浅谈高边坡监控文档格式.docx

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随着观测方法的进步，逐渐出现了大地测量法，这种方法的发展主要是伴随着高精度的光学及光电仪器的出现而逐渐成熟的。

同时由于监测仪器的快速发展，GPS测量以及近景摄影测量也迅速应用到边坡监测中来。

近代，伴随着电子技术及计算机技术的发展，声发射方法，时域反射法，光时域反射法等也正被应用于边坡之中。

同时，由于网络的快速发展，边坡的现代监测方法应该是向着远程网络监控方向发展。

2.1高边坡稳定性分析与评判

近几年，边坡稳定性分析主要围绕对传统方法不断完善和新分析方法的提出两个方面展开，其中极限平衡法在计算模型、滑动面确定、边坡类型等方面得了进一步完善，在数值分析中，有限元法从平面有限元到三维有限元，从弹性有限元到弹塑性有限元。

另外，随着随机分析方法、模糊分析方法以及计算机模拟技术在边坡中的应用，极大丰富了边坡稳定分析方法。

1955年A.W.Bishop提出的边坡稳定分析方法的圆弧法，至今已得到一定程度的应用，是极限平衡法的典型代表。

2002年冯光乐等为评价公路边坡稳定性，在介绍RMR法和其他人修正的基础上，从宏观的角度，对其边坡高度、地应力等方面的影响因素进行了部分修正，提出了较为合理的修正RMR法。

2004年王哲等将CSMR分级体系在SMR的基础之上针对水电边坡工程引入了坡高修正系数，但在公路边坡分级实践中发现，该坡高修正系数仍有待于改进，通过对百余个边坡样本统计分析，得出两种不同岩层、坡面产状组合形式下坡高修正系数的数学表达式。

2005年周亦唐等以云南省水普高速公路边坡稳定性分析和处理方法为对象，提出有针对性的边坡稳定性及应用加固岩上工程分析软件，考虑地震作用下山区高速公路高边坡的稳定性。

2007年柳厚祥等基于变分法的基本原理与边坡稳定性变分分析的基本方法，推导和建立了边坡稳定二维变分分析的计算公式，结合公路边坡工程稳定性分析的实践，研究变分法在公路边坡稳定性分析中的应用。

2008年ZhongGui等针一对某高边坡采用数值建模分析的方法，进行了边坡稳定性分析。

2009年余巍伟等采用极限平衡法和FLAC3D数值复合分析方法对一段公路边坡稳定性进行分析，提出了相应的处治措施。

2007年张雷等结合云南溪洛渡水电站专用线典型边坡工程，探讨和构建了复杂岩堆体的三维计算模型，运用三维快速拉格朗日差分法软件FLAC对复杂岩堆体边坡进行了三维数值模拟计算，并根据计算结果系统比较分析了抗滑桩、锚杆、降雨等对该段公路边坡稳定性的影响。

2010年KojiUenishi采用数值分析的方法来分析在地震荷载作用下高边坡的动态失稳破坏机理。

2010年姜振福利用大型有限元软件对水富-麻柳湾高速公路边坡工程进行稳定性分析，计算出边坡内部各点的应力、位移和塑性区，运用强度折减法计算出边坡稳定安全系数，并结合实例通过与传统的极限平衡法作比较，表明了方法的可行性。

2.2高边坡安全监测

高边坡的失稳破坏，都有一个从渐变到突变的发展过程，很少在破坏前显示出即将破坏的各种征兆，如变形量超过控制指标、变形加剧、坡体裂缝增大等，而这些征兆，一般单凭人的直觉是难以发现的。

如果能安装必要的精密仪器对坡体的变形进行监测，则可能在出现变形破坏的征兆时捕捉到坡体稳定性的异常信息并对这些信息进行分析研究，在坡体最终破坏前对其进行处理，或及时预报滑坡险情，避免人员和设备的损失，这就是边坡工程安全监测的基本原理。

2.3边坡监测中存在的问题

边坡工程造价较低，容易忽视监测项目设计与施工，监测及信息、反馈工作较为繁琐，实际开展过程中管理环节容易出现漏洞等。

目前边坡监测工作存在以下不足或缺点：

（1）监测工作量大，监测人员工作环境较为危险；

特别是在恶劣天气期间无法进行观测。

（2）监测频次相对较低，无法实现对边坡稳定状态的不间断观测。

（3）观测工作对边坡施工有一定干扰，不便进行边坡施工期观测。

（4）长期观测时，观测费用较高。

大量的山区边坡工程，潜在危险因素多，需要进行必要监测，但因人工监测条件限制而无法大量开展。

因此针对边坡动态施工安全管理的实际需要，研究一种简便、经济、可靠的边坡监测方法是非常必要的。

3高边坡监测的基本理论和方法

3.1边坡监测的类别与方法

目前，边坡工程监测技术方面，我国正由过去的人工皮尺简易工具的监测手段过渡到仪器监测，又正在向自动化、高精度及远程系统发展。

通过边坡工程监测，主要对边坡的变形机理、地质灾害防治和治理效果的反馈以及对工程的影响获取信息。

通过监测信息的分析得到坡体变形破坏的各种特征信息，分析其动态变化的规律，进而预测边坡工程可能发生的破坏，为防灾减灾提供依据。

对边坡进行监测，主要包括以下方面内容：

危岩；

位移、倾斜；

应力应变、地声变化；

地震、爆破震动；

降雨量、气温、地表（下）水（水位、水质、水温、泉流量、孔隙水压力）等监测。

目前，在边坡工程中监测的方法主要采用了简易观测法、设站观测法、仪表观测法、远程监测法和声发射法等5种类型的监测方法。

3.2.1简易观测法

简易观测法是通过人工观测边坡工程中地表裂缝、地面鼓胀、沉降、坍塌、建筑物变形特征（发生和发展的位置、规模、形态、时间等）及地下水位变化、地温变化等现象，也可在边坡体关键裂缝处埋设骑缝式简易观测桩；

在建（构）筑物（如房屋、挡土墙、浆砌块石沟等）裂缝上设置简易玻璃条、水泥砂浆片、贴纸片；

在岩石、陡壁面裂缝处用红油漆划线作观测标记；

在陡坎（壁）软弱夹层出露处设置简易观测标桩等，定期用各种长度量具测量裂缝长度、宽度、深度变化及裂缝形态、开裂延伸的方向。

简易观测法对于发生病害的边坡进行观测较为适合，对滑塌和滑坡的宏观变形迹象和与其有关的各种异常现象进行定期的观测、记录，从宏观上掌握崩塌、滑坡的变形动态和发展趋势。

该法也可以结合仪器监测资料综合分析，初步判定崩滑体所处的变形阶段及中短期滑动趋势。

即使是采用先进的仪表观测方法监测边坡体的变形，该方法仍然是不可缺少的观测方法。

3.2.2设站观测法

设站观测法是指在充分了解了工程场区的工程地质背景的基础上，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（经纬仪、水准仪、测距仪、摄影仪及全站型电子速测仪、GPS接收机等）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方法。

此法主要指大地测量、近景摄影测量及GPS测量与全站式电子速测仪设站观测边坡地表三维位移的方法。

（1）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。

大地测量法有如下突出优点：

①能确定边坡地表变形范围；

②量程不受限制；

③能观测到边坡体的绝对位移量；

④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。

（2）GPS（全球定位系统）测量法

GPS测量法的基本原理是用GPS卫星发送的导航定位信号进行空间后方交会测量，确定地面待测点的三维坐标。

将GPS测量法用于边坡工程监测有以下优点：

①观测站之间无须通视，选点方便；

②定位精度高；

③观测时间短；

④观测点的三维坐标可以同时测定，对于运动的观测点还能精确测出它的速度；

⑤操作简便；

⑥全天候作业，一般不受气候条件的影响。

（3）近景摄影测量法

该方法是把近景摄影仪安置在2个不同位置的固定测点上，同时对边坡范围内观测点摄影构成立体像对，利用立体坐标仪量测像片上各观测点三维坐标的一种方法。

其周期性重复摄影方便，外业省时省力，可以同时测定许多观测点在某一瞬间的空间位置，并且所获得的像片资料是边坡地表变化的实况记录，可随时进行比较。

目前，采用近景（一般指100m以内的摄影距离）摄影方法进行滑坡变形测量时，在观测的绝对精度方面还不及某些传统的测量方法，而对于滑坡监测中，可以满足崩滑体处于速变、剧变阶段的监测要求即适合危岩临空陡壁裂缝变化（如链子崖陡壁裂缝）或滑坡地表位移量变化速率较大时的监测。

3.2.3仪表观测法

仪表观测法是指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，裂缝相对张、闭、沉、错变化及地声、应力应变等物理参数与环境影响因素进行监测。

目前，监测仪器的类型，一般可分为位移监测、地下倾斜监测、地下应力测试和环境监测四大类。

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）。

其共性是监测的内容丰富、精度高、（灵敏度高），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，观测成果直观可靠度高，适用于斜坡变形的中、长期监测。

电测法往往采用二次仪表观测，将电子元件制作的传感器（探头）埋设于边坡变形部位，通过电子仪表（如频率计之类）测读，将电信号转换成测读数据的方法。

该方法技术比较先进，原理和结构比机测仪表复杂，监测内容比机测法丰富，仪表灵敏度高，也可进行遥测，适用于边坡变形的短期或中期监测。

从适用条件考虑，电子仪表对使用环境要求相对较高。

电子仪表往往不适应在潮湿、地下水浸湿、酸性及有害气体的恶劣环境条件下工作。

观测的成果资料不及机测可靠度高，其主要原因：

（1）传感器长期处于野外恶劣环境中工作，防潮和防锈问题不能完全解决；

（2）测试仪表电子元件易老化，长期稳定性差，携带防震性差。

因此，选用电测仪表时，一定要具有防风、防雨、防腐蚀、防震、防雷电干扰等性能，并与监测的环境相适应，以保障仪器仪表的长期稳定性及监测成果资料的可靠度。

一般而言，精度高、测程短的仪表适用于变形量小的边坡变形监测；

精度相对低，测程范围大，量测范围可调的仪表适用于边坡变形处于加速变形或临崩、临滑状态时的监测。

为增加边坡工程研究的可靠性和直观性，将机测和电测相结合使用，互相补充和校核，效果最佳。

3.2.4远程监测法

伴随着电子技术及计算机技术的发展，各种先进的自动遥控监测系统相继问世，为边坡工程，特别是边坡崩塌和滑坡的自动化连续遥测创造了有利条件。

电子仪表观测的内容，基本上能实现连续观测，自动采集、存储、打印和显示观测数据。

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滑坡监测发展的方向。

目前，从远程监测的使用情况也反映出一些弱点：

传感器质量仍不过关，仪器的组（安）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（如风、雨、地下水侵蚀、锈蚀、雷电干扰、瞬间高压等），数据传输时有中断，可靠度也难以使人置信，同样在经济上也较为昂贵，至少在短期内尚难以适用于边坡工程的监测。

3.2.5声发射方法

岩石或岩体受力作用时会不断地发生破坏，主要表现为裂纹的产生、扩展及岩体断裂。

裂纹形成或扩展时，造成应力松弛，贮存的部分能量以应力波的形式释放出来，产生声发射，据此可推断岩石内部的形态变化，反演岩石的破坏机制。

对边坡岩体进行声发射监测，具有如下几个特点：

（1）具有直接、可靠、快捷的优点；

（2）采用连续监测，劳动强度低、人为因素少；

（3）受气候影响较小，监测结果受干扰也小。

3.2边坡监测内容与方法一览表

边坡监测主要为采用仪器人工监测，目前正在向自动化、高精度及远程监测系统发展，表1是常见边坡监测内容与方法一览表

表1边坡监测内容与方法一览表

监测内容

主要监测方法

主要监测仪器

监测方法的特点

适用性评价

外观表征

巡视检查

相机、望远镜等

方法简单易于掌握，但人力投入较大，安全性较低。

该方法广泛使用于不同施工阶段边坡监测，并能立即发现边坡可能存在的危险源。

但投入人力、财力较大，且易受大气、现场环境影响。

地表变形

大地测量法（三角交会法、几何水准法、小角法

经纬仪、水准仪、测距仪、全站仪、电子经纬仪等

投入快、精度高、监测范围大、直观、安全、便于确定滑坡位移方向及变形速率。

适用于不同变形阶段的位移监测；

受地形通视和气候条件影响不能连续观测。

近景摄影法

摄影经纬仪

监测信息量大、省人力、投入快、安全，但精度低。

适用于变形速率较大的边坡水平位移及危岩峭壁裂缝变化监测；

受气候条件影响较大。

GPS法

GPS接收机

精度高、投入快，易操作，可全天观测，不受地形通视条件限制；

目前成本较高，发展前景可观。

适用于边坡体不同变形阶段地表三维位移监测。

测缝法（人工测缝法、自动测缝法）

钢卷尺、游标卡尺、裂缝量测仪、测缝计、位移计等

人工、自动测缝法投入快，精度高，量程可调，方法简单直观、资料可靠。

人工、自动测缝法适应于裂缝量测岩土体张开、闭合、位移、升降变化的监测。

地下变形

测斜法（钻孔测斜法、竖井）

钻孔测斜仪、多点倒垂仪、倾斜计等

精度高、效果好，可远距离测试，易保护，受外界因素干扰少，资料可靠；

但测程有限，成本较高，投入慢。

主要适用于边坡体变形初期，在钻孔、竖井内测定边坡体内不同深度的变形特征及滑带位置。

测缝法（竖井）

多点位移计、井壁位移计、位移计

精度较高、易保护、投入慢、成本高；

仪器、传感器受地下水浸湿，易锈蚀。

一般用于监测竖井内多层堆积物之间的相对位移，目前主要适应于初期变形阶段，即小变形、低速率、观测时间相对短的监测。

重锤法

重锤、极坐标盘、坐标仪、水平位移计

精度高、易保护，测读直观、可靠；

电测方便，测量仪器便于携带；

但安装较为繁琐，成本投入大

适用于上部危岩相对下部稳定岩体的下沉变化及软层或裂缝垂直向收敛变化的监测。

沉降法

下沉仪、收敛仪、静力水准仪、水管倾斜仪器

适用于危岩裂缝的三向位移（X、Y、Z二方向）监测和危岩界面裂缝沿轴向的位移监测。

地声

地音量测法

地音探测仪

可连续观测，监测信息丰富，灵敏度高，省人力；

测定的岩石微破裂声发射信号比位移信息超前3-7日

适宜于岩质边坡变形的监测及危岩加固跟踪安全监测，为预报岩石的破坏提供依据。

应变

应变测量法

应变计、点位移计、滑动测微计

精度高、易保护、测读直观、可靠，使用方便。

主要适宜测定边坡体不同深度的位移量和滑面（带）位置。

水文

观测地下水位

水位自动记录仪

精度高，可连续观测，直观、可靠

适用于边坡不同变形阶段的监测，其成果可作为边坡稳定性分析基础资料使用。

观测孔隙水压

孔隙水压计、钻孔渗压计

测泉流量

二角堰等

测河水位

水位标尺等

环境

因素

测降雨量

雨量计

精度高，可连续观测直观，可靠

适应于边坡不同变形阶段的监测，为边坡稳定性分析评价提供基础资料。

测地温

温度记录仪

地震监测

地震仪

3.3边坡监测优化设计理论与方法

对于一个具体的边坡、危岩或滑坡，如何针对其特征，如地形地貌、变形机理、地质环境、工程背景等，选择可行的监测技术、方法，确定较为理想的监测方案，合理布置测点，是监测工作的核心。

各个不同的监测方案，需进行方案的比较，使监测工作做到技术上保证，经济上可行，实施时安全，数据上可靠，并避免单方面追求高精度、自动化、多参数，而脱离工程实际需要的监测方案。

3.3.1监测设计的原则

（1）深入了解工程地质背景及工况，确定边坡的主要滑动或变形方向、可能的滑动深度与范围；

（2）按照光学、机械和电子先后顺序选择设备，以保证测试精度和成果的可靠度；

（3）考虑经济情况；

（4）不影响正常施工及使用；

（5）能形成统一的结论和简捷的报表。

3.3.2监测方案优化主要工作内容

针对不同类型和不同工况边坡的监测，为获得最佳的监测效果，应根据实际情况具体选用相应的监测方法，并对各种监测方法进行优化组合，以便相互补充、校核。

优化工作包含以下几个方面：

（1）在确定监测方法方面，充分考虑地形、地质条件及监测环境，选择相适应的监测方法。

（2）在监测仪器使用方面，做到电子仪表和机械仪表相结合，仪表精度高、低相结合，不要片面追求高、精、尖、多、全。

长期监测的仪器一般应符合3R原则，及符合精度（resolution）、可靠度（reliability）、牢固可靠（ruggedness）三项要求，统筹安排。

在滑动面生成的不同时期、不同部位，变形监测有不同的要求，监测的重点也就需要作必要的调整。

（3）在监测内容方面，应根据工况与边坡的空间形态，本着少而精的原则，选择关键的监测部位，合理布置监测网点；

突出重点，兼顾整体；

力求表部和深部相结合，几何量和有关物理参数监测相结合。

（4）在确定观测精度方面，应收集国内外有关类型边坡的监测精度为借鉴，结合实地踏勘，对于边坡变形机理、变形发展趋势及监测仪器设备的精度指标综合分析，按照误差理论来确定适当的监测精度，通过一段时间的监测实践及观测资料分析，预测变形状态及发展趋势后，再对观测的方法、部位及精度等作适当调整及完善。

（5）在确定观测周期方而，应主要根据边坡处于不同变形发展状态和不同监测手段的性质确定或灵活调整。

4高边坡监控级别及监控标准

4.1边坡监控等级的划分

一般地，边坡的安全监控等级可根据边坡的安全等级、工程类比经验、地质条件、环境因素、稳定性和治理方式等情况综合确定。

因其影响因素众多，目前尚难以把边坡的安全监控等级与边坡稳定的安全等级进行一一对应，根据边坡稳定安全等级的差别，仅能在监测断面、监测项目、监测仪器选型、监测频次和资料反馈实时程度等方面有所体现。

根据上述因素，参照类似监测规程规范，可将边坡工程的安全监控等级划分为如下五级，各监测项目、监控标准可与监控等级一一对应。

一级监控等级的性质为红色警戒状态，对应于边坡已出现了整体失稳的各种迹象，应立即启动应急预案，着手实施工程紧急抢险措施或对人员设备进行撤离。

二级监控等级的性质为橙色预警状态，对应于边坡已出现了潜在及局部失稳的一些迹象，应着手准备启动应急预案。

除正常工程治理措施外还应制定工程抢险措施。

三级监控等级的性质为黄色常规状态，对应于边坡处于正常工作状态，总体上按正常工程治理措施实施即可，处于运行期则可正常运行。

四级监控等级的性质为蓝色基本稳定状态，对于边坡基本稳定，尚未实施的工程措施可适当滞后实施或局部简省，处于运行期则可正常运行。

五级监控等级的性质为绿色稳定状态，对应于边坡已稳定，尚未实施的工程措施可进行简省，处于运行期则可正常运行。

4.2边坡监控标准

4.2.1边坡监控级别原则

边坡监控级别的选择可遵循如下原则：

（1）在施工前期无监测成果的情况下，主要考虑边坡的规模和安全等级等因素来确定。

边坡开工初期，原则上可按二、二级监控级别控制实施，其中一、二级边坡有动态设计要求的可取二级监控标准，二级以下边坡可取二级监控标准。

对“强开挖、弱支护”边坡可降低1级监控，“弱开挖强支护”边坡宜提升1级进行监控。

（2）在施工初期已取得一定监测成果的情况下，主要根据监测成果和揭示的地质条件综合动态判断。

对于有整体深层失稳迹象的边坡原则上可按一、二级监控级别控制实施，其中永久和大型临建边坡可取一级监控标准，对于其它临时边坡可取二级监控标准；

对于局部失稳边坡可取二级监控标准，其中除永久和大型临建边坡以外部分边坡可降低1级监控。

若有异常和特殊情况，则应动态提升监控标准并采取相应对策。

（3）在施工后期边坡排水、支护等工程措施实施完成后，原则上可取二级监控标准；

在经历2~3个雨季考验无异常后，可进入四级监控标准；

在经历3~5个雨季考验无异常后可进入五级监控标准正常进行。

由于边坡工程的复杂性，各监控级别的特征判识很难采用统一定量的监控标准来确定，但可采用如下一些定性因素结合工程经验进行综合判断。

（1）当边坡位移~时间曲线出现拐点、深层和表面变形方向与地质结构特征逐步趋向统一、支护措施监测效应量出现较大增长、坡表出现裂缝等现象时，可作为一至二级监控标准的判识，进入预警和警戒监控状态。

（2）当边坡监测效应量~时间曲线变化平缓、无四级以上不利地质结构面存在、开挖爆破满足相关技术要求、支护措施实施及时、巡视检查成果一切正常时，可作为三级监控标准的判识，进入常规监控状态。

（3）当边坡施工基本结束且各种工程措施实施完毕，监测效应量~时间曲线变化平稳，经历过2~5个雨季的考验无异常情况后，可作为四至五级监控标准的判识，进入基本稳定~稳定监控状态。

4.2.2边坡监控标准

表2边坡工程安全监控级别划分及其监控标准

安全监控级别

监测项目与频次

级别

性质

状态

表面变形

深部变形

加固效果

渗流

人工

自动

非遥测

遥测

一级

警戒

红色

1次/天

2次/天

二级

预警

橙色

2次/周

2-4次/周