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。设站观测法主要包括以下三种方法

（1）大地测量法（2）近景摄影测量法（3）GPS（全球定位系统）测量法三种方法的优缺点比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☻仪表观测法

仪表观测法是指用精密仪器仪表对变形斜坡进行地表及深部的位移、倾斜（沉降）动态，裂缝相对张、闭、沉、错变化及地声、应力应变等物理参数与环境影响因素进行监测。电子仪表观测的内容，基本上能实现连续观测，自动采集、存储、打印和显示观测数据。远距离无线传输是该方法最基本的特点，由于其自动化程度高，可全天候连续观测，故省时、省力和安全，是当前和今后一个时期滑坡监测发展的方向。

3.2.3边坡监测项目的选定及仪器的选型

3.2.3.1监测项目的选定

边坡监测项目及其适用范围：（1）大地测量水平变形、垂直变形监测对边坡和滑坡及其不同阶段都可适用。（2）正、倒垂线法一般只适用于重大的人工边坡工程。（3）表面倾斜监测一般适合于边坡施工期和滑坡整治期监测。（4）地表裂缝包括断层、裂缝、层面的监测等。（5）钻孔深部位移监测，包括测水平位移的钻孔测斜仪法和测孔轴向位移的多点位移计法，对边坡和滑坡及其不同阶段都可适用。（6）爆破影响监测。（7）渗流渗压监测，是边（滑）坡重要监测项目。（8）雨量与江河水位监测（9）松动范围监测。（10）加固效果监测。（11）巡视检查。边（滑）坡监测项目选择

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监测仪器的选型一、仪器选型的原则

1）可靠、适用。2）具有工程所要的精度、量程、直线性和重复性。3）施工期安全监测仪器应力求结构、安装和操作简单，价格便宜。4）兼顾自动化监测的需要。5）仪器类型宜尽量单一。6）综合比较。

二、仪器的选择

根据检测内容的不同选择不同的仪器具体如下：

A、变形监测经纬仪和水准仪、垂线坐标仪、表面倾斜仪、测缝计、收敛计等B、爆破影响监测低频仪器地震检波器等C、渗流渗压监测渗压计测量、量水堰D、雨量监测雨量监测可采用雨量计或采用附近水文站的实测资料。E、河水位监测江河水位的监测可采用水位自测，或向附近的水文站索取所需资料。F、松动范围的监测松动范围一般采用声波仪配换能器检测※3.3边坡变形监测地面变形监测地面变形监测是边坡监测中的常规监测项目，通常应用的仪器有两类：一是大地测量（精度高的）仪器，如红外仪、经纬仪、水准仪、全站仪、GPS等，二是专门用于边坡变形监测的设备，如裂缝计、钢带和标桩、地面位移伸长计和全自动无线边坡监测系统、光纤应变监测系统等。

地面变形监测主要采用边坡工程监测方法中的设站观测法和仪表观测法，包括：

1)、大地测量法

2)、摄影测量法

3)、测量机器人监测系统

4)、自动化监测网

5)、光纤应变监测系统1)、大地测量法

大地测量法是在变形边坡地区设置观测桩、站、网，在变形边坡以外的稳定地段设置固定站进行观测。

一般采用十字形观测网、放射形观测网、方格形观测网等。

(a三)三十字三形观三测网(b三)三放射三性观三测网(c三)方三格形三观测三网大地三测量三法网三型布三置图2)三、摄三影测三量法摄影三测量三法是三用地三面摄三影经三纬仪三，在三不同三的时三间内三，对三边坡三进行三摄影三测量三，适三用于三大面三积边三坡的三移动三测量三。三优三点是三：它三测量三的不三是边三坡上三个别三观测三点的三移动三，而三是整三个观三测视三野内三边坡三上所三有点三的移三动。三对人三员不三能到三达的三地方三也能三测量三。三摄三影测三量精三度主要三取决三于y三距（又三称纵三距）三及摄三影经三纬仪三的焦三距。三一般三来说三，三纵距三越小三，精三度越三高，三焦距三越长三，精三度越三高。3)三、测三量机三器人三监测三系统机器三人监三测系三统，三具有三自动三识别三目标三的A三TR三（A三ut三om三at三ic三T三ar三ge三t三Re三co三gn三it三io三n）三功能三，能三自动三搜索三、照三准目三标，三实现三角度三、距三离的三全自三动化三测量三，从三而改三进传三统的三变形三监测三方法三、完三善传三统的三变形三监测三理论三、减三轻劳三动工三作强三度等三。4)三、自三动化三监测三网（三3S三技术三）3S三技术三即地三理信三息系三统（三Ge三og三ra三ph三y三In三fo三rm三at三io三n三Sy三st三em三，G三IS三）、三全球三卫星三定位三系统三（G三lo三ba三l三Po三si三ti三on三in三g三Sy三st三em三，G三PS三）和三遥感三遥测三系统三（R三em三ot三e三Se三ns三in三g，三RS三）5三)、三光纤三应变三监测三系统光纤三应变三监测三系统三，按三光的三载体三可分三为基三于拉三曼散三射的三分布三式光三纤检三测系三统、三基于三瑞利三散射三的分三布式三光纤三监测三系统三和基三于布三里渊三散射三的分三布式三光纤三检测三系统三（B三OT三DR三）等三三种三形式光纤三应变三监测三技术三在边三坡监三测中三的应三用BO三TD三R技三术主三要用三于长三距离三分布三式监三测如三大型三堤防三工程三、库三岸边三坡及三大型三露天三采场三边坡三等的三监测三。FB三G技三术用三于测三点处三的应三变高三速实三时地三监测三和三地震三引起三往复三位移三监测三。BO三CD三A技三术用三于距三离分三辨率三要求三更高三的工三程监三测。三如三桥梁三的监三测等三。3.三3.三2三边坡三表面三裂缝三量测山坡三和建三筑物三（挡三土墙三、房三屋、三水沟三、路三面等三）上三的裂三缝是三滑坡三变形三最明三显的三标志三。对三这些三裂缝三进行三监测三是最三简单三易行三又最三直接三的监三测，三在整三个监三测系三统中三是首三先要三采用三的。三其监三测的三主要三方法三如下三：1、三简三易监三测法2三、垂三球法3三、建三筑物三裂缝三贴片三监测4三、滑三坡裂三缝和三位移三监测3.三3.三3三边坡三岩体三表面三移动三的观三测测量三装置三主要三有：三简易三装置三、地三面伸三长计三、钢三绳伸三长计三等简易三装置三是指三在边三坡表三面上三观测三岩体三移动三的简三单的三测量三工具三，一三般不三需要三特殊三的仪三器设三备，三可以三在位三移地三点进三行观三测，三直接三找出三量测三数据三或经三过简三单计三算后三得出三测量三的结三果。3.三3.三4三边坡三深部三位移三和滑三动面三监测一、三简三单地三下位三移监三测（1三）塑三料管三钢棒三观测三法（2三）变三形井三监测（3三）剪三切带变形三井观三测剪切三带二、三应三变管三监测应变三管是三将电三阻应三变片三粘贴三于硬三质聚三氯乙三烯管三或金三属管三上，三埋入三钻孔三中，三管外三充填三密实三，管三随滑三坡位三移而三变形三，电三阻应三变片三的电三阻值三也跟三着变三化，三由此三分析三判断三出地三下位三移和三滑动三面的三位置三。优点三：操三作容三易，三造价三低，三测定三仪器三不复三杂。三用该三方法三的关三键是三贴片三工艺三和防三潮，三在孔三中有三水时三使用三寿命三有限三。缺点三：不三易直三接测三出位三移值三。日三本最三早将三应变三管用三于监三测滑三坡的三地下三位移三和滑三动面三位置三。三、三固定三式钻三孔测三斜仪三监测从2三0世三纪5三0年三代开三始人三们就三着手三研制三测斜三仪，三通过三放入三钻孔三中测三定土三体的三侧向三位移三，先三后出三现过三多种三形式三，目三前较三多采三用的三有三三种，三包括三惠斯三登电三桥摆三锤式三、应三变计三式与三加速三度计三式三三种，三一个三探头三测一三个平三面方三向的三变化三，对三于双三轴情三况采三用两三个探三头。四、三钻孔三伸长三计监三测钻孔三内测三量岩三体移三动时三，常三采用三钻孔三伸长三计测三量钻三孔轴三向的三位移三量。三伸长三计既三可用三来进三行岩三体浅三部的三位移三量测三，也三可用三来进三行岩三体深三部的三位移三量测三。钻孔三伸长三计1－三重锤三；2－三支撑三导轮三；3－三黄油三；4－三塑料三管；5－三水泥三砂浆三；6－三钢丝三；7－三8号三钢丝五、三活动三式测三斜仪三监测钻孔三倾斜三仪运三用到三边坡三工程三中的三时间三不长三，它三是测三量垂三直钻三孔内三测点三相对三于孔三底的三位移三（钻三孔径三向）三。观三测仪三器一三般稳三定可三靠，三测量三深度三可达三百米三且能三连续三测出三钻孔三不同三深度三的相三对位三移的三大小三和方三向。三因此三，这三类仪三器是三观测三岩体三深部三位移三、确三定潜三在滑三动面三和研三究边三坡变三形规三律较三理想三的手三段，三目前三在边三坡深三部位三移量三测中三得到三广泛三采用三。如三大冶三铁矿三边坡三、长三江新三滩滑三坡、三黄腊三石滑三坡、三链子三崖岩三体破三坏等三均运三用了三此类三仪器三进行三岩土三深层三位移三观测三。3.三3.三5三边坡三变形三量测三资料三的处三理与三分析边坡三的变三形测三量数三据的三处理三与分三析，三是边三坡监三测数三据管三理系三统中三一个三重要三的研三究内三容，三可用三于对三边坡三未来三的状三况进三行预三报、三预警三。边三坡变三形数三据的三处理三可以三分为两个三阶段，一是对边三坡变三形监三测的三原始三数据三的处三理，三该项三处理三主要三是对三边坡三变形三测试三数据三进行三干扰三消除三，以三获取三真实三有效三的边三坡变三形数三据，三这一三阶段三可以三称作三为边三坡变三形量三测数三据的三预处三理。三边坡三变形三数据三分析三的第二三阶段是运三用边三坡变三形量三测数三据分三析边三坡的三稳定三性现三状，三并预三测可三能出三现的三边坡三破坏三，建三立预三测模三型。三相应三内容三参考三第二三章及三其他三有关三书籍三。※三3.三4三边坡三应力三监测边坡三处治三监测三中的三应力三监测三包括三：1、三边坡三内部三应力三监测三、2、三支护三结构三应力三监测三、3、三锚杆三（索三）预三应力三监测三。1三、边三坡内三部应三力测三试坡内三部应三力监三测可三通过三压力三盒量三测滑三带承三重阻三滑受三力和三支挡三结构三（如三抗滑三桩等三）受三力，三以了三解边三坡体三传递三给支三挡工三程的三压力三以及三支护三结构三的可三靠性三。值得三注意三的是三埋设三接触三不良三可使三压力三盒失三效或三测值三很小三，三以及三压力三盒的三性能三好坏三，直三接影三响压三力测三量值三的可三靠性三和精三确度三。2三、岩三石边三坡地三应力三监测边坡三地应三力监三测主三要是三针对三大型三岩石三边坡三工程三，为三了了三解边三坡地三应力三或在三施工三过程三中地三应力三变化三而进三行的三一项三重要三监测三工作三。地应三力监三测包三括绝对三应力三测量和地应三力变三化监三测。3三、边三坡锚三固应三力测三试锚固三应力三测试三主要三包括三：1锚杆三轴力三的量三测2三对预三应力三锚索三应力三监测3三对于三绝对三应力三测量4三对于三地应三力变三化监三测锚杆三轴力三量测锚杆三轴力三量测三的目三的在三于了三解锚三杆实三际工三作状三态，三结合三位移三量测三，修三正锚三杆的三设计三参数三；锚三杆轴三力量三测主三要使三用的三是量三测锚三杆。机械三式量三测锚三杆通三过长三期监三测，三从而三可以三得到三锚杆三不同三部位三应力三随时三间的三变化三关系三（见三下页三）量测三锚杆三结构三与安三装示三意图同时三间锚三杆轴三力随三深度三的变三化曲三线不同三点锚三杆轴三力随三时间三的变三化曲三线※三3.三5三边坡三地下三水监三测地下三水是三边坡三失稳三的主三要诱三发因三素，三对边三坡工三程而三言，三地下三水动三态监三测也三是一三项重三要的三监测三内容三，特三别是三对于三地下三水丰三富的三边坡三，应三特别三引起三重视三。地三下水三动态三监测三以了三解地三下水三位为三主，三根据三工程三要求三，可三进行三地下三水孔三隙水三压力三、扬三压力三、动三水压三力、三地下三水水三质监三测等三。一、三地三下水三位监三测我国三在2三0世三纪9三0年三代初三成功三研制三了W三LT三-1三02三0地三下水三位动三态监三测仪三（下三图）三，后三又经三过两三次改三进，三现在三性能三已日三臻完三善。三该仪三器能三对地三下水三水位三和水三温动三态变三化进三行长三期自三动监三测，三亦能三监测三河流三和水三库的三水位三变化三，并三能对三各种三塔罐三内的三液位三和温三度自三动监三测，三广泛三应用三于水三文地三质、三环境三地质三、地三质灾三害预三测预三报、三环境三保护三、水三资源三管理三、地三热开三采井三监测三、水三利、三矿区三水文三等领三域。WL三T－三10三20三地下水动三态监三测仪二、三孔隙三水压三力监三测在边三坡工三程中三的孔三隙水三压力三是评三价和三预测三边坡三稳定三性得三一个三重要三因素三，因三此需三要在三现场三埋设三仪器三进行三观测三。目三前监三测孔三隙水三压力三主要三采用三孔隙三水压三力监三测仪三，根三据测三试原三理可三分为三四类三：三（1三）液三压式三孔隙三水压三力仪三；三（2三）电三气式三孔隙三水压三力仪三；三（3三）气三压式三孔隙三水压三力仪三；三（4三）钢三弦式三孔隙三水压三力仪三。孔隙三水压三力的三观测三点的三布置三视边三坡工三程具三体情三况确三定。三一般三原则三是将三多个三仪器三分别三埋于三不同三观测三点的三不同三深度三处，三形成三一个三观测三剖面三以观三测孔三隙水三压力三的空三间分三布。仪器三埋设埋设三仪器三可采三用钻三孔法三或压三入法三而以三钻孔三法为三主，三压入三法只三适用三于软三土层三。用三钻孔三法时三，先于孔底三填少三量砂三，置三入测三头之后三再在其三周围三和上三部填三砂，最后用膨三胀黏三土球三将钻三孔全三部严三密封三好。三由于三两种三方法三都不三可避三免地三会改三变土三体中三的应三力和三孔隙三水压三力的三平衡三条件三，需三要一三定时三间才三能使三这种三改变三恢复三到原三来状三态，三所以三应提前三埋设三仪器三。※三3.三6三边坡三工程三监测三实例－基三于常三规仪三器与三GP三S相三结合三的全三自动三化遥三控边三坡监三测系三统目三前，三常规三监测三方法三存在三自动三化程三度不三高，三监测三过程三中人三为因三素影三响较三大等三问题三。另三外该三系统三集同三轴电三缆时三间域三反射三仪（三Ti三me三D三om三ai三n三Re三fl三ec三to三me三tr三y-三TD三R）三和精三密全三球定三位系三统（三Gl三ob三al三P三os三it三io三ni三ng三S三ys三te三m-三GP三S）三等高三技术三于一三体，三从而三使得三其功三能具三有独三特性三和全三面性三。一、三监三测系三统的三构成系统三的组三成决三定于三所设三计的三系统三的功三能。三该系三统一三方面三可以三用来三监测三边坡三表面三和土三体内三位移三、孔三隙水三压力三、现三场雨三量大三小、三滑裂三面位三置等三边坡三滑动三有关三的重三要参三数；三另一三方面三可实三现全三自动三化的三监测三和数三据的三收集三、存三储、三发送三、分三析的三功能三。自动三化监三测系三统的三构成二、三现场三试验三及结三果分三析为了三验证三该边三坡监三测系三统的三有效三性，三在香三港新三界香三港大三学嘉三道理三农业三研究三中心三的一三人工三填土三边坡三上进三行了三试验三，如三图3三-1三3、三图3三-1三4所三示。三该边三坡由三松散三的完三全风三化花三岗岩三（C三DG三）材三料填三筑，三施工三过程三中不三夯实三，最三大填三土高三度4三.5三m，三建在三一倾三角1三2º三的山三坡上三，占三地