邊坡監(jiān)測講義課件

1、邊坡監(jiān)測與預(yù)報1、邊坡工程監(jiān)測的目的、作用和內(nèi)容、邊坡工程監(jiān)測的目的、作用和內(nèi)容1.1目的 1)為了保證工程施工和運行的安全。 (2)評價邊坡理論分析結(jié)果和經(jīng)驗判斷成果的依 據(jù)，是修改設(shè)計和指導(dǎo)施工的客觀標(biāo)準(zhǔn)。 (3)為工程巖土體力學(xué)參數(shù)的反演分析提供資料。 (4)為掌握邊坡變形特征和規(guī)律提供資料，指導(dǎo)在 邊坡發(fā)生嚴(yán)重變形條件下的應(yīng)急處理。 (5)為分析巖體結(jié)構(gòu)與邊坡變形破壞的關(guān)系，預(yù)測 邊坡變形破壞趨勢，評價邊坡的長期穩(wěn)定性提 供條件。 在交通、礦山、建筑和水利等各個建設(shè)領(lǐng)域中，通過邊坡工程的監(jiān)測，可以達(dá)到下述作用。 (1)評價邊坡施工及其使用過程中邊坡的穩(wěn)定程度，并做出有關(guān)預(yù)報，為業(yè)主、施

2、工方及監(jiān)理提供預(yù)報數(shù)據(jù)，跟蹤和控制施工進(jìn)程，對原有的設(shè)計和施工組織的改進(jìn)提供最直接的依據(jù)，對可能出現(xiàn)的險情及時提供報警值，合理采用和調(diào)整有關(guān)施工工藝和步驟，做到信息化施工和取得最佳經(jīng)濟(jì)效益。對于已經(jīng)或正在滑動的滑坡體掌握其演變過程，及時捕捉崩滑災(zāi)害的特征信息，如:崩塌、滑坡的正確分析評價、預(yù)測預(yù)報及治理工程等，提供可靠的資料和科學(xué)依據(jù)。1、邊坡工程監(jiān)測的目的、作用和內(nèi)容、邊坡工程監(jiān)測的目的、作用和內(nèi)容1.2 作用(2)為防治滑坡及可能的滑動和蠕動變形提供技術(shù)依據(jù)，預(yù)測和預(yù)報今后邊坡的位移、變形的發(fā)展趨勢，通過監(jiān)測可對巖土體的時效特性進(jìn)行相關(guān)的研究。通過監(jiān)測可掌握崩塌、滑坡的變形特征及規(guī)律，預(yù)測

3、預(yù)報崩滑體的邊界條件、規(guī)模、滑動方向、失穩(wěn)方式、發(fā)生時間及危害性，并及時采取防災(zāi)措施，盡量避免和減輕工程和人員的災(zāi)害損失。通過監(jiān)測可為決策部門提供相應(yīng)參數(shù)依據(jù)，為有關(guān)方面提供相關(guān)的信息，以制定相對應(yīng)的防災(zāi)救災(zāi)對策。1、邊坡工程監(jiān)測的目的、作用和內(nèi)容、邊坡工程監(jiān)測的目的、作用和內(nèi)容(3)對已經(jīng)發(fā)生滑動破壞和加固處理后的滑坡，監(jiān)測結(jié)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。因而，監(jiān)測既是崩塌滑坡調(diào)查、研究和防治工程的重要組成部分，又是崩滑地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報信息獲取的一種有效手段。通過監(jiān)測可為決策部門提供相應(yīng)參數(shù)數(shù)據(jù)，為有關(guān)方面提供相應(yīng)的對策。(4)為進(jìn)行有關(guān)位移反分析及數(shù)值模擬計算提供參數(shù)。

4、對于巖土體的特征參數(shù)，由于直接通過試驗無法直接取得，通過監(jiān)測工作對實際監(jiān)測的數(shù)據(jù)(特別是位移值)建立相關(guān)的計算模型，進(jìn)行有關(guān)反分析計算。1、邊坡工程監(jiān)測的目的、作用和內(nèi)容、邊坡工程監(jiān)測的目的、作用和內(nèi)容主要是對危險滑坡的成災(zāi)條件、過程的監(jiān)測和地質(zhì)災(zāi)害防治過程及防治效果的反饋監(jiān)測。包括以下方面: 1) 危巖、滑坡地表及地下變形的二維(X, Y方向)或三維(X, Y, Z方向)位移、傾斜變化監(jiān)測; 2) 有關(guān)物理參數(shù)應(yīng)力應(yīng)變、地聲變化的監(jiān)測; 3）環(huán)境因素地震、爆破震動、降雨量、氣溫、地表(下) 水(水位、水質(zhì)、水溫、泉流量、孔隙水壓力)等監(jiān)測。 1.3 內(nèi)容1、邊坡工程監(jiān)測的目的、作用和內(nèi)容、邊

5、坡工程監(jiān)測的目的、作用和內(nèi)容2、邊坡工程監(jiān)測方法、邊坡工程監(jiān)測方法2.1 宏觀地質(zhì)觀測法宏觀地質(zhì)觀測法 用常規(guī)的地質(zhì)路線調(diào)查方法對崩塌、滑坡的宏觀變形跡象和與其有關(guān)的各種異?，F(xiàn)象進(jìn)行定期的觀測、記錄，以便能隨時掌握崩塌、滑坡變形動態(tài)及發(fā)展趨勢，達(dá)到科學(xué)預(yù)報的目的。 該方法具有直觀性、動態(tài)性、適應(yīng)性及實用性強的特點，不僅適用于各種類型的崩塌滑體不同變形發(fā)展階段的監(jiān)測，而且監(jiān)測內(nèi)容比較豐富、面廣，獲得的前兆信息直觀可靠，可信度高。結(jié)合儀器監(jiān)測資料綜合分析，可初步判定崩塌滑體所處的變形階段及中長短期滑動趨勢，作為崩塌、臨滑的宏觀地質(zhì)預(yù)報判據(jù)。其方法簡單經(jīng)濟(jì)，便于掌握和普及推廣應(yīng)用，適合群測群防。 宏

6、觀觀測法對于發(fā)生病害的邊坡進(jìn)行觀測較為適合，對崩塌和滑坡的宏觀變形跡象和與其有關(guān)的各種異?，F(xiàn)象進(jìn)行定期的觀測、記錄，從宏觀上掌握崩塌、滑坡的變形動態(tài)和發(fā)展趨勢。2.2 簡易觀測法簡易觀測法 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(fā)生和發(fā)展的位置、規(guī)模、形態(tài)、時間等)及地下水位變化、地溫變化等現(xiàn)象,也可在邊坡體關(guān)鍵裂縫處埋設(shè)騎縫式簡易觀測樁;在建(構(gòu))筑物(如房屋、擋土墻、漿砌塊石溝等)裂縫上設(shè)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(biāo)記; 在陡坎(壁)軟弱夾層出露處設(shè)置簡易觀測標(biāo)樁等,定期用各種長度量具測量裂縫長度、寬度、深度變化

7、及裂縫形態(tài)、開裂延伸的方向。 該方法監(jiān)測的內(nèi)容比較單一，觀測精度相對較低，勞動強度較大，但是操作簡單，直觀性強，觀測數(shù)據(jù)資料可靠，適合于交通不便、經(jīng)濟(jì)困難的山區(qū)普及推廣應(yīng)用。并適合于崩滑體處于速變、劇變狀態(tài)時的動態(tài)變形監(jiān)測。2、邊坡工程監(jiān)測方法、邊坡工程監(jiān)測方法圖1 簡易觀察裝置（a）設(shè)樁觀測；（b）設(shè)片觀測；（c）設(shè)尺觀測；（d）刻槽觀測邊坡表面裂縫量測 （1）最簡單的一種方法是在滑坡周界兩側(cè)選擇若干個點，在動體和不動體上各打入一根樁（木樁或鋼筋），埋入土中的深度不小于1.0m，樁頂各釘一小釘或作十字標(biāo)記，定時用鋼尺測量兩點間的距離，即可求出兩樁間距的變化，若在不動體上設(shè)兩個樁，滑動體上設(shè)一

8、個樁，形成一個三角形，從三邊長度變化可求出滑動體的移動方向和數(shù)量。 邊坡表面裂縫量測 （2） 標(biāo)尺測量法，即在兩觀測樁露出地面的部分刻上標(biāo)尺（或另加標(biāo)尺）一個水平，一個垂直。設(shè)樁后測出其初始讀數(shù)，以后隨時測記水平和垂直尺上的讀數(shù)，不用另外丈量即可求出滑動體的水平位移和垂直升降值。（3）在不動體上水平打入一根樁測量時在樁上吊一垂球，垂球下的動體上設(shè)一混凝土墩，墩頂面畫上方格坐標(biāo)，即可測出移動的數(shù)值和路徑。若垂球線長度固定，還可大致測出滑體的沉降量。 （4）建筑物上的裂縫監(jiān)測可以在裂縫兩側(cè)設(shè)固定點（如涂油漆）用尺量距，也可在縫上貼水泥砂漿片（貼片處必須清洗鑿毛以便粘貼牢固），觀測水泥砂漿片被拉裂、

9、錯開等情況， （5）滑坡記錄儀（也叫伸縮計、滑坡計) 它是一個帶記時鐘的滾筒記錄裝置，固定在裂縫外的不動體上，滑體上設(shè)觀測點，觀測點與記錄儀之間的距離以15m左右為宜。中間拉一銦鋼絲，銦鋼絲外應(yīng)設(shè)塑料管或術(shù)槽保護(hù)以防動物碰撞。位移隨時間的變化記錄在記錄紙上。一周或一月?lián)Q一張記錄紙，可連續(xù)記錄。此記錄儀還可帶報警器，當(dāng)位移達(dá)到規(guī)定數(shù)值時，自動報警。近年來我國也研究制造了由單板機(jī)控制的自動記錄儀。中鐵西北科學(xué)研究院研制的KHB-1型滑坡自動記錄和報警器，可帶16個探頭，既可測位移，又可測雨量和水位，還能自動報警，能分出位移是拉伸還是壓縮，而且有較強的抗干擾性能，曾在電氣化鐵路兩側(cè)滑坡上使用，性能良

10、好。記錄儀距測點間距離可達(dá)600-800m（即電纜的長度），可以交、直流電兩用。日本坂川株式會社生產(chǎn)的SRL型滑坡自動記錄儀，不用機(jī)械紙帶記錄，一臺記錄裝置可帶12個設(shè)在滑坡內(nèi)外的記錄儀，滑坡位移在室內(nèi)自動記錄。自動記錄裝置可用于危險性較大、人員不宜接近的情況。 （6）地面伸長計：用于測定地表明顯裂隙的位移量。在邊坡的穩(wěn)定地段立一垂直樁3，樁上端裝有一個滑輪5，滑輪上繞一根金屬線l，金屬線一端掛一重錘6，在其另一端用樁2固定在發(fā)生移動的邊坡巖體表面。當(dāng)滑體移動時，重錘被金屬線牽引而上升，其上升量可以從垂直樁上的標(biāo)尺4看出。也可把金屬線的警報訊號燈7的限位開關(guān)連上，并預(yù)先調(diào)好需要報警的位移量，當(dāng)

11、位移量達(dá)到該值時，限位開關(guān)合上，警報燈發(fā)光，以引起注意。（7）鋼繩伸長計它是在不穩(wěn)定邊坡體上與穩(wěn)定邊坡體上分別埋設(shè)一個錨固標(biāo)樁1和2，在標(biāo)樁之間牽一個具有一定拉力的鋼繩3，鋼繩直徑1cm左右，在穩(wěn)定區(qū)標(biāo)樁一端，設(shè)有鋼標(biāo)尺4，鋼繩通過導(dǎo)輪5掛一重錘6將鋼繩拉緊，如圖6-34所示。當(dāng)滑坡體移動時，重錘6被鋼繩牽引上升，其上升量（即滑坡體移動量）可由標(biāo)尺4測出。此外還可與報警系統(tǒng)配合使用，只要在鋼標(biāo)尺右端安裝一個電源開關(guān)，當(dāng)固定在鋼繩上的接通滑塊7隨鋼繩移至事先規(guī)定的預(yù)報位移量的位置時，滑塊便與電源開關(guān)接觸構(gòu)成通路，報警信號（光或電鈴）便接通，即可發(fā)出滑坡報警信號。鋼繩伸長計具有操作簡便，可觀測巖體

12、較大的位移量，而且可以大范圍內(nèi)設(shè)點形成一個監(jiān)測網(wǎng)。2.3 設(shè)站觀測法設(shè)站觀測法 設(shè)站觀測法是指在充分了解場區(qū)的工程地質(zhì)背景的基礎(chǔ)上,在邊坡體上設(shè)立變形觀測點(成線狀、格網(wǎng)狀等), 在變形區(qū)影響范圍之外穩(wěn)定地點設(shè)置固定觀測站,用測量儀器(經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、測距儀、攝影儀及全站型電子速測儀、GPS接收機(jī)等)定期監(jiān)測變形區(qū)內(nèi)網(wǎng)點的三維(X、Y、Z)位移變化的一種行之有效的監(jiān)測方法。 此法主要指大地測量、近景攝影測量及GPS測量與全站式電子速測儀，設(shè)站觀測邊坡地表三維位移的方法。 大地測量法 邊坡的外部變形監(jiān)測通常是用常規(guī)的大地測量方法 平面位移監(jiān)測：采用三角測量、經(jīng)緯儀導(dǎo)線測量、全站儀或電 磁波測距導(dǎo)

13、線測量以及交會測量等方法， 垂直位移監(jiān)測：水準(zhǔn)測量或三角高程測量等方法。 常用儀器：經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、測距儀和全站儀全站儀、電子水準(zhǔn)儀電子水準(zhǔn)儀 目前，最高精度的全站儀(瑞士Leica公司的TC2003) 目前最高精度的電子水準(zhǔn)儀(美國Trimble公司的DiNi 12)。 高精度電子測量儀器的發(fā)展，為變形監(jiān)測的常規(guī)大地測量方法注入了新的活力。三角測量: 分別在滑坡體附近的穩(wěn)定地區(qū)和滑坡體上選定一系列的點(稱三角點，A, B, C,)，按三角形連接成網(wǎng)。觀測三角形網(wǎng)中的所有角度l, 2, 3,。若A, B為已知點，則AB邊的長度和方位角也為已知值。在各三角形內(nèi)，由正弦定理可以用AB邊可以推算出A

14、C, BC的邊長，進(jìn)而求得網(wǎng)中所有邊長。根據(jù)已知邊的方位角和網(wǎng)中的觀測角可以推算出其他各邊的方位角。最后，根據(jù)己知點坐標(biāo)及各邊的方位角和邊長，就能逐次求得其它各點的坐標(biāo)。重復(fù)多期測量后，就可以測得邊坡上各三角點的位移大小及方向。 優(yōu)點：控制面積大、幾何條件多、圖形結(jié)構(gòu)強，有利于檢查角度測量質(zhì)量，是山地、丘陵及通視條件較好的測區(qū)廣泛采用的一種測量方法。它的缺點是測角的任務(wù)較重，但測距工作量大大減少。 將位于滑坡體附近穩(wěn)定區(qū)域的基準(zhǔn)點與滑坡體上的相鄰控制點連成直線以構(gòu)成折線，稱為導(dǎo)線。這些控制點稱為導(dǎo)線點。導(dǎo)線測量就是依次測定各導(dǎo)線邊的長度和各轉(zhuǎn)折角值根據(jù)起算數(shù)據(jù)(如已知邊AA和BB的坐標(biāo)和方位角

15、)，推算各邊的坐標(biāo)方位角，從而求出各一導(dǎo)線點的坐標(biāo)。 導(dǎo)線測量經(jīng)緯儀導(dǎo)線：用經(jīng)緯儀測量轉(zhuǎn)折角，用鋼尺測定邊長。電磁波測距導(dǎo)線：用光電測距儀測定導(dǎo)線邊長。 導(dǎo)線測量的特點是布設(shè)靈活，要求通視的方向少，邊長直接測定，精度均勻。因此，導(dǎo)線測量是測定邊坡平面位移常用的一種方法，特別是地物分布復(fù)雜、視線障礙較多的隱蔽區(qū)和帶狀地區(qū)，多采用導(dǎo)線測量的方法。 當(dāng)滑坡區(qū)域地形復(fù)雜、遮蔽較多，布設(shè)三角點或?qū)Ь€點比較困難，而需要監(jiān)測的變形點數(shù)量不多時，可采用交會測量的方法進(jìn)行。交會測量的原理類似于三角測量，都是在三角形內(nèi)(至少有兩個點為已知基準(zhǔn)點)觀測特定的角度或邊長，利用正余弦定理來計算未知的角度或邊長，進(jìn)而利用

16、邊長和方位角求得交會點的坐標(biāo)值。 根據(jù)觀測量或觀測方式的不同，交會測量可分為前方交會、側(cè)方交會、后方交會、測邊交會等。 交會測量前方交會法:在兩個已知基準(zhǔn)點A, B上分別設(shè)站觀測，測得水平角和，從而可以計算出變形監(jiān)測點P點的坐標(biāo)。 側(cè)方交會法: 分別在一個已知點A和變形監(jiān)測點P上安置儀器，觀測水平角和，然后利用兩個已知點A, B的坐標(biāo)來測定未知點P的坐標(biāo)。其中，另一個已知點C和觀測角可用作交會測量成果的正確性檢驗。后方交會法:將儀器安置在變形監(jiān)測點P上，分別向三個己知點A, B, C進(jìn)行觀測，測出水平角1,和2 ，然后在兩個三角形內(nèi)利用正弦定理進(jìn)行計算，求出P點的坐標(biāo)。 測邊交會法:，將測距儀

17、或全站儀分別安置在三個已知點A、B、 C或變形監(jiān)測點P上，測得三個己知點A, B, C到P點的距離Sa， Sb，Sc，然后在兩個三角形內(nèi)利用正余弦定理進(jìn)行計算，由邊長推算出P點的坐標(biāo)。 水準(zhǔn)測量:水準(zhǔn)測量是利用一條水平視線，并借助水準(zhǔn)標(biāo)尺來測定地面上兩點間高差的方法。當(dāng)兩點間高差已知時，就可由已知點的高程，推算出未知點的高程。 邊坡的垂直位移變形監(jiān)測，就是用水準(zhǔn)測量來測定監(jiān)測點與穩(wěn)定基準(zhǔn)點之間的高差，進(jìn)而求得垂直變形監(jiān)測點的高程值。經(jīng)多期測量后，就可以利用垂直變形監(jiān)測點高程值的變化來確定滑坡體垂直位移的大小和方向。 三角高程測量:在山區(qū)進(jìn)行變形監(jiān)測，若用水準(zhǔn)測量，則速度慢、困難較大，故可采用三

18、角高程測量的方法。三角高程測量的觀測方法簡單，受地形條件限制較小，是測定滑坡體垂直位移變化的一種基本方法。但必須用水準(zhǔn)測量的方法在測區(qū)內(nèi)引測一定數(shù)量的水準(zhǔn)點，作為高程起算的依據(jù)。 設(shè)站觀測法網(wǎng)型布置 觀測網(wǎng)型布置，決定于觀測區(qū)的范圍、地形條件以及觀測要求，一般采用以下幾種網(wǎng)型：十字形觀測網(wǎng)十字形觀測網(wǎng)：適用于變形邊坡窄長、觀測范圍不大、滑體滑動主軸明顯的情況。此時，可在沿滑體主軸方向布置一排觀測點，垂直于主軸方向布置若干排觀測點。設(shè)點時在同一排上的變形帶和穩(wěn)定區(qū)均需有測點控制，以便進(jìn)行分析對比。固定點可設(shè)在主軸剖面上或其他通視地點。此類網(wǎng)點建網(wǎng)和觀測都較方便 放射形觀測網(wǎng)放射形觀測網(wǎng)：適用于通

19、視條件較好、觀測范圍不太大的變形邊坡。在變形邊坡以外的穩(wěn)定地帶，選擇觀測通視條件較好的位置布設(shè)2個固定測站，從固定測站按放射狀設(shè)若干條觀測線，在測線終點的穩(wěn)定巖體上設(shè)照準(zhǔn)牌，定期觀測2組放射測網(wǎng)交叉點的位移變化。此法的優(yōu)點是觀測時搬鏡次數(shù)少，可節(jié)省人力和時間。但測點布置不甚均勻，靠近測站的測點觀測成果較精密。方格形觀測網(wǎng)：方格形觀測網(wǎng)：一般適用于地形條件復(fù)雜的大型邊坡的觀測。在觀測范圍內(nèi)設(shè)置不同方向觀測線，使測線縱橫交叉，組成方格網(wǎng)形。觀測線數(shù)量不限，觀測點一般布置在縱橫剖面線的交叉點上。此法的優(yōu)點是：只要求每條測線通視，受地形條件的影響較小，測點分布可任意調(diào)整，且分布均勻，觀測精度高；缺點是

20、：固定測站多，建網(wǎng)時工作量大，每次觀測時，1個固定測站只能觀測1條測線，儀器搬動頻繁，人力物力消耗大，費時間。三角站網(wǎng)三角站網(wǎng):當(dāng)觀測地區(qū)交通極為困難而難以布置大量測點時，可在變形帶外圍的穩(wěn)定邊坡上設(shè)置三角站網(wǎng)，用以觀測變形邊坡上少數(shù)測點的平面控制變化。另外另外:除在地表設(shè)站觀測邊坡位移外，為了了解不同高程巖體位移變化的情況，也可在邊坡斷面上，不同高程處開挖勘探平硐，在硐內(nèi)設(shè)樁觀測。根據(jù)不同高程巖體位移變化情況，以便研究邊坡巖體在某一剖面上的變形規(guī)律。觀測資料的分析整理 一般對變形邊坡的觀測都是為了分析研究邊坡變形破壞的規(guī)律，其最基本的觀測資料為各觀測樁的水平位移和高程變化的數(shù)據(jù)。對這些數(shù)據(jù)進(jìn)

21、行系統(tǒng)分析整理后，據(jù)以做出客觀的判斷。 編制邊坡水平位移矢量圖及累計水平位移矢量圖。將各測樁的水平位移量按一定比例，并按位移的方位繪在各測點處。從圖中可以看出水平位移隨時間的變化情況。編制邊坡高程升降矢量圖及累計升降矢量圖。以各測線為基準(zhǔn)，橫線以上為上升，橫線以下為下降，將各點高程的變化按比例（與水平位移矢量圖相同）繪在圖上。從圖中可以看出高程升降隨時間的變化情況。編制水平位移動和高度變化綜合圖。將上述2種分析圖重疊。從綜合圖上可圈定滑坡體周界，并可確定主滑線。繪制邊坡位移（某點水平位移、垂直位移等）與時間的關(guān)系曲線圖。從圖上可以分析邊坡位移的狀況與發(fā)展趨勢，以便為滑坡預(yù)報提供依據(jù)。通常邊坡位

22、移的初始階段位移的增加比較均勻，在滑坡前發(fā)生的一小段時間內(nèi)，位移常常停頓，其后位移顯著增大，這往往是滑坡的預(yù)兆。從位移與時間的關(guān)系曲線上可以推測出發(fā)生滑坡的日期。編制變形和地下水位變化的關(guān)系曲線，用以觀察位移和地下水位以及降水之間的關(guān)系。水是產(chǎn)生邊坡滑動的活躍因素，因此，雨季往往滑坡比較頻繁。位移觀測資料的分析判斷 根據(jù)位移矢量關(guān)系，判定滑坡體的個數(shù)。上部觀測樁普遍向東移動，而下部樁觀測普遍向西移動，可以判定為上、下滑動方向不一致的2個滑坡體。區(qū)分老滑坡體上的局部移動。老滑坡和其上的局部移動的變化規(guī)律在時間、方向及位移量上有所不同，據(jù)此可以判斷在老滑坡上出現(xiàn)的局部移動確定滑坡體的周界。根據(jù)觀測

23、樁的位移和位移方向可以確定滑坡的周界，一般滑坡體群內(nèi)各個滑坡邊緣位置的觀測樁，其位移方向向各自的滑體偏移，而2個滑坡中間的觀測樁其位移是很小的，由此可以確定若干滑坡體的周界及其范圍示。判定主滑線。在滑坡位移矢量 圖上，找出每一橫排上位移 量，下沉量最大的點，將這些 點縱向連接起來，就是滑坡體 的主滑線，它是滑坡體的滑動 方向。tan樁高程變動量樁水平變動量判定滑床形狀。當(dāng)滑坡體只有1個滑動面時，各觀測樁的合矢量（水平與升降矢量的合矢量）與水平線的夾角常與滑坡床上相應(yīng)部分的滑動面傾角相似，據(jù)此可以推斷滑動面的傾角，從而也可以定出滑床的形狀。即： 判斷兩樁間巖體的受力性質(zhì)。從兩相鄰觀測樁在平面上同

24、一方向位移累計值比較，可以判斷兩測樁間的受力性質(zhì)是受壓或是受拉。以此差值與兩樁設(shè)站初期平均距離的比值來表示其受力的性質(zhì)。0BAL式中單位長度內(nèi)兩樁的變位差， 單位mm/m L0建樁初期兩樁的平均距離，單位m;BA兩樁間累計位移差，單位mm。當(dāng)其為正值時，說明兩樁間巖體受拉；當(dāng)其為負(fù)值時，說明兩樁間巖體受壓。因此，用上法可劃分滑體上的張拉區(qū)和壓縮區(qū)。判斷邊坡巖體的變形特征。當(dāng)在不同高程的山體內(nèi)（探硐內(nèi)）設(shè)有多層觀測樁時，可根據(jù)在同一垂直斷面上不同高程觀測樁的位移合矢量的大小，判斷邊坡巖體是一般性滑動、表層滑動、深層滑動或是旋轉(zhuǎn)等。此外，根據(jù)各樁間位移量的大小和位移方向可判定滑動體的位置。估算滑床

25、的深度。對壓縮變形量小，呈整體滑動的邊坡，可利用某觀測樁以上滑體沉降的面積A1與該樁順軸向水平位移x的比值估算該處滑床深度h。FhX預(yù)報邊坡滑移破壞的時間。根據(jù)位移變化速率及變位與時間的關(guān)系曲線可以預(yù)報滑坡的時間。 大地測量法有如下優(yōu)點： （1）能確定邊坡地表變形范圍。在邊坡工程監(jiān)測的初期,監(jiān)測的重點部位往往難以確定,甚至事與愿違,埋設(shè)監(jiān)測儀器的地方無變形,沒有埋設(shè)儀器的地方反而不穩(wěn)定。因此,對于地面變形的監(jiān)測,確定變形的范圍是當(dāng)務(wù)之急,往往采用大地測量方法方可奏效。這是因為大地測量方法不僅可以對重點部位進(jìn)行定點變形監(jiān)測,而且監(jiān)測面積廣,可以有效地監(jiān)測確定邊坡變形狀態(tài)。 （2） 量程不受限制。

26、大地測量法不受量程的限制,這是因為大地測量法是設(shè)站觀測,儀器量程能滿足邊坡變形監(jiān)測,可以觀測到邊坡變形演變的全過程。若采用儀表觀測法,所埋設(shè)的儀器都存在受量程限制的問題。當(dāng)變形量較大時,往往超過儀器的量程,使得監(jiān)測中斷。這種情況在滑坡監(jiān)測中時有發(fā)生。 （3）觀測到邊坡體的絕對位移量。大地測量方法是以變形區(qū)外穩(wěn)定的測站為基準(zhǔn)(或參照物)進(jìn)行觀測,能夠直觀測定邊坡地表的絕對位移量,掌握整體變形狀態(tài),為評估邊坡的穩(wěn)定性提供可靠依據(jù)。 由于大地測量方法具有上述優(yōu)點,則在邊坡工程的地表監(jiān)測中占主導(dǎo)地位。目前邊坡工程監(jiān)測中,由于全站測量技術(shù)與計算機(jī)技術(shù)結(jié)合在一起,使其精度高,一般全站儀在毫米級,有的可達(dá)亞

27、毫米級;三維測量同時提供點位坐標(biāo)和高程;測量數(shù)字化,和計算機(jī)技術(shù)結(jié)合形成系統(tǒng),實時性強;一機(jī)多測點,效率高。因此,受到邊坡工程監(jiān)測人員的高度重視。但是,大地測量法也受到地形通視條件限制和氣象條件(如風(fēng)、雨、霧、雪等)的影響,工作量大,周期長,連續(xù)觀測能力較差。 GPS(全球定位系統(tǒng))測量法 GPS測量法的基本原理是用GPS衛(wèi)星發(fā)送的導(dǎo)航定位信號進(jìn)行空間后方交會測量,確定地面待測點的三維坐標(biāo)。將GPS測量法用于邊坡工程監(jiān)測有以下優(yōu)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,可以進(jìn)行全天候的觀測;(3)觀測點的三維坐標(biāo)可以同時測定,對于運動的觀測點還能精確測出它的速度;

28、(4)在測程大于10km時,其相對精度可達(dá)到510-6110-6,甚至能達(dá)10-7, 優(yōu)于精密光電測距儀。 此法適用于邊坡體地表的三維位移監(jiān)測,特別適合處于地形條件復(fù)雜、起伏大或建筑物密集、通視條件差的邊坡監(jiān)測。GPS接收機(jī)發(fā)展很快,更新速度極快。新一代的GPS接收機(jī)具有重量輕、體積小、耗電少、智能化。由于其快速靜態(tài)定位特點。其發(fā)展趨勢是測量精度和性能將不斷提高,應(yīng)用面會不斷擴(kuò)大。目前,雖然GPS接收機(jī)價格較昂貴,不完全適合我國國情,但在近年來我國也掀起了引進(jìn)GPS的“熱潮”。開發(fā)和應(yīng)用GPS技術(shù)的勢頭發(fā)展很快,已經(jīng)從理論研究走向?qū)嵱秒A段。工程實踐證明,GPS定位精度可達(dá)毫米級,完全適用于邊坡

29、工程的位移監(jiān)測。 近景攝影測量法 該方法是把近景攝影儀(攝影經(jīng)緯儀或量測相機(jī))安置在2個不同位置的固定測點上,同時對邊坡范圍內(nèi)觀測點攝影構(gòu)成立體像對,利用立體坐標(biāo)儀量測像片上各觀測點三維坐標(biāo)的一種方法。其周期性重復(fù)攝影方便,外業(yè)省時省力,可以同時測定許多觀測點在某一瞬間的空間位置,并且所獲得的像片資料是邊坡地表變化的實況記錄,可隨時進(jìn)行比較。目前,采用近景(一般指100m以內(nèi)的攝影距離)攝影方法進(jìn)行滑坡變形測量時,在觀測的絕對精度方面還不及某些傳統(tǒng)的測量方法,而對于滑坡監(jiān)測中,可以滿足崩滑體處于速變、劇變階段的監(jiān)測要求,即適合危巖臨空陡壁裂縫變化(如鏈子崖陡壁裂縫)或滑坡地表位移量變化速率較大

30、時的監(jiān)測。由于設(shè)站受到地形條件限制、內(nèi)業(yè)工作量較大、專業(yè)化程度較高及攝影儀有待改進(jìn)等，故在崩塌、滑坡的位移監(jiān)測中應(yīng)用得還不夠廣泛。2.4儀表觀測法儀表觀測法 儀表觀測法是指用精密儀器儀表對變形斜坡進(jìn)行地表及深部的位移、傾斜(沉降)動態(tài),裂縫相對張、閉、沉、錯變化及地聲、應(yīng)力應(yīng)變等物理參數(shù)與環(huán)境影響因素進(jìn)行監(jiān)測。目前,監(jiān)測儀器的類型,一般可分為位移監(jiān)測、地下傾斜監(jiān)測、地下應(yīng)力測試和環(huán)境監(jiān)測四大類。按所采用的儀表可分為機(jī)械式儀表觀測法(簡稱機(jī)測法)和電子儀表觀測法(簡稱電測法)。其共性是監(jiān)測的內(nèi)容豐富、精度高、(靈敏度高),測程可調(diào),儀器便于攜帶;可以避免惡劣環(huán)境對測試儀表的損害,觀測成果直觀可靠

31、度高,適用于斜坡變形的中、長期監(jiān)測。 （1）簡單地下位移監(jiān)測塑料管鋼棒觀測法在鉆孔中埋入塑料管（聯(lián)結(jié)要光滑）到預(yù)計滑動面以下35m，然后定期用直徑略小于管內(nèi)徑的鋼棒放人管中測量。當(dāng)滑坡位移將塑料管擠彎時，鋼棒在滑面處被阻就可以測出滑動面的位置。這種方法只能測出上層滑動面的位置。當(dāng)滑動面多于兩層時，可以事先放一棒在孔底，用提升的辦法測下層滑帶的位置。 變形井監(jiān)測為了觀測地面以下各點的位移，可以利用勘探井，在井中放置一串疊置的井圈（混凝土圈或鋼圈），圈外充填密實。從地面上向井底穩(wěn)定層吊一垂球作觀測基線。當(dāng)各個圈隨滑坡位移而變位時即可測出不同深度各圈的位移量，并可判定滑動面的位置。 鉆孔伸長儀:鉆孔

32、內(nèi)測量巖體移動時，常采用鉆孔伸長儀測量鉆孔軸向的位移量，它既可以用來測量巖體淺部的位移，也可用來測量巖體的深部位移。剪切帶:剪切帶的作用是探測滑 動面的位置剪切帶的襯帶1由柔軟的酚質(zhì)材料制成，襯帶的兩側(cè)有2條平行的銅質(zhì)薄膜2，銅膜之間按一定距離并聯(lián)若干電阻絲3，電阻絲間距大小按測量要求而確定，可采用10100cm。整個剪切帶的外面有橡膠保護(hù)層，對已發(fā)出移動的邊坡，當(dāng)需要了解滑動面的確切位置時，可用剪切帶測出。它的工作原理是：在需要測定的地方鉆孔，深度需穿過可能的滑動面，然后將剪切帶放入鉆孔內(nèi)，用水泥砂漿將它和巖體固結(jié)成整體。剪切帶銅膜的上、下兩端各有導(dǎo)線穿過橡膠保護(hù)層引出地面，能分別構(gòu)成閉合電

33、路。當(dāng)邊坡發(fā)生滑動時，剪切帶將被剪斷，銅膜錯開后電流不能在斷開處通過，電流在上半段和下半段2個銅片之間經(jīng)電阻絲分別構(gòu)成單獨的閉合回路，通過電表可測出各個回路電阻值。按測定的結(jié)果，測量剪切帶上、下端至斷開處的長度，從而可確定出破壞面的位置。使用這種方法只能確定滑動面的位置，不能測出位移量。 （2）應(yīng)變管監(jiān)測應(yīng)變管，就是將電阻應(yīng)變片粘貼于硬質(zhì)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(yīng)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。貼電阻應(yīng)變片的方式有二：一為當(dāng)滑動方向為已知時可沿滑向?qū)N兩片，成半橋聯(lián)結(jié)，埋管時必須注意其方向性。二為當(dāng)滑動方向不明確時，

34、在互相垂直的兩個方向貼4片，成全橋聯(lián)結(jié)。由觀測結(jié)果判定滑動方向。用該方法的關(guān)鍵是貼片工藝和防潮，在孔中有水時使用壽命有限。其缺點是不易直接測出位移值。（3）測斜儀監(jiān)測 惠斯登電橋擺錘式是由一個單擺在阻力線圈中作磁性阻尼擺動，把角度變成電信號。一個探頭測一個平面方向的變化應(yīng)變計式擺錘上部的剛性薄片上貼電阻應(yīng)變片或振動弦應(yīng)變計進(jìn)行角度變化測量，仍是變?yōu)殡娦盘?，一個探頭測一個平面方向的變化。加速度計式是一個封閉環(huán)伺服加速度計電路。一個探頭也在一個平面內(nèi)測量。一般每套（雙軸的）用兩個探頭。以上為固定式鉆孔測斜儀電解泡傾斜儀和斜度儀 傾斜儀和斜度儀均可用于監(jiān)測滑坡的加速度和方向。它們利用了共同的原理電解

35、泡原理。在電解泡中，導(dǎo)電液在三個電節(jié)點A, B, C間流動，其中C位于電解泡的底部且固定不動，A, B固定在頂部且距C的間隔相等。當(dāng)節(jié)點通電后，可測出電解液的阻抗，順時針傾斜時A, B間的阻抗增加，B, C間的阻抗減少。逆時針時，情況正好相反。由于阻抗變化正比于傾斜的角度，因此可測出傾角的改變。在現(xiàn)場使用時，傾斜儀需要加上保護(hù)殼才能被安放于鉆孔內(nèi)，并將配線埋入地下，鉆孔用固定帽覆蓋。 傾斜儀和斜度儀的不同點是:傾斜儀一般被放在鉆孔內(nèi);斜度儀一般置于地面上，它特別適用于坡度陡峭無法設(shè)立鉆孔平臺或由于經(jīng)濟(jì)原因而無法鉆孔的情況。同傾斜儀一樣，斜度儀也要加上保護(hù)外殼，將配線埋入地下。 活動式測斜儀監(jiān)測

36、 測量垂直鉆孔內(nèi)測點相對于孔底的位移（鉆孔徑向）。測量深度可達(dá)百米且能連續(xù)測出鉆孔不同深度的相對位移的大小和方向。因此，這類儀器是觀測巖土體深部位移、確定潛在滑動面和研究邊坡變形規(guī)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(jìn)行巖土深層位移觀測。鉆孔傾斜儀由四大部件組成：測量探頭、傳輸電纜、讀數(shù)儀及測量導(dǎo)管其結(jié)構(gòu)。其工作原理是：利用儀器探頭內(nèi)的伺服加速度測量埋設(shè)于巖土體內(nèi)的導(dǎo)管沿孔深的斜率變化。由于它是自孔底向上逐點連續(xù)測量的所以，任意兩點之間斜率變化累積反映了這兩點之間的相互水平變化通過定期重復(fù)測量可提供巖土

37、體變形的大小和方向。根據(jù)位移一深度關(guān)系曲線隨時間的變化中可以很容易地找出滑動面的位置，同時對滑移的位移大小及速率進(jìn)行估計。 鉆孔傾斜儀測量成功與否，很大程度上取決于導(dǎo)管的安裝質(zhì)量。導(dǎo)管的安裝包括鉆孔的形成、導(dǎo)管的吊裝以及回填灌漿。圖為一個典型的鉆孔傾斜儀成果曲線。從圖中可清楚地看到：在深度10.0m處變形加劇，可以斷定該處就是滑動控制面。（4）鉆孔伸長計監(jiān)測簡易鉆孔伸長計武漢鋼鐵公司大冶鐵礦在號滑體的量測中使用了自制的簡易鉆孔伸長計，如圖所示。它的安裝方法與測量原理是：在一根外徑為50mm，壁厚為3mm的塑料管上（其長度按測量深度而定），按要求布置測點，在測點處的管壁上沿直徑方面鉆一直徑為1.

38、5mm的小孔，將直徑為1mm的鋼絲與8鐵絲相扭在一起，并同時在塑料管上纏繞2圈。然后將鐵絲扭緊，這時鋼絲就被鐵絲捆緊在塑料管上。將鋼絲一端留一小段（約10cm）在管外，另一端從管壁的小孔穿入管內(nèi)，再從管內(nèi)引至管口外標(biāo)出測點標(biāo)號。在塑料管內(nèi)充滿黃油，以防鋼絲生銹。最后將塑料管送入鉆孔中，塑料管與孔壁之間注入水泥砂漿，使之與孔壁巖體粘結(jié)，這樣將塑料管和留在管外的一段鋼絲固定在預(yù)定的測量位置。在孔口的鋼絲頭上系一重錘，當(dāng)塑料管某處受力變形時就牽動鋼絲使錘下移，這時便可了解測孔內(nèi)巖體的移動情況。鉆孔多點精密伸長計這種伸長計可探測巖體是否移動以及不同深度巖體的位移量。即當(dāng)邊坡表面未顯示出明顯的位移，需要

39、了解巖體是否沿潛在滑動面發(fā)生移動，可打一鉆孔穿過滑動面的上下盤，把能傳遞巖體位移的若干條（一般為6條）金屬絲的一端在不同深度處錨在孔壁上，上錨固點應(yīng)選擇在地質(zhì)結(jié)構(gòu)面的上下盤，把金屬絲的另一端固定在變形敏感的懸臂式薄片上，其上貼有應(yīng)變片，薄片如有微小的變形就可由電阻應(yīng)變儀測出，這樣便可知道鉆孔內(nèi)巖體移動的情況。 沉降儀:沉降儀是安裝埋設(shè)在邊坡及其支檔結(jié)構(gòu)物內(nèi)、外表面的一種觀測儀器，用來監(jiān)測邊坡的垂直位移，并結(jié)合水平位移和轉(zhuǎn)動位移的觀測對邊坡的變形情況作全面的綜合分析。常用的沉降儀有橫梁管式沉降儀、電磁式沉降儀、干簧管式沉降儀、水管式沉降儀和鋼弦式沉降儀等。下圖是江蘇南瑞集團(tuán)(國電自動化研究院)生

40、產(chǎn)的NCJM電磁式沉降儀和南京葛南實業(yè)有限公司生產(chǎn)的WLS-1型水管式沉降儀，適用于土石壩、土堤、邊坡、路基等結(jié)構(gòu)物內(nèi)部的長期沉降監(jiān)測。（5）邊坡應(yīng)力監(jiān)測 電測式壓力測力計：測量精度高，可遠(yuǎn)距離和長期觀測。電測式壓力測力計又可分為應(yīng)變式、鋼弦式、差動變壓式、差動電阻式等。鋼弦壓力盒與傳壓囊裝配圖1-機(jī)油；2-底版；3-連接套管；4-壓緊套管；5-鋼弦壓力盒；6-擰緊插孔；6-密封圈；8-油囊；9-注油嘴（6）巖石邊坡地應(yīng)力監(jiān)測 邊坡地應(yīng)力監(jiān)測主要是針對大型巖石邊坡工程，為了了解邊坡地應(yīng)力或在施工過程中地應(yīng)力變化而進(jìn)行的一項重要監(jiān)測工作。地應(yīng)力監(jiān)測包括絕對應(yīng)力測量和地應(yīng)力變化監(jiān)測。絕對應(yīng)力測量在

41、邊坡開挖前和邊坡開挖中期以及邊坡開挖完成后各進(jìn)行1次，以了解三個不同階段的地應(yīng)力場情況，采用的方法一般是深孔應(yīng)力解除法。地應(yīng)力變化監(jiān)測即在開挖前利用原地質(zhì)勘探平洞埋設(shè)應(yīng)力監(jiān)測儀器，以了解整個開挖過程中地應(yīng)力變化的全過程。Yoke應(yīng)力計Yoke應(yīng)力計為電阻應(yīng)變片式傳感器，該應(yīng)力計在三峽工程船閘高邊坡監(jiān)測中使用。它由鉆孔徑向互成r的3個應(yīng)變片測量元件組成。根據(jù)讀數(shù)可以計算測點部位巖體的垂直于鉆孔平面上的二維應(yīng)力。電容應(yīng)力計電容式應(yīng)力計最初主要用于地震測報中監(jiān)測地應(yīng)力活動情況。其結(jié)構(gòu)與Yoke壓力計類似，也是由垂直于鉆孔方向上的3個互成60的徑向元件組成。不同之處是3個徑向元件安裝在1個薄壁鋼筒中，

42、鋼筒則通過灌漿與孔壁固結(jié)合在一起。壓磁式應(yīng)力計壓磁式壓力計由6個不同方向上布置的壓磁感應(yīng)元件組成，即3個互成60的徑向元件和3個與鉆孔軸線成45夾角的斜向元件組成。其結(jié)構(gòu)如圖6-53所示。從理論上講，壓磁式應(yīng)力計可以量測測點部位巖體的三維應(yīng)力變化情況。（7）邊坡錨固應(yīng)力測試 錨桿軸力的量測 機(jī)械式量測錨桿是在中空的桿體內(nèi)放人四根細(xì)長桿），將其頭部固定在錨桿內(nèi)預(yù)定的位置上。量測錨桿一般長度在6m以內(nèi)，測點最多為4個，用千分表直接讀數(shù)。量出各點間的長度變化，計算出應(yīng)變值，然后乘以鋼材的彈性模量，便可得到各測點間的應(yīng)力。通過長期監(jiān)測，從而可以得到錨桿不同部位應(yīng)力隨時間的變化關(guān)系。 電阻應(yīng)變片式量測錨

43、桿是在中空錨桿內(nèi)壁或在實際使用的錨桿上軸對稱貼四塊應(yīng)變片，以四個應(yīng)變的平均值作為量測應(yīng)變值，測得的應(yīng)變再乘以鋼材的彈性模量，得各點的應(yīng)力值。 對預(yù)應(yīng)力錨索應(yīng)力監(jiān)測，其目的是為了分析錨索的受力狀態(tài)、錨固效果及預(yù)應(yīng)力損失情況，因預(yù)應(yīng)力的變化將受到邊坡的變形和內(nèi)在荷載的變化的影響，通過監(jiān)控錨固體系的預(yù)應(yīng)力變化可以了解被加固邊坡的變形與穩(wěn)定狀況。通常一個邊坡工程長期監(jiān)測的錨索數(shù)，不少于總數(shù)的5%。監(jiān)測設(shè)備一般采用圓環(huán)形測力計（液壓式或鋼弦式）或電阻應(yīng)變式壓力傳感器。目前采用埋設(shè)傳感器的方法進(jìn)行預(yù)應(yīng)力監(jiān)測，一方面由于傳感器的價格昂貴，一般只能在錨固工程中個別點上埋設(shè)傳感器，存在以點代面的缺陷；另一方面由

44、于須滿足在野外的長期使用，因此對傳感器性能、穩(wěn)定性以及施工時的埋設(shè)技術(shù)要求較高。如果在監(jiān)測過程中傳感器出現(xiàn)問題無法挽救，這將直接影響到工程的整體穩(wěn)定性的評價。因此研究高精度、低成本。尤損傷、并可進(jìn)行全面監(jiān)測的測試手段已成為目前預(yù)應(yīng)力錨固工程中亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。針對上述情況，已有人提出了錨索預(yù)應(yīng)力的聲測技術(shù)，但該技術(shù)目前仍處于應(yīng)用研究階段。 （8）邊坡地下水監(jiān)測 地下水是邊坡失穩(wěn)的主要誘發(fā)因素，對邊坡工程而言，地下水動態(tài)監(jiān)測也是一項重要的監(jiān)測內(nèi)容，特別是對于地下水豐富的邊坡，應(yīng)特別引起重視。地下水動態(tài)監(jiān)測以了解地下水位為主，根據(jù)工程要求，可進(jìn)行地下水孔隙水壓力、揚壓力、動水壓力、地下水水質(zhì)

45、監(jiān)測等。 地下水位監(jiān)測 WLT-1020地下水位動態(tài)監(jiān)測儀 該儀器用進(jìn)口的壓力傳感器和國產(chǎn)溫度傳感器材裝于一體，構(gòu)成水位一溫度復(fù)合式探頭，采用特制的帶導(dǎo)氣管的信號電纜，水位和溫度轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘枺瑐髦恋孛鎯x器中，經(jīng)放大和AD變換，由液晶屏顯示出水位和水溫值，通過譯碼和接口電路，送至數(shù)字打印機(jī)打印記錄。儀器的特點是小型輕便、高精度、高穩(wěn)定性、抗干擾、微功耗、數(shù)字化、全自動、不受孔深孔斜和水位埋深的限制，專業(yè)觀測孔和抽水井中均可使用。 孔隙水壓力監(jiān)測孔隙水壓力監(jiān)測孔隙水壓力儀 （1）液壓式孔隙水壓力儀：土體中孔隙水壓力通過透水測頭作用于傳壓管中液體，液體即將壓力變化傳遞到地面上的測壓計，由測壓計直接

46、讀出壓力值。（2）電氣式孔隙水壓力儀：包括電阻、電感和差動電阻式三種。孔隙水壓力通過透水金屬板作用于金屬薄膜上，薄膜產(chǎn)生變形引起電阻或電磁的變化。（3）氣壓式孔隙水壓力儀：孔隙水壓力作用于傳感器的薄膜，薄膜變形使接觸鈕接觸而自接通電路，壓縮空氣立即從進(jìn)氣口進(jìn)入以增大薄膜內(nèi)氣壓，當(dāng)內(nèi)氣壓與外部孔隙水壓平衡薄膜恢復(fù)原狀時，接觸鈕脫離、電路斷開、進(jìn)氣停止，量測系統(tǒng)量出的氣壓值即為孔隙水壓力值（4）鋼弦式孔隙水壓力儀：傳感器內(nèi)的薄膜承受孔降水壓力產(chǎn)生的變形引起鋼弦松緊的改變，于是產(chǎn)生不同的振動頻率調(diào)節(jié)接收器頻率使與之和諧，查閱率定的頻率一壓力線求得孔隙水壓力值。5 遠(yuǎn)程監(jiān)測法遠(yuǎn)程監(jiān)測法 伴隨著電子技術(shù)

47、及計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，各種先進(jìn)的自動遙控監(jiān)測系統(tǒng)相繼問世，為邊坡工程，特別是邊坡崩塌和滑坡的自動化連續(xù)遙測創(chuàng)造了有利條件。電子儀表觀測的內(nèi)容，基本上能實現(xiàn)連續(xù)觀測，自動采集、存儲、打印和顯示觀測數(shù)據(jù)。遠(yuǎn)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(xù)觀測，故省時、省力和安全，是當(dāng)前和今后一個時期滑坡監(jiān)測發(fā)展的方向。同時，無線監(jiān)測也為我們進(jìn)行邊坡監(jiān)測提供了一個很好的途徑，通過無線監(jiān)測，我們可以真正的實現(xiàn)測試的多參數(shù)，它除了能測量變形體上張裂隙的變形外，還能自動測試雨量、泉水量、地下水位、地下溫度場、滑面位置及變形量、巖體內(nèi)部破裂位置、范圍，同時能確定滑體活動方向等參數(shù)，是研究礦山

48、邊坡和建筑物穩(wěn)定性及活動規(guī)律的有力工具。遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖現(xiàn)場監(jiān)控中心現(xiàn)場監(jiān)控中心現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖現(xiàn)場無線傳輸結(jié)構(gòu)2. 6 聲發(fā)射方法聲發(fā)射方法 巖石或巖體受力作用時會不斷地發(fā)生破壞，主要表現(xiàn)為裂紋的產(chǎn)生、擴(kuò)展及巖體斷裂。裂紋形成或擴(kuò)展時，造成應(yīng)力松弛，貯存的部分能量以應(yīng)力波的形式釋放出來，產(chǎn)生聲發(fā)射(Acoustic Emission簡稱AE)。通過對監(jiān)測到的巖體聲發(fā)射信號進(jìn)行分析和研究，可推斷巖石內(nèi)部的形態(tài)變化，反演巖石的破壞機(jī)制，因此，聲發(fā)射作為一種探測巖體內(nèi)部狀態(tài)變化的手段，近年來越來越多地為人們所重視。 “凱塞爾效應(yīng)(Kaiser Effect

49、ion）：應(yīng)力成因的裂紋，僅當(dāng)荷載達(dá)到并超過巖體所受最大先期荷載時力一有聲發(fā)射現(xiàn)象出現(xiàn)。研究表明，巖體聲發(fā)射水平和應(yīng)力量級之間存在著一定關(guān)系，一般情況下巖體臨近破壞前，聲發(fā)射頻度和幅度都有顯著增加，破壞之后，達(dá)到新的平衡，聲發(fā)射頻度和幅度也隨之減小。因此，對由“震源”傳至巖面的巖體聲發(fā)射進(jìn)行檢測和分析，可以判斷巖體的承載程度，預(yù)測巖體的穩(wěn)定性。2. 7 時域反射法時域反射法TDR(Time Domain Reflectometry) 時域反射測試技術(shù)(Time Domain Reflectometry)是一種電子測量技術(shù)。早在30年代，美國的研究人員開始運用時間域反射測試技術(shù)檢測通訊電纜的通斷

50、情況。從20世紀(jì)70年代起開始應(yīng)用于巖土工程領(lǐng)域，主要應(yīng)用于測定土體含水量，監(jiān)測巖體和土體變形、邊坡穩(wěn)定性及結(jié)構(gòu)變形等方面。在80年代初期，國外的研究人員將時間域反射測試技術(shù)用于下程地質(zhì)勘查和監(jiān)測下作，尤其在煤田地質(zhì)方面應(yīng)用較為廣泛，常用于監(jiān)測地下煤層和巖層的變形位移等。到90年代中期，美國的研究人員將時間域反射測試技術(shù)開始用于滑坡等地質(zhì)災(zāi)害變形監(jiān)測的研究，針對巖石和土體滑坡曾經(jīng)作過許多的試驗研究。 TDR技術(shù)并以方便、安全、經(jīng)濟(jì)、數(shù)字化及遠(yuǎn)程控制等優(yōu)點而受到廣泛應(yīng)用于邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測方面。目前，TDR技術(shù)在國內(nèi)邊坡監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用還處于起步階段，基本的理論分析和大量室內(nèi)試驗是將其應(yīng)用于實際工程必

51、小可少的階段。簡單地說，TDR的原理與雷達(dá)相似。在TDR滑坡監(jiān)測系統(tǒng)中，同軸電纜是直接與滑坡產(chǎn)生接觸的部分，可將其看作是一個特殊的傳感器。同軸電纜的中心是一根金屬導(dǎo)體，其周圍為絕緣介質(zhì)，絕緣介質(zhì)外面有金屬的導(dǎo)體環(huán)繞，最外層有保護(hù)層。在真空中，電能以光速傳播。電在電纜中傳播時，其速度會稍微減慢，即通常所稱的傳播速度。由于特定電纜的傳播速度是已知的，電纜測試儀通過測量發(fā)送脈沖與反射脈沖之間的時間延遲就可以確定任何電纜反射點的距離。 另一方面，同軸電纜的特性阻抗是由自身的材料組成及結(jié)構(gòu)決定的。當(dāng)電纜發(fā)生形變時，內(nèi)層與外層導(dǎo)體間的距離也發(fā)生改變，從而使得電纜的阻抗和反射的電壓脈沖發(fā)生變化。在TDR系統(tǒng)

52、中，如果巖體的移動使得TDR電纜產(chǎn)生一各種形變，如出現(xiàn)彎皺、扭折、滲水或斷裂，電纜的特性阻抗就會發(fā)生相應(yīng)的變化，反射的電壓脈沖波形也將改變。TDR監(jiān)測系統(tǒng)的測試原理TDR監(jiān)測系統(tǒng)的埋設(shè)矩形區(qū)域1(深度48. 8m )中的負(fù)值尖峰信號隨著開采面的接近其幅值逐漸增加，的剪切變形逐漸增大:區(qū)域2處的TDR信號為剪切變形所引起同軸電纜的斷裂(大幅值正值信號前存在明顯的負(fù)值尖峰信號):在區(qū)域3(深度36. 6m)處，大幅值正值信號前并無明顯的負(fù)值尖峰信號表明該處是拉伸變形所引起的 同軸電纜斷裂;區(qū)域5中間隔均勻的負(fù)值尖峰信號是由埋設(shè)同軸電纜前所做的標(biāo)定缺陷產(chǎn)生的，用于更精確地對變形位置進(jìn)行定位。 上圖所

53、示為局部放大后的TDR信號，兩信號分別取自B孔距開采面15. 2m及開采面正好位于B孔之下時，深度51. 8m至67. l m?？梢?，隨著開采面的接近，位于56. 4m和62. 8m深度處的反射系數(shù)幅值分別由10和13增至21和19，將此增量與室內(nèi)試驗結(jié)果相結(jié)合，可得兩處相應(yīng)的同軸電纜剪切變形分別由8. 3mm和8. 5mm增至9. 0mm和8. 9mm，從而定量分析了剪切變形值，確定了此兩深度處上覆層巖體和土體的變形量。 與測斜儀相比，TDR技術(shù)具有以下優(yōu)點: 1)信號可信度高、測試過程快速方便、耗電量低，且 一套TDR設(shè)備可同時監(jiān)測幾百個測點。 2)將TDR技術(shù)與GIS技術(shù)相結(jié)合，可利用通

54、訊網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)距 離傳輸監(jiān)測數(shù)據(jù)及信號。 3)技術(shù)人員只需在室內(nèi)便可對各個測點進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，監(jiān) 測工作安全性大大提高。2. 8 光時域反射法光時域反射法(OTDR) (Optics Time Domain Reflectometry ) OTDR檢測方法源于光學(xué)檢測和測距及激光雷達(dá)技術(shù)，后來又被發(fā)展用于光纖通信中的故障定位，現(xiàn)在普遍用于分布式光纖傳感系統(tǒng)中。這一方法的實質(zhì)是:傳感器輸出信號反映了被測參數(shù)(如裂縫)在空間上的變化情況，輸出信號主要沿光纖前向傳輸，但還有部分光信號被后向散射并與所經(jīng)歷的傳輸時間有，再考慮光波的傳輸速度，即可確定光源到被測驗點距離的信息。 光時域反射技術(shù)是一種結(jié)合激光技術(shù)和

55、TDR的新檢測技術(shù)，能夠?qū)崟r在線地檢測和分析陣列輸出的并行信號，從而快速確定滑坡中變形、應(yīng)力的大小，以及失效面的位置，真正實現(xiàn)多點準(zhǔn)分布式測量。 雖然利用微彎機(jī)制的強度調(diào)制光時域反射技術(shù)，可以作為分布式光纖傳感的技術(shù)基礎(chǔ)，但是光纖傳感真正用于滑坡監(jiān)測，在技術(shù)和施工兩方面都具有相當(dāng)高的難度。3、監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理、監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理3. 1 監(jiān)測數(shù)據(jù)的預(yù)處理監(jiān)測數(shù)據(jù)的預(yù)處理 由于是多參數(shù)的監(jiān)測，每個監(jiān)測數(shù)據(jù)可能具有不同的屬性或者不同的單位，因此有必要對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)先處理來完成數(shù)據(jù)的協(xié)同和同步。數(shù)據(jù)的曲線擬合數(shù)據(jù)的曲線擬合趨勢疊加趨勢疊加趨勢疊加法的基本原理就是:根據(jù)滑坡所處的階段，用一個函數(shù)先擬合所要處理

56、數(shù)據(jù)的總體發(fā)展?fàn)顟B(tài)，用這個趨勢函數(shù)和周期函數(shù)進(jìn)行疊加建立模型： 如某滑坡體處于勻速蠕滑變形階段，尚沒有進(jìn)入加速變形階段，因此我們可以將變形模型表示為線性趨勢和周期疊加模型，即: 對于上式線性疊加模型，根據(jù)已觀測得到的位移數(shù)序列，采用最小二乘法可算得模型參數(shù); 數(shù)據(jù)的濾波處理數(shù)據(jù)的濾波處理 監(jiān)測的數(shù)據(jù)往往是一個長期的過程，其影響因素也是眾多的，為了消除其中的某些隨機(jī)因素的影響，我們可以把一個長期過程中監(jiān)測的數(shù)據(jù)序列，按照一定的時間間隔進(jìn)行統(tǒng)計，可以通過一些濾波算法把一些干擾因素的影響去掉?？柭鼮V波 卡爾曼濾波方法的一個重要特征是，通過采用不斷獲取的新觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行逐步跟蹤的實時預(yù)報。這種實時預(yù)報

57、可以及時根據(jù)近期獲得的反映邊坡系統(tǒng)最新物理特征的數(shù)據(jù)修正預(yù)報模型，并進(jìn)行觀測誤差的校正。小波趨勢提取多元非線性相關(guān)分析 其基本思路和方法是將較多與滑坡活動有關(guān)的因素作為預(yù)測因子集，將其與經(jīng)過了卡爾曼濾波方法的時間一位移曲線進(jìn)行相關(guān)檢驗，通過相關(guān)檢驗對預(yù)測因子集進(jìn)行篩選。根據(jù)“當(dāng)選者”的最佳擬合初等函數(shù)建立線性方程，采用最小二乘求得待定系數(shù)，然后建立回歸方程，再將回歸方程還原為非線性方程，對滑坡進(jìn)行逐步跟蹤的中期預(yù)報。具體方法如下。(1)篩選預(yù)報因子當(dāng)所研究的因素個數(shù)為m，獲得m個觀測數(shù)據(jù)列，可以取得任意兩因素間的相關(guān)系數(shù)。可以得到一個相關(guān)系數(shù)矩陣3. 2監(jiān)測數(shù)據(jù)的常規(guī)處理監(jiān)測數(shù)據(jù)的常規(guī)處理3.

58、2.1 回歸分析多元線性回歸分析非線性回歸分析可以通過自變量因子變換，使非線性回歸轉(zhuǎn)化為線性回歸，然后求解系數(shù)，并予以還原。另一種是不能用自變量因子變換化為線性回歸的情況將回歸函數(shù)按泰勒級數(shù)展開，取線性項。具體做法如下：3.2.2 時間序列分析 時間序列預(yù)測方法的基本思想是:預(yù)測一個現(xiàn)象的未來變化時，用該現(xiàn)象的過去行為來預(yù)測未來。即通過時間序列的歷史數(shù)據(jù)揭示現(xiàn)象隨時間變化的規(guī)律，將這種規(guī)律延伸到未來，從而對該現(xiàn)象的未來作出預(yù)測。 1.自回歸模型(AR模型) 自回歸(Auto-regressive)模型：利用時間序列不同時刻數(shù)值之間的一定的相關(guān)性，t時刻的數(shù)值是對其過去時刻的數(shù)值進(jìn)行回歸，故稱其

59、為自回歸模型，其表達(dá)式為:2.滑動平均模型(MA模型) 滑動平均(Moving Average, MA)模型是考慮過去時刻觀測值誤差和現(xiàn)在的觀測值誤差與現(xiàn)在觀測值之間的相關(guān)性，觀測值是誤差值的線性組合。其表達(dá)式為: 3.自回歸-滑動平均混合模型(ARMA模型) 當(dāng)模型中既包含自回歸部分也包括滑動平均部分，這就是自回歸一滑動平均（ Autoregressive-Moving Average ARMA)模型。其表達(dá)式為:以上方法均可用MATLAB 和大型統(tǒng)計軟件SPSS進(jìn)行分析計算3.3 監(jiān)測數(shù)據(jù)的非線性處理監(jiān)測數(shù)據(jù)的非線性處理1 非線性動力學(xué)模型 對于象滑坡體這樣的實際非線性系統(tǒng)，盡管我們不知道

60、描述這些系統(tǒng)的動力模型，但是我們卻知道這些模型的一系列特解，這就是多年來積累的實際觀測資料，如果把這些觀測資料看成是該動力模型的一系列離散值，解與數(shù)值求解相反的問題，即可反演出較為理想的非線性動力學(xué)模型。2 滑坡非線性動力學(xué)模型的建立 滑坡系統(tǒng)為一開放體系，與其環(huán)境有著力學(xué)的、能量的以及化學(xué)的等各種耦合作用。按照非線性動力學(xué)的觀點，系統(tǒng)的演化總是趨向于一種吸引子態(tài)。然而，在不穩(wěn)定的吸引子態(tài)時，一經(jīng)外部觸發(fā)，體系的狀態(tài)就會發(fā)生突變，系統(tǒng)向著新的穩(wěn)定的吸引子態(tài)演化。這就是滑坡演化的特征及災(zāi)變產(chǎn)生的規(guī)律性。一般的動力學(xué)系統(tǒng)分析都建立在模型化的基礎(chǔ)之上，從支配著演化的機(jī)制出發(fā)去探討演化的途徑、吸引子及