岩土工程测试技术课件-第三章ppt（图文丰富共55）

3边坡工程监监测3.1边坡监测的的目的和意意义3.2边坡监测的的内容和方方法及仪器器选型3.3边坡变形监监测3.4边坡应力监监测3.5边坡地下水水监测3.6边坡工程监监测实例思考题※3.1边坡监测的的目的和意意义边坡岩土体体往往呈现现出非均质质性与各向向异性特性性，在开挖挖、堆载、、降雨、河河流冲刷、、库水位升升降与地震震等外部荷荷载作用下下很容易进进入局部或或瞬态大变变形乃至失失稳滑动。。我国每年年由于岩土土体失稳而而引发的大大小滑坡数数百万次，，由此造成成的经济损损失高达100～200亿元，因暴暴雨、地震震等引发的的各类滑坡坡灾害至上上世纪90年代累计死死亡超过10万人。因此此，对于边边坡工程特特别是大型型复杂边坡坡，除了进进行常规的的工程地质质调查、测测绘、勘探探、试验和和稳定性评评价外，尚尚应及时有有效地开展展边坡工程程的动态监监测，预测测边坡失稳稳的可能性性和滑坡的的危险性，，并提出相相应的防灾灾减灾措施施，对于确确保国民经经济发展与与保障人民民群众生命命财产安全全具有重大大意义。边坡工程主主要应用在在交通、建建筑、水利利和矿山等等各个建设设领域中。。边坡工程的的监测的主主要目的：：1、评价边坡施施工及其使使用过程中中边坡的稳稳定程度，，并做出有有关预报，，为崩塌、、滑坡的正正确分析评评价、预测测预报及治治理工程等等，提供可可靠的资料料和科学依依据。2、为防治滑滑坡及可能能的滑动和和蠕动变形形提供技术术依据，预预测和预报报今后边坡坡的位移、、变形的发发展趋势，，通过监测测可对岩土土体的时效效特性进行行相关的研研究。3、对已经发发生滑动破破坏的边坡坡和加固处处理后的滑滑坡，监测测结果也是是检验崩塌塌、滑坡分分析评价及及滑坡处理理工程效果果的尺度。。4、为进行有有关位移分分析及数值值模拟计算算提供参数数。※3.2边坡监测内内容和方法法及仪器选选型3.2.1边坡监测的的内容主要要包括：（1）、施工安安全监测在施工期对对边坡的位位移、应力力、地下水水等进行监监测，监测测结果作为为指导施工工、反馈设设计的重要要依据，是是实施信息息化施工的的重要内容容。（2）、处治效果监监测是检验边坡坡处治设计计和施工效效果、判断断边坡处治治后的稳定定性的重要要手段。一一方面可以以了解边坡坡体变形破破坏特征，，另一方面面可以针对对实施的工工程进行监监测。（3）、动态长长期监测在防治工程程竣工后，，对边坡体体进行动态态跟踪，了了解边坡体体稳定性变变化特征、、长期监测测主要对一一类边坡防防治工程进进行。在实际工作中中边坡监测测的具体内内容应根据边坡坡的等级、、地质及支支护结构的的特点进行行考虑，通通常对于一一类边坡防防治工程，，建立地表表和深部相相结合的综综合立体监监测网，并并与长期监监测相结合合；对于二二类边坡防防治工程，，在施工期期间建立安安全监测和和防治效果果监测点，，同时建立立以群测为为主的长期期监测点；；对于三类类边坡防治治工程，建建立群测为为主的简易易长期监测测点。一般情况下下，边坡监监测内容可可划分为下下表的各类类型。序号监测项目监测内容1裂缝监测1.地表裂缝监测；2.建筑物裂缝监测2位移监测1.地表位移监测；2.地下位移监测3滑动面监测滑动面位置测定4地表水监测1.自然沟水的观测；2.河、湖、水库水位观测；3.湿地观测5地下水监测1.钻孔、井水的观测；2.泉水监测；3.孔隙水压力监测6降水量监测降雨量、降雪量监测7应力监测滑带应力监测、建筑物受力监测8宏观变形迹象监测3.2.2边坡工程监监测方法边坡工程监监测主要采采用简易观测法法、设站观观测法、仪仪表观测法法和远程监测法法等四四种种类类型型。。通通过过监监测测，，深深入入了了解解边边坡坡的的变变形形机机理理，，从从而而对对地地质质灾灾害害防防治治和和加加固固处处理理的的反反馈馈以以及及对对工工程程的的影影响响等等获获取取有有关关信信息息，，通通过过监监测测资资料料的的分分析析得得到到边边坡坡变变形形的的各各种种特特征征信信息息，，分分析析其其动动态态变变化化规规律律，，预预测测边边坡坡工工程程可可能能发发生生的的破破坏坏，，为为防防灾灾减减灾灾提提供供科科学学依依据据。。☻简易易观观测测法法通过过人人工工观观测测边边坡坡工工程程中中地地表表裂裂缝缝、、地地面面鼓鼓胀胀、、沉沉降降、、坍坍塌塌、、建建筑筑物物变变形形特特征征（（发发生生和和发发展展的的位位置置、、规规模模、、形形态态、、时时间间等等））及及地地下下水水位位变变化化、、地地温温变变化化等等现现象象，，也也可可在在边边坡坡体体关关键键裂裂缝缝处处埋埋设设骑骑缝缝式式简简易易观观测测桩桩；；在在建建（（构构））筑筑物物（（如如房房屋屋、、挡挡土土墙墙、、浆浆砌砌块块石石沟沟等等））裂裂缝缝上上设设置置简简易易玻玻璃璃条条、、水水泥泥砂砂浆浆片片、、贴贴纸纸片片；；在在岩岩石石、、陡陡壁壁面面裂裂缝缝处处用用红红油油漆漆划划线线作作观观测测标标记记；；在在陡陡坎坎（（壁壁））软软弱弱夹夹层层出出露露处处设设置置简简易易观观测测标标桩桩等等，，定定期期用用各各种种长长度度量量具具测测量量裂裂缝缝长长度度、、宽宽度度、、深深度度变变化化及及裂裂缝缝形形态态、、开开裂裂延延伸伸的的方方向向。。简易易观观测测法法对对于于发发生生病病害害的的边边坡坡进进行行观观测测较较为为适适合合☻设站站观观测测法法设站站观观测测法法是是指指在在充充分分了了解解工工程程场场区区的的工工程程地地质质背背景景的的基基础础上上，，在在边边坡坡上上设设立立变变形形观观测测点点（（成成线线状状、、格格网网状状等等）），，在在变变形形区区影影响响范范围围之之外外稳稳定定地地点点设设置置固固定定观观测测站站，，用用测测量量仪仪器器（（经经纬纬仪仪、、水水准准仪仪、、测测距距仪仪、、摄摄影影仪仪及及全全站站型型电电子子速速测测仪仪、、GPS接收收机机等等））定定期期监监测测变变形形区区内内网网点点的的三三维维（（X、Y、Z）位位移移变变化化的的一一种种行行之之有有效效的的监监测测方方法法。。设站站观观测测法法主主要要包包括括以以下下三三种种方方法法（1）大大地地测测量量法法（2）近近景景摄摄影影测测量量法法（3）GPS（全全球球定定位位系系统统））测测量量法法三种种方方法法的的优优缺缺点点比比较较测量方法优缺大地测量法1）能确定边坡地表变形范围；2）量程不受限制；3）能观测到边坡体的绝对位移量。受到地形通视条件限制和气象条件的影响，工作量大，周期长，连续观测能力较差。

近景摄影测量法1）其周期性重复摄影方便；2）外业省时省力；3）可同时测定多点在某一瞬间的空间位置，像片资料可随时进行比较。

在观测的绝对精度方面还不及某些传统的测量方法GPS测量法优点：1）观测点之间无需通视，选点方便；2）观测不受天气条件的限制；3）观测点的三维坐标可以同时测定，对于运动的观测点能精确测出它的速度；4）测量精度高GPS接收机价格较昂贵☻仪表表观观测测法法仪表表观观测测法法是是指指用用精精密密仪仪器器仪仪表表对对变变形形斜斜坡坡进进行行地地表表及及深深部部的的位位移移、、倾倾斜斜（（沉沉降降））动动态态，，裂裂缝缝相相对对张张、、闭闭、、沉沉、、错错变变化化及及地地声声、、应应力力应应变变等等物物理理参参数数与与环环境境影影响响因因素素进进行行监监测测。。电电子子仪仪表表观观测测的的内内容容，，基基本本上上能能实实现现连连续续观观测测，，自自动动采采集集、、存存储储、、打打印印和和显显示示观观测测数数据据。。远远距距离离无无线线传传输输是是该该方方法法最最基基本本的的特特点点，，由由于于其其自自动动化化程程度度高高，，可可全全天天候候连连续续观观测测，，故故省省时时、、省省力力和和安安全全，，是是当当前前和和今今后后一一个个时时期期滑滑坡坡监监测测发发展展的的方方向向。。3.2.3边坡坡监监测测项项目目的的选选定定及及仪仪器器的的选选型型3.2.3.1监测测项项目目的的选选定定边坡坡监监测测项项目目及及其其适适用用范范围围：：（1）大大地地测测量量水水平平变变形形、、垂垂直直变变形形监监测测对对边边坡坡和和滑滑坡坡及及其其不不同同阶阶段段都都可可适适用用。。（2）正正、、倒倒垂垂线线法法一一般般只只适适用用于于重重大大的的人人工工边边坡坡工工程程。。（3）表面倾倾斜监测测一般适适合于边边坡施工工期和滑滑坡整治治期监测测。（4）地表裂裂缝包括括断层、、裂缝、、层面的的监测等等。（5）钻孔深深部位移移监测，，包括测测水平位位移的钻钻孔测斜斜仪法和和测孔轴轴向位移移的多点点位移计计法，对对边坡和和滑坡及及其不同同阶段都都可适用用。（6）爆破影影响监测测。（7）渗流渗渗压监测测，是边边（滑））坡重要要监测项项目。（8）雨量与与江河水水位监测测（9）松动范范围监测测。（10）加固效效果监测测。（11）巡视检检查。边（滑））坡监测测项目选选择序号监测项目人工边坡天然滑坡施工期运行期前期整治期整治后1大地测量水平变形√√√√√2大地测量垂直变形√√√√

3正垂倒垂线

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4表面倾斜√√5地表裂缝√√√√6钻孔深部位移√√√√7爆破影响监测√

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8渗流渗压监测√√√√9雨量监测√√√√10水位监测

√√√√11松动范围监测√12加固效果监测√√√√13巡视检查√√√√√3.2.3.2监测仪器器的选型型一、仪器器选型的的原则1）可靠、、适用。。2）具有工工程所要要的精度度、量程程、直线线性和重重复性。。3）施工期期安全监监测仪器器应力求求结构、、安装和和操作简简单，价价格便宜宜。4）兼顾自自动化监监测的需需要。5）仪器类类型宜尽尽量单一一。6）综合比比较。二、仪器器的选择择根根据检测测内容的的不同选选择不同同的仪器器具体如如下：A、变形监监测经纬仪和和水准仪仪、垂线线坐标仪仪、表面面倾斜仪仪、测缝缝计、收收敛计等等B、爆破影影响监测测低频仪器器地震检检波器等等C、渗流渗渗压监测测渗压计测测量、量量水堰D、雨量监监测雨量监测测可采用用雨量计计或采用用附近水水文站的的实测资资料。E、河水位位监测江江河水位位的监测测可采用水水位自测测，或向向附近的的水文站站索取所所需资料料。F、松动范范围的监监测松动范围围一般采采用声波波仪配换换能器检检测※3.3边坡变形形监测3.3.1地面变变形监监测地面变变形监监测是是边坡坡监测测中的的常规规监测测项目目，通通常应应用的的仪器器有两两类：：一是大大地测测量（（精度度高的的）仪仪器，，如红红外仪仪、经经纬仪仪、水水准仪仪、全全站仪仪、GPS等，二是专专门用用于边边坡变变形监监测的的设备备，如如裂缝缝计、、钢带带和标标桩、、地面面位移移伸长长计和和全自自动无无线边边坡监监测系系统、、光纤纤应变变监测测系统统等。。地面变变形监监测主主要采采用边边坡工工程监监测方方法中中的设设站观观测法法和仪仪表观观测法法，包包括：：1)、大地地测量量法2)、摄影影测量量法3)、测量量机器器人监监测系系统4)、自动动化监监测网网5)、光纤纤应变变监测测系统统1)、大地地测量量法大地测测量法法是在在变形形边坡坡地区区设置置观测测桩、、站、、网，，在变变形边边坡以以外的的稳定定地段段设置置固定定站进进行观观测。。一般采采用十十字形形观测测网、、放射射形观观测网网、方方格形形观测测网等等。。(a)十字形形观测测网(b)放射性性观测测网(c)方格形形观测测网大地测测量法法网型型布置置图2)、摄影影测量量法摄影测测量法法是用用地面面摄影影经纬纬仪，，在不不同的的时间间内，，对边边坡进进行摄摄影测测量，，适用用于大大面积积边坡坡的移移动测测量。。优优点点是：：它测测量的的不是是边坡坡上个个别观观测点点的移移动，，而是是整个个观测测视野野内边边坡上上所有有点的的移动动。对对人员员不能能到达达的地地方也也能测测量。。摄摄影影测量量精度度主要取取决于于y距（又称称纵距距）及及摄影影经纬纬仪的的焦距距。一一般来来说，，纵纵距越越小，，精度度越高高，焦焦距越越长，，精度度越高高。3)、测量量机器器人监监测系系统机器人人监测测系统统，具具有自自动识识别目目标的的ATR（AutomaticTargetRecognition）功能能，能能自动动搜索索、照照准目目标，，实现现角度度、距距离的的全自自动化化测量量，从从而改改进传传统的的变形形监测测方法法、完完善传传统的的变形形监测测理论论、减减轻劳劳动工工作强强度等等。4)、自动动化监监测网网（3S技术））3S技术即地理理信息系统统（GeographyInformationSystem，GIS）、全球卫卫星定位系系统（GlobalPositioningSystem，GPS）和遥感遥遥测系统（（RemoteSensing，RS）5)、光纤应变变监测系统统光纤应变监监测系统，，按光的载载体可分为为基于拉曼曼散射的分分布式光纤纤检测系统统、基于瑞瑞利散射的的分布式光光纤监测系系统和基于于布里渊散散射的分布布式光纤检检测系统（（BOTDR）等三种形形式光纤应变监监测技术在在边坡监测测中的应用用BOTDR技术主要用用于长距离离分布式监监测如大型型堤防工程程、库岸边边坡及大型型露天采场场边坡等的的监测。FBG技术用于测测点处的应应变高速实实时地监测测和地震震引起往复复位移监测测。BOCDA技术用于距距离分辨率率要求更高高的工程监监测。如如桥梁的监监测等。3.3.2边坡表面裂裂缝量测山坡和建筑筑物（挡土土墙、房屋屋、水沟、、路面等））上的裂缝缝是滑坡变变形最明显显的标志。。对这些裂裂缝进行监监测是最简简单易行又又最直接的的监测，在在整个监测测系统中是是首先要采采用的。其其监测的主主要方法如如下：1、简易监监测法2、垂球法3、建筑物裂裂缝贴片监监测4、滑坡裂缝缝和位移监监测3.3.3边坡岩体表表面移动的的观测测量装置主主要有：简简易装置、、地面伸长长计、钢绳绳伸长计等等简易装置是是指在边坡坡表面上观观测岩体移移动的简单单的测量工工具，一般般不需要特特殊的仪器器设备，可可以在位移移地点进行行观测，直直接找出量量测数据或或经过简单单计算后得得出测量的的结果。3.3.4边坡深部位位移和滑动动面监测一、简单单地下位移移监测（1）塑料管钢钢棒观测法法（2）变形井监监测（3）剪切带变形井观测测剪切带二、应变变管监测应变管是将将电阻应变变片粘贴于于硬质聚氯氯乙烯管或或金属管上上，埋入钻钻孔中，管管外充填密密实，管随随滑坡位移移而变形，，电阻应变变片的电阻阻值也跟着着变化，由由此分析判判断出地下下位移和滑滑动面的位位置。优点：操作作容易，造造价低，测测定仪器不不复杂。用用该方法的的关键是贴贴片工艺和和防潮，在在孔中有水水时使用寿寿命有限。。缺点：不易易直接测出出位移值。。日本最早早将应变管管用于监测测滑坡的地地下位移和和滑动面位位置。三、固定式式钻孔测斜斜仪监测从20世纪50年代开始人人们就着手手研制测斜斜仪，通过过放入钻孔孔中测定土土体的侧向向位移，先先后出现过过多种形式式，目前较较多采用的的有三种，，包括惠斯斯登电桥摆摆锤式、应应变计式与与加速度计计式三种，，一个探头头测一个平平面方向的的变化，对对于双轴情情况采用两两个探头。。四、钻孔伸伸长计监测测钻孔内测量量岩体移动动时，常采采用钻孔伸伸长计测量量钻孔轴向向的位移量量。伸长计计既可用来来进行岩体体浅部的位位移量测，，也可用来来进行岩体体深部的位位移量测。。钻孔伸长计计1－重锤；2－支撑导轮轮；3－黄油；4－塑料管；；5－水泥砂浆浆；6－钢丝；；7－8号钢丝五、活动动式测斜斜仪监测测钻孔倾斜斜仪运用用到边坡坡工程中中的时间间不长，，它是测测量垂直直钻孔内内测点相相对于孔孔底的位位移（钻钻孔径向向）。观观测仪器器一般稳稳定可靠靠，测量量深度可可达百米米且能连连续测出出钻孔不不同深度度的相对对位移的的大小和和方向。。因此，，这类仪仪器是观观测岩体体深部位位移、确确定潜在在滑动面面和研究究边坡变变形规律律较理想想的手段段，目前前在边坡坡深部位位移量测测中得到到广泛采采用。如如大冶铁铁矿边坡坡、长江江新滩滑滑坡、黄黄腊石滑滑坡、链链子崖岩岩体破坏坏等均运运用了此此类仪器器进行岩岩土深层层位移观观测。3.3.5边坡变形形量测资资料的处处理与分分析边坡的变变形测量量数据的的处理与与分析，，是边坡坡监测数数据管理理系统中中一个重重要的研研究内容容，可用用于对边边坡未来来的状况况进行预预报、预预警。边边坡变形形数据的的处理可可以分为为两个阶段段，一是对边坡变变形监测测的原始始数据的的处理，，该项处处理主要要是对边边坡变形形测试数数据进行行干扰消消除，以以获取真真实有效效的边坡坡变形数数据，这这一阶段段可以称称作为边边坡变形形量测数数据的预预处理。。边坡变变形数据据分析的的第二阶段段是运用边边坡变形形量测数数据分析析边坡的的稳定性性现状，，并预测测可能出出现的边边坡破坏坏，建立立预测模模型。相相应内容容参考第第二章及及其他有有关书籍籍。※3.4边坡应力力监测边坡处治治监测中中的应力力监测包包括：1、边坡内内部应力力监测、、2、支护结结构应力力监测、、3、锚杆（（索）预预应力监监测。1、边坡内内部应力力测试坡内部应应力监测测可通过过压力盒盒量测滑滑带承重重阻滑受受力和支支挡结构构（如抗抗滑桩等等）受力力，以了了解边坡坡体传递递给支挡挡工程的的压力以以及支护护结构的的可靠性性。值得注意意的是埋埋设接触触不良可可使压力力盒失效效或测值值很小，，以及及压力盒盒的性能能好坏，，直接影影响压力力测量值值的可靠靠性和精精确度。。2、岩石边边坡地应应力监测测边坡地应应力监测测主要是是针对大大型岩石石边坡工工程，为为了了解解边坡地地应力或或在施工工过程中中地应力力变化而而进行的的一项重重要监测测工作。。地应力监监测包括括绝对应力力测量和地应力变变化监测测。3、边坡锚锚固应力力测试锚固应力力测试主主要包括括：1锚杆轴力力的量测测2对预应力力锚索应应力监测测3对于绝对对应力测测量4对于地应应力变化化监测锚杆轴力力量测锚杆轴力力量测的的目的在在于了解解锚杆实实际工作作状态，，结合位位移量测测，修正正锚杆的的设计参参数；锚锚杆轴力力量测主主要使用用的是量量测锚杆杆。机械式量量测锚杆杆通过长长期监测测，从而而可以得得到锚杆杆不同部部位应力力随时间间的变化化关系（（见下页页）量测锚杆杆结构与与安装示示意图同时间锚锚杆轴力力随深度度的变化化曲线不同点锚锚杆轴力力随时间间的变化化曲线※3.5边坡地下下水监测测地下水是是边坡失失稳的主主要诱发发因素，，对边坡坡工程而而言，地地下水动动态监测测也是一一项重要要的监测测内容，，特别是是对于地地下水丰丰富的边边坡，应应特别引引起重视视。地下下水动态态监测以以了解地地下水位位为主，，根据工工程要求求，可进进行地下下水孔隙隙水压力力、扬压压力、动动水压力力、地下下水水质质监测等等。一、地地下水位位监测我国在20世纪90年代初成成功研制制了WLT-1020地下水位位动态监监测仪（（下图）），后又又经过两两次改进进，现在在性能已已日臻完完善。该该仪器能能对地下下水水位位和水温温动态变变化进行行长期自自动监测测，亦能能监测河河流和水水库的水水位变化化，并能能对各种种塔罐内内的液位位和温度度自动监监测，广广泛应用用于水文文地质、、环境地地质、地地质灾害害预测预预报、环环境保护护、水资资源管理理、地热热开采井井监测、、水利、、矿区水水文等领领域。WLT－1020地下水动态监监测仪二、孔隙隙水压力力监测在边坡工工程中的的孔隙水水压力是是评价和和预测边边坡稳定定性得一一个重要要因素，，因此需需要在现现场埋设设仪器进进行观测测。目前前监测孔孔隙水压压力主要要采用孔孔隙水压压力监测测仪，根根据测试试原理可可分为四四类：（（1）液压式式孔隙水水压力仪仪；（（2）电气式式孔隙水水压力仪仪；（（3）气压式式孔隙水水压力仪仪；（（4）钢弦式式孔隙水水压力仪仪。孔隙水压压力的观观测点的的布置视视边坡工工程具体体情况确确定。一一般原则则是将多多个仪器器分别埋埋于不同同观测点点的不同同深度处处，形成成一个观观测剖面面以观测测孔隙水水压力的的空间分分布。仪器埋设设埋设仪器器可采用用钻孔法法或压入入法而以以钻孔法法为主，，压入法法只适用用于软土土层。用用钻孔法法时，先于孔底填少少量砂，，置入测测头之后再在其周围围和上部部填砂，，最后用膨胀黏黏土球将将钻孔全全部严密密封好。。由于两两种方法法都不可可避免地地会改变变土体中中的应力力和孔隙隙水压力力的平衡衡条件，，需要一一定时间间才能使使这种改改变恢复复到原来来状态，，所以应应提前埋设设仪器。。※3.6边坡工程程监测实实例－基于常常规仪器器与GPS相结合的的全自动动化遥