岩体工程监测技术

TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"10岩体工程监测技术 1\o"CurrentDocument"10.1岩体工程监测技术的应用与研究综述 1\o"CurrentDocument"10.1.1岩体工程安全监测的发展历程 110.1.2岩体工程安全监测技术的发展 3\o"CurrentDocument"10.2岩体工程监测设计 510.2.1环境量的监测或收集 510.2.2边坡工程监测 6\o"CurrentDocument"10.2.3地下工程监测 810.2.4坝基工程监测 9\o"CurrentDocument"10.3岩体工程监测仪器 1210.3.1监测仪器的选型原则 12\o"CurrentDocument"10.3.2目前国内常用的岩体工程监测类型 12\o"CurrentDocument"10.4监测资料的分析和反馈 1310.4.1监测资料的收集和整理 1410.4.2监测资料的分析方法 1410.4.3监测预报的基本方法 1510.4.4监测反馈的基本方法 16\o"CurrentDocument"10.5存在的问题 16\o"CurrentDocument"参考文献 1610岩体工程监测技术10.1岩体工程监测技术的应用与研究综述10.1.1岩体工程安全监测的发展历程水电工程是开展安全监测较早的领域之一，在20世纪50、60年代，随着我国水电工程的兴建，基于大坝的“原型观测”技术首先在水利水电站工程领域得到了开展和应用，但由于当时的技术水平限制，手段和方法较为简单。改革开放以来，随着大规模的国民经济建设，观测技术随着岩土工程的稳定分析和监控手段而得到迅速发展，由原来的原型观测向安全监控转变。特别是随着地下工程的快速建设，新奥施工法得到了大力推广，岩石工程安全监测得到蓬勃发展，也提高了对安全监测在工程中重要性的认识，岩土工程安全监测逐步纳入到工程勘测一设计一施工运行体系，成为系统的重要组成部分。“原型观测”和“安全监测”不仅是两种不同的称谓，而且本质上也存在差别［1］。前者把工作目的放在检验设计上，后者则把监测工程的安全作为主要目的，这使得从监测设计到监测实施在原则上发生了深刻的变化，这种变化不仅体现在监测项目及仪器数量的增加，在指导思想也产生了飞跃，对监测与工程的更好结合，以及监测自身的发展，均起到积极的作用。自20世纪70年代以来，随着东风、隔河岩、二滩、十三陵、小浪底、五强溪、天生桥二级、三峡、龙滩等大批水电工程的兴建，岩土工程安全监测与工程密切结合，得到全面发展和普及。水电岩土工程监测若按进展时间可分为：施工期安全监测和运行期安全监测。在各个行业中，以水电工程的安全监测技术和手段最为全面、监测时间最为持久。特别是大坝作为永久性建筑物，与国民经济和当地人民生命财产安全休戚相关，且其安全监测周期最长，成果也最丰富。若按监测对象，岩土工程监测可分为：工程边坡（滑坡）安全监测、地下工程安全监测和坝基安全监测。其中，工程边坡（滑坡）安全监测又包括工程边坡和自然边坡监测；地下工程安全监测则包括地下洞室监测、隧道监测、地铁监测、基坑监测等。工程边坡（滑坡）安全监测是随着水利工程的兴建或滑坡事件的发展而发展起来的。20世纪60年代末到70年代初，先后在长江三峡的链子崖、新滩滑坡和龙羊峡的虎山坡滑坡体等工程开展岩体监测，如采用大地变形监测网、裂缝、地下水和降雨量等监测手段。20世纪80年代以后，在二滩、天生桥二级、新滩滑坡、小浪底等工程，开始广泛采用岩石多点位移计、钻孔倾斜仪监测岩体的深部变形。21世纪初始，在广西龙滩工程⑵，针对左右岸多个边坡（如左右岸缆机平台边坡、左右岸导流洞进出口口边坡、航道边坡、左岸蠕变体等），开展了以变形为主的监测工作，采用如多点位移计、钻孔测斜仪、全站仪、数字水准仪等多种监测手段对岩体的深部位移和地表位移进行监控。2002年5月以后［3］，针对小湾水电站左岸2号山梁的近700多米高的堆积体边坡，采用了全站仪、GPS一机多天线等多种监测仪器进行变形，根据监测成果，及时对堆积体边坡采取加固措施，确保了堆积体边坡的安全。2006年以后⑷，针对锦屏一级水电站左岸500多米开挖边坡的变形，采用全站仪、多点位移计、滑动测微计、石墨杆收敛计、锚索测力计等，对边坡地表、浅部以及深部变形和边坡加固措施的支护应力进行全面监控。可以看出，通过不断结合工程实践，工程边坡（滑坡）安全监测技术正持续向更高的水平发展。地下工程安全监测是于20世纪70年代末、80年代初，随着新奥法在我国推广，作为新奥法三大要素之一的现场监测首先在地下工程中得以推广和发展，表现出与工程施工紧密结合的特点。“六五”期间，结合“水电站大型地下洞室群围岩稳定和支护的研究和实践”专题，在引滦八一林和引大入泰等引水隧洞工程喷锚支护施工技术研究中，长科院、水科院、成勘院、昆明院等多家单位开展了以隧洞围岩变形为主，包括锚杆支护应力、地表沉降和声波测试等多种监测仪器实施的研究工作。自20世纪90年代以来，随着小浪底、二滩、李家峡、龙滩、枸皮滩、拉西瓦等水电水利工程的兴建，施工期岩体监测在大型工程中开始普及，监测技术不断提高，监测手段也在增加，除增加如锚索测力计等仪器外，监测数据的采集与管理、基于监测成果的反分析工作和水平也不断提高。基于监测成果的围岩支护、加固措施设计的调整也取得很好的效果，充分体现了监测与工程密切结合的特点。在水电工程中，大坝坝基监测是水电站永久监测的一部分。由于大坝坝基变形、渗流渗压对于评判大坝长期安全运行的稳定性状况具有重要意义，因此，坝基的不均匀沉降、开挖引起的卸荷回弹、渗流渗压等监测项目已在二滩、瀑布沟、三峡、龙滩、龙头石、小湾、锦屏一级等大中型水电水利工程中广泛采用。10.1.2岩体工程安全监测技术的发展10.1.2.1监测仪器的发展监测仪器是随着国内外监测技术的发展而不断完善和更新。目前国内外常用的岩土工程监测仪器，按工作原理可分为：差动电阻式、振弦式、差动电容式、差动电感式、步进马达式、CCD式以及最新发展起来的光纤传感器和非接触类变形监测仪器，如三维激光扫描仪、合成孔径雷达等。按监测项目，目前岩土工程监测仪器又可分为变形类监测仪器、渗流渗压类监测仪器、应力应变类监测仪器。（1） 变形类监测仪器，可再分为外部变形和内部变形类仪器。外部变形监测主要采用各种大地测量仪器如精密经纬仪、水准仪、全站仪，以及正倒垂线、双金属标、引张线、静力水准仪等；随着数字化近景摄影测量技术的发展，近景摄影进入了一个新的发展阶段，如三维激光扫描仪，中国水电顾问集团成都院于2007年开始了“三维激光扫描仪在大坝变形中的应用”研究工作；另外，国外也在尝试采用合成孔径雷达在水电工程的应用，比较有代表性的如意大利的IBIS系统。内部变形类仪器最常用的如多点位移计、测斜仪等，以及最近几年在国内小湾、锦屏一级水电站应用的石磨杆式位移计、滑动测微计。从工作原理看，变形类监测仪器最为多样化，有差动电阻式、振弦式、差动电容式、差动电感式、步进马达式、CCD式以及光纤传感器等。（2） 渗流渗压类监测主要包括如量水堰、渗压计、测压管、水位孔等监测手段。从仪器的测量精度看，渗流渗压类监测仪器以振弦式仪器最高。（3） 应力应变类监测仪器主要包括钢筋计、锚杆应力计、锚索测力计、接触式压力计、混凝土应变计组及无应力、混凝土压应力计等。从目前国内的使用情况看，以差动电阻式、振弦式最为常见。最近几年，由于光纤光栅技术的发展，也出现了光纤光栅类的应力应变监测仪器，如北京基康公司生产的光纤光栅类钢筋计、锚索测力计、混凝土应变计组及无应力等，这类仪器在动态应力的测试上较其它类型的具有明显的优势。10.1.2.2监测数据的分析和反馈资料整理分析和反馈是岩土工程监测中极其重要的组成部分，是与设计方法的验证和改进相关联的，分析反馈的方法主要是利用长时间系列监测资料而建立起来的，由于位移相对应力来说容易监测，精度也较高，因此监测数据的分析、建模和反馈主要采用位移监测成果进行。位移监测模型主要包括三大类，即统计模型(Statisticalmodel)、确定性模型(Determinsticmodel)和混合模型(Hybridmodel)。1955年，Fanelli和Rocha开始应用统计回归方法分析大坝变形资料，建立了定量描述大坝效应量(如变形、渗流、应力等)与环境变量(如水位、温度、降雨等)之间的统计关系的数学表达式。1977年后，Fanelli等提出将有限元理论计算值与实测数据相互印证的确定性模型和混合型模型⑸。20世纪70年代后期，樱井春辅(S.Sakurai)、Gioda、杨志法和杨林德等［6］先后提出反分析法，根据实测资料来反演岩土介质物理力学参数，使之更加符合工程实际，这促使了监测资料更进一步的应用和反馈指导施工。80年代以来，随着系统科学的发展，模糊数学、灰色系统、神经网络、时间序列等也逐步在位移模型中得以应用［刀。并出现了综合多测点位移信息进行建模分析的数学模型。近几年，人工神经网络在观测数据处理与分析方面的应用研究已经开始，尤其是模糊数学与神经网络方法的有机结合，为相关的研究展现了广阔的前景。神经网络模型属于隐式模型，有自组织自适应能力，已有的研究成果表明，用神经网络模型对大坝、洞室、地表沉降等变形等进行拟合,其精度优于传统的统计模型。冯夏庭冏，孙钧［9］进行了神经网络的综合应用和施工智能控制研究工作。时间序列分析在岩土工程中应用也很多，比较典型的有史永胜［10］将边坡位移分成确定性位移和随机位移，用时序分析取得了很好的效果；李术才UH等用非线性时序分析模型进行了地下工程的位移预报。赵洪波［12］尝试了支持向量机方法在岩土工程中的应用；高玮［13］采用灰色系统和结合神经网络对地下工程变形进行了预测。10.1.2.3监测信息管理、预测预报系统进入20世纪90年代以来，岩土工程安全监测手段的硬件和软件发展迅速，监测范围不断扩大，监测自动化系统、信息处理和资料分析系统、安全预报系统也在不断推出和完善，目前在大坝、隧道、基坑、边坡工程中已经涌现出一些监测软件系统，其中又以大坝的系统开发工作最深入。信息系统可以分四个层次：①信息管理；②信息分析；③辅助决策；④安全综合评价专家系统。信息管理的主要功能包括数据库和图形库；信息分析包括数据库、方法库和图形库；辅助决策包括数据库、方法库、知识库和图形库；专家系统包括综合推理机、知识库、数据库、方法库、图库（图形和图像），即“一机四库”。总体上讲，目前监测系统软件开发比较多，尤以大坝为主，部分系统软件功能已经很完备，具有国际先进水平。目前在地下工程方面，出现以“小浪底地下厂房决策支持系统”为代表的，即第四层次的专家系统已经投入应用。以信息管理为主的第一层次的简单系统也有不少，但中间层次的比较缺乏，功能的集成性和完备性不好，不是查询功能较弱，就是预测分析或者可视化水平比较差，未见网络版本应用的报道，并且真正实现商业化的还未见。10.2岩体工程监测设计岩体工程监测的目的是：（1） 评价岩体工程施工期及运行期的安全稳定状况，跟踪和控制施工进程，为信息化施工提供依据；（2） 通过现场观测数据，研究所监测工程部位的变形发展趋势，发现可能存在的危险先兆，判断工程的安全性，防止破坏事故的发生；（3） 根据监测分析成果指导现场施工，确定合理的加固方案并评价防治工程的治理效果；（4） 通过监测资料的反演分析，获得岩体材料的物理力学参数等信息，检验工程勘察资料的可靠性，验证设计理论和设计参数选择的正确性。（5） 为验证和发展岩体工程的设计服务，为新的施工方法、技术提供可靠的资料和科学依据。10.2.1环境量的监测或收集外部环境因素对岩体工程的稳定性至关重要，因此，基于外部环境因素变化量的观测或收集，如环境量（气温、降雨等）、地下水、爆破开挖进度、填筑进度等，对于及时开展监测成果的分析及反馈分析就显得尤为重要。因此，这些外部环境因素变化量的观测或收集，已经成为岩土工程安全监测工作中必不可少的环节之一。环境量的观测，如气温、降雨等，目前主要采用在现场建设小型简易气象站方式。地下水监测，主要采用钻孔渗压计、水位孔、测压管、量水堰等进行量测。10.2.2边坡工程监测（1） 监测设计原则水电工程边坡安全监测设计主要结合边坡特点进行。一般边坡以整体稳定性检测为主，兼顾局部稳定性监测；稳定性监测以变形监测为主；对于滑动面确定的滑坡，以地表变形监测为主。一般情况下，水电工程边坡监测设计主要遵循以下原则：1） 目的明确，重点突出；2） 应监测边坡形状变化的全过程；3） 施工期监测应与运行期安全监测相结合；4） 布置仪器力求少而精；5） 安全监测以仪器量测为主，人工巡视、宏观调查为辅；6） 避免或减少施工干扰。边坡工程安全监测设计主要考虑两方面因素进行设计，一是结合边坡工程等级、地质条件、治理加固措施开展监测设计，另外则是根据目前国内外监测技术水平的发展确定具体的监测项目。对于I级、II级边坡和100m以上边坡，主要开展：1） 位移与变形监测。包括外部监测和内部监测，其中外部监测以外部变形监测、坡面裂缝监测等；内部监测包括岩体内部变形监测、滑面和断层活动监测。2） 地下水监测。包括地下水位或水压力监测、排水点水量监测和水质监测等。3） 边坡加固结构监测。如针对抗滑桩、抗剪洞与锚固洞、锚杆锚索、挡墙等加固结构开展的监测，主要以应力应变监测为主。（2） 外部变形监测外部变形监测以变形监测为主，通过在边坡及其附近布设工作基点，在边坡上布置若干观测点，对边坡位移进行监测，具有能快速确定边坡地表变形范围、量程不受限制等优点。外部变形监测技术与监测仪器的发展水平密切相关，初期采用光学测量仪器，精度受到一定程度的限制；后来随着高精度光学和光电测量仪器，如全站仪、精密水准仪等仪器的出现，精度逐渐提高。目前，国内边坡外部变形监测大部分采用以全站仪、精密水准仪为主的监测方案，主要采用大地测量方法，如两方向（或三方向）前方交合法、双边距离交会法、视准线法、小角法、测距法以及精密三角高程测量法等。最近几年，随着全球定位系统（GPS）的出现，GPS测量技术以及GPS一机多天线也开始在边坡监测中采用；值得关注的是，最近两年，国内也出现了无接触观测技术在水电工程中的应用试验，如三维激光扫描技术、合成孔径雷达技术等。坡面裂缝监测主要采用埋设表面测缝计或三向测缝计进行。（3） 内部变形监测内部变形监测一般采用在钻孔或平洞内埋设监测仪器方式，获取坡体内部的变形特征。如国内常见的钻孔多点位移计、钻孔测斜仪、引张线仪，以及在锦屏一级水电站左岸边坡布设的石磨杆式位移计（收敛计）等监测仪器。（4） 地下水监测地下水监测主要采用水位孔、测压管（孔隙水压力监测）、量水堰（渗流量监测）等几种监测方式。一般情况下，对于地下水较为丰富的边坡，若内部布设了钻孔测斜仪，则其测斜孔内将布置1支以上的渗压计进行地下水监测，以利于多因素相关分析。对于排水廊道和重点排水孔排水量，一般采用量水堰进行监测；对排水水质和析出物，则采用水质和化学分析。（5） 边坡加固结构监测边坡加固结构监测主要针边坡加固处理措施开展相应的监测设计。若边坡加固措施以预应力锚索（杆）为主，则对锚索（杆）的支护效果进行监测，一般选取不少于总量的5%布设预应力传感器。（6） 边坡地质巡视检查边坡地质巡视检查是边坡监测的重要内容之一，是对其它检测方法的重要补充。通过对边坡的地形地貌特征变化、地下水补给与排泄情况、加固结构和建筑物变形破坏情况，以及对边坡环境的变化进行地质巡视，可以对边坡的稳定性状况作出初步分析和判断。10.2.3地下工程监测水电工程地下工程（如地下洞室群和长引水隧洞）的施工安全主要受围岩稳定性和地质环境的影响，而围岩稳定性主要与工程地质因素和工程因素有关。因此，地下工程安全监测设计主要根据围岩特性和支护形式开展工作，包括围岩变形监测、支护应力监测、地下水监测等。对长引水隧洞，若存在高速水流问题，还需要开展水力学观测专项工作。（1） 监测设计原则1） 地下工程监测设计应在围岩条件下和工程性状预测的基础上进行，以施工期监测为重点；2） 观测仪器布置合理，注意时空关系，控制关键部位；3） 力求监测围岩和支护结构性状变化的全过程；4） 采取仪器监测为主，人工巡视调查为辅，以弥补仪器覆盖面的不足；（2） 围岩变形监测围岩变形监测包括：围岩周边表面位移收敛观测、围岩内部位移、裂缝等监测项目。周边表面位移是开挖后围岩向临空方向的位移，是围岩应力状态调整变化的宏观反映。周边位移量测俗称收敛观测，通过周边位移量测可以判断围岩的稳定程度，以指导安全施工，并确定二次衬砌的合理时机。主要采用钢尺式收敛计或棱镜式全断面收敛仪。围岩内部位移监测是对洞室周边某点及围岩内部不同深度各点的位移状态的量测。对于地质条件复杂的不均匀岩体，洞室两侧和内部变形差异很大，进行内部位移量测对判别围岩稳定性和支护效果作用极大；同时，可通过内部位移沿深度的分布规律判别围岩松弛范围，优化围岩锚固设计参数。目前在水电地下工程中，主要采用钻孔多点位移计进行围岩内部位移的量测，由于测点有限（最多6点），反映围岩内部位移的变化效果有限。最近两年，随着监测技术水平的进步，已有地下工程开始采用滑动测微计进行围岩内部位移的量测，如溪洛渡、大岗山和锦屏一级等水电站。裂缝监测主要量测围岩表面裂缝变化和结构之间、结构与与围岩之间的开合度变化，常采用测缝计（表面或埋入式）、三向测缝计等仪器。（3） 支护应力监测支护应力监测主要是量测支护结构的应力应变变化，判断支护效果。监测仪器主要根据支护措施进行布设，一般采用钢筋计、锚杆应力计和锚索测力计等。（4） 地下水监测地下水监测主要采用测压管（孔隙水压力监测）、量水堰（渗流量监测）等监测方式。（5） 水力学观测专项对于高速水流的泄水隧洞，一般要求开展水力学观测专项工作，可分常规观测及专题观测。常规观侧包括流态、流速、压力、水面线、泄流能力、各种消能工的效果及有关水力参数、下游冲刷情况等。专题观测根据工程的特点和观测的目的而定，如要检验通气减蚀效果、掺气浓度及其沿程分布、减蚀保护范围等。水力学观测的实施一般由专业的科研单位实施。施工期间，仅开展水力学观测通用底座和观测电缆设计，底座预埋和观测电缆引线工作由施工单位实施。10.2.4坝基工程监测（1）覆盖层坝基监测1）监测设计原则在深厚覆盖层上建造大坝等工程建筑物，地基在坝体自重作用下受压产生压缩变形，压缩变形范围及其变形量除与覆盖层坝基础本身有关外，还与其上坝型、坝高及其筑坝材料密切相关，一般地基沉降量大约为坝高的0.3%〜1.0%。一般情况下，深厚覆盖层地基监测主要遵循以下原则：I） 及时了解建基面以下覆盖层地基在其上建筑物自重作用下受压产生压缩变形及其规律，预测其发展趋势，及时对工程建筑物的稳定安全作出评价和运行决策提供依据，确保工程建筑物的安全运行提供监控保障。II） 通过监测，及时掌握其变形情况，发现异常情况，及时采取补救措施，防止事故发生，确保工程安全。IID验证设计方案和施工工艺，验证设计边界假定和参数选取的合理性，为优化设计方案、改进施工工艺提供依据。从而达到为工程实践和科研提供有益经验，提高行业勘测设计水平、为后续类似工程服务。水电工程覆盖层地基监测项目主要包括：坝基沉降监测、渗流监测、地下水位监测、流量监测。2）坝基沉降监测I） 混凝土闸坝地基一般均质土坝均为低坝，其地基的沉降主要是通过布置在混凝土防渗墙及其上下游地基内的沉降环和布置在混凝土防渗墙的位错计相结合监测地基的沉降，对于混凝土闸坝已可以通过水准测量法。II） 土石坝地基这分有无基础廊道的坝体地基，当有基础廊道时，可在基础廊道内布置沉降仪、位移计测出相对基础廊道的沉降量，基础廊道的沉降量通过水准法校测，具体监测设备有多点位移计、沉降仪、电磁式沉降环；当无基础廊道时，可在混凝土防渗墙上布置位错计，监测覆盖层坝基相对混凝土防渗墙的相对沉降变形，通过与混凝土防渗墙的比较，已可以与基础三维计算成果结合来分析判断相应基础的沉降变形情况，具体监测设备有位移计等。根据如上将覆盖层坝基沉降主要监测手段及其方法归纳如下表。覆盖层坝基变形监测统计表监测项目坝型水平沉降开度测斜仪水准法沉降仪位移计位错计闸坝VVVVV土石坝VVVVVIID监测施工技术a水准法：分别在混凝土闸坝顶部的上下游埋设安装沉降标点；b沉降仪法：分别在混凝土或帷幕防渗体上下游基础的建基面及其下的基础内钻孔安装埋设沉降环，基础以上坝体预埋测斜管直至坝顶或基础廊道内；c位移计：分别在建基面及其以下基础内钻孔安装位移计锚头及其测杆，并将其测杆向上引全廊道内安装相应位移计；在混凝土防渗墙内预埋或钻孔安装位移计，并将其电缆引至下游坝面。3）渗流监测坝基渗流动水压力观测断面布置与坝体浸润线观测断面保持一致。对于大型和重要的中型水库，观测断面应不少于三个；对坝体较长，断面情况大体相同的情况，应不少于五个断面。监测断面上孔隙水压力仪的布置和埋设深度，可根据坝基的地质情况，防渗设施的结构、排水设备的形式，以及蓄水后可能产生的渗透破坏情况确定。4）流量监测流量监测是深厚覆盖层上建筑物安全监测的重要组成部分，包括渗漏水的总流量、分区流量及其水质监测。通过坝基的渗透流量的监测仪器主要包括量水堰、流量计和多种型式量水堰流量仪等。渗流量的布置有以下几种方法：I） 在大坝左右岸的排水、交通廊道内的排水沟内，设置三角形量水堰，以监测两岸坝肩和绕坝的渗流量；II） 对于建在覆盖层地基上的大坝，应在坝下游弃渣盖重区踵部基础下沿量水堰断面设置截水墙，用连接基岩的灌浆或高压喷灌阻止和集中坝体渗流水；IID在厂房排水洞或排水廊道内设置观测渗流量的量水堰进行观测，当渗水成滴水状时可用量筒加跑表测量；W）尽量进行单井流量、井组流量和总汇流量的观测，利用坝段集水井的平均渗流量，设置专用测控装置及配套的水位传感器测量，监测集水井的水位变化V）对于覆盖层地基河床部位有渗水量大的泉眼时，可在坝基做隔墙，分区观测。（2）混凝土坝基监测混凝土高坝对坝基的要求极其严格，因此混凝土坝基监测作为大坝永久监测一部分，在施工期和运行期均要求进行系统的布置设计。混凝土坝基与大坝监测设计遵循的原则如下：1)以安全监测为主，兼顾设计、施工、科研的需要;2)突出重点，兼顾全面，统一规划，逐步实施；3)设计具有针对性，要求技术先进，经济合理；4） 仪器设备实用、可靠;5） 监测信息及时反馈。混凝土坝基主要监测项目根据建筑物等级、规模确定，具体如下表。坝高（m）监测项目坝型水平、垂直位移渗流量扬压力基岩变形裂缝、接缝<70拱坝△△寸△△重力坝△△△V△支墩坝△△寸V△船闸△△寸V△泄水闸△△△V△>70拱坝△△△△△重力坝△△△△△支墩坝△△V△△船闸△△△△△泄水闸△△△△△备注：*”为必须观测项目；寸为建议观测项目。10.3岩体工程监测仪器10.3.1监测仪器的选型原则岩体工程监测成果的可靠性和及时性，主要取决于仪器的性能及其使用条件、工作人员的素质等。因此，监测仪器的选择和正常使用决定是获得可靠的监测成果的首要条件。在岩体工程监测仪器的选择上，应注意以下原则。（1） 应事先对仪器的使用条件和历史有比较详细的了解；（2） 应选择可靠的、能保证仪器工作性能的制造厂家；（3） 对于重要的岩体工程监测项目，如坝肩边坡、电站厂房进水口边坡等，监测仪器选择前应进行充分的工作的长期可靠性；（4） 对于新出现的、国内尚未普及、且工程中必须的某一种仪器，设计人员在进行充分的调研以后，可以提出仪器的建议型号；（5） 同一工程中，仪器类型的选择应充分考虑观测人员的工作强度和后期自动化观测的需要，仪器类型应尽量单一。10.3.2目前国内常用的岩体工程监测类型目前国内常用的岩体工程监测仪器主要如下表所示。国内岩体工程中常用的主要监测仪器表

表10-3-1监测项目仪器名称仪器主要类型主要适用部位附属工作及附件备注变形监测全站仪光电测距类边坡棱镜、观测墩数字水准仪光电类边坡、地下洞室等需条码尺、埋设水准点断面测量（收敛）仪光电测距类地下洞室需反射棱镜GPS电子类边坡观测墩多点位移计振弦式、差阻式、电位器式等边坡、地下洞室、坝基等钻孔滑动测微计边坡、地下洞室、坝基等钻孔、埋管测斜仪伺服加速度或振弦式边坡钻孔、埋管钢尺式或石墨杆式收敛计机械式、振弦式地下洞室、边坡平洞观测标点或观测墩倾角计电解质式边坡观测墩静力水准仪振弦式、光电式边坡、地下洞室、坝基等观测墩测缝计振弦式、差阻式、电位器式等边坡、地下洞室、坝基等钻孔压力（应力）监测压应力计振弦式、差阻式等边坡、地下洞室、坝基等锚杆应力计振弦式、差阻式、光纤光栅式等边坡、地下洞室、坝基等钢筋计振弦式、差阻式、光纤光栅式等边坡、地下洞室、坝基等锚索测力计振弦式、差阻式、光纤光栅式等边坡、地下洞室、坝基等锚垫板渗流渗压渗压计振弦式、差阻式等边坡、地下洞室、坝基等量水堰振弦式边坡、地下洞室等不锈钢堰板测压管边坡、地下洞室、坝基等钻孔、埋管动态观测根据工程需要，采用速度计、加速度计、动孔隙水压力计对10.4监测资料的分析和反馈岩体工程监测资料的分析和反馈主要包括以下内容。（1） 收集。监测数据的采集以及相关的其它资料的收集、记录等。（2） 整理。原始观测数据的检验、物理量计算、填表绘图、异常值的识别剔除、初步分析和整编等。（3） 分析。通常采用比较法、作图法、特征值统计和各种数学、物理模型法，分析各监测物理量值的大小、变化及发展趋势，各种原因量和效应量的相关关系，及时评估岩体工程的安全状态。（4） 安全预报和反馈。应用监测资料整理和反分析的成果，选用适宜的分析理论、模型和方法，解决现场实际问题，重点是评估和预报，补充加固措施和对设计方案的优化，实现对岩体工程的反馈。（5）综合评判和决策。在岩体工程监测资料整理分析和反馈中，必须充分考虑不同类别岩体工程和不同监测时段的具体特点，因地制宜，灵活掌握。首先遵照本类工程有关规程规范的具体要求，若难以满足工程需求，可参照其它工程类似经验。10.4.1监测资料的收集和整理监测资料的收集和整理主要包括以下内容。（1） 有关资料的收集和表示；（2） 原始观测资料的检验和误差分析；（3） 检测物理量的计算；（4） 填表和绘图；（5） 监测数据的平差、光滑、补差等处理；（6） 初步分析和异常值的判识。10.4.2监测资料的分析方法（1） 定性的常规分析方法如比较法、作图法、特征值统计法和因素分析法等。比较法包括：监测值和技术警戒值比较、监测物理量的相互比较、监测成果与理论或试验成果的比较等。作图法。根据分析要求，绘制相关过程线图、相关图、分布图以及综合过程线图等。由图可直观了解和分析观测值的变化大小和规律，有无异常，以及影响因素和程度。因素分析法。在岩体工程中，通过事先收集整理各种可能影响因素，如爆破松动、开挖施工、时空效应、各类不良地质条件、地下水、衬砌、锚杆、预应力锚索加固等，通过综合分析，掌握、认识和解释监测成果的影响和规律性。（2） 数值计算分析方法数值计算分析方法包括：统计分析方法、有限元法、解析方法、半解析法和边界元法、反分析法等。下面主要介绍统计分析方法和反分析法。统计回归分析是目前岩土工程工程中应用最多的一种数值计算方法，目前常用到的有多元回归、逐步回归和差值回归等方法。其主要功能为：1）分析研究各种监测数据与其它监测物理量、环境量以及其它因素的相关关系，给出它们之间的定量表达式；2） 对给出的相关关系表达式的可信度进行检验。3） 判别影响监测数据各种相关因素的显著性，区分影响程度的主次和大小。4） 利用所求得的表达式判断工程的安全稳定状态，确定安全监控指标，进行安全监控和预报，预测未来变化范围及可能测值等。反分析方法的主要思想是根据现场监测资料，采用传统力学计算方法相反的途径，将原计算中假定为已知的物理力学参苏作为未知量反解求出。这一方法将具有宏观和全局效应的变形等监测成果作为参数选择和判断标准，较为有效克服了已有方法和手段因所测取得岩土材料物理力学参数的局限性，无法正确在有限元计算中采用的困难。目前常用的反分析方法可分为正算法和逆算法。（3）数学物理模型法数学物理模型法是从大坝监测资料分析中发展起来的，在岩土工程中也普遍适用。主要指借助数学工具和物理力学原理在监测物理量（如位移渗压、应力应变等）与其它原因量（如时间、测点距开挖面距离、水压、初始地应力等）之间建立关系式，并进行定量分析，判断岩土工程的稳定性状态，分析研究原因量与效应量之间的相互关系和作用机理，预测变化趋势。数学物理模型法可分为统计模型法、确定性模型法和混合模型法。10.4.3监测预报的基本方法岩土工程安全监测预报包括对工程安全稳定状态的评判和对危险状态的预测预报工程，目前采用的方法主要包括：1）自动报警法；2）各类警戒限法；3）数学模型分析法；4）工程地质因素的定性分析方法。其中，警戒线法和数学模型分析法是监测资料整理分析工作的自然延伸；工程地质因素的定性分析方法主要采用设计、施工和地质等方面知识和现场巡视资料，是对仪器监测资料的重要补充，是安全监测预报中具有重要意义。自动报警法主要采用地震波和声发射仪器报警，目前尚处于研