深部位移監(jiān)測方法及其應用

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上深部位移監(jiān)測方法及其應用深部位移監(jiān)測方法廣泛用于邊坡、滑坡和城市深基坑監(jiān)測中。本文主要通過這三個方面詳細介紹深部位移監(jiān)測方法。對于大部分實際工程（邊坡、滑坡和城市基坑工程），深部位移監(jiān)測一般均采用鉆孔測斜儀。所以首先介紹鉆孔測斜儀器的原理。1.鉆孔測斜儀的原理在巖土工程領(lǐng)域，測斜儀主要用于測量土體運動，諸如：可能產(chǎn)生在不穩(wěn)固邊坡（滑坡）或挖方過程中周圍的側(cè)向運動等。也可用來監(jiān)測堤壩、芯墻的穩(wěn)定性，打樁或鉆孔的布置和偏差，以及在回填、筑堤和地下儲罐中土體的沉陷等。深部位移監(jiān)測儀器采用活動式鉆孔測斜儀。首先在監(jiān)測位置鉆探一定深度( 至滑動面以下) 的豎直孔，并且安設PVC

2、 測斜管，測斜管的底部一般嵌入穩(wěn)定的地層3 m 5 m，測斜管內(nèi)有沿坡體滑動方向、垂直坡體滑動方向的導向槽2 組，測斜儀滑輪在導向槽內(nèi)移動?；瑒邮綔y斜儀主要由五部分組成：滑動式探頭（探測器）、便攜式數(shù)據(jù)采集儀、數(shù)據(jù)傳輸電纜、內(nèi)置導向槽測斜管、旋轉(zhuǎn)式探測儀。其中測頭的精度、數(shù)據(jù)采集儀的轉(zhuǎn)換精度、數(shù)據(jù)處理的正確性、測斜管的質(zhì)量以及使用中的問題往往會決定測斜儀精度的主要因素。巖土體內(nèi)部位移的測量、計算方法分為正序和倒序，即從地面向深處計算或者從深處向地面計算。一般情況下，倒序計算時需將測管深入至不變的基礎(chǔ)處，如基巖；正序時，測協(xié)管管口處的方位，需要使用經(jīng)緯儀等儀器對不同時間的確切位置進行確定，以便對

3、測試結(jié)果進行修正。所有這些場合，通常要安裝一根測斜管，將其安裝在地下的鉆孔內(nèi)、或?qū)⒐軡仓诨炷两Y(jié)構(gòu)中、也可將管埋在筑堤等之中。該測斜管有四個槽口，用于固定便攜式測斜儀探頭的滑輪。探頭連在和讀數(shù)儀相連的電纜的一端，用于觀測與測斜管相關(guān)聯(lián)的豎直（或水平）傾斜量，并以這種方式測量由土體運動所引起的任何傾斜量的變化。為了獲得安裝了測斜管的土體周圍一個全面的觀測報告，必須沿測斜管進行一系列傾斜測量。常規(guī)的測斜儀探頭有兩組滑輪，距離相隔0.5 米，將探頭放到測斜管底部并開始讀數(shù)。探頭每提升0.5 米進行讀數(shù)，直到到達測斜管的頂部，這組讀數(shù)被稱為A+讀數(shù)（正測）。把探頭從套管中取出，旋轉(zhuǎn)180。重新放入測

4、斜管中，方法同上，又可得到另一組數(shù)據(jù)A-，讀數(shù)（反測）數(shù)據(jù)處理時，將上述兩組讀數(shù)（A+、A-）相結(jié)合（用一組數(shù)據(jù)減去另一組數(shù)據(jù)），以此來消除傾角傳感器零漂的影響。測斜儀探頭在豎直位置時讀數(shù)產(chǎn)生零漂偏差，理想的偏差應是零，而實際上在使用探頭時，由于傳感器的偏差、滑輪的磨損、或者因下落以及和測斜管底部相碰太厲害對傳感器的沖擊所導致有一零漂。下次的測斜管觀測數(shù)據(jù)，當與原始的觀測數(shù)據(jù)相比較時，就可知測斜管的傾斜量變化和這些變化所引起的位置變化。傾斜量變化分析的最好方式是通過計算上部滑輪相對于下部滑輪組所產(chǎn)生的傾角（）與觀測讀數(shù)間距（L）的水平偏移。在測斜儀各位置處，兩組讀數(shù)（A+、A-），相減就可得出

5、Sin，把這個值乘以讀數(shù)間距（L）和相應的系數(shù)，就得到一個以工程單位輸出的水平偏移。在數(shù)據(jù)處理的同時，應進行數(shù)據(jù)可靠性的分析，通常的分析方法是“查和”，即將兩組讀數(shù)（A+，A-）相加，相加后的由傾斜引起的那部分讀數(shù)被抵消，只留下一個等于測斜儀傳感器零偏移兩倍的一個值，當查和值為常量時，說明測量的數(shù)據(jù)具有較高的可靠性。側(cè)斜儀是一種可精確測量沿垂直方向土層或圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)部水平位移的工程測量儀。當測斜管深埋于穩(wěn)定土層中或圍護樁（墻）體內(nèi)時，則各點位移可根據(jù)測讀點間的傾角和距離換算出來。測斜儀測試原理如圖4.2所示，深層水平位移采用測斜儀施測。測量時放入帶有導輪的伺服加速度式測斜儀沿導槽滑動，由于測斜儀

6、能反應出測管與重力線之間的傾角，因而能測出測斜儀所在位置測管在土體作用下的傾斜度i，換算成該位置測斜儀上下導輪間（或分段長度）的位置偏差d： （4-1）式中，L量測點的分段長度（一般為0.5m）。自下而上累加可知各點處的水平位置： （4-2）與初值相減即為各點本次量測的水平位移。2.邊坡工程深部位移監(jiān)測已在大量的邊坡或滑坡穩(wěn)定性狀態(tài)監(jiān)測中得到廣泛應用，其監(jiān)測往往在邊坡坡體開挖完全后開展的，若邊坡處于穩(wěn)定，深部位移監(jiān)測特征曲線就沒有明顯位移反應，當邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)時，深部位移監(jiān)測特征曲線有向坡面?zhèn)茸冃畏磻虺霈F(xiàn)滑面等變形的位移突變特征。而實際上，邊坡變形是貫穿于邊坡開挖和卸荷整個過程中，對于坡

7、體變形的演化以及邊坡后期穩(wěn)定性狀態(tài)一般都取決于坡體開挖卸荷產(chǎn)生變形的進一步發(fā)展，因此邊坡的深部位移監(jiān)測方法可以反映邊坡坡體開挖過程中變形信息的深部位移監(jiān)測特征曲線，分析邊坡穩(wěn)定度，是評估邊坡穩(wěn)定性和加固策略實用可靠的方式。對于不穩(wěn)定邊坡在開挖過程，在宏觀外表上邊坡往往出現(xiàn)局部的變形跡象，諸如裂縫、坍塌或滑坡等，其監(jiān)測曲線則反映坡體內(nèi)部變形狀況，監(jiān)測曲線上的錯動與滑動帶的出現(xiàn)預示著坡體逐漸趨向不穩(wěn)定狀態(tài)，即穩(wěn)定度逐漸降低。1. 2 監(jiān)測布控、監(jiān)測孔安裝及監(jiān)測要求監(jiān)測孔布控: 在邊坡開挖之前，坡頂紅線外距離坡面3 5m 左右位置監(jiān)測孔，監(jiān)測孔布置3 5 個斷面左右，最高主斷面必須布置一個監(jiān)測孔。監(jiān)

8、測孔安裝要求: ( 1 ) 鉆孔成孔尺度為直徑D90mm，監(jiān)測管直徑D77mm; ( 2) 深度為嵌入中風化巖層5m 左右為標準，監(jiān)測孔孔口必須采取固定保護措施; ( 3) 為了保證測試及時性和準確性，保證測斜管與巖土體變形協(xié)調(diào)，不采用填沙方式填注灌漿孔壁與監(jiān)測管之間空隙，采用水泥漿體膠結(jié)處理。坡體深部位移監(jiān)測要求: ( 1) 為了保證位移監(jiān)測能反映巖土變形特征，初始測試在灌漿與孔壁巖土體膠結(jié)完成后，一般為1 周左右; ( 2) 坡體在未開挖前，連續(xù)監(jiān)測一定周期，達到監(jiān)測孔沒有變形反應為止，即保證灌漿與孔壁巖土體膠結(jié)完全，或降雨過程所引起的暫時性變形信息; ( 3) 開挖過程連續(xù)監(jiān)測，特別是沒

9、形成一級邊坡，需要及時監(jiān)測，考察坡體的開挖過程中深部位移變形特征。3.滑坡深部水平位移監(jiān)測滑坡是斜坡上巖土體在重力作用為主下，由于種種原因改變坡體內(nèi)一定部位的軟弱帶（面）中的應力狀態(tài)，或因其他物理、化學作用降低其強度，以及因地震或其他作用破壞其結(jié)構(gòu)，該帶在應力大于強度下產(chǎn)生剪切破壞，帶以上巖土體失穩(wěn)而作整體或幾大塊沿之向下和向前滑動的現(xiàn)象?；掳l(fā)生的突變力學過程，其實質(zhì)是滑帶塑性區(qū)的發(fā)育和發(fā)展的過程，不論受何種地形、坡體結(jié)構(gòu)的影響，滑坡從孕育到發(fā)生是有階段性的，各個階段變形特征存在較大差異1。因此建立合理的滑坡監(jiān)測體系，對了解滑坡不同發(fā)展階段的變形特征及受控因素具有非常重要的意義。對于大規(guī)模滑

10、坡病害往往一次難以根治，需分期、分階段逐步實施，監(jiān)測工作意義更加重大。深部位移監(jiān)測是滑坡監(jiān)測體系中重要的一環(huán)，主要監(jiān)測內(nèi)容為沿著豎直鉆孔進行位移矢量剖面的量測，可以分析軸向應變分布中的突出峰值和差動的側(cè)向位移，查明位移場中不連續(xù)點的位置，從而對滑坡進行準確的分級、分塊、分層，在驗證勘察成果指導防治工程的實施和效果檢驗方面極為有效，且與地表監(jiān)測、結(jié)構(gòu)物應力監(jiān)測等項目共同構(gòu)成了施工安全保證體系。用于判斷滑面或者軟弱帶位置的典型數(shù)據(jù)處理曲線如圖1，通過對兩條曲線的綜合對比分析來確定拐點是否為滑面或軟弱帶。3 工程應用綜合分析深部位移監(jiān)測技術(shù)在多處滑坡治理中的應用性質(zhì)，可將其大致劃分為以下幾類：3.1

11、 第一類，滑坡勘測期間的監(jiān)測這類滑坡的監(jiān)測主要以確定滑動面的位置、提高勘察精度、指導設計為主。對于碎石土邊坡，由于滑面及滑床均為碎塊石，若干鉆孔從地表下幾米至三十幾米深均為塊石，單純通過地質(zhì)上鉆孔巖芯的鑒定和分析無法確定滑面位置，而滑動面判定不準，不是造成浪費，就是造成工程的失敗。為準確揭示滑動面位置，勘察過程中采用了深孔測斜，監(jiān)測出滑面位置對應鉆孔深度的巖芯為塊石土，通過深孔測斜準確的確定了滑面位置，提高了勘察的精度，為設計提供了依據(jù)。3.2 第二類，防治工程期間的安全監(jiān)測這類監(jiān)測主要目的是保障施工過程的安全?；陆?jīng)歷了施工前期小擾動、施工中大擾動與主體工程完工三個主要階段，滑坡變形范圍波動

12、較大。監(jiān)測可以達到安全預報與預警的目的，為施工安全服務效果良好。用于保證施工安全的監(jiān)測工作極為必要，通常輔以地表位移觀測、裂縫觀測、深部位移觀測、結(jié)構(gòu)物應力觀測等。深部位移觀測可以很好的量測出滑坡深部的微變形，與其他觀測手段相比較而言更加直接、及時。施工中的安全監(jiān)測宜適量布置測孔，由于施工擾動往往會造成滑坡局部或淺表層的加速變形，測管極易遭到破壞，可選擇有代表性的斷面布置兩個鉆孔即可，還應重點結(jié)合其他監(jiān)測手段輔助進行安全預報工作。3.3 第三類，治理后效果評價由于治理工程發(fā)揮作用，深孔曲線圖上不再有大的位移變化。除結(jié)構(gòu)物的應力變化長期觀測外，深部位移監(jiān)測也是評價工程治理效果的一項重要手段。綜合

13、類似工程經(jīng)驗，選擇最不利斷面加設工后測孔，能夠降低施工破壞風險，較之結(jié)構(gòu)物的應力觀測更加易于操作，宜作為后評價的主要手段。3.4 第四類，對大型古滑坡的監(jiān)測由于滑坡本身的性質(zhì)極為復雜，新近有活動的多個小滑坡均發(fā)育在古滑坡體上，勘探工作者對古滑坡的定性問題多有爭議，且項目區(qū)處于口岸位置，若發(fā)生滑動勢必帶來巨大的損失，所以在古滑坡勘察階段同時進行了深孔位移監(jiān)測，用以輔助鉆探工作，為準確判定滑面層數(shù)、位置及滑坡的穩(wěn)定性提供資料。當古滑坡穩(wěn)定時，主要表現(xiàn)為位移曲線變化平緩，基本無突變。若（古）滑坡處于蠕動擠壓變形或速滑階段。對于大型、復雜的（古）滑坡或交通位置重要的滑坡，因投資等問題暫不進行治理的，勘

14、察階段宜配套采用深部位移監(jiān)測技術(shù)，可以準確判定滑面層位以及滑坡體的穩(wěn)定性狀態(tài)。4.深部位移監(jiān)測技術(shù)在城市深基坑監(jiān)測中的應用隨著我國城市化進程的加快, 城市地鐵建設在不斷的反戰(zhàn), 伴隨而來的便是大量的城市深基坑的開挖。城市中的深基坑由于其所處地理位置的特殊性, 在基坑周圍往往有大量的城市基礎(chǔ)設施以及已經(jīng)建成的房屋建筑。因此, 對于城市中的深基坑的位移變形控制必然會有更高的要求, 做好基坑位移的精確監(jiān)測就成了當務之急。而數(shù)字式垂直測斜儀的使用則可以有效的解決這一難題。4.2城市地鐵基坑測斜測點埋設沿本站主體長邊方向每陽角處及中部，短邊中部的鉆孔樁樁身內(nèi)埋設測斜管。測斜管拼裝時應注意導槽對接，埋設時

15、將測斜管兩端封閉并牢固綁扎在鋼筋籠背土面一側(cè)，同鋼筋籠一同放入成孔內(nèi)，同時注意測斜管的導向槽應垂直于基坑面，灌注混凝土。測斜管長應為樁長加冠梁高并露出冠梁10。注意在鋼筋籠放入孔內(nèi)砼澆注前一定要校正測斜管的方向。4.3深部水平位移曲線分析得到水平位移曲線后，應結(jié)合施工情況、土方開挖情況、周圍堆載、車輛荷載，鋼支撐軸力綜合分析。對于下一步施工具有一定的指導意義。5.其它儀器監(jiān)測1.滑動式水平測斜儀存在問題1.需要消耗大量人力，且遇到刮風下雨天氣對于邊坡測讀人員而言危險系數(shù)增加。2.無法連續(xù)進行監(jiān)測，由于數(shù)據(jù)斷續(xù)采集, 數(shù)據(jù)采集效率低, 難以捕捉到災害來臨前和發(fā)生時的重要信息, 給監(jiān)測控制和預測預

16、報帶來困難。3.在實際監(jiān)測中，經(jīng)常會碰到pvc管被堵情況，無法繼續(xù)監(jiān)測。4. 由于是移動式監(jiān)測, 測斜管設計是內(nèi)帶四方導槽, 鉆孔傾斜儀裝有滑輪, 依靠滑輪在導槽內(nèi)上下滑動進行測量。在實施監(jiān)測過程中測斜管受到孔壁側(cè)向巖土層推力作用產(chǎn)生變形或剪斷,鉆孔傾斜儀無法下到測點位置進行測量, 因而中斷監(jiān)測, 使監(jiān)測鉆孔報廢。自動化通信監(jiān)測方法的產(chǎn)生2.1無線數(shù)傳模塊方法即數(shù)傳電臺方法(圖4 6), 據(jù)傳送的距離選用不同功率0.5 35 W電臺, 不同工作頻段, 具有TTL、RS232、RS485半雙工多種電平接口, 可實現(xiàn)透明數(shù)據(jù)傳輸, 無需改變原有通信程序及連接方法, 在移動通訊網(wǎng)達不到山區(qū)選擇該種方法把信號傳送到移動通訊能達到地區(qū), 然后再通過無線上網(wǎng)傳送信號。2.無線網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸方法中聯(lián)信通科技有限公司推出CDMA/GPRS無線網(wǎng)卡(DTU)產(chǎn)品設備, 可進行數(shù)據(jù)通訊, GPRS通信是基于IP地址的數(shù)據(jù)分組通信網(wǎng)絡, 監(jiān)測中心計算主機配置地址, 各個數(shù)據(jù)采集點采用GPRS模塊和該主機進行通信。2.3衛(wèi)星遙測方法采用通信衛(wèi)星系統(tǒng)組網(wǎng)進行遙測可實現(xiàn)自動化監(jiān)測。以上3種方法中, 第1種和第2種方法成本低,第3種方法成本高, 一般采用第1種或第2種方法,有時2種