变形测量-第七章边坡地质灾及监测

1、斜坡：地球表面由于构造运动和外营力的作用所形成。边坡（斜坡）：（1）天然边坡；（2）人工边坡。边坡产生失稳（地质灾害）的原因：在重力、构造力、地震力及各种外营力的长期作用下，边坡岩体都有一个向下滑落的趋势，这个趋势受到岩体本身抗剪切、抗破坏力的阻抗，当岩体抗阻抗力小于向下滑落的破坏力时，就会产生各种地质现象，并可能造成灾害。监测的必要性：由于岩体是较为复杂的自然介质，有许多不确定的力学特性，因此必须采取必要的监测，以便在不利的情况下采取措施。2001年年5.1日日8时时30分左右，位于乌江分左右，位于乌江边的重庆市武隆县边的重庆市武隆县县城巷口镇仙女路县城巷口镇仙女路西段发生山体滑坡，西段发生

2、山体滑坡，1.2万立方米土石从万立方米土石从高空滚落而下，摧高空滚落而下，摧毁了山脚下一幢九毁了山脚下一幢九层居民住宅楼，造层居民住宅楼，造成严重人员伤亡和成严重人员伤亡和财产损失财产损失灾难现场灾难现场约约1.2万立方万立方米的山体塌米的山体塌垮垮 在水利、能源、矿山、交通等许多争议地区，通过边坡监测，可获得： （1）评价边坡施工及使用过程中，边坡的稳定程度，并作出相关预报； （2）为防治滑坡及可能的滑动提供技术依据； （3）对已发生滑动破坏的滑坡和加固处理后的滑坡，作出评价； （4）为有关位移分析及数值 模拟分析计算提供参数。 边坡面上移动值的大小和分布，移动的过程、规律； 滑动面位置、形

3、状、滑体的大小、滑动方向； 边坡移动对坡顶及其附近各种建筑物的危害程度； 加固措施的效果。 对边坡的变形监测，是科学管理边坡和正确处理潜在问题的依据。而监测系统的布置则取决于边坡岩体的性质以及对边坡的认识程度。根据随机介质理论预测边坡开挖地表的移动与变形，对重要边坡，开挖前在移动范围外埋设控制点，在开挖边界附近埋设若干监测点组成监测网（有的还在测点上安置固定反射觇标），使用全站仪，采用常规大地测量的方法，可达到变形监测目的。 据不完全统计，全线高于25m的土质边坡和高于30m的岩质边坡共有约120处，其中高于50m的边坡有30多处，边坡最高达70多m。可见，高边坡的分布密度和规模是相当可观的。

4、在没有修建高速公路前，尚且发生不同规模的斜坡病害，在如此复杂多样的地形地质条件下修建高速公路，随着边坡的不断开挖，坡脚失去支撑，破坏了原有的自然平衡状态，岩体逐渐松弛，地表水和地下水的作用不断加剧，地质条件不断恶化，若无合理的边坡设计与加固措施，产生边坡病害难以避免。原有的自然滑坡体、崩坍体会复活，新的滑坡、崩塌、坍塌等多种形式的边坡病害会逐渐产生。如果对该线的高边坡病害的重视不够而对其防治不当和不力，轻者会影响整条公路正常建设，延误工期和造成重大经济损失；重者在建设和运营期间可能会造成人员伤亡事故，产生极坏的社会影响。因此，梅河高速公路（梅龙段）是广东省内继京珠高速公路粤境北段之后又一条边坡

5、病害复杂严重的山区公路。边坡监测与预警预报是指对边坡的稳定状态及其变化情况和发展趋势进行监测和预报，对重要边坡还需观测其效果和变化，并随时修正和补充处理措施。针对不同的地质病害特征，分析研究病害机理，制定监测方案。监测方案包括：监测内容：位移、变形速率、应力、地下水、声发射、爆破震动监测等；监测方法、仪器和监测精度；施测部位和测点布置；监测周期的确定。（1）地表监测一般包括宏观的工程地质、水文地质调查的地表的变形（裂缝）位移的现场有观测。（2）地下观测的目的在于揭示边坡岩体内部的移动特征、应力变化情况，如有必要，还可采用物探等方法，监视岩体内部潜在滑动面的发生和发展。地下观测应与地表观测相配合

6、，以使边坡岩体稳定的判断和预报更为全面，更加充分可行。 高速公路边坡监测一般包括：边坡应力量测；变形位移观测；地下水状态观测；声监测；爆破地震效应监测；巡检。2.1GPS技术GPS技术在大范围如大地形变测量，以及电站大坝监测、桥梁（如虎门大桥）变形监测中有较为广泛的应用，它可实现实时动态监测，非常适应于整体刚性体，可以用局部点替代整体的建筑物的监测，然而，GPS定位技术进行边坡变形测量，也存在一些问题：（1）监测点的数量过多，如果全部进行形变监测，需要大量GPS接收机，价格昂贵；（2）GPS接收机、太阳能供电装置及通讯设备、微机等在野外，安全无法得到保障。22 数字化摄影测量方法摄影测量作为一

7、种遥感式数据采集方式，作业人员可以远离被测对象进行测量，但由于常规摄影测量设备过于专业化、价格昂贵、数据处理周期过长而难于推广。23 高精度测量机器人测量机器人系统是能连续或定时对多个合作目标进行自动识别、照准、跟踪、测角、测距和三维坐标测定的自动跟踪系统。测量机器人自动化程度高，能全天候工作，特别适应于工程开挖体和各种建筑物的变形测量。可实现“无人值守”以及亚毫米级监测精度。2. 4裂缝测量检测裂缝的宽度与裂缝发展标高的变化。可以用简单的仪表或卷尺量测，也可用摄影测量的方法量测记录相关结果并加以统计分析。2.5倾斜计测量凡坡体的破坏模式中，可能包含转动这一分量的地方，均可用倾斜计测量，其主要

8、优点是重量轻、操作简单，结实和造价低。2.6测斜仪量测钻孔中导管倾斜度的变化，以确定土体侧向滑动的分布，并将其作为地面以下的深度和时间的函数。通常要求钻孔穿越滑动面，并进入稳定地层中。三、地下水状态观测 边坡地下水对边坡的破坏影响极大。水的监测可以分为降雨监测、地表水监测和地下水监测。前者主要是进行雨强和雨量监测；后者主要是利用垂直钻孔量测水位和水压。诗下水的水压监测采用水压计装置完成。水压计通常安装并密封在钻孔中。四、声监测 伴随岩体破裂现象的产生，会形成大量不同种类的波，因此可借此声波的监测来预测边坡的稳定性及其发展趋势。在分析中要注意区分车辆震动、钻孔、爆破等其他震源。五、公路边坡爆破震

9、动安全监测 公路施工中，为防止爆破对边坡岩体的破坏，优化爆破施工工艺，控制爆破药量，需进行爆破震动效应的安全监测。另外，爆破震动监测也是寻求边坡动力稳定计算依据之一“边坡动力稳定参数”的重要手段。 监测内容一般为震动速度，必要时监测爆破震动加速度。测点布置的思路是“监测重点，兼顾远区”，即：重点监测离爆区最近的边坡坡顶的水平向震动和垂直向震动，同时，沿不同高程也沿不同距离布置测点，观察不同高程、距离、地质构造和爆破方式对震动速度的影响因素，研究爆破震动衰减规律。 监测仪器为：磁电式速度传感器或压电式加速度计，配震动信号记录仪和计算机处理系统。 具体监测系统之一： “CD-1型传感器”+“MCS

10、2000瞬态波形存储器记录”+“计算机”。六、巡检 此外，对边坡的定期是非常必要的。巡检通常包括边坡新出现的变形、开裂、塌方、地表水的变化等。除目测方法外，还可以采用携带式仪器和手段。（1）增加（2）降低潜水位（3）增加锚固力（4）压坡脚（5）顶部减载，C 在重力、构造力地震力以及各种外营力的长在重力、构造力地震力以及各种外营力的长期作用下，边坡岩体都有一个向下滑落的趋势，期作用下，边坡岩体都有一个向下滑落的趋势，这个趋势受到岩体本身抗剪力、抗滑力的阻抗，这个趋势受到岩体本身抗剪力、抗滑力的阻抗，一旦阻抗力小于向下滑落的破坏力，就有可能产一旦阻抗力小于向下滑落的破坏力，就有可能产生地质灾害。生

11、地质灾害。（1 1）疏水：疏水钻孔，疏水井，疏水巷道，地表明渠、）疏水：疏水钻孔，疏水井，疏水巷道，地表明渠、截水沟等。截水沟等。（2 2）机械加固：预应力锚杆、锚索；搞滑桩；挡墙；护）机械加固：预应力锚杆、锚索；搞滑桩；挡墙；护坡。坡。（3 3）削坡减载和压坡：坡顶到坡角。）削坡减载和压坡：坡顶到坡角。（4 4）控制爆破：缓冲爆破、预裂爆破、光面爆破，其关）控制爆破：缓冲爆破、预裂爆破、光面爆破，其关键是减少岩石的损伤。键是减少岩石的损伤。（5 5）注浆：提高力学性能。）注浆：提高力学性能。 南水北调工程中，有南水北调工程中，有180km渠道经过膨胀土地区，为解决膨胀土渠道经过膨胀土地区，为

12、解决膨胀土对河道的危害：对河道的危害： （a）放缓边坡，一般）放缓边坡，一般1：31：5（而硬岩边坡（而硬岩边坡1：0.51：1)； （b）减载，把挖出的土堆放在较远处；）减载，把挖出的土堆放在较远处； （c）在边坡上修建梯级马道，减少坡长，增强稳定性；）在边坡上修建梯级马道，减少坡长，增强稳定性； （d）修建排水沟，避免雨水直接冲刷河道；）修建排水沟，避免雨水直接冲刷河道； （e）用生物技术，选用耐干旱和根系比较发达的植物种植，保护）用生物技术，选用耐干旱和根系比较发达的植物种植，保护渠坡。渠坡。（1 1）建筑边坡：在建（构）筑物场地或其周边，由于建（构）筑物和市）建筑边坡：在建（构）筑物场

13、地或其周边，由于建（构）筑物和市政工程开挖或填筑施工所形成的人工边坡和对建（构）筑物安全或稳政工程开挖或填筑施工所形成的人工边坡和对建（构）筑物安全或稳定有影响的自然边坡。定有影响的自然边坡。（2 2）边坡支护：为保证边坡及其环境的安全，对边坡所采取的支挡、加）边坡支护：为保证边坡及其环境的安全，对边坡所采取的支挡、加固与防护措施。固与防护措施。（3 3）永久性边坡：使用年限超过）永久性边坡：使用年限超过2 2年的边坡。年的边坡。（4 4）临时性边坡：使用年限不超过）临时性边坡：使用年限不超过2 2年的边坡。年的边坡。（5)5)边坡环境：边坡影响范围内的岩土体、水系、建（构）筑物、道路边坡环境

14、：边坡影响范围内的岩土体、水系、建（构）筑物、道路及管网等系统。及管网等系统。（6 6）锚杆（索）：将拉力传至稳定岩土层的构件。当采用钢绞线或高强）锚杆（索）：将拉力传至稳定岩土层的构件。当采用钢绞线或高强度钢丝束作杆体材料时，也可称为锚索。度钢丝束作杆体材料时，也可称为锚索。 边坡工程监测项目应考虑安全等级、支护结构变形控制要求、地质和支护结构特点，并据下表选择进行。 边坡工程监测项目表如下。 （1 1）岩土体介质的复杂性，导致监测范围大、应力分布不均匀，因）岩土体介质的复杂性，导致监测范围大、应力分布不均匀，因而难以形成统一的模型，而监测则不仅仅是获得监测数据，更重要的是而难以形成统一的模

15、型，而监测则不仅仅是获得监测数据，更重要的是对数据的判断与分析对数据的判断与分析 。 （2 2）监测的内容多，包括地面变形监测和地下变形监测，物理参数）监测的内容多，包括地面变形监测和地下变形监测，物理参数如应力、环境因素如地下水，天气、地震等，工作量大，工程复杂。如应力、环境因素如地下水，天气、地震等，工作量大，工程复杂。 （3 3）周期长，一般在）周期长，一般在2 2年以上，从工程可行性研究到施工、工程应年以上，从工程可行性研究到施工、工程应用的全过程，要求用的全过程，要求 监测人员和监测设备具有连续性，数据记录和格式也监测人员和监测设备具有连续性，数据记录和格式也具有连续性。具有连续性。

16、 由设计提出监测要求、由业主委托有资质的监测单位编制监测方案，由设计提出监测要求、由业主委托有资质的监测单位编制监测方案，经设计、监理和业主共同认可后实施。方案应当包括监测项目、监测目经设计、监理和业主共同认可后实施。方案应当包括监测项目、监测目的、测试方法、测点布置、监测项目报警值、信息反馈制度和现场原始的、测试方法、测点布置、监测项目报警值、信息反馈制度和现场原始状态资料记录等内容。状态资料记录等内容。（1）坡顶位移观测：应在每一典型边坡段的支护结构的顶部设置不少于3个观测点的观测网，以观测位移量、移动速度和方向。（2)锚杆拉力和预应力损失监测：应选择有代表性的锚杆、测定锚杆（索）的应力和预应力损失。（3）非预应力锚杆的应力监测根数不宜少于锚杆总数的5，预应力锚索的应力监测根数不宜少于锚索总数的10，且不应少于3根。（4）监测方案可根据设计要求、边坡稳定性、周边环境和施工进程等因素等确定，当出现险情时应加强监测。（5）竣工后的监测时间不应少于2年。 例如，大冶铁矿露天采场设计最大边坡高444m，整体边坡角4345，1958年投产，至1997年已形成400m高的深凹高陡边坡露天矿。大冶铁矿边坡前期监测的主要方法是位移观测，