鉆孔傾斜儀在邊坡監(jiān)測中的應用

鉆孔傾斜儀在邊坡監(jiān)測中的應用

1孔或稱《都-南充高速公路k企業(yè)孔斜測儀是一種測量孔水平位移的原監(jiān)測儀器。通過對孔的每段測量，可以獲得孔在整個深度范圍內水平方向的位移，從而正確確定變形的大小、方向和深度。西方國家自20世紀60年代就開始大量應用鉆孔測斜儀,國內也應用了近20年。1985年新灘滑坡、二灘庫首金龍山谷坡、三峽高邊坡的變形監(jiān)測等都應用了鉆孔測斜儀來監(jiān)測其水平方向變形,取得了很好的效果。成(都)-南(充)高速公路K73段高邊坡位于四川省中江縣馮店鎮(zhèn)內,為人工開挖形成的高危巖石邊坡,在該邊坡主剖面上、下部位共設計了2個深部位移監(jiān)測鉆孔,采用鉆孔測斜儀進行了連續(xù)監(jiān)測,為科學有效的設計提供了指導依據(jù),獲得了委托方的好評。由此可見,鉆孔測斜儀已經(jīng)廣泛用于邊坡的監(jiān)測與治理工作當中,并取得了較好的成果。本文主要介紹鉆孔測斜儀作為邊坡深部位移監(jiān)測的可靠手段之一,在恩施高臺滑坡穩(wěn)定性研究中的應用及其監(jiān)測結果在邊坡穩(wěn)定性分析中的作用。2巖石學和測斜儀采用武漢基深勘察儀器研究所的CX-03測斜儀進行測試,沿鉆孔各個深度從下至上滑動觀測,以尋找可疑的滑面并觀測位移的變化。該監(jiān)測系統(tǒng)主要由測量探頭(傳感器)、電纜、讀數(shù)儀及埋設于巖土體內的測斜管組成。測斜管內有4條十字型對稱分布的凹型導槽,作為測斜儀滑輪上下滑行軌道,測量時,使傳感器的導向滾輪卡在測斜管內壁的導槽中,沿槽滾動將傳感器放入測斜管,并由引出的導線將測得數(shù)據(jù)顯示在測讀儀上。當巖土體產生位移時,埋入巖土體的測斜管隨之同步位移,測斜管的位移量即為巖土體的位移量。為保證測斜管隨邊坡巖土體同步變形,鉆孔與測斜管之間用水泥砂漿搗實。孔底應到達穩(wěn)定基巖中,使得認為孔底為不動點的假設成立。測斜儀的原理是一個力平衡式的伺服系統(tǒng),當傳感器探頭相對于鉛錘方向產生傾角時,由于重力作用,傳感器中敏感元件相對于鉛錘方向擺動一個角度,通過高靈敏的微電子換能器將此角度轉換成信號,經(jīng)過分析處理,直接在液晶顯示屏上顯示被測點的水平位移量ΔX值。Δik=0.5(vk正?vk反),k=1,2,?X0k={Δi1,k=1Δik+X0(k?1),k=2,3,?}ΔXmk=Xmk?X0k,k=1,2,?,m=1,2,?Δik=0.5(vk正-vk反),k=1,2,?X0k={Δi1,k=1Δik+X0(k-1),k=2,3,?}ΔXmk=Xmk-X0k,k=1,2,?,m=1,2,?其中,vk正和vk反分別為第k點位置的正測和反測值;Δik為第k點位置Δi的數(shù)值;X0k為第k點位置的累積位移量;ΔXmk為第m次測量的水平位移量。A、B方向的水平位移UA、UB計算方法與此一樣。3水保邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測的必要性測斜儀在邊坡工程原位監(jiān)測中應用最為廣泛。通過監(jiān)測,可以確定巖(土)體內滑動面的具體位置、位移大小和滑動方向。例如我國三峽工程庫區(qū)的新灘、黃臘石滑坡、天生橋廠房后滑坡、黃河李家峽、龍羊峽滑坡以及東風、隔河巖等水電工程的邊坡都采用了測斜儀進行穩(wěn)定性監(jiān)測,其成果對評價邊坡的穩(wěn)定性以及查明滑坡的性態(tài)起到了重要作用。姚家坪水利水電樞紐工程位于湖北省恩施市的清江干流上游河段上,是清江上游重要的水利水電開發(fā)工程。高臺滑坡位于姚家坪水利水電樞紐工程庫區(qū)的第二庫段,其穩(wěn)定性對水庫的安全運營有重要影響。3.1滑體及滑坡區(qū)高臺滑坡位于清江左岸,主要位于由P2灰?guī)r夾P1d灰?guī)r、硅質頁巖構成的順向坡地帶,坡角10°~20°。滑體平面呈不規(guī)則長條形展布,滑體縱長約2200m,寬約500m,均厚12m左右,總體上由上至下滑體漸寬,分布面積164×104m2,體積約1320×104m3,主滑方向185°?；w周界較為明顯,兩側邊界基本沿近南北向沖溝展布,前緣已經(jīng)臨近清江河谷,滑體中上部呈直線坡,后緣處呈斷續(xù)相連小陡坎。滑體物質為殘坡積碎塊石土,土石比6∶4,結構松散。滑坡區(qū)見有多條沖溝切割至基巖,見有多處泉水出露,前緣臨河處泉流量為6.0l/s。根據(jù)地質資料,1961年、1977年該滑坡曾發(fā)生變形破壞,導致2戶民房毀壞、10余戶民房拉裂受損。該滑坡區(qū)居住有高臺村十六組100余戶人家,近400人,50hm2農田及果園。屯渝公路自后緣通過,一旦發(fā)生滑坡,將造成較大危害?？紤]到滑坡體上居民多、耕地多,為保障人民生命財產安全及姚家坪水庫的安全運營,在高臺滑坡體上布設了深部位移監(jiān)測設施,對該滑坡的深部位移進行了長期觀測,為準確確定滑面位置,研究滑坡目前性狀及其發(fā)展趨勢提供重要的信息。3.2滑坡工程測點布置由于監(jiān)測孔的成孔及安裝費用昂貴,故不可能像地表位移監(jiān)測點那樣大量布設,而是基于所獲得的地質資料等,將有限的監(jiān)測孔布設在有代表性的地質剖面上,以便為分析提供有價值的參考數(shù)據(jù)。不同工程背景的滑坡工程,一般在布置測點時,均有所不同。高臺滑坡主滑方向明顯,監(jiān)測點布設在主滑方向上,這樣可以利用有限的工作量滿足監(jiān)測的要求,在滑坡上共布設有2個監(jiān)測鉆孔GT1和GT2,分別位于滑坡體的前緣和后緣。GT1孔深43m,孔口坐標N:30.41501°,E:109.24522°,孔口高程862m;GT2孔深45.5m,孔口坐標N:30.41503°,E:109.20456°,孔口高程830m。3.3溫度影響下的觀測采用雙向式滑動測斜儀進行觀測時,只要觀測一對導槽即可得出兩個方向(A方向、B方向)的位移變化。觀測時先將探頭沿主導槽放入孔底,待穩(wěn)定5~10min后,開始讀數(shù)(以消除溫度的影響)。一般每隔0.5m測讀一次A向和B向的讀數(shù)(其中A向為主導槽方向,B向垂直于A向),至孔口后將探頭反轉180°,再觀測一次,在觀測過程中應與上一次觀測結果對照(和數(shù)校正)并作記錄,至孔口0.5m處為止。滑坡深部位移監(jiān)測可以提供大量的觀測數(shù)據(jù),例如45m的孔深,0.5m讀一個數(shù)據(jù),每觀測一次可以得到360個數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)可以整理出各種曲線,可以方便我們從不同的角度了解滑坡的目前性狀和發(fā)展趨勢。3.3.1gt1和gt2合位移方向、滑坡面的垂直分布該曲線即累計位移沿深度的變化曲線。將測斜管埋入滑動面以下足夠深度(一般為滑動面以下5m,該深度認為是基巖,近似認為不動點),視管底的水平位移為0,作為固定端。累計位移為計算點相對孔底位移的累計。位移方向又有A方向(與B方向垂直)和B方向(順坡方向),合位移量為U。U=U2A+I2B???????√U=UA2+ΙB2,其中UA,UB分別為A和B方向的位移。GT1和GT2鉆孔A方向、B方向及合位移的累計位移沿深度的分布曲線見圖1和圖2。由累計位移沿深度的分布曲線(圖1和圖2)形狀上可以看出,高臺滑坡水平位移孔口大、孔底小。到目前為止,埋設在滑坡后部的測孔GT1尚無明顯的滑動面(帶),滑坡體前緣處于相對穩(wěn)定狀態(tài)。GT2在11~16m處出現(xiàn)位移突變,說明在此帶可能存在一滑動面(帶),在其滑動面附近的水平位移呈增長趨勢,考慮為如果未來失穩(wěn),很可能是呈滑動破壞。GT1和GT2的累積位移曲線圖均顯示出,合位移的變化趨勢與B方向位移變化趨勢更為接近,即該滑坡體目前的運動趨勢主要是向坡外位移,符合滑坡運動的一般規(guī)律,兩個測孔的累計位移量都相對較小,目前處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。3.3.2滑動面的相對位移該曲線即相對位移沿深度的變化曲線。相對位移為計算點相對本身初始值的位移變化值。從相對位移深度曲線(圖3)上可以明顯看出滑動面的位置及巖體錯動的產生和發(fā)展,圖中曲線相對位移有明顯的突變點,該位置即為滑動面的位置。GT1未出現(xiàn)滑動面,GT2的位移突變點與其累積位移-深度曲線類似,在11~16m處。4滑坡體深部位移特征(1)監(jiān)測結果表明,高臺滑坡前緣深部位移監(jiān)測孔所在部位可能存在滑動面(帶),滑動面的位移一直呈緩慢增長趨勢,滑坡中后部的變形相對較小,尚未發(fā)現(xiàn)明顯的滑動面。(2)兩深部位移監(jiān)測孔的累計位移都相對較小,合位移變化趨勢與順坡向變化趨勢相似,該滑坡體目前主要是順坡向坡外緩慢位移,且相對較穩(wěn)定。(3)兩測孔深部位移累積曲線均呈現(xiàn)下部位移較小、上部位移較大的漏斗狀,說明均是以孔底為不動點?；律畈课灰票O(jiān)測是研究滑坡深部位移特征的有效手段,