多于一般断面。 1.4.2 主要内容与要求1) 此次研究的主要内容如下：1.分析顺层边坡的危险因素；2.建立该顺层边坡安全监测系统； 3.评价该顺层边坡的安全性。 2) 监测设计过程中需注意的要求有：1.应监测边坡性状变化的全过程。监测应贯穿工程活动（施工、加固、运行）的全过程。为此，监测最重要之点是及时，即及时埋设、及时观测、及时整理分析监测资料和及时反馈监测信息。4个及时环节中任何一个环节的不及时，不仅会降低或失去监测工作的意义，甚至会给工程带来不可弥补的影响或对人民生命财产造成重大损失。要实现监测全过程，或利用已有洞室预埋仪器，或施工开挖前完成必要的监测设施、开挖下一个边坡台阶前完成上一个台阶的监测设施。2.施工期和运行期安全监测应相结合、相衔接。施工期监测设计应和运行期监测设计一样，纳入工程设计的工作范围，作为工程设计的一部分。即施工安全监测实施前应进行监测设计，然后按监测设计实施。施工期监测设施能保留作运行监测的应尽量保留；运行期监测设施应兼顾作为实施以后施工过程（以下高程台阶、边坡开挖）的施工期监测。3.布置仪器力求少而精。仪器数量应在保证实际需要的前提下尽可能减少；采用的仪器应有满足工程要求的精度和量程，精度和量程应根据工程的阶段、岩体的特性等确定；专作施工期监测的仪器，精度要求可稍低，也可采用简易的仪器；运行期监测仪器要求较高（特别是长期稳定性）；坚硬岩体变形小，应采用精度高、量程小的仪器，半坚硬、软弱或破碎的岩体可采用精度较低、量程较大的仪器。4.安全监测常以仪器量测为主，人工巡视、宏观调查为辅。力求仪器量测与人工巡查相结合；仪器量测常以人工量测为主，重点部位少量进行自动化监测；即使进行自动化监测的仪表，仍应同时进行人工测量，以便做到确保重点，万无一失。5.避免或减少施工干扰。施工干扰（如爆破、车辆通行、出渣、打钻、偷盗、破坏等）是施工监测中一大难题，应尽量避免。为此，应尽量利用勘探洞、排水洞预埋仪器，进行监测，便与保护；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；应加强仪器观测房、测孔孔口的保护，保护设施力求牢靠。6.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、原设计时未估计到的不稳定楔体，即可能出现一些设计中未能考虑到的问题，那时，需要修改和补充设计。设计时应考虑到这种因素，在监测项目、仪器数量和经费概算上留有余地。届时，根据实际需要，补充设计。1.4.3 实现途径边坡处治监测设计应综合施工、地质、测试等方面的要求，有设计人员完成。测量计划应根据边坡地质条件、支护结构类型和参数、施工方法和其他有关条件制定。监测设计一般应包括下列内容：（1）监测项目、方法及测点或测网的选定，测点位置、测量频率，测量仪器和元件的选定及其精度和测量方法，测点埋设时间等。（2）量测数据的记录格式，表达量测结果的格式，量测精度确认的方法。（3）量测数据的处理方法。（4）量测数据的大致范围，作为异常判断的依据。 （5）从初期量测值预测最终量测值的方法，综合判断边坡稳定的依据。（6）量测管理方法及异常情况对策。 （7）利用反馈信息修正设计的方法。 （8）传感器埋设设计。 （9）固定元件的结构设计和测试元件的附件设计。 （10）测网布置图和文字说明。 （11）监测设计说明书。 设计实施需解决如下三个关键问题： （1）获得满足精度要求和可信赖的监测信息。 （2）正确进行边坡稳定性预测。 （3）建立管理体制和相应管理基准，进行日常量测管理。1.4.4 进度计划序号起止周次工 作 内 容14周至6周查找相关文献资料，撰写开题报告和文献综述27周外语翻译38周分析顺层边坡的危险因素49周至11周建立该顺层边坡安全监测系统511周至12周评价该顺层边坡的安全性613周至15周撰写论文716周至17周修改论文，准备答辩2 顺层边坡危险因素分析2.1 顺层边坡的定义及其地质特点2.1.1 顺层边坡的定义要研究顺层边坡的稳定性，我们先要了解什么是边坡。边坡是自然或人工形成的斜坡，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。在实际工程中，为满足不同工程用途的需要，边坡设计形态多种多样，边坡的分类通常有以下几种：（1）按照边坡的成因可分为天然边坡和人工边坡。天然边坡是自然形成的山坡和江河湖海的岸坡。（2）按照构成边坡坡体的岩土性质可分为粘性土类边坡、碎石类边坡、黄土类边坡和岩石类边坡。（3）按照边坡的稳定性程度可分为稳定性边坡、基本稳定边坡、欠稳定边坡和不稳定边坡。这种分类方法一般根据边坡的稳定性系数的大小进行划分，但无严格的规定。（4）按照边坡的高度分类，边坡高度大于15m称为高边坡，小于15m称为一般边坡。（5）根据边坡的断面形式可分为直立式边坡、倾斜式边坡和台阶形边坡。（6）根据使用年限分为临时性边坡和永久性边坡。临时性边坡是指工作年限不超过两年的边坡；永久性边坡是指工作年限超过两年的边坡。而顺层边坡则是根据边坡岩体走向与坡面走向之间的关系进行划分的。顺层岩质边坡是指岩层走向与边坡走向一致、岩层倾向与边坡坡向相同的层状结构岩体边坡。2.1.2 顺层边坡的地质特点在众多的边坡工程中，顺层边坡是最易失稳，而且失稳后危害又较大的一类边坡，其根本原因主要是其特有的地质结构特征。我们常将实际工程中，坡面走向与岩层走向夹角小于20，且倾向接近的一类边坡称为顺层边坡。由于这种特殊的地质结构，顺层边坡的失稳破坏主要是坡体沿着某一个最不利的剪切面，向着边坡面方向滑动的。因为边坡工程往往是采矿工程、水库水坝工程、公路隧道工程的附属工程，资金投入少，分析方法不易过于复杂，因此目前岩体工程界主要应用刚体极限平衡法分析边坡的稳定性问题，其中参数，值的选取成为稳定性分析成败的关键。若边坡岩体各向同性，即，值为常数，则可以根据坡角、坡高、坡面堆载这三个因素直接确定剪切滑动面的位置和方向。而对于各向异性的层状岩体边坡则不同，其，值随着方向变化而改变。为了正确描述这种各向异性的层状岩体边坡的破坏模式，可采用Mohr-Coulomb准则进行分析，其表达式为：| = c（） + tan（），需要强调的是，公式中的凝聚力和内摩擦角不是常数，而是滑动面相对于最大主应力方向的方位角的函数。因此在分析边坡的稳定性时，不仅要以坡角、坡高、坡面堆载这三个因素为主，而且要考虑，值取值对滑动面位置的影响。对于顺层边坡而言，由于其坡面走向与岩层走向夹角小于20，且倾向接近这一地质特点，结构面的强度就成为影响边坡稳定性的决定因素。研究顺层边坡时，可直接根据结构面的产状及其相互位置，研究顺层边坡的破坏模式，根据不同的破坏模式，总结出常见的顺层边坡的破坏种类，这也是顺层边坡危险因素分析与其他边坡的不同之处。2.2 顺层边坡的破坏模式和种类2.2.1 研究破坏模式的意义对顺层边坡的破坏模式进行分析之后，可直接将现场观测情况与破坏模式进行对应，从而有利于判断滑动结构面位置，这就为监控截面的选择和布点位置及密度提供了宝贵的参考信息，合理的截面数量和适当的布点位置有利于边坡安全监测系统的设计及其优化。在众多顺层边坡防护工程中，大多数顺层边坡的破坏都是沿岩体的结构面发生的，因此也就可以根据顺层边坡的破坏模式，确定结构面的位置和埋深。只需在此易破坏断面及滑动结构面中选定最危险截面，并在截面上多布点，勤观测，及时对监测信息进行反馈，实行动态施工，便能极大的提高顺层边坡的安全性。其次，要想完全找出影响顺层边坡稳定性的危险因素，就必须对顺层边坡破坏模式进行理论分析。危险因素的确定对于监测系统中监测对象的选取是十分重要。可以说，顺层边坡破坏模式的研究是顺层边坡安全监测及评价的前提。对顺层边坡稳定性分析问题的研究，一直是我国岩土工程研究中的重要内容。在我国的现代化建设中，特别是三峡工程、西部大开发开工建设以来，出现了大量的岩土边坡工程，其中不乏顺层边坡。随着这些工程的开展，边坡稳定性的研究也得到了长足的进步。新世纪到来，随着计算机网络技术的迅猛发展，人们对边坡的认识也不断深入，近年来对边坡稳定性分析及研究更是取得了一系列的科研成果。然而，由于边坡内部地质结构的复杂性和组成边坡岩石物质的不同（各向异性），边坡发生失稳并破坏是一种非常复杂的地质灾害过程。边坡的破坏模式也就不止一种，边坡的破坏模式不同也就意味着其存在的滑动面不同。因此对边坡的几种破坏模式进行比较分析是进行稳定性合理分析的基础。根据工程总结及数值模拟研究，边坡的破坏模式主要有四种，分别为平面破坏、楔体破坏、圆弧破坏和倾倒破坏。2.2.2 平面破坏一般的典型岩质边坡的破坏通常是滑坡体沿着与边坡倾向大致相近的单一滑动面平面滑动的，如图2.1所示。滑动面通常为坡体内发育的构造结构面，如岩层层面、层间软弱夹层、断层、节理裂隙。滑动面的倾角一般比边坡坡度缓，并且滑动面在坡面上出露，切割坡面，使部分滑体临空。由于植被土体的覆盖，上部切槽不明显。在工程实践中也经常会出现由两个或倾角不同的结构面组成的复合滑面，这种称作非典型的平面破坏。 图2.1 典型的岩质边坡平面滑动破坏经过滑动模型分析，发生平面破坏的条件有四点：（1）滑动面的走向与坡面走向平行或接近平行，其夹角大约在20的范围之内；（2）滑动面的倾角小于坡面的倾角；（3）滑动面的倾角大于滑动结构面的内摩擦角；（4）岩体两侧存在相对于滑动仅有很小阻力的解离面，这种解离面通常是滑动体的侧面边界。也不排除有特殊情况没有解离面，即滑动破坏发生在边坡的突出部位，此时滑动面穿通边坡，也就自然没有解离面了。2.2.3 楔体破坏楔体破坏是在边坡的四种失稳模式中最常见的一种类型，因此楔体破坏对于边坡失稳模式的分析非常重要。通常由两条或两条以上的结构面对岩体进行切割而形成楔体。滑动发生时，滑体（楔体）便沿着这些面滑移，其滑移方向与这些结构面的组合交线方向相同即平行，而且该交线的倾角缓于坡面倾角。其下部出露点可在实地观测中观测到。由于滑体沿多个滑动面面滑动，其力学机制复杂，模型分析难度大。在实际边坡开挖过程中发生的楔体破坏多为小块岩体的剥落现象，岩体体积由几立方米至几百立方米不等，由于卸荷作用，边坡表面岩体松散，层间强度降低，加之坡面起伏不平，极易使小块岩体具备临空条件，而发生楔体破坏。在楔体滑动模式中，影响坡体稳定的因素有：滑体自身重力、滑动面的抗剪强度、滑动面上的水压力和外载荷等。 图2.2 发生平面破坏的条件 图2.3 楔体破坏为进行破坏模式深入研究，需要分析发生楔体破坏的条件，如图2.4所示。可将正交交线视为平面破坏模型中的单一滑动面，其他与平面破坏中的情况相同，由此可知楔体破坏的条件与平面破坏条件相似。 图2.4 发生楔体破坏的条件2.2.4 圆弧破坏当坡体为软弱岩质(特别是土质边坡)、岩体节理异常发育或已经破碎时(如在废石堆中)时，坡体破坏不是由一个滑动面确定的，滑面往往由许多节理裂隙构成的圆弧式的破坏面。如图2.5所示。图2.5 圆弧破坏发生圆弧破坏的基本条件：当组成岩体的单个颗粒尺寸与整个边坡相比很小时，又由于这些颗粒形状不一，互相之间并不咬合，这些边坡碎石受到扰动后就会以圆弧形的模式出现破坏，这种活动就像“土”质边坡一样。这种破坏方式常见于矿石（矸石）堆边坡。那些由于选矿而产生的磨细物料堆积成的边坡，即使只堆几厘米，由于磨料极细，也会出现圆弧形的破坏面。其他，如高度风化的岩体也倾向于这种破坏方式，因此，将露天采矿场周围的边坡的破坏方式假定为圆弧破坏进行稳定性计算和防护设计是很合理的。2.2.5 倾倒破坏倾倒破坏是岩质边坡破坏模式中的又一种主要破坏类型，多见于反向层状岩体结构的边坡中。1976 年Goodman 和Bray 将这种倾倒破坏模式总结为3 种基本类型，如图2.6所示，分别为弯曲倾倒破坏（Flexural Toppling)、块体倾倒破坏（Block Toppling）和块体弯曲倾倒破坏（Block Flexural Toppling）。Goodman 和Bray 认为倾倒多发生于非常发育的陡倾斜不连续面所分割的连续岩柱;坚硬岩柱被大间距正交节理切割时可能会发生岩块倾倒;当岩柱被许多横节理切割，岩柱变形由横节理分割的各小岩块位移累积而成，形成似连续性弯曲状，则为块体弯曲倾倒。自然界反倾向层状结构岩质边坡的弯曲倾倒变形，往往是上述3 种基本变形破坏类型的复合产物。图2.6 弯曲倾倒破坏的3 种基本类型建立模型分析倾倒破坏的基本条件：奖岩块置于一个斜面上，如图2.7所示。在这种情况下，岩块的高度为h ，底边长为b，黏结力c=0（假设阻止岩块向下滑动的阻力只由摩擦作用而产生）。当代表岩块重力的矢量W落在底边b 之内时，如果斜面倾角大于摩擦角，则岩块将沿斜面滑动。但是，当岩块高而细即岩块重心偏高时，重力矢量W 就会落在底边b 外，此时岩块将绕其于斜面的低段接触边旋转，发生倾倒现象。图2.7 发生倾倒破坏的条件就此单一的岩块而言，滑动与(或)倾倒的条件示于图2.7之中。图中的4 个区段是分别规定为:区段1：tan时，岩块是稳定的，既不滑动也不倾倒。区段2：且b/htan时，岩块将会滑动，但不倾倒区段3：且b/h且b/htan时，岩块既会滑动也会倾倒，也可能同时发生。边坡的破坏模式之所以多种多样，是由于岩体结构自身的复杂性、多样性、不确定性以及赋存环境的不同等因素决定的。所以，要研究某一边坡的稳定性情况，首先需要判断边坡在地质条件下的失稳模式，然后再针对已确定的失稳模式，通过数学建模分析的方法，确定边坡安全系数，最后进行合理的边坡稳定性评价。2.2.6 研究破坏种类的意义通过对边坡破坏模式机理的研究，便可以根据破坏机理的不同，将边坡的破坏划分为四种破坏种类：滑坡、滑塌、崩塌、剥落。在进行顺层边坡危险因素分析时，可以将边坡危险因素，划分为滑坡危险因素、滑塌危险因素、崩塌危险因素、剥落危险因素。这样有利于全面具体的对边坡危险因素进行分析，不遗漏任何可能的破坏形式。对于顺层边坡，根据对其破坏模式的分析，得知其主要的破坏种类是滑坡。因此，对滑坡的危险因素分析又是重中之重。2.2.7 滑坡2.2.7.1 滑坡定义及其危害滑坡是斜坡岩土体沿着惯通的剪切破坏面所发生的滑移地质现象。滑坡的机制是某一滑移面上剪应力超过了该面的抗剪强度所致（2008年国土资源部、水利部、地矿部地质灾害勘察规范）。如图2.8图2.8 山体滑坡滑坡常常给工农业生产以及人民生命财产造成巨大损失、有的甚至是毁灭性的灾难。 滑坡对乡村最主要的危害是摧毁农田、房舍、伤害人畜、毁坏森林、道路以及农业机械设施和水利水电设施等，有时甚至给乡村造成毁灭性灾害。 位于城镇的滑坡常常砸埋房屋，伤亡人畜，毁坏田地，摧毁工厂、学校、机关单位等，并毁坏各种设施，造成停电、停水、停工，有时甚至毁灭整个城镇。 发生在工矿区的滑坡，可摧毁矿山设施，伤亡职工，毁坏厂房，使矿山停工停产，常常造成重大损失。2.2.7.2 滑坡产生的基本条件产生滑坡的基本条件是斜坡体前有滑动空间，两侧有切割面。例如中国西南地区，特别是西南丘陵山区，最基本的地形地貌特征就是山体众多，山势陡峻，土壤结构疏松，易积水，沟谷河流遍布于山体之中，与之相互切割，因而形成众多的具有足够滑动空间的斜坡体和切割面。广泛存在滑坡发生的基本条件，滑坡灾害相当频繁。 从斜坡的物质组成来看，具有松散土层、碎石土、风化壳和半成岩土层的斜坡抗剪强度低，容易产生变形面下滑；坚硬岩石中由于岩石的抗剪强度较大，能够经受较大的剪切力而不变形滑动。但是如果岩体中存在着滑动面，特别是在暴雨之后，由于水在滑动面上的浸泡，使其抗剪强度大幅度下降而易滑动。 降雨对滑坡的影响很大。降雨对滑坡的作用主要表现在，雨水的大量下渗，导致斜坡上的土石层饱和，甚至在斜坡下部的隔水层上积水，从而增加了滑体的重量