5-第五讲(边坡工程监测技术).ppt

1边坡工程监测基本内容和主要方法第五讲中国中铁科学研究院有限公司廖小平研究员目录1.边坡工程监测目的和意义2.边坡工程监测体系3.边坡工程监测内容4.主要监测技术方法1.监测目的和意义•监测目的在于把握坡体变形、应力、以及地下水活动等动态特征和发展规律。指导边坡工程施工和控制施工进程。并为边坡工程反分析与数值仿真提供参数。•基于可靠的监测成果资料，可以进一步查明坡体病害的性质、规模、成因、滑面形态和滑坡推力等；分析判断坡体稳定性状态及其发展趋势；必要时进行监测预警，或灾害预测预报。•边坡工程监测也是边坡防护加固或整治工程效果评估与预测的重要手段。2.边坡工程监测体系•以变形监测为主，结合应力和强度监测。•边坡变形包括位移和应变，位移是主要的，相应地，应力和强度也将调整和变化。•立体监测与全面监测。•变形监测•应力监测•其它监测边坡工程监测体系边坡工程监测体系变形监测应力监测其它监测地面变形监测地下变形监测岩土应力监测接触应力监测结构应力监测结构变形监测降雨量监测特征量监测地下水监测宏观变形巡查3.边坡工程监测内容监测项目监测设备监测方法2变形监测•地面变形监测：地面位移与沉降等。•地下变形监测：坡体深部位移等。•结构变形监测：支挡加固结构及其它建筑结构等。•边坡变形包括位移和应变，以位移监测为主。地面变形监测•简易监测法•仪器监测法•设站监测法•GPS监测法•远程监测法简易监测法•当坡体地表出现明显的裂缝变形时，为了监测坡体地表裂缝的变形活动和发展情况，基于临时性保障施工、生产、生活及交通运输等安全的目的，在边坡现场经常采用如图所示的两种简易监测方法。仪器监测法•对于那些地表裂缝变形活跃的滑坡，需要了解和掌握其地表裂缝连续变形活动动态，或者由于其工程或建筑的重要性，需要重点设防监测，一般采用埋设专门的监测仪器的方法实施滑坡监测。地面倾斜监测法•在滑坡变形发育、发展和破坏的过程中，滑坡坡体表面都将不同程度地产生地表倾斜变形，并反映滑坡变形的发生范围、发育阶段和变化规律。•滑坡地表变形倾斜监测可以有效可靠地确定滑坡坡体的变形范围，并能从一定程度上反映和体现滑坡变形的活动状态和发展规律，特别适用于滑坡前缘剪出口的分析与判断和滑坡滑动方向的确定。设站观测法•设站观测法是在充分了解现场的工程地质背景的基础上，在边坡上设立变形观测点，成线状或网络状布置。•在变形影响范围之外稳定地点没置固定观测站，用测量仪器(经纬仪、水准仪，测距仪、摄影仪及全站型电子速测仪、GPS接受机等)定期监测变形区内网点的三维(X、Y、Z)位移变化的一种行之有效的监测办法。•水平位移监测设经纬网、沉降监测设水准网。3主要设站监测方法•大地测量法•GPS测量法•RS测量法•近景摄影测量法•激光全息测量法•激光散斑测量法•工点监测•区域或路段监测大地测量法•常用的大地测量法主要有两方向(或三方向)前方交会法、双边距离交会法、视准线法、小角法、测距法、几何水准测量法以及精密三角高程测量法等。•能确定边坡地表变形范围；•量程不受限制；•能观测坡体的绝对位移量；•在滑坡发生剧滑时，监测仪器设施不会因滑坡加速运动而损坏，监测人员不必到滑坡体上，因此能保证滑坡监测的连续性。GPS监测法•GPS系统通常由空间导航卫星、地面控制站、GPS用户定位设备和地面通信网等部分组成。•GPS的用户设备简称GPS接收机，由天线、接收机、信号处理器和显示器组成。•监控系统由监控中心、网络中继站、现场分控站、GPS基准站和移动远端(或GPS流动站)等部分组成。远程监测法•远距离无线传输是该方法最基本的特点，由于其自动化程度高，可全天候连续观测，故省时、省力和安全，是当前和今后一个时期边坡工程监测发展的方向。•同时，无线监测也为我们进行边坡监测提供了一个很好的途径，通过无线监测，我们可以真正的实现测试的多参数，是研究边坡和建筑物稳定性及活动规律的有力工具。GPRS数据传输地下变形监测•地面变形与地下变形既有联系又有区别，地下变形往往具有超前的变形特点和控制坡体总体变形活动动态的规律。•对滑坡而言，由于其地形、地质条件复杂，物质组成不均，结构强度各异，往往地表变形和地下变形不尽一致。除了进行滑坡地表变形监测之外，还必须进行滑坡地下变形监测，了解滑坡地下变形的活动状态和变化规律，全面把握滑坡坡体的变形动态过程。4主要地下变形监测方法•钻孔测斜仪•多点位移计•多点沉降仪•TDR监测钻孔测斜仪多点位移计多点沉降仪TDR监测•TDR：时域反射•由TDR同轴电缆、电缆测试仪和数据记录仪组成。•基本原理如同雷达，通过对同轴电缆激发一个电脉冲，遇到一个断点或变形是将返回一个“跳跃”信号。•变形位置、量级、速率可以较为准确确定。TDR实时自动监测预警系统5结构变形监测•在坡体变形活动的过程中，位于坡体上的建筑物（包括桥梁、隧道、轨道、护坡、挡墙、侧沟、天沟、截排水沟、盲沟、检查井、抗滑工程结构、以及工矿房屋建筑等），由于自身结构刚度相对较大，它们往往对坡体变形的反映最为直接和敏感。•进行结构变形的监测，可以辅助工程技术人员分析坡体变形性质、规模和状态，便于掌握变形的发生原因、稳定程度及其发展趋势。并且，可以为整治工程设计提供各种现场参考指标。•我们经常在滑坡勘察的过程中，在滑坡地表或地下变形监测的同时，实施滑坡建筑物变形监测。结构变形监测•标线尺量法•砂浆贴片法•位移计•收敛计•测缝计砂浆贴片法多点位移计收敛计测缝计6应力监测•坡体变形发生和发育的过程，其实际是坡体内部岩土应力变化和发展的过程。•为了深入了解坡体变形性质、变形机制、稳定程度和发展趋势，在条件适当和经费许可的情况下，可以考虑应力监测。•包括土中应力监测、接触应力监测和结构应力监测。•查明坡体内部岩土与整治工程结构的应力分布、活动状态和发展规律。应力监测主要内容•岩土应力监测：土中应力、地应力等。•接触应力监测：岩土与结构界面应力监测、结构反力监测等。•结构应力监测：锚杆(索)轴向应力监测、混凝土结构应力应变监测等。岩土应力监测•是监测坡体内部岩土的应力变化动态。通过土中应力监测，了解坡体应力分布状态，定量解析坡体变形破坏机制，帮助工程技术人员认识坡体变形性质和规模，准确把握其稳定程度和发展趋势。土中应力监测地应力监测•a：测量孔•b：应力解除孔•c：测量元件•d：被解除应力的岩芯接触应力监测•了解岩土与结构的相互作用动态与规律。•结构的受力状态与分布规律，为工程设计奠定可靠的基础。•反力状态量测。7结构应力监测•锚索应力计•锚杆应力计•钢筋应力计•混凝土应力计锚索应力计锚杆应力计钢筋应力计混凝土应力计其它监测•地下水监测：水位、水压、流速、流向等。•气象监测：降雨量等。•特征量监测：声发射、地温等。8地下水监测•地下水是坡体变形发育、发展、或复活、破坏成灾的重要作用因素，特别是对于大型复杂的滑坡，其水文地质条件则更为复杂。•对滑坡区地下水动态进行长期监测，可以明确地下水活动与滑坡滑动的相关关系和作用规律，并可检验各种排水工程的工程效果。•通过滑坡地下水动态监测，往往可以避免灾难性的滑坡事故的发生，如在滑坡急剧大滑之前，其地下水的水位和水质将会发生显剧的变化，同时，滑坡前缘随着滑坡趾部的前移将会流出大量的泥水，有些常年泉眼可能会变小或变干，有些干涸的泉水可能会重新出水、变浊。地下水动态监测内容•涌水量监测•水位监测•水温监测•水质监测•流速流向监测•孔隙水压力监测孔隙水压监测气象监测（降雨量）•大气降雨是边坡变形破坏的主要触发因素之一。•在每年雨季或雨季过后，常有大量的滑坡灾害发生和其它类型的坡体变形破坏，特别是在丰水年份或强暴雨期，滑坡灾害损失更为严重。•对潜在滑坡灾害发生区域或滑坡场地进行降雨量监测，可以更清楚地掌握滑坡灾害的发生机理、活动状态和发展趋势，并为滑坡灾害预警、预报服务。其它特征量监测•声发射监测•地温监测声发射监测•边坡产生变形破坏是建立在坡体岩土或滑带岩土破坏的基础之上。岩土的破坏将产生地声，即声发射信号。•监测坡体内部岩土的声发射参数，其目的在于探测坡体内部岩土的破坏部位和破坏状态，为边坡稳定性分析与判断提供一种辅助手段和方法。•较适用于岩质边坡。9岩体声发射监测仪地温监测•地温监测是一种坡体地下内调查方法。•测温方法是利用含水岩土体的热交换特性。•包括浅层地温法及温度检层法。4.主要监测技术方法•大地测量法•钻孔测斜法大地测量法1.布点与建网2.基线网建设3.误差评估4.数据分析5.成果整理测线布置•首先应确定主要监测的范围，在该范围内按监测方案的要求确定主要滑动方向。•按主滑动方向及滑动面范围确定测线，然后选取典型断面布置测线，再按测线布置相应观测点。•对于不同工程的边坡，一般在布置测点时，均有所不同。•突出重点，兼顾全面。10监测网的形成•考虑平面及空间的展开布置，各个测线按一定规律形成监测网。•监测网的形成可一次完成，也可分阶段按不同时期和不同要求形成。局部加强•对于关键部位如可能形成滑动带、重点监测部位和可疑点，应加强监测工作，在这些点上加密测点。设站监测法监测的周期及频率•对于不同类型、不同阶段的边坡，根工程所处的阶段和规模，以及边坡变形的速率等因素，边坡变形监测的周期及频率有所不同，应视具体情况而定。监测的周期及频率•坡体地表变形监测密度，一般是根据坡体地表裂缝的变形快慢决定。•最初宜采用三天或一周监测一次。•如果变形缓慢，则采用每隔一月或半月监测一次。•如果变形进入加速变形阶段，则采取每天监测一次。•如果变形进一步加剧，或者由于结构或工程的重要性及某些特殊目的和要求，尚需加密监测，可以一天几次定时监测。•如果变形不明显，则可一月、一季或半年监测一次。资料整理11钻孔测斜法•基本组成•工作原理•安装技术•测试技术•资料整理•误差分析基本组成•钻孔测斜仪由测斜管、传感器、测读仪三部分组成。•测斜管在监测前埋设于要测的坡体内，测斜管内有四条十字型对称分布的凹型导槽，作为测斜仪滑轮上下滑行轨道，测量时，使传感器的导向滚轮卡在测斜管内壁的导槽中，沿槽滚动将传感器放入测斜管，并由引出的导线将测得数据显示在测读仪上。工作原理•测斜仪的原理是通过摆锤受重力作用来测传感器与铅垂线之间的倾角，进而计算垂直位置各点的水平位移。•只有当埋设好的测斜管的轴线是铅垂线时，水平偏差才是对应的水平位移值，但要将测斜管的轴线埋设成铅垂线几乎是不可能的，测斜管埋设好后，总有一定的倾斜和挠曲。因此首次测量值只能作为基本值，其后将传感器水平转180，后所得测量值与首次测量值的水平偏差值才是各个测段的水平位移值。原理示意图埋设技术•采用钻具定位开孔，成孔偏斜度不允许1度，钻孔应钻至下卧硬土层或基岩内3—5m，若软土层深厚难以进入硬土层时，钻孔至足够深度不产生水平位移，视管底端的水平位移为零，作为固定端，否则导管顶端应校正。•第一根导管管底用塑料板封死，用芯模将两管槽对准，涂抹粘合剂，固定接头导管，减小槽口纵向扭曲。•将接装好的测斜管平直地移向孔口，底端朝向孔口，用人力或机械拉住两根护绳索，对正施测的方向、均匀弯曲测斜管、绳索随测斜管同步放到孔底。埋设孔较深，地面接成全管向钻孔内放置有困难时，可分段在地面接成，整体在孔口埋设时连接。•导管埋至预定深度后，校正导向槽的方向后，在导管与钻孔壁之间用砂或小瓜子片填充。导管埋设完成后停留一段时间，使钻孔中填土密实紧贴导管，进行零点读数测试，并测量管口高程。（考虑回填料的压密过程，一般在安装一月后量测初读）埋设安装步骤1.在观测的孔位处用测量方法确定其位置；2.在定位点安装钻机进行钻孔；3.接长测斜管的方法分一次接成或连接成几段，或逐节在孔口接成所需的长度；4.用经纬仪或地质罗盘校正导向槽的方向，使其对准欲测的方向；5.回填孔管间隙；6.进行孔口保护；7.对已埋设测斜管初始位置的观测，所测结果视为基准值记人埋设记录表。•钻孔•测斜管安装•回填•孔口保护12测斜管安装示意图观测方法•采用测斜仪观测边坡体内部水平位移，每次观测时，从测斜管底自下而上，用测斜仪测头，每0．5m一个测点，逐次测量管轴线与铅垂线的夹