岩土工程测试技术课件第三章

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。设站观测测法主要要包括以以下三种种方法（1）大地测测量法（2）近景摄摄影测量量法（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监测仪器的选型型一、仪器选型的的原则1）可靠、适用。。2）具有工程所要要的精度、量程程、直线性和重重复性。3）施工期安全监监测仪器应力求求结构、安装和和操作简单，价价格便宜。4）兼顾自动化监监测的需要。5）仪器类型宜尽尽量单一。6）综合比较。二、仪器的选择择

根据检测测内容的不同选选择不同的仪器器具体如下：A、变形监测经纬仪和水准仪仪、垂线坐标仪仪、表面倾斜仪仪、测缝计、收收敛计等B、爆破影响监测测低频仪器地震检检波器等C、渗流渗压监测测渗压计测量、量量水堰D、雨量监测雨量监测可采用用雨量计或采用用附近水文站的的实测资料。E、河水位监测江江河水位的监测测可采用水位自测测，或向附近的的水文站索取所所需资料。F、松动范围的监监测松动范围一般采采用声波仪配换换能器检测※3.3边坡变形监测3.3.1地面变形监测地面变形监测是是边坡监测中的的常规监测项目目，通常应用的的仪器有两类：：一是大地测量（（精度高的）仪仪器，如红外仪仪、经纬仪、水水准仪、全站仪仪、GPS等，二是专门用于边边坡变形监测的的设备，如裂缝缝计、钢带和标标桩、地面位移移伸长计和全自自动无线边坡监监测系统、光纤纤应变监测系统统等。地面变形监测主主要采用边坡工工程监测方法中中的设站观测法法和仪表观测法法，包括：1)、大地测量法2)、摄影测量法3)、测量机器人监监测系统4)、自动化监测网网5)、光纤应变监测测系统1)、大地测量法大地测量法是在在变形边坡地区区设置观测桩、、站、网，在变变形边坡以外的的稳定地段设置置固定站进行观观测。一般采用十字形形观测网、放射射形观测网、方方格形观测网等等。(a)十字形观测网(b)放射性观测网(c)方格形观测网大地测量法网型型布置图2)、摄影测量法摄影测量法是用用地面摄影经纬纬仪，在不同的的时间内，对边边坡进行摄影测测量，适用于大大面积边坡的移移动测量。优优点是：：它测量的不是是边坡上个别观观测点的移动，，而是整个观测测视野内边坡上上所有点的移动动。对人员不能能到达的地方也也能测量。摄摄影测量量精度主要取决于y距（又称纵距）及及摄影经纬仪的的焦距。一般来来说，纵距越越小，精度越高高，焦距越长，，精度越高。3)、测量机器人监监测系统机器人监测系统统，具有自动识识别目标的ATR（AutomaticTargetRecognition）功能，能自动动搜索、照准目目标，实现角度度、距离的全自自动化测量，从从而改进传统的的变形监测方法法、完善传统的的变形监测理论论、减轻劳动工工作强度等。4)、自动化监测网网（3S技术）3S技术即地理信息息系统（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对于地应力变化化监测锚杆轴力量测锚杆轴力量测的的目的在于了解解锚杆实际工作作状态，结合位位移量测，修正正锚杆的设计参参数；锚杆轴力力量测主要使用用的是量测锚杆杆。机械式量测锚杆杆通过长期监测测，从而可以得得到锚杆不同部部位应力随时间间的变化关系（（见下页）量测锚杆结构与与安装示意图同时间锚杆轴力力随深度的变化化曲线不同点锚杆轴力力随时间的变化化曲线※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边坡工程监测测实例－基于常规仪仪器与GPS相结合的全自自动化遥控边边坡监测系统统目前，常规规监测方法存存在自动化程程度不高，监监测过程中人人为因素影响响较大等问题题。另外该系系统集同轴电电缆时间域反反射仪（TimeDomainReflectometry-TDR）和精密全球球定位系统（（GlobalPositioningSystem-GPS）等高技术于于一体，从而而使得其功能能具有独特性性和全面性。。一、监测系系统的构成系统的组成决决定于所设计计的系统的功功能。该系统统一方面可以以用来监测边边坡表面和土土体内位移、、孔隙水压力力、现场雨量量大小、滑裂裂面位置等边边坡滑动有关关的重要参数数；另一方面面可实现全自自动化的监测测和数据的收收集、存储、、发送、分析析的功能。自