7邊坡工程監測7.1邊坡監測的目的和意義7.2邊坡監測的內容和方法及儀器選型7.3邊坡變形監測7.4邊坡應力監測7.5邊坡地下水監測7.6邊坡工程監測實例思考題7邊坡工程監測7.1邊坡監測的目的和意義1※7.1邊坡監測的目的和意義

邊坡巖土體往往呈現出非均質性與各向異性特性，在開挖、堆載、降雨、河流沖刷、庫水位升降與地震等外部荷載作用下很容易進入局部或瞬態大變形乃至失穩滑動。我國每年由于巖土體失穩而引發的大小滑坡數百萬次，由此造成的經濟損失高達100～200億元，因暴雨、地震等引發的各類滑坡災害至上世紀90年代累計死亡超過10萬人。因此，對于邊坡工程特別是大型復雜邊坡，除了進行常規的工程地質調查、測繪、勘探、試驗和穩定性評價外，尚應及時有效地開展邊坡工程的動態監測，預測邊坡失穩的可能性和滑坡的危險性，并提出相應的防災減災措施，對于確保國民經濟發展與保障人民群眾生命財產安全具有重大意義。

邊坡工程主要應用在交通、建筑、水利和礦山等各個建設領域中。※7.1邊坡監測的目的和意義邊坡巖土體往往呈現2

邊坡工程的監測的主要目的：

1、評價邊坡施工及其使用過程中邊坡的穩定程度，并做出有關預報，為崩塌、滑坡的正確分析評價、預測預報及治理工程等，提供可靠的資料和科學依據。2、為防治滑坡及可能的滑動和蠕動變形提供技術依據，預測和預報今后邊坡的位移、變形的發展趨勢，通過監測可對巖土體的時效特性進行相關的研究。3、對已經發生滑動破壞的邊坡和加固處理后的滑坡，監測結果也是檢驗崩塌、滑坡分析評價及滑坡處理工程效果的尺度。4、為進行有關位移分析及數值模擬計算提供參數。邊坡工程的監測的主要目的：1、評價邊坡施工及其使用過程中3※7.2邊坡監測內容和方法及儀器選型

7.2.1邊坡監測的內容主要包括：（1）、施工安全監測在施工期對邊坡的位移、應力、地下水等進行監測，監測結果作為指導施工、反饋設計的重要依據，是實施信息化施工的重要內容。

（2）、處治效果監測是檢驗邊坡處治設計和施工效果、判斷邊坡處治后的穩定性的重要手段。一方面可以了解邊坡體變形破壞特征，另一方面可以針對實施的工程進行監測。（3）、動態長期監測在防治工程竣工后，對邊坡體進行動態跟蹤，了解邊坡體穩定性變化特征、長期監測主要對一類邊坡防治工程進行。※7.2邊坡監測內容和方法及儀器選型

7.2.1邊坡監4在實際工作中邊坡監測的具體內容應根據邊坡的等級、地質及支護結構的特點進行考慮，通常對于一類邊坡防治工程，建立地表和深部相結合的綜合立體監測網，并與長期監測相結合；對于二類邊坡防治工程，在施工期間建立安全監測和防治效果監測點，同時建立以群測為主的長期監測點；對于三類邊坡防治工程，建立群測為主的簡易長期監測點。在實際工作中邊坡監測的具體內容應根據邊坡的等5一般情況下，邊坡監測內容可劃分為下表的各類型。序號監測項目監測內容1裂縫監測1.地表裂縫監測；2.建筑物裂縫監測2位移監測1.地表位移監測；2.地下位移監測3滑動面監測滑動面位置測定4地表水監測1.自然溝水的觀測；2.河、湖、水庫水位觀測；3.濕地觀測5地下水監測1.鉆孔、井水的觀測；2.泉水監測；3.孔隙水壓力監測6降水量監測降雨量、降雪量監測7應力監測滑帶應力監測、建筑物受力監測8宏觀變形跡象監測一般情況下，邊坡監測內容可劃分為下表的各類型。序號監測項目67.2.2邊坡工程監測方法邊坡工程監測主要采用簡易觀測法、設站觀測法、儀表觀測法和遠程監測法等四種類型。通過監測，深入了解邊坡的變形機理，從而對地質災害防治和加固處理的反饋以及對工程的影響等獲取有關信息，通過監測資料的分析得到邊坡變形的各種特征信息，分析其動態變化規律，預測邊坡工程可能發生的破壞，為防災減災提供科學依據。7.2.2邊坡工程監測方法邊坡工程監測主要7?簡易觀測法通過人工觀測邊坡工程中地表裂縫、地面鼓脹、沉降、坍塌、建筑物變形特征（發生和發展的位置、規模、形態、時間等）及地下水位變化、地溫變化等現象，也可在邊坡體關鍵裂縫處埋設騎縫式簡易觀測樁；在建（構）筑物（如房屋、擋土墻、漿砌塊石溝等）裂縫上設置簡易玻璃條、水泥砂漿片、貼紙片；在巖石、陡壁面裂縫處用紅油漆劃線作觀測標記；在陡坎（壁）軟弱夾層出露處設置簡易觀測標樁等，定期用各種長度量具測量裂縫長度、寬度、深度變化及裂縫形態、開裂延伸的方向。

簡易觀測法對于發生病害的邊坡進行觀測較為適合

?簡易觀測法通過人工觀測邊坡工程中地表裂縫8?設站觀測法

設站觀測法是指在充分了解工程場區的工程地質背景的基礎上，在邊坡上設立變形觀測點（成線狀、格網狀等），在變形區影響范圍之外穩定地點設置固定觀測站，用測量儀器（經緯儀、水準儀、測距儀、攝影儀及全站型電子速測儀、GPS接收機等）定期監測變形區內網點的三維（X、Y、Z）位移變化的一種行之有效的監測方法。?設站觀測法設站觀測法是指在充分了解工程場區9設站觀測法主要包括以下三種方法

（1）大地測量法（2）近景攝影測量法（3）GPS（全球定位系統）測量法設站觀測法主要包括以下三種方法（1）大地測量法10三種方法的優缺點比較測量方法優缺大地測量法1）能確定邊坡地表變形范圍；2）量程不受限制；3）能觀測到邊坡體的絕對位移量。受到地形通視條件限制和氣象條件的影響，工作量大，周期長，連續觀測能力較差。

近景攝影測量法1）其周期性重復攝影方便；2）外業省時省力；3）可同時測定多點在某一瞬間的空間位置，像片資料可隨時進行比較。

在觀測的絕對精度方面還不及某些傳統的測量方法GPS測量法優點：1）觀測點之間無需通視，選點方便；2）觀測不受天氣條件的限制；3）觀測點的三維坐標可以同時測定，對于運動的觀測點能精確測出它的速度；4）測量精度高GPS接收機價格較昂貴三種方法的優缺點比較測量方法優缺大地測量法1）能確定邊坡地表11?儀表觀測法

儀表觀測法是指用精密儀器儀表對變形斜坡進行地表及深部的位移、傾斜（沉降）動態，裂縫相對張、閉、沉、錯變化及地聲、應力應變等物理參數與環境影響因素進行監測。電子儀表觀測的內容，基本上能實現連續觀測，自動采集、存儲、打印和顯示觀測數據。遠距離無線傳輸是該方法最基本的特點，由于其自動化程度高，可全天候連續觀測，故省時、省力和安全，是當前和今后一個時期滑坡監測發展的方向。

?儀表觀測法儀表觀測法是指用精密儀器儀表對變形127.2.3邊坡監測項目的選定及儀器的選型

7.2.3.1監測項目的選定

邊坡監測項目及其適用范圍：（1）大地測量水平變形、垂直變形監測對邊坡和滑坡及其不同階段都可適用。（2）正、倒垂線法一般只適用于重大的人工邊坡工程。（3）表面傾斜監測一般適合于邊坡施工期和滑坡整治期監測。（4）地表裂縫包括斷層、裂縫、層面的監測等。（5）鉆孔深部位移監測，包括測水平位移的鉆孔測斜儀法和測孔軸向位移的多點位移計法，對邊坡和滑坡及其不同階段都可適用。（6）爆破影響監測。（7）滲流滲壓監測，是邊（滑）坡重要監測項目。（8）雨量與江河水位監測（9）松動范圍監測。（10）加固效果監測。（11）巡視檢查。7.2.3邊坡監測項目的選定及儀器的選型

7.2.3.113邊（滑）坡監測項目選擇

序號監測項目人工邊坡天然滑坡施工期運行期前期整治期整治后1大地測量水平變形√√√√√2大地測量垂直變形√√√√

3正垂倒垂線

√

4表面傾斜√√5地表裂縫√√√√6鉆孔深部位移√√√√7爆破影響監測√

√

8滲流滲壓監測√√√√9雨量監測√√√√10水位監測

√√√√11松動范圍監測√12加固效果監測√√√√13巡視檢查√√√√√邊（滑）坡監測項目選擇序號監測項目人工邊坡天然滑坡147.2.3.2監測儀器的選型一、儀器選型的原則

1）可靠、適用。2）具有工程所要的精度、量程、直線性和重復性。3）施工期安全監測儀器應力求結構、安裝和操作簡單，價格便宜。4）兼顧自動化監測的需要。5）儀器類型宜盡量單一。6）綜合比較。

7.2.3.2監測儀器的選型一、儀器選型的原則15二、儀器的選擇

根據檢測內容的不同選擇不同的儀器具體如下：

A、變形監測經緯儀和水準儀、垂線坐標儀、表面傾斜儀、測縫計、收斂計等B、爆破影響監測低頻儀器地震檢波器等C、滲流滲壓監測滲壓計測量、量水堰D、雨量監測雨量監測可采用雨量計或采用附近水文站的實測資料。E、河水位監測江河水位的監測可采用水位自測，或向附近的水文站索取所需資料。F、松動范圍的監測松動范圍一般采用聲波儀配換能器檢測二、儀器的選擇

根據檢測內容的不同選擇不同的儀器具體如下：16※7.3邊坡變形監測7.3.1地面變形監測地面變形監測是邊坡監測中的常規監測項目，通常應用的儀器有兩類：一是大地測量（精度高的）儀器，如紅外儀、經緯儀、水準儀、全站儀、GPS等，二是專門用于邊坡變形監測的設備，如裂縫計、鋼帶和標樁、地面位移伸長計和全自動無線邊坡監測系統、光纖應變監測系統等。

※7.3邊坡變形監測7.3.1地面變形監測17地面變形監測主要采用邊坡工程監測方法中的設站觀測法和儀表觀測法，包括：

1)、大地測量法

2)、攝影測量法

3)、測量機器人監測系統

4)、自動化監測網

5)、光纖應變監測系統地面變形監測主要采用邊坡工程監測方法中的設站181)、大地測量法

大地測量法是在變形邊坡地區設置觀測樁、站、網，在變形邊坡以外的穩定地段設置固定站進行觀測。

一般采用十字形觀測網、放射形觀測網、方格形觀測網等。

1)、大地測量法

大地測量法是在變形邊坡地19(a)十字形觀測網

(b)放射性觀測網

(c)方格形觀測網大地測量法網型布置圖

(a)十字形觀測網(b)放射性觀測網(c)方格形觀測202)、攝影測量法

攝影測量法是用地面攝影經緯儀，在不同的時間內，對邊坡進行攝影測量，適用于大面積邊坡的移動測量。

優點是：它測量的不是邊坡上個別觀測點的移動，而是整個觀測視野內邊坡上所有點的移動。對人員不能到達的地方也能測量。

攝影測量精度主要取決于y距（又稱縱距）及攝影經緯儀的焦距。一般來說，縱距越小，精度越高，焦距越長，精度越高。

2)、攝影測量法

攝影測量法是用地面攝影經緯儀213)、測量機器人監測系統機器人監測系統，具有自動識別目標的ATR（AutomaticTargetRecognition）功能，能自動搜索、照準目標，實現角度、距離的全自動化測量，從而改進傳統的變形監測方法、完善傳統的變形監測理論、減輕勞動工作強度等。3)、測量機器人監測系統機器人監測系統，具有224)、自動化監測網（3S技術）

3S技術即地理信息系統（GeographyInformationSystem，GIS）、全球衛星定位系統（GlobalPositioningSystem，GPS）和遙感遙測系統（RemoteSensing，RS）4)、自動化監測網（3S技術）3S技術即235)、光纖應變監測系統

光纖應變監測系統，按光的載體可分為基于拉曼散射的分布式光纖檢測系統、基于瑞利散射的分布式光纖監測系統和基于布里淵散射的分布式光纖檢測系統（BOTDR）等三種形式5)、光纖應變監測系統光纖應變監測系統，24光纖應變監測技術在邊坡監測中的應用

BOTDR技術主要用于長距離分布式監測如大型堤防工程、庫岸邊坡及大型露天采場邊坡等的監測。FBG技術用于測點處的應變高速實時地監測和地震引起往復位移監測。BOCDA技術用于距離分辨率要求更高的工程監測。如橋梁的監測等。光纖應變監測技術在邊坡監測中的應用BOT257.3.2邊坡表面裂縫量測山坡和建筑物（擋土墻、房屋、水溝、路面等）上的裂縫是滑坡變形最明顯的標志。對這些裂縫進行監測是最簡單易行又最直接的監測，在整個監測系統中是首先要采用的。其監測的主要方法如下：

1、簡易監測法2、垂球法3、建筑物裂縫貼片監測4、滑坡裂縫和位移監測7.3.2邊坡表面裂縫量測山坡和建筑物（擋土墻、房屋、267.3.3邊坡巖體表面移動的觀測測量裝置主要有：簡易裝置、地面伸長計、鋼繩伸長計等簡易裝置是指在邊坡表面上觀測巖體移動的簡單的測量工具，一般不需要特殊的儀器設備，可以在位移地點進行觀測，直接找出量測數據或經過簡單計算后得出測量的結果。7.3.3邊坡巖體表面移動的觀測測量裝置主要有：簡易裝277.3.4邊坡深部位移和滑動面監測一、簡單地下位移監測（1）塑料管鋼棒觀測法（2）變形井監測（3）剪切帶變形井觀測

剪切帶

7.3.4邊坡深部位移和滑動面監測一、簡單地下位移監測變28二、應變管監測應變管是將電阻應變片粘貼于硬質聚氯乙烯管或金屬管上，埋入鉆孔中，管外充填密實，管隨滑坡位移而變形，電阻應變片的電阻值也跟著變化，由此分析判斷出地下位移和滑動面的位置。優點：操作容易，造價低，測定儀器不復雜。用該方法的關鍵是貼片工藝和防潮，在孔中有水時使用壽命有限。缺點：不易直接測出位移值。日本最早將應變管用于監測滑坡的地下位移和滑動面位置。二、應變管監測應變管是將電阻應變片粘貼于硬質聚氯乙烯管29三、固定式鉆孔測斜儀監測

從20世紀50年代開始人們就著手研制測斜儀，通過放入鉆孔中測定土體的側向位移，先后出現過多種形式，目前較多采用的有三種，包括惠斯登電橋擺錘式、應變計式與加速度計式三種，一個探頭測一個平面方向的變化，對于雙軸情況采用兩個探頭。三、固定式鉆孔測斜儀監測從20世紀50年代開始人們就著30四、鉆孔伸長計監測鉆孔內測量巖體移動時，常采用鉆孔伸長計測量鉆孔軸向的位移量。伸長計既可用來進行巖體淺部的位移量測，也可用來進行巖體深部的位移量測。鉆孔伸長計

1－重錘；2－支撐導輪；3－黃油；4－塑料管；5－水泥砂漿；6－鋼絲；7－8號鋼絲四、鉆孔伸長計監測鉆孔內測量巖體移動時，常采用鉆孔伸長計31五、活動式測斜儀監測鉆孔傾斜儀運用到邊坡工程中的時間不長，它是測量垂直鉆孔內測點相對于孔底的位移（鉆孔徑向）。觀測儀器一般穩定可靠，測量深度可達百米且能連續測出鉆孔不同深度的相對位移的大小和方向。因此，這類儀器是觀測巖體深部位移、確定潛在滑動面和研究邊坡變形規律較理想的手段，目前在邊坡深部位移量測中得到廣泛采用。如大冶鐵礦邊坡、長江新灘滑坡、黃臘石滑坡、鏈子崖巖體破壞等均運用了此類儀器進行巖土深層位移觀測。五、活動式測斜儀監測鉆孔傾斜儀運用到邊坡工程中的時間不長327.3.5邊坡變形量測資料的處理與分析邊坡的變形測量數據的處理與分析，是邊坡監測數據管理系統中一個重要的研究內容，可用于對邊坡未來的狀況進行預報、預警。邊坡變形數據的處理可以分為兩個階段，一是對邊坡變形監測的原始數據的處理，該項處理主要是對邊坡變形測試數據進行干擾消除，以獲取真實有效的邊坡變形數據，這一階段可以稱作為邊坡變形量測數據的預處理。邊坡變形數據分析的第二階段是運用邊坡變形量測數據分析邊坡的穩定性現狀，并預測可能出現的邊坡破壞，建立預測模型。相應內容參考第二章及其他有關書籍。7.3.5邊坡變形量測資料的處理與分析邊坡的變形測量數33※7.4邊坡應力監測邊坡處治監測中的應力監測包括：1、邊坡內部應力監測、2、支護結構應力監測、3、錨桿（索）預應力監測。※7.4邊坡應力監測邊坡處治監測中的應力監測包括：341、邊坡內部應力測試

坡內部應力監測可通過壓力盒量測滑帶承重阻滑受力和支擋結構（如抗滑樁等）受力，以了解邊坡體傳遞給支擋工程的壓力以及支護結構的可靠性。值得注意的是埋設接觸不良可使壓力盒失效或測值很小，以及壓力盒的性能好壞，直接影響壓力測量值的可靠性和精確度。1、邊坡內部應力測試坡內部應力監測可通過壓力盒量測滑352、巖石邊坡地應力監測邊坡地應力監測主要是針對大型巖石邊坡工程，為了了解邊坡地應力或在施工過程中地應力變化而進行的一項重要監測工作。地應力監測包括絕對應力測量和地應力變化監測。2、巖石邊坡地應力監測邊坡地應力監測主要是針對大型巖石363、邊坡錨固應力測試錨固應力測試主要包括：

1錨桿軸力的量測2對預應力錨索應力監測

3對于絕對應力測量

4對于地應力變化監測

3、邊坡錨固應力測試錨固應力測試主要包括：37錨桿軸力量測錨桿軸力量測的目的在于了解錨桿實際工作狀態，結合位移量測，修正錨桿的設計參數；錨桿軸力量測主要使用的是量測錨桿。機械式量測錨桿通過長期監測，從而可以得到錨桿不同部位應力隨時間的變化關系（見下頁）錨桿軸力量測錨桿軸力量測的目的在于了解錨桿實際工作狀態，38量測錨桿結構與安裝示意圖

同時間錨桿軸力隨深度的變化曲線量測錨桿結構與安裝示意圖同時間錨桿軸力隨深度的變39不同點錨桿軸力隨時間的變化曲線不同點錨桿軸力隨時間的變化曲線40※7.5邊坡地下水監測地下水是邊坡失穩的主要誘發因素，對邊坡工程而言，地下水動態監測也是一項重要的監測內容，特別是對于地下水豐富的邊坡，應特別引起重視。地下水動態監測以了解地下水位為主，根據工程要求，可進行地下水孔隙水壓力、揚壓力、動水壓力、地下水水質監測等。※7.5邊坡地下水監測地下水是邊坡失穩的主要誘發因素41一、地下水位監測我國在20世紀90年代初成功研制了WLT-1020地下水位動態監測儀（下圖），后又經過兩次改進，現在性能已日臻完善。該儀器能對地下水水位和水溫動態變化進行長期自動監測，亦能監測河流和水庫的水位變化，并能對各種塔罐內的液位和溫度自動監測，廣泛應用于水文地質、環境地質、地質災害預測預報、環境保護、水資源管理、地熱開采井監測、水利、礦區水文等領域。WLT－1020地下水動態監測儀一、地下水位監測我國在20世紀90年代初成功研制了WL42二、孔隙水壓力監測在邊坡工程中的孔隙水壓力是評價和預測邊坡穩定性得一個重要因素，因此需要在現場埋設儀器進行觀測。目前監測孔隙水壓力主要采用孔隙水壓力監測儀，根據測試原理可分為四類：（1）液壓式孔隙水壓力儀；（2）電氣式孔隙水壓力儀；（3）氣壓式孔隙水壓力儀；（4）鋼弦式孔隙水壓力儀。孔隙水壓力的觀測點的布置視邊坡工程具體情況確定。一般原則是將多個儀器分別埋于不同觀測點的不同深度處，形成一個觀測剖面以觀測孔隙水壓力的空間分布。二、孔隙水壓力監測在邊坡工程中的孔隙水壓力是評價和預測邊43儀器埋設埋設儀器可采用鉆孔法或壓入法而以鉆孔法為主，壓入法只適用于軟土層。用鉆孔法時，先于孔底填少量砂，置入測頭之后再在其周圍和上部填砂，最后用膨脹黏土球將鉆孔全部嚴密封好。由于兩種方法都不可避免地會改變土體中的應力和孔隙水壓力的平衡條件，需要一定時間才能使這種改變恢復到原來狀態，所以應提前埋設儀器。儀器埋設埋設儀器可采用鉆孔法或壓入法而以鉆孔法為主，壓入44※7.6邊坡工程監測實例

－基于常規儀器與GPS相結合的全自動化遙控邊坡監測系統目前，常規監測方法存在自動化程度不高，監測過程中人為因素影響較大等問題。另外該系統集同軸電纜時間域反射儀（TimeDomainReflectometry-TDR）和精密全球定位系統（GlobalPositioningSystem-GPS）等高技術于一體，從而使得其功能具有獨特性和全面性。※7.6邊坡工程監測實例

－基于常規儀器與GPS相45一、監測系統的構成

系統的組成決定于所設計的系統的功能。該系統一方面可以用來監測邊坡表面和土體內位移、孔隙水壓力、現場雨量大小、滑裂面位置等邊坡滑動有關的重要參數；另一方面可實現全自動化的監測和數據的收集、存儲、發送、分析的功能。一、監測系統的構成系統的組成決定于所設計的系統的功能46自動化監測系統的構成自動化監測系統的構成47二、現場試驗及結果分析為了驗證該邊坡監測系統的有效性，在香港新界香港大學嘉道理農業研究中心的一人工填土邊坡上進行了試驗，如圖3-13、圖3-14所示。該邊坡由松散的完全風化花崗巖（CDG）材料填筑，施工過程中不夯實，最大填土高度4.5m，建在一傾角12o的山坡上，占地面積9m×11.7m，上面有9m×4m的加載平臺，人工填土邊坡傾角為33o。填土邊坡還采用2排共8個7m長的土釘加固。該填土邊坡將在平臺上逐步加載，直到產生滑裂面、破壞為止。二、現場試驗及結果分析為了驗證該邊坡監測系統的有效性，在48在香港新界一人工填土邊坡上的全自動斜坡監測儀的布置圖(a)平面圖(b)A-A剖面圖在香港新界一人工填土邊坡上的全自動斜坡監測儀的布置圖49(a)破壞前(b)破壞后

在香港新界一人工填土邊坡上的全自動斜坡監測儀的布置照片(a)破壞前(b)破壞后在香港新界一人工填土邊坡上的全自動50

固定式測斜儀對實測的位移與時間的變化(a)沿原位測斜儀孔的不同時間的位移變化曲線；(b)測斜儀頂部（邊坡表面）的位移變化曲線（Y下坡方向為正）固定式測斜儀對實測的位移與時間的變化51用精密全球定位系統（GPSA03號點）實測的表面位移（2002.5.13-11.23）用精密全球定位系統（GPSA03號點）實測的表面位移（2052三、小結

上面介紹了自動化邊坡遙控監測系統構成、集成的有關方法，同時也將應用的成果進行了描述和討論。監測試驗已經完成，監測數據驗證該系統的優越性和實用性。該系統工作性能穩定、可靠，實現了全自動化的數據收集、存儲、發送、分析等全過程，極大地方便了該系統的使用者。特別是在系統中嵌入了多天線GPS，拓展了GPS的應用空間，降低了應用成本，具有極好的工程應用前景。三、小結

上面介紹了自動化邊坡遙控監測系統構成、集成的有53思考題1、邊坡工程監測的目的是什么？2、邊坡工程監測的內容和方法、監測項目包括哪些？3、邊坡的變形監測、應力監測與地下水監測具體監測哪些內容？4、邊坡變形監測斷面與測點布置主要內容有哪些？5、簡要說明何謂3S技術？在邊坡工程監測中是如何發揮作用？思考題1、邊坡工程監測的目的是什么？547邊坡工程監測7.1邊坡監測的目的和意義7.2邊坡監測的內容和方法及儀器選型7.3邊坡變形監測7.4邊坡應力監測7.5邊坡地下水監測7.6邊坡工程監測實例思考題7邊坡工程監測7.1邊坡監測的目的和意義55※7.1邊坡監測的目的和意義

邊坡巖土體往往呈現出非均質性與各向異性特性，在開挖、堆載、降雨、河流沖刷、庫水位升降與地震等外部荷載作用下很容易進入局部或瞬態大變形乃至失穩滑動。我國每年由于巖土體失穩而引發的大小滑坡數百萬次，由此造成的經濟損失高達100～200億元，因暴雨、地震等引發的各類滑坡災害至上世紀90年代累計死亡超過10萬人。因此，對于邊坡工程特別是大型復雜邊坡，除了進行常規的工程地質調查、測繪、勘探、試驗和穩定性評價外，尚應及時有效地開展邊坡工程的動態監測，預測邊坡失穩的可能性和滑坡的危險性，并提出相應的防災減災措施，對于確保國民經濟發展與保障人民群眾生命財產安全具有重大意義。

邊坡工程主要應用在交通、建筑、水利和礦山等各個建設領域中。※7.1邊坡監測的目的和意義邊坡巖土體往往呈現56

邊坡工程的監測的主要目的：

1、評價邊坡施工及其使用過程中邊坡的穩定程度，并做出有關預報，為崩塌、滑坡的正確分析評價、預測預報及治理工程等，提供可靠的資料和科學依據。2、為防治滑坡及可能的滑動和蠕動變形提供技術依據，預測和預報今后邊坡的位移、變形的發展趨勢，通過監測可對巖土體的時效特性進行相關的研究。3、對已經發生滑動破壞的邊坡和加固處理后的滑坡，監測結果也是檢驗崩塌、滑坡分析評價及滑坡處理工程效果的尺度。4、為進行有關位移分析及數值模擬計算提供參數。邊坡工程的監測的主要目的：1、評價邊坡施工及其使用過程中57※7.2邊坡監測內容和方法及儀器選型

7.2.1邊坡監測的內容主要包括：（1）、施工安全監測在施工期對邊坡的位移、應力、地下水等進行監測，監測結果作為指導施工、反饋設計的重要依據，是實施信息化施工的重要內容。

（2）、處治效果監測是檢驗邊坡處治設計和施工效果、判斷邊坡處治后的穩定性的重要手段。一方面可以了解邊坡體變形破壞特征，另一方面可以針對實施的工程進行監測。（3）、動態長期監測在防治工程竣工后，對邊坡體進行動態跟蹤，了解邊坡體穩定性變化特征、長期監測主要對一類邊坡防治工程進行。※7.2邊坡監測內容和方法及儀器選型

7.2.1邊坡監58在實際工作中邊坡監測的具體內容應根據邊坡的等級、地質及支護結構的特點進行考慮，通常對于一類邊坡防治工程，建立地表和深部相結合的綜合立體監測網，并與長期監測相結合；對于二類邊坡防治工程，在施工期間建立安全監測和防治效果監測點，同時建立以群測為主的長期監測點；對于三類邊坡防治工程，建立群測為主的簡易長期監測點。在實際工作中邊坡監測的具體內容應根據邊坡的等59一般情況下，邊坡監測內容可劃分為下表的各類型。序號監測項目監測內容1裂縫監測1.地表裂縫監測；2.建筑物裂縫監測2位移監測1.地表位移監測；2.地下位移監測3滑動面監測滑動面位置測定4地表水監測1.自然溝水的觀測；2.河、湖、水庫水位觀測；3.濕地觀測5地下水監測1.鉆孔、井水的觀測；2.泉水監測；3.孔隙水壓力監測6降水量監測降雨量、降雪量監測7應力監測滑帶應力監測、建筑物受力監測8宏觀變形跡象監測一般情況下，邊坡監測內容可劃分為下表的各類型。序號監測項目607.2.2邊坡工程監測方法邊坡工程監測主要采用簡易觀測法、設站觀測法、儀表觀測法和遠程監測法等四種類型。通過監測，深入了解邊坡的變形機理，從而對地質災害防治和加固處理的反饋以及對工程的影響等獲取有關信息，通過監測資料的分析得到邊坡變形的各種特征信息，分析其動態變化規律，預測邊坡工程可能發生的破壞，為防災減災提供科學依據。7.2.2邊坡工程監測方法邊坡工程監測主要61?簡易觀測法通過人工觀測邊坡工程中地表裂縫、地面鼓脹、沉降、坍塌、建筑物變形特征（發生和發展的位置、規模、形態、時間等）及地下水位變化、地溫變化等現象，也可在邊坡體關鍵裂縫處埋設騎縫式簡易觀測樁；在建（構）筑物（如房屋、擋土墻、漿砌塊石溝等）裂縫上設置簡易玻璃條、水泥砂漿片、貼紙片；在巖石、陡壁面裂縫處用紅油漆劃線作觀測標記；在陡坎（壁）軟弱夾層出露處設置簡易觀測標樁等，定期用各種長度量具測量裂縫長度、寬度、深度變化及裂縫形態、開裂延伸的方向。

簡易觀測法對于發生病害的邊坡進行觀測較為適合

?簡易觀測法通過人工觀測邊坡工程中地表裂縫62?設站觀測法

設站觀測法是指在充分了解工程場區的工程地質背景的基礎上，在邊坡上設立變形觀測點（成線狀、格網狀等），在變形區影響范圍之外穩定地點設置固定觀測站，用測量儀器（經緯儀、水準儀、測距儀、攝影儀及全站型電子速測儀、GPS接收機等）定期監測變形區內網點的三維（X、Y、Z）位移變化的一種行之有效的監測方法。?設站觀測法設站觀測法是指在充分了解工程場區63設站觀測法主要包括以下三種方法

（1）大地測量法（2）近景攝影測量法（3）GPS（全球定位系統）測量法設站觀測法主要包括以下三種方法（1）大地測量法64三種方法的優缺點比較測量方法優缺大地測量法1）能確定邊坡地表變形范圍；2）量程不受限制；3）能觀測到邊坡體的絕對位移量。受到地形通視條件限制和氣象條件的影響，工作量大，周期長，連續觀測能力較差。

近景攝影測量法1）其周期性重復攝影方便；2）外業省時省力；3）可同時測定多點在某一瞬間的空間位置，像片資料可隨時進行比較。

在觀測的絕對精度方面還不及某些傳統的測量方法GPS測量法優點：1）觀測點之間無需通視，選點方便；2）觀測不受天氣條件的限制；3）觀測點的三維坐標可以同時測定，對于運動的觀測點能精確測出它的速度；4）測量精度高GPS接收機價格較昂貴三種方法的優缺點比較測量方法優缺大地測量法1）能確定邊坡地表65?儀表觀測法

儀表觀測法是指用精密儀器儀表對變形斜坡進行地表及深部的位移、傾斜（沉降）動態，裂縫相對張、閉、沉、錯變化及地聲、應力應變等物理參數與環境影響因素進行監測。電子儀表觀測的內容，基本上能實現連續觀測，自動采集、存儲、打印和顯示觀測數據。遠距離無線傳輸是該方法最基本的特點，由于其自動化程度高，可全天候連續觀測，故省時、省力和安全，是當前和今后一個時期滑坡監測發展的方向。

?儀表觀測法儀表觀測法是指用精密儀器儀表對變形667.2.3邊坡監測項目的選定及儀器的選型

7.2.3.1監測項目的選定

邊坡監測項目及其適用范圍：（1）大地測量水平變形、垂直變形監測對邊坡和滑坡及其不同階段都可適用。（2）正、倒垂線法一般只適用于重大的人工邊坡工程。（3）表面傾斜監測一般適合于邊坡施工期和滑坡整治期監測。（4）地表裂縫包括斷層、裂縫、層面的監測等。（5）鉆孔深部位移監測，包括測水平位移的鉆孔測斜儀法和測孔軸向位移的多點位移計法，對邊坡和滑坡及其不同階段都可適用。（6）爆破影響監測。（7）滲流滲壓監測，是邊（滑）坡重要監測項目。（8）雨量與江河水位監測（9）松動范圍監測。（10）加固效果監測。（11）巡視檢查。7.2.3邊坡監測項目的選定及儀器的選型

7.2.3.167邊（滑）坡監測項目選擇

序號監測項目人工邊坡天然滑坡施工期運行期前期整治期整治后1大地測量水平變形√√√√√2大地測量垂直變形√√√√

3正垂倒垂線

√

4表面傾斜√√5地表裂縫√√√√6鉆孔深部位移√√√√7爆破影響監測√

√

8滲流滲壓監測√√√√9雨量監測√√√√10水位監測

√√√√11松動范圍監測√12加固效果監測√√√√13巡視檢查√√√√√邊（滑）坡監測項目選擇序號監測項目人工邊坡天然滑坡687.2.3.2監測儀器的選型一、儀器選型的原則

1）可靠、適用。2）具有工程所要的精度、量程、直線性和重復性。3）施工期安全監測儀器應力求結構、安裝和操作簡單，價格便宜。4）兼顧自動化監測的需要。5）儀器類型宜盡量單一。6）綜合比較。

7.2.3.2監測儀器的選型一、儀器選型的原則69二、儀器的選擇

根據檢測內容的不同選擇不同的儀器具體如下：

A、變形監測經緯儀和水準儀、垂線坐標儀、表面傾斜儀、測縫計、收斂計等B、爆破影響監測低頻儀器地震檢波器等C、滲流滲壓監測滲壓計測量、量水堰D、雨量監測雨量監測可采用雨量計或采用附近水文站的實測資料。E、河水位監測江河水位的監測可采用水位自測，或向附近的水文站索取所需資料。F、松動范圍的監測松動范圍一般采用聲波儀配換能器檢測二、儀器的選擇

根據檢測內容的不同選擇不同的儀器具體如下：70※7.3邊坡變形監測7.3.1地面變形監測地面變形監測是邊坡監測中的常規監測項目，通常應用的儀器有兩類：一是大地測量（精度高的）儀器，如紅外儀、經緯儀、水準儀、全站儀、GPS等，二是專門用于邊坡變形監測的設備，如裂縫計、鋼帶和標樁、地面位移伸長計和全自動無線邊坡監測系統、光纖應變監測系統等。

※7.3邊坡變形監測7.3.1地面變形監測71地面變形監測主要采用邊坡工程監測方法中的設站觀測法和儀表觀測法，包括：

1)、大地測量法

2)、攝影測量法

3)、測量機器人監測系統

4)、自動化監測網

5)、光纖應變監測系統地面變形監測主要采用邊坡工程監測方法中的設站721)、大地測量法

大地測量法是在變形邊坡地區設置觀測樁、站、網，在變形邊坡以外的穩定地段設置固定站進行觀測。

一般采用十字形觀測網、放射形觀測網、方格形觀測網等。

1)、大地測量法

大地測量法是在變形邊坡地73(a)十字形觀測網

(b)放射性觀測網

(c)方格形觀測網大地測量法網型布置圖

(a)十字形觀測網(b)放射性觀測網(c)方格形觀測742)、攝影測量法

攝影測量法是用地面攝影經緯儀，在不同的時間內，對邊坡進行攝影測量，適用于大面積邊坡的移動測量。

優點是：它測量的不是邊坡上個別觀測點的移動，而是整個觀測視野內邊坡上所有點的移動。對人員不能到達的地方也能測量。

攝影測量精度主要取決于y距（又稱縱距）及攝影經緯儀的焦距。一般來說，縱距越小，精度越高，焦距越長，精度越高。

2)、攝影測量法

攝影測量法是用地面攝影經緯儀753)、測量機器人監測系統機器人監測系統，具有自動識別目標的ATR（AutomaticTargetRecognition）功能，能自動搜索、照準目標，實現角度、距離的全自動化測量，從而改進傳統的變形監測方法、完善傳統的變形監測理論、減輕勞動工作強度等。3)、測量機器人監測系統機器人監測系統，具有764)、自動化監測網（3S技術）

3S技術即地理信息系統（GeographyInformationSystem，GIS）、全球衛星定位系統（GlobalPositioningSystem，GPS）和遙感遙測系統（RemoteSensing，RS）4)、自動化監測網（3S技術）3S技術即775)、光纖應變監測系統

光纖應變監測系統，按光的載體可分為基于拉曼散射的分布式光纖檢測系統、基于瑞利散射的分布式光纖監測系統和基于布里淵散射的分布式光纖檢測系統（BOTDR）等三種形式5)、光纖應變監測系統光纖應變監測系統，78光纖應變監測技術在邊坡監測中的應用

BOTDR技術主要用于長距離分布式監測如大型堤防工程、庫岸邊坡及大型露天采場邊坡等的監測。FBG技術用于測點處的應變高速實時地監測和地震引起往復位移監測。BOCDA技術用于距離分辨率要求更高的工程監測。如橋梁的監測等。光纖應變監測技術在邊坡監測中的應用BOT797.3.2邊坡表面裂縫量測山坡和建筑物（擋土墻、房屋、水溝、路面等）上的裂縫是滑坡變形最明顯的標志。對這些裂縫進行監測是最簡單易行又最直接的監測，在整個監測系統中是首先要采用的。其監測的主要方法如下：

1、簡易監測法2、垂球法3、建筑物裂縫貼片監測4、滑坡裂縫和位移監測7.3.2邊坡表面裂縫量測山坡和建筑物（擋土墻、房屋、807.3.3邊坡巖體表面移動的觀測測量裝置主要有：簡易裝置、地面伸長計、鋼繩伸長計等簡易裝置是指在邊坡表面上觀測巖體移動的簡單的測量工具，一般不需要特殊的儀器設備，可以在位移地點進行觀測，直接找出量測數據或經過簡單計算后得出測量的結果。7.3.3邊坡巖體表面移動的觀測測量裝置主要有：簡易裝817.3.4邊坡深部位移和滑動面監測一、簡單地下位移監測（1）塑料管鋼棒觀測法（2）變形井監測（3）剪切帶變形井觀測

剪切帶

7.3.4邊坡深部位移和滑動面監測一、簡單地下位移監測變82二、應變管監測應變管是將電阻應變片粘貼于硬質聚氯乙烯管或金屬管上，埋入鉆孔中，管外充填密實，管隨滑坡位移而變形，電阻應變片的電阻值也跟著變化，由此分析判斷出地下位移和滑動面的位置。優點：操作容易，造價低，測定儀器不復雜。用該方法的關鍵是貼片工藝和防潮，在孔中有水時使用壽命有限。缺點：不易直接測出位移值。日本最早將應變管用于監測滑坡的地下位移和滑動面位置。二、應變管監測應變管是將電阻應變片粘貼于硬質聚氯乙烯管83三、固定式鉆孔測斜儀監測

從20世紀50年代開始人們就著手研制測斜儀，通過放入鉆孔中測定土體的側向位移，先后出現過多種形式，目前較多采用的有三種，包括惠斯登電橋擺錘式、應變計式與加速度計式三種，一個探頭測一個平面方向的變化，對于雙軸情況采用兩個探頭。三、固定式鉆孔測斜儀監測從20世紀50年代開始人們就著84四、鉆孔伸長計監測鉆孔內測量巖體移動時，常采用鉆孔伸長計測量鉆孔軸向的位移量。伸長計既可用來進行巖體淺部的位移量測，也可用來進行巖體深部的位移量測。鉆孔伸長計

1－重錘；2－支撐導輪；3－黃油；4－塑料管；5－水泥砂漿；6－鋼絲；7－8號鋼絲四、鉆孔伸長計監測鉆孔內測量巖體移動時，常采用鉆孔伸長計85五、活動式測斜儀監測鉆孔傾斜儀運用到邊坡工程中的時間不長，它是測量垂直鉆孔內測點相對于孔底的位移（鉆孔徑向）。觀測儀器一般穩定可靠，測量深度可達百米且能連續測出鉆孔不同深度的相對位移的大小和方向。因此，這類儀器是觀測巖體深部位移、確定潛在滑動面和研究邊坡變形規律較理想的手段，目前在邊坡深部位移量測中得到廣泛采用。如大冶鐵礦邊坡、長江新灘滑坡、黃臘石滑坡、鏈子崖巖體破壞等均運用了此類儀器進行巖土深層位移觀測。五、活動式測斜儀監測鉆孔傾斜儀運用到邊坡工程中的時間不長867.3.5邊坡變形量測資料的處理與分析邊坡的變形測量數據的處理與分析，是邊坡監測數據管理系統中一個重要的研究內容，可用于對邊坡未來的狀況進行預報、預警。邊坡變形數據的處理可以分為兩個階段，一是對邊坡變形監測的原始數據的處理，該項處理主要是對邊坡變形測試數據進行干擾消除，以獲取真實有效的邊坡變形數據，這一階段可以稱作為邊坡變形量測數據的預處理。邊坡變形數據分析的第二階段是運用邊坡變形量測數據分析邊坡的穩定性現狀，并預測可能出現的邊坡破壞，建立預測模型。相應內容參考第二章及其他有關書籍。7.3.5邊坡變形量測資料的處理與分析邊坡的變形測量數87※7.4邊坡應力監測邊坡處治監測中的應力監測包括：1、邊坡內部應力監測、2、支護結構應力監測、3、錨桿（索）預應力監測。※7.4邊坡應力監測邊坡處治監測中的應力監測包括：881、邊坡內部應力測試

坡內部應力監測可通過壓力盒量測滑帶承重阻滑受力和支擋結構（如抗滑樁等）受力，以了解邊坡體傳遞給支擋工程的壓力以及支護結構的可靠性。值得注意的是埋設接觸不良可使壓力盒失效或測值很小，以及壓力盒的性能好壞，直接影響壓力測量值的可靠性和精確度。1、邊坡內部應力測試坡內部應力監測可通過壓力盒量測滑892、巖石邊坡地應力監測邊坡地應力監測主要是針對大型巖石邊坡工程，為了了解邊坡地應力或在施工過程中地應力變化而進行的一項重要監測工作。地應力監測包括絕對應力測量和地應力變化監測。2、巖石邊坡地應力監測邊坡地應力監測主要是針對大型巖石903、邊坡錨固應力測試錨固應力測試主要包括：

1錨桿軸力的量測2對預應力錨索應力監測

3對于絕對應力測量

4對于地應力變化監測

3、邊坡錨固應力測試錨固應力測試主要包括：91錨桿軸力量測錨桿軸力量測的目的在于了解錨桿實際工作狀態，結合位移量測，修正錨桿的設計參數；錨桿軸力量測主要使用的是量測錨桿。機械式量測錨桿通過長期監測，從而可以得到錨桿不同部位應力隨時間的變化關系（見下頁）錨桿軸力量測錨桿軸力量測的目的在于了解錨桿實際工作狀態，92量測錨桿結構與安裝示意圖

同時間錨桿軸力隨深度的變化曲線量測錨桿結構與安裝示意圖同時間錨桿軸力隨深度的變93不同點錨桿軸力隨時間的變化曲線不同點錨桿軸力隨時間的變化曲線94※7.5邊坡地下水監測地下水是邊坡失穩的主要誘發因素，對邊坡工程而言，地下水動態監測也是一項重要的監測內容，特別是對于地下水豐富的邊坡，應特別引起重視。地下水動態監測以了解地下水位為主，根據工程要求，可進行地下水孔隙水壓力、揚壓力、動水壓力、地下水水質監測等。※7.5邊坡地下水監測地下水是邊坡失穩的主要誘發因素95一、地下水位監測我國在20世紀90年代初成功研制了WLT-1020地下水