第11章 边坡工程监测
§11.1概 述
§1 1.1.1边坡工程监测的意义
从岩土力学的角度来看，边坡处治是通过某种结构人为给边坡岩土体施加一个外力作用或者通过人为改善原有边坡的环境，最终使其达到一定的力学平衡状态。但由于边坡内部岩土力学作用的复杂性，从地质勘察到处治设计均不可能完全考虑边坡内部的真实力学效应，我们的设计都是在很大程度的简化计算上进行的。为了反映边坡岩土真实力学效应、检验设计施工的可靠性和处治后的边坡的稳定状态，边坡工程防治监测具有极其重要的意义。 边坡处治监测的主要任务就是检验设计施工、确保安全，通过监测数据反演分析边坡的内部力学作用，同时积累丰富的资料作为其他边坡设计和施工的参考资料。边坡工程监测的作用在于：
(1)为边坡设计提供必要的岩土工程和水文地质等技术资料。
(2)边坡监测可获得更充分的地质资料(应用侧斜仪进行监测和无线边坡监测系统监测等)和边坡发展的动态，从而圈定可疑边坡的不稳定区段。 (3)通过边坡监测，确定不稳定边坡的滑落模式，确定不稳定边坡滑移方向和速度，掌握边坡发展变化规律，为采取必要的防护措施提供重要的依据。
(4)通过对边坡加固工程的监测，评价治理措施的质量和效果。 (5)为边坡的稳定性分析、提供重要依据。
边坡工程监测是边坡研究工作中的一项重要内容，随着科学技术的发展，各种先进的监测仪器设备、监测方法和监测手段的不断更新，使边坡监测工作的水平正在不断地提高。 §11.1.2边坡工程监测的内容与方法
边坡处治监测包括施工安全监测、处治效果监测和动态长期监测。一般以施工安全监测和处治效果监测为主。
施工安全监测是在施工期对边坡的位移、应力、地下水等进行监测，监测结果作为指导施工、反馈设计的重要依据，是实施信息化施工的重要内容。施工安全监测将对边坡体进行实时监控，以了解由于工程扰动等因素对边坡体的影响，及时地指导工程实施、调整工程部署、安排施工进度等。在进行施工安全监测时，测点布置在边坡体稳定性差，或工程扰动大的部位，力求形成完整的剖面，采用多种手段互相验证和补充。边坡施工安全监测包括地面变形监测、地表裂缝监测、滑动深部位移监测、地下水位监测、孔隙水压力监测、地应力监测等内容。施工安全监测的数据采集原则上采用24h自动实时观测方式进行，以使监测信息能及时地反映边坡体变形破坏特征，供有关方面作出决断。如果边坡稳定性好，工程扰动小，可采用8～24h观测一次的方式进行。
边坡处治效果监测是检验边坡处治设计和施工效果、判断边坡处治后的稳定性的重要手段。一方面可以了解边坡体变形破坏特征，另一方面可以针对实施的工程进行监测，例如，监测预应力锚索应力值的变化、抗滑桩的变形和土压力、排水系统的过流能力等，以直接了解工程实施效果。通常结合施工安全和长期监测进行，以了解工程实施后，边坡体的变化特征，为工程的竣工验收提供科学依据。边坡处治效果监测时间长度一般要求不少于一年，数据采集时间间隔一般为7～10天，在外界扰动较大时，如暴雨期间，可加密观测次数。
边坡长期监测将在防治工程竣工后，对边坡体进行动态跟踪，了解边坡体稳定性变化特征。长期监测主要对一类边坡防治工程进行。边坡长期监测一般沿边坡主剖面进行，监测点的布置少于施工安全监测和防治效果监测；监测内容主要包括滑带深部位移监测、地下水位监测和地面变形监测。数据采集时间间隔一般为l0～15天。 边坡监测的具体内容应根据边坡的等级、地质及支护结构的特点进行考虑，通常对于
一类边坡防治工程，建立地表和深部相结合的综合立体监测网，并与长期监测相结台；对于二类边坡防治工程；在施工期间建立安全监测和防治效果监测点，同时建立以群测为主的长期监测点；对于三类边坡防治工程，建立群测为主的简易长期监测点。
边坡监测方法一般包括：地表大地变形监测、地表裂缝位错监测、地面倾斜监测、裂缝多点位移监测、边坡深部位移监测、地下水监测、孔隙水压力监测、边坡地应力监测等。表ll.1为边坡工程监测项目表。
边坡工程监测项目表 表ll.1 监测项目 测试内容 测点布置 方法与工具 变形监测 应力监测 经纬仪、全站仪、GPS、伸缩仪、地表大地变形、地表裂缝边坡表面、裂缝、滑带、位错计、钻孔倾斜仪、多点位位错、边坡深部位移、支支护结构顶部 护结构变形 移计、应变仪等 边坡地应力、锚杆(索)拉边坡内部、外锚头、锚压力传感器、锚索测力计、压力、支护结构应力 杆主筋、结构应力最大力盒、钢筋计等 处 孔隙水压力仪、抽水试验、水出水点、钻孔、滑体孔隙水压力、扬压力、动化学分析等 地下水水质、地与滑面 地下水监测 水压力、下水、渗水与降雨关系以 及降雨、洪水与时间关系 §11.1.3边坡工程监测计划与实施
边坡处治监测计划应综合施工、地质、测试等方面的要求，由设计人员完成。量测计划应根据边坡地质地形条件、支护结构类型和参数、施工方法和其他有关条件制定。监测计划一般应包括下列内容： (1)监测项目、方法及测点或测网的选定，测点位置、量测频率，量测仪器和元件的选定及其精度和率定方法，测点埋设时间等。
(2)量测数据的记录格式，表达量测结果的格式，量测精度确认的方法。 (3)量测数据的处理方法。
(4)量测数据的大致范围，作为异常判断的依据。
(5)从初期量测值预测最终量测值的方法，综合判断边坡稳定的依据。 (6)量测管理方法及异常情况对策。
(7)利用反馈信息修正设计的方法。 (8)传感器埋设设计。
(9)固定元件的结构设计和测试元件的附件设计。 (10)测网布置图和文字说明。 (11)监测设计说明书。
计划实施须解决如下三个关键问题：
(1)获得满足精度要求和可信赖的监测信息。 (2)正确进行边坡稳定性预测。
(3)建立管理体制和相应管理基准，进行日常量测管理。 §11.1.4边坡工程监测的基本要求
边坡监测方法的确定、仪器的选择既要考虑到能反映边坡体的变形动态，同时必须考虑到仪器维护方便和节省投资。由于边坡所处的环境恶劣，对所选仪器应遵循以下原则： (1)仪器的可靠性和长期稳定性好；
(2)仪器有能与边坡体变形相适应的足够的量测精度； (3)仪器对施工安全监测和防治效果监测精度和灵敏度较高；
(4)仪器在长期监测中具有防风、防雨、防潮、防震、防雷等与环境相适应的性能； (5)边坡监测系统包括仪器埋设、数据采集、存储和传输、数据处埋、预测预报等； (6)所采用的监测仪器必须经过国家有关计量部门标定，并具有相应的质检报告； (7)边坡监测应采用先进的方法和技术，同时应与群测群防相结合；
(8)监测数据的采集尽可能采用自动化方式，数据处理须在计算机上进行，包括建立监测数据库、数据和图形处理系统、趋势预报模型、险情预警系统等；
(9)监测设计须提供边坡体险情预警标准。并在施工过程中逐步加以完善。监测方须半月或l月一次定期向建设单位、监理方、设计方和施工方提交监测报告，必要时，可提交实时监测数据。
§11.2边坡的变形监测
边坡岩土体的破坏，一般不是突然发生的，破坏前总是有相当长时间的变形发展期。通过
对边坡岩土的体的变形量测，不但可以预测预报边坡的失稳滑动，同时运用变形的动态变化规律检验边坡的处治设计的正确性。边坡变形监测包括地表大地变形监测、地表裂缝位错位移监测、地面倾斜监测、裂缝多点位移监测、边坡深部位移监测等项目内容。对于实际工程应根据边坡具体情况设计位移监测项目和测点。 §11.2.1地表大地变形量测
地表大地变形监测是边坡监测中常用的方法。地表位移监测则是在稳定的地段测量标准(基准点)，在被测量的地段上设置若干个监测点(观测标桩)或设置有传感器的监测点，用仪器定期监测测点和基准点的位移变化或用无线边坡监测系统进行监测。
地表位移监测通常应用的仪器有两类：一是大地测量(精度高的)仪器，如红外仪、经纬仪、水准仪、全站仪、GPS等，这类仪器只能定期的监测地表位移，不能连续监测地表位移变化。当地表明显出现裂隙及地表位移速度加快时，使用大地测量仪器定期测量显然满足不了工程需要，这时应采用能连续监测的设备，如全自动全天候的无线边坡监测系统等。二是专门用于边坡变形监测的设备：如裂缝计、钢带和标桩、地表位移伸长计和全自动无线边坡监测系统等。
测量的内容包括边坡体水平位移、垂直位移以及变化速率。点位误差要求不超过±2.6～5.4mm，水准测量每公里中误差±1.0～1.5mm。对于土质边坡，精度可适当降低，但要求水准测量每公里中误差不超过±3.0mm。边坡地表变形观测通常可以采用十字交叉网法，如图ll.1a)所示，适用于滑体小、窄而长，滑动主轴位置明显的边坡；放射状网法，如图ll.1b)所示，适用于比较开阔、范围不大，在边坡两侧或上、下方有突出的山包能使测站通视全网的地形；任意观测网法，如图11.1c)所示，用于地形复杂的大型边坡坡。
§11.2.2边坡表面裂缝量测
边坡表面张性裂缝的出现和发展，往往是边坡岩土体即将失稳破坏的前兆讯号，因此这种裂缝一旦出现，必须对其进行监测。监测的内容包括裂缝的拉开速度和两端扩展情况，如果速度突然增大或裂缝外侧岩土体出现显著的垂直下降位移或转动，预示着边坡即将失稳破坏。
地表裂缝位错监测可采用仲缩仪、位错计或千分卡直接量测。测量精度0.1～1.0mm。对于规模小、性质简单的边坡。在裂缝两侧设桩(图11.2a)、设固定标尺(图11.2b)或在建筑物裂缝两侧贴片(图ll.2c)等方法，均可直接量得位移量。
对边坡位移的观测资料应及时进行整理和核对，并绘制边坡观测桩的升降高程、平面位移矢量图，作为分析的基本资料。从位移资料的分析和整理中可以判别或确定出边坡体上的局部移动、滑带变形、滑动周界等，并预测边坡的稳定性。 §11.2.3边坡深部位移量测
边坡深部位移监测是监测边坡体整体变形的重要方法，将指导防治工程的实施和效果检验。传统的地表测量具有范围大、精度高等优点；裂缝测量也因其直观性强，方便适用等特点而广泛使用，但它们都有一个无法克服的弱点，即它们不能测到边坡岩土体内部的蠕变，因而无法预知滑动控制面。而深部位移测量能弥补这一缺陷，它可以了解边坡深部，特别是滑带的位移情况。
边坡岩土体内部位移监测手段较多，目前国内使用较多的主要为钻孔引伸仪和钻孔倾斜仪两大类。钻孔引伸仪(或钻孔多点伸长计)是一种传统的测定岩土体沿钻孔轴向移动的装置，它适用于位移较大的滑体监测。例如武汉岩土力学所研制的WRM－3型多点伸长计，这种仪器性能较稳定，价格便宜，但钻孔太深时不好安装，且孔内安装较复杂；其最大的缺点就是不能准确地确定滑动面的位置。钻孔引伸仪根据埋设情况可分埋设式和移动式两种；根据位移仪测试表的不同又可分为机械式和电阻式。埋设式多点位移计安装在钻孔内以后就不再取出，由于埋设投资大，测量的点数有限，因此又出现了移动式。有关多点位移计的详细构造和安装使用可参阅有关书籍。
钻孔倾斜仪运用到边坡工程中的时间不长，它是测量垂直钻孔内测点相对于孔底的位移(钻孔径向)。观测仪器一般稳定可靠，测量深度可达百米，且能连续测出钻孔不同深度的相对位移的大小和方向。因此，这类仪器是观测岩土体深部位移、确定潜在滑动面和研究边坡变形规律较理想的手段，目前在边坡深部位移量测中得到广泛采用。如大冶铁矿边坡、长江新滩滑坡、黄腊石滑坡、链子崖岩体破坏等均运用了此类仪器进行岩土深层位移观测。 钻孔倾斜仪由四大部件组成：测量探头、传输电缆、读数仪及测量导管，其结构如图11.3 所示。其工作原理是：利用仪器探头内的伺服加速度测量埋设于岩土体内的导管沿孔深的斜率变化。由于它是自孔底向上逐点连续测量的，所以，任意两点之间斜率变化累积反映了这两点之间的相互水平变位。通过定期重复测量可提供岩土体变形的大小和方向。根据位移一深度关系曲线随时间的变化中可以很容易地找出滑动面的位置，同时对滑移的位移大小
及速率进行估计。图ll.4为一个典型的钻孔倾斜仪成果曲线。从图中可清楚地看到：在深度10.0 m 处变形加剧，可以断定该处就是滑动控制面。
钻孔倾斜仪测量成功与否，很大程度上取决于导管的安装质量。导管的安装包括钻孔的形成、导管的吊装以及回填灌浆。
钻孔是实施倾斜仪测量的必要条件，钻孔质量将直接影响到安装的质量和后续测量。因此要求钻孔尽可能垂直并保持孔壁平整。如在岩土体内成孔困难时，可采用套管护孔。钻孔除应达到上述要求外，还必须穿过可能的滑动面，进入稳定的岩层内(因为钻孔内所有点的测量均是以孔底为参考点的，如果该点不是“不动点”将导致整个测量结果的较大误差)，一般要求进入稳定岩体的深度不应小于5～6m。 成孔后，应立即安装测斜导管，安装前应检验钻孔是否满足预定要求，尤其是在岩土体条件较差的地方更应如此防止钻孔内某些部位可能发生塌落或其他问题，导致测量导管不能达到预定的深度。测量导管一般是2～3m一根的铝管或塑料管，在安装过程中由操作人
边坡工程处治技术：11边坡工程监测
