變形測量第七章邊坡地質(zhì)災(zāi)及監(jiān)測

1、斜坡：地球表面由于構(gòu)造運(yùn)動和外營力的作用所形成。邊坡（斜坡）：（1）天然邊坡；（2）人工邊坡。邊坡產(chǎn)生失穩(wěn)（地質(zhì)災(zāi)害）的原因：在重力、構(gòu)造力、地震力及各種外營力的長期作用下，邊坡巖體都有一個(gè)向下滑落的趨勢，這個(gè)趨勢受到巖體本身抗剪切、抗破壞力的阻抗，當(dāng)巖體抗阻抗力小于向下滑落的破壞力時(shí)，就會產(chǎn)生各種地質(zhì)現(xiàn)象，并可能造成災(zāi)害。監(jiān)測的必要性：由于巖體是較為復(fù)雜的自然介質(zhì)，有許多不確定的力學(xué)特性，因此必須采取必要的監(jiān)測，以便在不利的情況下采取措施。2001年年5.1日日8時(shí)時(shí)30分左右，位于烏江分左右，位于烏江邊的重慶市武隆縣邊的重慶市武隆縣縣城巷口鎮(zhèn)仙女路縣城巷口鎮(zhèn)仙女路西段發(fā)生山體滑坡，西段發(fā)生

2、山體滑坡，1.2萬立方米土石從萬立方米土石從高空滾落而下，摧高空滾落而下，摧毀了山腳下一幢九毀了山腳下一幢九層居民住宅樓，造層居民住宅樓，造成嚴(yán)重人員傷亡和成嚴(yán)重人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失財(cái)產(chǎn)損失災(zāi)難現(xiàn)場災(zāi)難現(xiàn)場約約1.2萬立方萬立方米的山體塌米的山體塌垮垮 在水利、能源、礦山、交通等許多爭議地區(qū)，通過邊坡監(jiān)測，可獲得： （1）評價(jià)邊坡施工及使用過程中，邊坡的穩(wěn)定程度，并作出相關(guān)預(yù)報(bào)； （2）為防治滑坡及可能的滑動提供技術(shù)依據(jù)； （3）對已發(fā)生滑動破壞的滑坡和加固處理后的滑坡，作出評價(jià)； （4）為有關(guān)位移分析及數(shù)值 模擬分析計(jì)算提供參數(shù)。 邊坡面上移動值的大小和分布，移動的過程、規(guī)律； 滑動面位置、形

3、狀、滑體的大小、滑動方向； 邊坡移動對坡頂及其附近各種建筑物的危害程度； 加固措施的效果。 對邊坡的變形監(jiān)測，是科學(xué)管理邊坡和正確處理潛在問題的依據(jù)。而監(jiān)測系統(tǒng)的布置則取決于邊坡巖體的性質(zhì)以及對邊坡的認(rèn)識程度。根據(jù)隨機(jī)介質(zhì)理論預(yù)測邊坡開挖地表的移動與變形，對重要邊坡，開挖前在移動范圍外埋設(shè)控制點(diǎn)，在開挖邊界附近埋設(shè)若干監(jiān)測點(diǎn)組成監(jiān)測網(wǎng)（有的還在測點(diǎn)上安置固定反射覘標(biāo)），使用全站儀，采用常規(guī)大地測量的方法，可達(dá)到變形監(jiān)測目的。 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全線高于25m的土質(zhì)邊坡和高于30m的巖質(zhì)邊坡共有約120處，其中高于50m的邊坡有30多處，邊坡最高達(dá)70多m?？梢?，高邊坡的分布密度和規(guī)模是相當(dāng)可觀的。

4、在沒有修建高速公路前，尚且發(fā)生不同規(guī)模的斜坡病害，在如此復(fù)雜多樣的地形地質(zhì)條件下修建高速公路，隨著邊坡的不斷開挖，坡腳失去支撐，破壞了原有的自然平衡狀態(tài)，巖體逐漸松弛，地表水和地下水的作用不斷加劇，地質(zhì)條件不斷惡化，若無合理的邊坡設(shè)計(jì)與加固措施，產(chǎn)生邊坡病害難以避免。原有的自然滑坡體、崩坍體會復(fù)活，新的滑坡、崩塌、坍塌等多種形式的邊坡病害會逐漸產(chǎn)生。如果對該線的高邊坡病害的重視不夠而對其防治不當(dāng)和不力，輕者會影響整條公路正常建設(shè)，延誤工期和造成重大經(jīng)濟(jì)損失；重者在建設(shè)和運(yùn)營期間可能會造成人員傷亡事故，產(chǎn)生極壞的社會影響。因此，梅河高速公路（梅龍段）是廣東省內(nèi)繼京珠高速公路粵境北段之后又一條邊坡

5、病害復(fù)雜嚴(yán)重的山區(qū)公路。邊坡監(jiān)測與預(yù)警預(yù)報(bào)是指對邊坡的穩(wěn)定狀態(tài)及其變化情況和發(fā)展趨勢進(jìn)行監(jiān)測和預(yù)報(bào)，對重要邊坡還需觀測其效果和變化，并隨時(shí)修正和補(bǔ)充處理措施。針對不同的地質(zhì)病害特征，分析研究病害機(jī)理，制定監(jiān)測方案。監(jiān)測方案包括：監(jiān)測內(nèi)容：位移、變形速率、應(yīng)力、地下水、聲發(fā)射、爆破震動監(jiān)測等；監(jiān)測方法、儀器和監(jiān)測精度；施測部位和測點(diǎn)布置；監(jiān)測周期的確定。（1）地表監(jiān)測一般包括宏觀的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)調(diào)查的地表的變形（裂縫）位移的現(xiàn)場有觀測。（2）地下觀測的目的在于揭示邊坡巖體內(nèi)部的移動特征、應(yīng)力變化情況，如有必要，還可采用物探等方法，監(jiān)視巖體內(nèi)部潛在滑動面的發(fā)生和發(fā)展。地下觀測應(yīng)與地表觀測相配合

6、，以使邊坡巖體穩(wěn)定的判斷和預(yù)報(bào)更為全面，更加充分可行。 高速公路邊坡監(jiān)測一般包括：邊坡應(yīng)力量測；變形位移觀測；地下水狀態(tài)觀測；聲監(jiān)測；爆破地震效應(yīng)監(jiān)測；巡檢。2.1GPS技術(shù)GPS技術(shù)在大范圍如大地形變測量，以及電站大壩監(jiān)測、橋梁（如虎門大橋）變形監(jiān)測中有較為廣泛的應(yīng)用，它可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動態(tài)監(jiān)測，非常適應(yīng)于整體剛性體，可以用局部點(diǎn)替代整體的建筑物的監(jiān)測，然而，GPS定位技術(shù)進(jìn)行邊坡變形測量，也存在一些問題：（1）監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)量過多，如果全部進(jìn)行形變監(jiān)測，需要大量GPS接收機(jī)，價(jià)格昂貴；（2）GPS接收機(jī)、太陽能供電裝置及通訊設(shè)備、微機(jī)等在野外，安全無法得到保障。22 數(shù)字化攝影測量方法攝影測量作為一

7、種遙感式數(shù)據(jù)采集方式，作業(yè)人員可以遠(yuǎn)離被測對象進(jìn)行測量，但由于常規(guī)攝影測量設(shè)備過于專業(yè)化、價(jià)格昂貴、數(shù)據(jù)處理周期過長而難于推廣。23 高精度測量機(jī)器人測量機(jī)器人系統(tǒng)是能連續(xù)或定時(shí)對多個(gè)合作目標(biāo)進(jìn)行自動識別、照準(zhǔn)、跟蹤、測角、測距和三維坐標(biāo)測定的自動跟蹤系統(tǒng)。測量機(jī)器人自動化程度高，能全天候工作，特別適應(yīng)于工程開挖體和各種建筑物的變形測量?？蓪?shí)現(xiàn)“無人值守”以及亞毫米級監(jiān)測精度。2. 4裂縫測量檢測裂縫的寬度與裂縫發(fā)展標(biāo)高的變化?？梢杂煤唵蔚膬x表或卷尺量測，也可用攝影測量的方法量測記錄相關(guān)結(jié)果并加以統(tǒng)計(jì)分析。2.5傾斜計(jì)測量凡坡體的破壞模式中，可能包含轉(zhuǎn)動這一分量的地方，均可用傾斜計(jì)測量，其主要

8、優(yōu)點(diǎn)是重量輕、操作簡單，結(jié)實(shí)和造價(jià)低。2.6測斜儀量測鉆孔中導(dǎo)管傾斜度的變化，以確定土體側(cè)向滑動的分布，并將其作為地面以下的深度和時(shí)間的函數(shù)。通常要求鉆孔穿越滑動面，并進(jìn)入穩(wěn)定地層中。三、地下水狀態(tài)觀測 邊坡地下水對邊坡的破壞影響極大。水的監(jiān)測可以分為降雨監(jiān)測、地表水監(jiān)測和地下水監(jiān)測。前者主要是進(jìn)行雨強(qiáng)和雨量監(jiān)測；后者主要是利用垂直鉆孔量測水位和水壓。詩下水的水壓監(jiān)測采用水壓計(jì)裝置完成。水壓計(jì)通常安裝并密封在鉆孔中。四、聲監(jiān)測 伴隨巖體破裂現(xiàn)象的產(chǎn)生，會形成大量不同種類的波，因此可借此聲波的監(jiān)測來預(yù)測邊坡的穩(wěn)定性及其發(fā)展趨勢。在分析中要注意區(qū)分車輛震動、鉆孔、爆破等其他震源。五、公路邊坡爆破震

9、動安全監(jiān)測 公路施工中，為防止爆破對邊坡巖體的破壞，優(yōu)化爆破施工工藝，控制爆破藥量，需進(jìn)行爆破震動效應(yīng)的安全監(jiān)測。另外，爆破震動監(jiān)測也是尋求邊坡動力穩(wěn)定計(jì)算依據(jù)之一“邊坡動力穩(wěn)定參數(shù)”的重要手段。 監(jiān)測內(nèi)容一般為震動速度，必要時(shí)監(jiān)測爆破震動加速度。測點(diǎn)布置的思路是“監(jiān)測重點(diǎn)，兼顧遠(yuǎn)區(qū)”，即：重點(diǎn)監(jiān)測離爆區(qū)最近的邊坡坡頂?shù)乃较蛘饎雍痛怪毕蛘饎?，同時(shí)，沿不同高程也沿不同距離布置測點(diǎn)，觀察不同高程、距離、地質(zhì)構(gòu)造和爆破方式對震動速度的影響因素，研究爆破震動衰減規(guī)律。 監(jiān)測儀器為：磁電式速度傳感器或壓電式加速度計(jì)，配震動信號記錄儀和計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)。 具體監(jiān)測系統(tǒng)之一： “CD-1型傳感器”+“MCS

10、2000瞬態(tài)波形存儲器記錄”+“計(jì)算機(jī)”。六、巡檢 此外，對邊坡的定期是非常必要的。巡檢通常包括邊坡新出現(xiàn)的變形、開裂、塌方、地表水的變化等。除目測方法外，還可以采用攜帶式儀器和手段。（1）增加（2）降低潛水位（3）增加錨固力（4）壓坡腳（5）頂部減載，C 在重力、構(gòu)造力地震力以及各種外營力的長在重力、構(gòu)造力地震力以及各種外營力的長期作用下，邊坡巖體都有一個(gè)向下滑落的趨勢，期作用下，邊坡巖體都有一個(gè)向下滑落的趨勢，這個(gè)趨勢受到巖體本身抗剪力、抗滑力的阻抗，這個(gè)趨勢受到巖體本身抗剪力、抗滑力的阻抗，一旦阻抗力小于向下滑落的破壞力，就有可能產(chǎn)一旦阻抗力小于向下滑落的破壞力，就有可能產(chǎn)生地質(zhì)災(zāi)害。生

11、地質(zhì)災(zāi)害。（1 1）疏水：疏水鉆孔，疏水井，疏水巷道，地表明渠、）疏水：疏水鉆孔，疏水井，疏水巷道，地表明渠、截水溝等。截水溝等。（2 2）機(jī)械加固：預(yù)應(yīng)力錨桿、錨索；搞滑樁；擋墻；護(hù)）機(jī)械加固：預(yù)應(yīng)力錨桿、錨索；搞滑樁；擋墻；護(hù)坡。坡。（3 3）削坡減載和壓坡：坡頂?shù)狡陆?。）削坡減載和壓坡：坡頂?shù)狡陆?。? 4）控制爆破：緩沖爆破、預(yù)裂爆破、光面爆破，其關(guān)）控制爆破：緩沖爆破、預(yù)裂爆破、光面爆破，其關(guān)鍵是減少巖石的損傷。鍵是減少巖石的損傷。（5 5）注漿：提高力學(xué)性能。）注漿：提高力學(xué)性能。 南水北調(diào)工程中，有南水北調(diào)工程中，有180km渠道經(jīng)過膨脹土地區(qū)，為解決膨脹土渠道經(jīng)過膨脹土地區(qū)，為

12、解決膨脹土對河道的危害：對河道的危害： （a）放緩邊坡，一般）放緩邊坡，一般1：31：5（而硬巖邊坡（而硬巖邊坡1：0.51：1)； （b）減載，把挖出的土堆放在較遠(yuǎn)處；）減載，把挖出的土堆放在較遠(yuǎn)處； （c）在邊坡上修建梯級馬道，減少坡長，增強(qiáng)穩(wěn)定性；）在邊坡上修建梯級馬道，減少坡長，增強(qiáng)穩(wěn)定性； （d）修建排水溝，避免雨水直接沖刷河道；）修建排水溝，避免雨水直接沖刷河道； （e）用生物技術(shù)，選用耐干旱和根系比較發(fā)達(dá)的植物種植，保護(hù)）用生物技術(shù)，選用耐干旱和根系比較發(fā)達(dá)的植物種植，保護(hù)渠坡。渠坡。（1 1）建筑邊坡：在建（構(gòu)）筑物場地或其周邊，由于建（構(gòu)）筑物和市）建筑邊坡：在建（構(gòu)）筑物場

13、地或其周邊，由于建（構(gòu)）筑物和市政工程開挖或填筑施工所形成的人工邊坡和對建（構(gòu)）筑物安全或穩(wěn)政工程開挖或填筑施工所形成的人工邊坡和對建（構(gòu)）筑物安全或穩(wěn)定有影響的自然邊坡。定有影響的自然邊坡。（2 2）邊坡支護(hù)：為保證邊坡及其環(huán)境的安全，對邊坡所采取的支擋、加）邊坡支護(hù)：為保證邊坡及其環(huán)境的安全，對邊坡所采取的支擋、加固與防護(hù)措施。固與防護(hù)措施。（3 3）永久性邊坡：使用年限超過）永久性邊坡：使用年限超過2 2年的邊坡。年的邊坡。（4 4）臨時(shí)性邊坡：使用年限不超過）臨時(shí)性邊坡：使用年限不超過2 2年的邊坡。年的邊坡。（5)5)邊坡環(huán)境：邊坡影響范圍內(nèi)的巖土體、水系、建（構(gòu)）筑物、道路邊坡環(huán)境

14、：邊坡影響范圍內(nèi)的巖土體、水系、建（構(gòu)）筑物、道路及管網(wǎng)等系統(tǒng)。及管網(wǎng)等系統(tǒng)。（6 6）錨桿（索）：將拉力傳至穩(wěn)定巖土層的構(gòu)件。當(dāng)采用鋼絞線或高強(qiáng)）錨桿（索）：將拉力傳至穩(wěn)定巖土層的構(gòu)件。當(dāng)采用鋼絞線或高強(qiáng)度鋼絲束作桿體材料時(shí)，也可稱為錨索。度鋼絲束作桿體材料時(shí)，也可稱為錨索。 邊坡工程監(jiān)測項(xiàng)目應(yīng)考慮安全等級、支護(hù)結(jié)構(gòu)變形控制要求、地質(zhì)和支護(hù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并據(jù)下表選擇進(jìn)行。 邊坡工程監(jiān)測項(xiàng)目表如下。 （1 1）巖土體介質(zhì)的復(fù)雜性，導(dǎo)致監(jiān)測范圍大、應(yīng)力分布不均勻，因）巖土體介質(zhì)的復(fù)雜性，導(dǎo)致監(jiān)測范圍大、應(yīng)力分布不均勻，因而難以形成統(tǒng)一的模型，而監(jiān)測則不僅僅是獲得監(jiān)測數(shù)據(jù)，更重要的是而難以形成統(tǒng)一的模

15、型，而監(jiān)測則不僅僅是獲得監(jiān)測數(shù)據(jù)，更重要的是對數(shù)據(jù)的判斷與分析對數(shù)據(jù)的判斷與分析 。 （2 2）監(jiān)測的內(nèi)容多，包括地面變形監(jiān)測和地下變形監(jiān)測，物理參數(shù)）監(jiān)測的內(nèi)容多，包括地面變形監(jiān)測和地下變形監(jiān)測，物理參數(shù)如應(yīng)力、環(huán)境因素如地下水，天氣、地震等，工作量大，工程復(fù)雜。如應(yīng)力、環(huán)境因素如地下水，天氣、地震等，工作量大，工程復(fù)雜。 （3 3）周期長，一般在）周期長，一般在2 2年以上，從工程可行性研究到施工、工程應(yīng)年以上，從工程可行性研究到施工、工程應(yīng)用的全過程，要求用的全過程，要求 監(jiān)測人員和監(jiān)測設(shè)備具有連續(xù)性，數(shù)據(jù)記錄和格式也監(jiān)測人員和監(jiān)測設(shè)備具有連續(xù)性，數(shù)據(jù)記錄和格式也具有連續(xù)性。具有連續(xù)性。

16、 由設(shè)計(jì)提出監(jiān)測要求、由業(yè)主委托有資質(zhì)的監(jiān)測單位編制監(jiān)測方案，由設(shè)計(jì)提出監(jiān)測要求、由業(yè)主委托有資質(zhì)的監(jiān)測單位編制監(jiān)測方案，經(jīng)設(shè)計(jì)、監(jiān)理和業(yè)主共同認(rèn)可后實(shí)施。方案應(yīng)當(dāng)包括監(jiān)測項(xiàng)目、監(jiān)測目經(jīng)設(shè)計(jì)、監(jiān)理和業(yè)主共同認(rèn)可后實(shí)施。方案應(yīng)當(dāng)包括監(jiān)測項(xiàng)目、監(jiān)測目的、測試方法、測點(diǎn)布置、監(jiān)測項(xiàng)目報(bào)警值、信息反饋制度和現(xiàn)場原始的、測試方法、測點(diǎn)布置、監(jiān)測項(xiàng)目報(bào)警值、信息反饋制度和現(xiàn)場原始狀態(tài)資料記錄等內(nèi)容。狀態(tài)資料記錄等內(nèi)容。（1）坡頂位移觀測：應(yīng)在每一典型邊坡段的支護(hù)結(jié)構(gòu)的頂部設(shè)置不少于3個(gè)觀測點(diǎn)的觀測網(wǎng)，以觀測位移量、移動速度和方向。（2)錨桿拉力和預(yù)應(yīng)力損失監(jiān)測：應(yīng)選擇有代表性的錨桿、測定錨桿（索）的應(yīng)力和

17、預(yù)應(yīng)力損失。（3）非預(yù)應(yīng)力錨桿的應(yīng)力監(jiān)測根數(shù)不宜少于錨桿總數(shù)的5，預(yù)應(yīng)力錨索的應(yīng)力監(jiān)測根數(shù)不宜少于錨索總數(shù)的10，且不應(yīng)少于3根。（4）監(jiān)測方案可根據(jù)設(shè)計(jì)要求、邊坡穩(wěn)定性、周邊環(huán)境和施工進(jìn)程等因素等確定，當(dāng)出現(xiàn)險(xiǎn)情時(shí)應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測。（5）竣工后的監(jiān)測時(shí)間不應(yīng)少于2年。 例如，大冶鐵礦露天采場設(shè)計(jì)最大邊坡高444m，整體邊坡角4345，1958年投產(chǎn)，至1997年已形成400m高的深凹高陡邊坡露天礦。大冶鐵礦邊坡前期監(jiān)測的主要方法是位移觀測，并配合使用地音儀、地震儀、地面鋼絲伸長計(jì)等方法，此外，還進(jìn)行了人工巡視邊坡統(tǒng)計(jì)掉石情況。象鼻山不穩(wěn)定邊坡下開采時(shí)的邊坡表面觀測工作點(diǎn)的移動是用角交會法,測站至工作點(diǎn)的距離為128293 m,平均243 m，視線傾角為525,測定空間全位移量的中誤差為10mm。 一、排土場滑塌的主要模式：(1)壓縮沉降產(chǎn)生變形；(2