岩土工程测试技术课件第三章图文丰富

3边坡工程监测3.1边坡监测的目的和意义3.2边坡监测的内容和方法及仪器选型3.3边坡变形监测3.4边坡应力监测3.5边坡地下水监测3.6边坡工程监测实例思考题※3.1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100～200亿元，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、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，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。※3.2边坡监测内容和方法及仪器选型

3.2.1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。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。设站观测法主要包包括以下三种方法法（1）大地测量法（2）近景摄影测量法法（3）GPS（全球定定位系统统）测量量法三种方法法的优缺缺点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☻仪表观测测法仪表观测测法是指指用精密密仪器仪仪表对变变形斜坡坡进行地地表及深深部的位位移、倾倾斜（沉沉降）动动态，裂裂缝相对对张、闭闭、沉、、错变化化及地声声、应力力应变等等物理参参数与环环境影响响因素进进行监测测。电子子仪表观观测的内内容，基基本上能能实现连连续观测测，自动动采集、、存储、、打印和和显示观观测数据据。远距距离无线线传输是是该方法法最基本本的特点点，由于于其自动动化程度度高，可可全天候候连续观观测，故故省时、、省力和和安全，，是当前前和今后后一个时时期滑坡坡监测发发展的方方向。3.2.3边坡监测测项目的的选定及及仪器的的选型3.2.3.1监测项目目的选定定边坡监测测项目及及其适用用范围：：（1）大地测测量水平平变形、、垂直变变形监测测对边坡坡和滑坡坡及其不不同阶段段都可适适用。（2）正、倒倒垂线法法一般只只适用于于重大的的人工边边坡工程程。（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

√

4表面倾斜√√5地表裂缝√√√√6钻孔深部位移√√√√7爆破影响监测√

√

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）施工期安安全监测仪仪器应力求求结构、安安装和操作作简单，价价格便宜。。4）兼顾自动动化监测的的需要。5）仪器类型型宜尽量单单一。6）综合比较较。二、仪器的的选择根根据检测测内容的不不同选择不不同的仪器器具体如下下：A、变形监测测经纬仪和水水准仪、垂垂线坐标仪仪、表面倾倾斜仪、测测缝计、收收敛计等B、爆破影响响监测低频仪器地地震检波器器等C、渗流渗压压监测渗压计测量量、量水堰堰D、雨量监测测雨量监测可可采用雨量量计或采用用附近水文文站的实测测资料。E、河水位监监测江河水水位的监测测可采用水位位自测，或或向附近的的水文站索索取所需资资料。F、松动范围围的监测松动范围一一般采用声声波仪配换换能器检测测※3.3边坡变形监监测3.3.1地面变形监监测地面变形监监测是边坡坡监测中的的常规监测测项目，通通常应用的的仪器有两两类：一是大地测测量（精度度高的）仪仪器，如红红外仪、经经纬仪、水水准仪、全全站仪、GPS等，二是专门用用于边坡变变形监测的的设备，如如裂缝计、、钢带和标标桩、地面面位移伸长长计和全自自动无线边边坡监测系系统、光纤纤应变监测测系统等。。地面变形监监测主要采采用边坡工工程监测方方法中的设设站观测法法和仪表观观测法，包包括：1)、大地测量量法2)、摄影测量量法3)、测量机器器人监测系系统4)、自动化监监测网5)、光纤应变变监测系统统1)、大地测量量法大地测量法法是在变形形边坡地区区设置观测测桩、站、、网，在变变形边坡以以外的稳定定地段设置置固定站进进行观测。。一般采用十十字形观测测网、放射射形观测网网、方格形形观测网等等。(a)十字形观测测网(b)放射性观测测网(c)方格形观测测网大地测量法法网型布置置图2)、摄影测量量法摄影测量法法是用地面面摄影经纬纬仪，在不不同的时间间内，对边边坡进行摄摄影测量，，适用于大大面积边坡坡的移动测测量。优优点是：：它测量的的不是边坡坡上个别观观测点的移移动，而是是整个观测测视野内边边坡上所有有点的移动动。对人员员不能到达达的地方也也能测量。。摄摄影影测量精度度主要取决于于y距（又称纵距距）及摄影影经纬仪的的焦距。一一般来说，，纵距越越小，精度度越高，焦焦距越长，，精度越高高。3)、测量机器器人监测系系统机器人监测系统，，具有自动识别目目标的ATR（AutomaticTargetRecognition）功能，能自动搜搜索、照准目标，，实现角度、距离离的全自动化测量量，从而改进传统统的变形监测方法法、完善传统的变变形监测理论、减减轻劳动工作强度度等。4)、自动化监测网（（3S技术）3S技术即地理信息系系统（GeographyInformationSystem，GIS）、全球卫星定位位系统（GlobalPositioningSystem，GPS）和遥感遥测系统统（RemoteSensing，RS）5)、光纤应变监测系系统光纤应变监测系统统，按光的载体可可分为基于拉曼散散射的分布式光纤纤检测系统、基于于瑞利散射的分布布式光纤监测系统统和基于布里渊散散射的分布式光纤纤检测系统（BOTDR）等三种形式光纤应变监测技术术在边坡监测中的的应用BOTDR技术主要用于长距距离分布式监测如如大型堤防工程、、库岸边坡及大型型露天采场边坡等等的监测。FBG技术用于测点处的的应变高速实时地地监测和地震引引起往复位移监测测。BOCDA技术用于距离分辨辨率要求更高的工工程监测。如桥桥梁的监测等。3.3.2边坡表面裂缝量测测山坡和建筑物（挡挡土墙、房屋、水水沟、路面等）上上的裂缝是滑坡变变形最明显的标志志。对这些裂缝进进行监测是最简单单易行又最直接的的监测，在整个监监测系统中是首先先要采用的。其监监测的主要方法如如下：1、简易监测法2、垂球法3、建筑物裂缝贴片片监测4、滑坡裂缝和位移移监测3.3.3边坡岩体表面移动动的观测测量装置主要有：：简易装置、地面面伸长计、钢绳伸伸长计等简易装置是指在边边坡表面上观测岩岩体移动的简单的的测量工具，一般般不需要特殊的仪仪器设备，可以在在位移地点进行观观测，直接找出量量测数据或经过简简单计算后得出测测量的结果。3.3.4边坡深部位移和滑滑动面监测一、简单地下位位移监测（1）塑料管钢棒观测测法（2）变形井监测（3）剪切带变形井观测剪切带二、应变管监测测应变管是将电阻应应变片粘贴于硬质质聚氯乙烯管或金金属管上，埋入钻钻孔中，管外充填填密实，管随滑坡坡位移而变形，电电阻应变片的电阻阻值也跟着变化，，由此分析判断出出地下位移和滑动动面的位置。优点：操作容易，，造价低，测定仪仪器不复杂。用该该方法的关键是贴贴片工艺和防潮，，在孔中有水时使使用寿命有限。缺点：不易直接测测出位移值。日本本最早将应变管用用于监测滑坡的地地下位移和滑动面面位置。三、固定式钻孔测测斜仪监测从20世纪50年代开始人们就着着手研制测斜仪，，通过放入钻孔中中测定土体的侧向向位移，先后出现现过多种形式，目目前较多采用的有有三种，包括惠斯斯登电桥摆锤式、、应变计式与加速速度计式三种，一一个探头测一个平平面方向的变化，，对于双轴情况采采用两个探头。四、钻孔伸长计监监测钻孔内测量岩体移移动时，常采用钻钻孔伸长计测量钻钻孔轴向的位移量量。伸长计既可用用来进行岩体浅部部的位移量测，也也可用来进行岩体体深部的位移量测测。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；7－8号钢丝五、活动式测斜仪仪监测钻孔倾斜仪运用到到边坡工程中的时时间不长，它是测测量垂直钻孔内测测点相对于孔底的的位移（钻孔径向向）。观测仪器一一般稳定可靠，测测量深度可达百米米且能连续测出钻钻孔不同深度的相相对位移的大小和和方向。因此，这这类仪器是观测岩岩体深部位移、确确定潜在滑动面和和研究边坡变形规规律较理想的手段段，目前在边坡深深部位移量测中得得到广泛采用。如如大冶铁矿边坡、、长江新滩滑坡、、黄腊石滑坡、链链子崖岩体破坏等等均运用了此类仪仪器进行岩土深层层位移观测。3.3.5边坡变形量测资料料的处理与分析边坡的变形测量数数据的处理与分析析，是边坡监测数数据管理系统中一一个重要的研究内内容，可用于对边边坡未来的状况进进行预报、预警。。边坡变形数据的的处理可以分为两个阶段，一是对边坡变形监测的的原始数据的处理理，该项处理主要要是对边坡变形测测试数据进行干扰扰消除，以获取真真实有效的边坡变变形数据，这一阶阶段可以称作为边边坡变形量测数据据的预处理。边坡坡变形数据分析的的第二阶段是运用边坡变形量量测数据分析边坡坡的稳定性现状，，并预测可能出现现的边坡破坏，建建立预测模型。相相应内容参考第二二章及其他有关书书籍。※3.4边坡应力监测边坡处治监测中的的应力监测包括：：1、边坡内部应力监监测、2、支护结构应力监监测、3、锚杆（索）预应应力监测。1、边坡内部应力测测试坡内部应力监测可可通过压力盒量测测滑带承重阻滑受受力和支挡结构（（如抗滑桩等）受受力，以了解边坡坡体传递给支挡工工程的压力以及支支护结构的可靠性性。值得注意的是埋设设接触不良可使压压力盒失效或测值值很小，以及压压力盒的性能好坏坏，直接影响压力力测量值的可靠性性和精确度。2、岩石边坡地应力力监测边坡地应力监测主主要是针对大型岩岩石边坡工程，为为了了解边坡地应应力或在施工过程程中地应力变化而而进行的一项重要要监测工作。地应力监测包括绝对应力测量和地应力变化监测。。3、边坡锚固应力测测试锚固应力测试主要要包括：1锚杆轴力的量测2对预应力锚索应力力监测3对于绝对应力测量量4对于地应力变化监监测锚杆轴力量测锚杆轴力量测的目目的在于了解锚杆杆实际工作状态，，结合位移量测，，修正锚杆的设计计参数；锚杆轴力力量测主要使用的的是量测锚杆。机械式量测锚杆通通过长期监测，从从而可以得到锚杆杆不同部位应力随随时间的变化关系系（见下页）量测锚杆结构与安安装示意图同时间锚杆轴力随随深度的变化曲线线不同点锚杆轴力随随时间的变化曲线线※3.5边坡地下水监测测地下水是边坡失失稳的主要诱发发因素，对边坡坡工程而言，地地下水动态监测测也是一项重要要的监测内容，，特别是对于地地下水丰富的边边坡，应特别引引起重视。地下下水动态监测以以了解地下水位位为主，根据工工程要求，可进进行地下水孔隙隙水压力、扬压压力、动水压力力、地下水水质质监测等。一、地下水位位监测我国在20世纪90年代初成功研制制了WLT-1020地下水位动态监监测仪（下图）），后又经过两两次改进，现在在性能已日臻完完善。该仪器能能对地下水水位位和水温动态变变化进行长期自自动监测，亦能能监测河流和水水库的水位变化化，并能对各种种塔罐内的液位位和温度自动监监测，广泛应用用于水文地质、、环境地质、地地质灾害预测预预报、环境保护护、水资源管理理、地热开采井井监测、水利、、矿区水文等领领域。WLT－1020地下水动态监测仪二、孔隙水压力力监测在边坡工程中的的孔隙水压力是是评价和预测边边坡稳定性得一一个重要因素，，因此需要在现现场埋设仪器进进行观测。目前前监测孔隙水压压力主要采用孔孔隙水压力监测测仪，根据测试试原理可分为四四类：（1）液压式孔隙水水压力仪；（（2）电气式孔隙水水压力仪；（（3）气压式孔隙水水压力仪；（（4）钢弦式孔隙水水压力仪。孔隙水压力的观观测点的布置视视边坡工程具体体情况确定。一一般原则是将多多个仪器分别埋埋于不同观测点点的不同深度处处，形成一个观观测剖面以观测测孔隙水压力的的空间分布。仪器埋设埋设仪器可采用用钻孔法或压入入法而以钻孔法法为主，压入法法只适用于软土土层。用钻孔法法时，先于孔底填少量砂，，置入测头之后再在其周围和上部部填砂，最后用膨胀黏土球将将钻孔全部严密密封好。由于两两种方法都不可可避免地会改变变土体中的应力力和孔隙水压力力的平衡条件，，需要一定时间间才能使这种改改变恢复到原来来状态，所以应应提前埋设仪器。。※3.6边坡工程监测实实例－基于常规仪器器与GPS相结合的全自动动化遥控边坡监监测系统目前，，常规监测方法法存在自动化程程度不高，监测测过程中人为因因素影响较大等等问题。另外该该系统集同轴电电缆时间域反射射仪（TimeDomainReflectometry-TDR）和精密全球定定位系统（GlobalPositioningSystem-GPS）等高技术于一一体，从而使得得其功能具有独独特性和全面性性。一、监测系统统的构成系统的组成决定定于所设计的系系统的功能。该该系统一方面可可以用来监测边边坡表面和土体体内位移、孔隙隙水压力、现场场雨量大小、滑滑裂面位置等边边坡滑动有关的的重要参数；另另一方面可实现现全自动化的监监测和数