第九章_边坡工程变形监测

第九章边坡工程变形监测刘福臻测绘教研室边坡工程监测的特点、内容和技术手段一、边坡工程监测的特点1．监测区域大,涉及的岩土性质复杂；2．监测的内容相对较多，主要有地面变形监测和地下变形监测，物理参数如应力等参数监测，环境因素如地下水、天气、地震因素的监测；监测的工作量大，工种复杂，对于监测人员而言，必须是多面手，对于不同的工作都能适应。3.边坡逐渐形成，部分监测点的位置要随之变动；4．监测的周期较长，一般不少于2年或更长时间，有时是贯穿于整个工程建设过程中。二、监测的内容和方法测降雨量测地温地震监测观测地下水位观测孔隙水压测泉流量测河水位地音量测位移和沉降6.环境因素5.水文4.应变3.地下变形2.地声1.地表变形监测内容：位移和沉降监测方法：1.简易观测法2.设站观测法3.仪表观测法4.远程监测法(一)简易观测法人工观测：地表裂缝、地面鼓胀、沉降、坍塌；建筑物变形特征；地下水位变化、地温变化等现象。简易测量：在边坡关键裂缝处埋设骑缝式简易观测桩；在建（构）筑物裂缝上设简易裂缝测量标记；用途：用于已有滑动迹象的病害边坡的监测；从宏观上掌握崩塌、滑坡的变形动态及发展趋势；初步判定崩滑体所处的变形阶段及中短期滑动趋势；仪表观测的补充。(二)设站观测法要点：●在边坡体上设立变形观测点（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；●用测量仪器定期监测变形区内网点的三维位移变1．大地测量法测二维水平位移：前方交会法（两方向或三方向）；双边距离交会法。测某个方向的水平位移：视准线法；小角度法；测距法。测垂直位移：几何水准测量法；精密三角高程测量法。优点：监控面广，能确定边坡地表变形范围；量程不受限制；能观测到边坡体的绝对位移量。缺点：受到地形通视条件限制和气象条件的影响；工作量大，工作周期长十；连续观测能力较差。2．GPS（全球定位系统）测量法GPS的特点：定位精度可达毫米级优点：观测点之间无需通视，选点方便；观测不受天气条件的限制，可全天候观测；可同时测定观测点的三维坐标和速度；在测程大于10km时，精密优于光电测距仪。缺点：价格贵。用途：地形条件复杂、起伏大或建筑物密集、通视条件差的边坡监测。3．近景摄影测量法优点：摄影（周期性重复摄影）方便，外业省时省力；能同时获得许多观测点的空间位置。缺点：精度较低。用途：崩滑体处于速变、剧变阶段的监测；危岩临空陡壁裂缝变化；滑坡地表位移量变化速率较大时的监测。(三)仪表观测法特点：监测的内容丰富，精度高，测程可调，仪器便于携带；可以避免恶劣环境对测试仪表的损害；资料直观可靠，能连续观测。用途：适用于中、长期监测内容：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。分类:按所采用的仪表可分为机械式仪表观测法(简称机测法)和电子仪表观测法(简称电测法)两类。(四)远程监测法远程监测法特点：远距离无线传输。优点：自动化程度高；全天候观测；省时、省力、安全。缺点：传感器质量不过关；仪器的组装工艺和长期稳定性较差；运行中故障率高；很难适应野外恶劣的监测环境；数据传输有中断；数据可靠度难以使人置信；价格昂贵。（五）边坡工程监测仪器简介倾斜计示意图位移计示意图固定型倾斜计示意图水压计量测示意图钻孔伸长计示意图倾斜计边坡工程监测方案设计的内容：●监测内容--测什么；●监测方法和仪器--怎么测；●施测部位和测点布置--测哪里；●监测期限和频度--何时测；●预警值及报警制度等实施计划--怎么办。一、监测设计的原则监测项目选择的原则：●一般以光学,机械和电子设备为先后顺序选用设备；●考虑经济上的合理性；●不影响正常施工及使用；●能形成统一的结论和简捷的报表。§监测方案设计二、测点布点原则监测点的布置一般有以下三个步骤:1、测线布置圈定主要的监测范围；估计主要滑动方向,按滑动方向及范围确定测线；选取典型断面,布置测线；再按测线布置相应监测点。2、监测网形成:考虑平面及空间的展布,各个测线按一定规律形成监测网；监测网的形成可能是一次也可能分阶段形成；监测网的形成不但在平面，更重要的是体现在空间上的展布。3、局部加强，加深加密布点:可能形成的滑动带；重点监测部位和可疑点。说明：●对主滑方向和范围明确的边坡，测线可采用十字型布置；●测线十字型布置时，深部位移监测孔通常布设在主滑方向上；●对主滑方向和范围不明确的边坡，放射型布置更适用。●测线放射型布置时，在不同方向交叉布置深部位移监测孔。三、边坡工程监测周期与频率施工的初期爆破阶段：1次/1~2天，每次爆破后监测1次；施工阶段：1~2次/周；(地表及地下位移为主)运营阶段：1次/2月，雨季：1次/2月。变形量增大和变形速率加快时：加大监测频次。正常情况下，在爆破阶段完成后监测以地表及地下位移为主，一般在初测时每日或两日一次，在施工阶段3—7日一次，在施工完成后进入运营阶段，且在变形及变形速率在控制的允许范围之内时一般以每一个水文年为一周期，每两个月左右监测一次，雨季加强到一个月一次。§监测实施和监测资料汇总及分析一.监测工作的实施1.地面位移监测工作●地面选点及布置●监测点制作●量测实施●资料汇总及报表形成2.地下位移监测和滑动面测量●钻孔●元件埋设及初始量测●量测实施●资料汇总及报表形成3.环境因素监测●地下水位长期观测●降雨量统计●其它,如地温及地下水浑浊程度和化学组份的变化及流量等●声波测试●振动测试●其它测试的实施二.监测资料汇总及分析1.监测的报表●监测日报表；●阶段性报表；●监测总表。2.相关图件●各监测项目时程曲线；●各监测项目的速率时程曲线；●地表位移变形矢量图和等值线；●各监测项目在各种不同工况和特殊日期变化发展的形象图。3.分析报告一般分析报告中应含以下内容：●工程地质背景●施工及工程进展情况●监测目的、监测项目设计和工作量分布●监测周期和频率●各项资料汇总●曲线判断及结论●数值计算及分析●结论及建议§9.6露天开采边坡监测露天开采是国内外矿山开采的普遍形式。露天矿边坡安全和排土场的安全至关重要。矿山边坡是一种临时性或半永久性边坡,设计较为保守。观测内容包括：（1）边坡面上移动值的大小和分布，移动的过程和规律；（2）滑动面位置、形状、滑体的大小、滑动方向；（3）边坡移动对坡顶及其附近各种建筑物的危害程度；（4）加固措施的效果。主要平台:布设运输矿岩和设备的运输平台总体边坡角:从最下部台阶坡面的坡趾到最上部台阶坡面的坡肩的联线的倾角.一、观测站的设置1．观测线的设置观测线由位于同一直线上的控制点和工作点组成。控制点（基准点）应布设在滑体外稳定的地表或边坡上；工作点（变形点）设置在滑体上。每条观测线至少设两个控制点，控制点至第一个工作点的距离和控制点间的距离为50～100m。工作测点的间距一般为5～15m。在一个台阶上至少应设两个测点，分别靠近坡顶、坡脚每个平台上均应设置观测点。1-控制点2－工作点3－观测线露天矿边坡观测线的布设观测站（变形区域）应布置在工程地质条件较复杂地段。观测线的条数取决于滑坡范围（监测范围）的大小、边坡岩石力学性质及地质条件的复杂程度，至少三条。对特征点进行专门监测，当发现有移动时，可在其上、下、左、右增设观测点，以便准确确定边坡移动范围。水准基点不需要建立严格统一的高程控制系统。可以每2～3个台阶在非移动区建立一组，每组不少于3个点。为确定工作点的矿区统一高程值，可用等外水准进行各组水准基点间的连测。如果采用交会法观测，则观测点的布设可以更加灵活，观测线上也可不布设控制点。1．导线法观测点埋设10～15d后进行1）观测站的控制点与露天矿基本控制网点（平面与高程）进行联测，平面联测工作可按5”小三角或5”导线要求进行，高程联测按四等水准的要求进行。2）观测站控制点联测后，即可按露天矿I级导线和露天矿I级高程测量方法和精度要求测量，首次观测需要独立进行两次，如果两次测量结果的平面坐标均符合露天矿I级导线的精度要求，高程闭合差均不大于±（L为导线总长，km），则取其平均值作为原始数据。2.前方交会法应使用J2级以上的经纬仪以全圆观测法测定水平角，水平角测量的各种限差不能低于四等三角测量的限差要求。高程测量也可以采用三角高程测量方法。二、露天矿边坡观测方法L35（1）观测站联测。（2）正常观测。警戒观测：若发现观测点累计下沉量达20mm时，可认为边坡开始滑动，需进行全面观测。全面观测包括测点的高程和平面位置测量。滑动期观测：一般1－3个月进行一次水准测量，3－6个月进行一次全面观测。滑坡后观测：包括观测点平面位置、高程及滑体的大小、滑落时间等。并在滑坡区平面图上表示出滑动面、裂缝位置、凸起、凹陷等变形发生的部位，时间及有关测量数据。3．观测程序三、边坡监测的图件与分析（1）测线剖面图。剖面图比例尺一般为1：500，变形值比例尺采用1：20～1：50。（2）滑坡区平面图。平面图比例尺一般采用1：500，移动向量比例尺采用1：20～1：50。（3）个别具有代表性的测点，需另绘位移或移动速度随时间的变化曲线。1.观测资料的图示测线剖面图测区平面图2.滑落面及其确定方法第一种情况，观测点的移动向量大致相同，其方向有规律，说明滑坡是以整体进行，滑动面大致是圆弧形。第二种情况，各移动量大致相等，且方向相同，说明滑体可能是以整体形式沿平面结构面发生。第三种情况如图所示，各移动向量都是大致水平方向，结合结构面的埋藏特征，说明边坡破坏可能属于倾倒破坏。第四种情况是各测点移动向量方向与大小的变化无一定规律，则可以认为岩体滑动不是整体滑动，而是有两个或多个滑落体，如果每个滑落体有足够的观测点（不少于3个），且分布在滑体的上、中、下不同部位，亦可按上述方法分别求得滑动面。5.边坡滑坡预报1．滑坡地点的预报2．滑坡体形态和规模的预报3．滑体发生时间的预报*初始期*恒速变化期*加速变化期(速度－时间曲线)智利丘基卡玛塔铜矿位移－时间图