边坡变形监测研究与分析

徐 彤

（吉林省高速公路集团有限公司，吉林 长春 130000）

1 背景介绍

目前，我国交通基础设施建设发展迅速，技术水平也在不断提高。在建设交通基础设施的重大工程结构过程中，坚持建设的同时还需要去适应自然环境的复杂和多变。在未来的一段时间里，中国交通基础设施建设仍将处于快速发展时期，很多基础设施结构的安全性与可靠性和我们每个人都是设施息息相关的。一些不可预料的自然灾害、人为破坏或是设施结构自身存在的性能问题，经常会造成一些交通安全的突发事件。一旦造成了基础设施结构的破坏，不仅会在经济上造成严重损失，甚至人民的生命财产安全也会受到一定程度的威胁。因此对基础设施结构的监控和监测也是国内外研究的重点之一。

1.1 研究目的

利用边坡整体变形趋势监测技术分析得到的高精准高质量的趋势检测分析结果，可以有效地对整个边坡的整体变形发展情况进行准确及时掌握。此外，可以通过边坡变形趋势预测系统模型进行分析，还可以对整个边坡的整体变形发展趋势情况加以及时预测和准确掌握。

1.2 边坡变形监测现状

目前，我国已研制开发了较为完善的大型智能公路边坡动态监控监测系统。这些监控系统主要包括智能温度传感器、智能有线数据采集、无线数据传送控制模块和供电控制系统等配套设备，为用户提供一个完整的智能监测解决方案，可以实时显示公路边坡的变形情况。

2 边坡工程监测基本理论

2.1 边坡概述

边坡包括天然和人工两种边坡。天然边坡指在一定地质条件下，自然形成的河谷型岸坡、海岸坡地、大型山坡地和陡坡。人工边坡指基于人类活动造成的不同规模、陡度的边坡。

2.2 边坡变形破坏的基本类型

边坡坡体变形。这是指岩块坡面岩体中的局部岩块发生边坡位移和微小的破裂，底部坡度变化轻微，无明显岩块剪切面的位移或坡体滚动，因此不会引起岩块整体边坡失稳。边坡位移破坏。因边坡失稳产生移动，随之造成的破坏。常见的边坡变形破坏类型包括：松弛张裂、蠕动变形、崩塌和滑坡等。

2.2.1 松弛张裂

边坡在挖开后，坡体的表面部分会呈现一些和坡体方向一致或者反向的裂隙，岩体被缝隙斜向切割使之松动并产生一定的位移，这一过程和现象称为松弛张裂。

2.2.2 蠕动变形

蠕变是指边坡岩石土体主要在重力作用下发生持久且平缓的塑性变形现象，有表层和深层两种蠕变种类。

2.2.3 崩塌

崩塌是一种指地质边坡上部分的岩体被陡峭的地质裂隙不断切割，在巨大重力运动作用下高速断裂脱离于地母岩，快速岩体退化的现象。

2.2.4 滑坡

滑坡是指边坡的部分岩体以特定的加速度沿某一滑动面发生的剪切滑动现象。

2.3 影响边坡稳定性的因素

内因：地质结构、岩体性质、岩土结构和初始应力。外因：洪水作用、岩石风化、工程荷载条件及人工开挖等。

2.4 边坡工程监测的作用

边坡工程的检测涉及我国多种建设领域，边坡工程监测的作用如下：及时追踪边坡岩石内部实际情况，为施工者和监理提供实际有力数据，合理施工设计，调整有关的施工方案，在施工时依据提供的资料保证边坡稳定，尽可能地避免塌方和滑坡发生，在信息化建设时代获得最好的经济利益；通过监测，预测可能出现位移和变形趋势的位置；根据监测结果对已发生崩塌滑坡的区域在后期进行加固。因此，监测不仅是对崩塌和滑坡的调查研究，也是崩塌地质灾害发生时防治的重要依据。监测后获得的信息可以为相关部门提供有力的解决方案。由于岩土的特性不同，有些数据不能通过实验直接获得，通过实际监测可以为位移反分析提供有力的数据支持。

2.5 边坡监测的目的

（1）能够及时判断边坡滑动趋势的范围，观察边坡是否有坍塌的可能性。（2）监测边坡修复及修复效果是否符合标准要求。（3）为新边坡的施工和旧边坡的修复提供有效可靠的信息，从而改进施工设计方案，提高施工的效率。（4）记录边坡的数据，当边坡发生滑坡时可以根据专业力学理论，及时找到有效的处理措施。

2.6 边坡监测的特点

由于岩土的性质和结构非常复杂多变，需要在整个施工过程中实时观测边坡。由于监测和观测范围较广，所以随着边坡的形成，要时刻注意改变监测点的位置。边坡变形的发展有着不同阶段，且不同阶段的特征也不尽相同。通过监测发现边坡变形的发展不会停止，主要具有速率大小不相同、间歇性和连续性的特点。不同时间段的变形速率差距较大，就是说从变形时间曲线得到的斜率值较大。数值曲线中有几个平缓的部分，表现出变形的间歇性特征。

3 边坡变形监测的内容和方法

3.1 边坡监测的内容

在边坡监测实施中，安全监测主要是施工安全监测和处理效果监测，施工安全监测是对边坡、应力和地下水的位置进行监测，是指导施工、反馈设计的一个重要基础[1]，是信息化建设工程的重要组成部分，施工安全监测是一种实时检测方式，可以实时掌握工程施工对边坡产生的影响，从而指导施工，若出现较大影响，则对施工方式进行及时调整。

边坡治理效果监测是对治理成果的监测，同时它也是判定边坡治理成果稳定性的一个重要手段。这种监测不但可以掌握边坡破坏的特点，还可以监测预应力锚索、抗滑桩的变形和排水系统过流性等，从而对整个工程实施的效果进行一个直接的监测，同时将长期监测与施工安全结合起来，用来了解施工后边坡变形的特征[2]，为项目的竣工验收提供了科学基础，边坡治理效果的监测通常不少于1 a，数据的采集间隔时间通常为70 d左右。当外部扰动比较大的时候，如暴雨等观测数据可以进行加密。

在防治完成后对边坡进行长期的动态跟踪，从而观测它的稳定性或者变化的特点。监测的内容主要有滑动带深度移位监测，地下水位和变形地面监测等。

3.2 边坡监测的方法

3.2.1 地表大地变形监测

地面形变监测是地表大地变形边坡监测中的一个常用方法；地表位移监测是在稳定断面上的一个常用测量标准（参考点）[3]，在被测断面上设置若干监测点（观测桩）或带传感器的监测点，通过仪器定期监测观测点和考察点的位移变化情况。

3.2.2 边坡表面裂缝监测

边坡表面拉伸裂缝的出现通常是边坡岩土即将失稳的征兆信号，因此一旦边坡发生裂缝，就必须对其进行监测。监测内容包括两端扩展速率和裂缝扩张速率，如果速率突然升高或者裂口外部岩土松动产生位移，则意味边坡已经被破坏失衡。表面裂纹的位错监测可以用位错计或千分卡直接测量，适用于小范围和简单坡度。

3.2.3 边坡深部位移监测

深坡位移监测是边坡全面变形监测的重要形式，它可以指导边坡的治理，同时也可以对防治的效果进行检验。传统地面测量和裂缝监测都存在着不可克服的缺点，那就是边坡岩土中的蠕变没有办法进行测量，因此没有办法预测滑动控制面的变化。但深部位移监测则可以实现这一需求。

边坡岩内部的位移监测有很多方法。目前，钻孔引伸仪和钻孔测斜器在我国得到了广泛的应用，钻孔引伸仪是一种较为传统的用来测量岩石体沿着钻孔横向及纵向移动的设备，用于大位移滑体的监测[4]。这类检测仪器性能稳定，但钻入较深时安装困难，孔内较复杂，最大的缺点是对于滑动面无法进行十分精确的定位。

3.2.4 边坡内部应力监测

边坡内部应力监测可测量滑带承载力、抗滑力等。通过压力箱可以了解坡体向支挡传递的压力大小。压力箱根据试验原理可分为两种：液压式和电子式。液压式结构简洁可靠，现场直读，使用方便；电子式的优势是测量精确度高，可以远距离观察。

3.2.5 岩石边坡地应力监测

边坡地应力监测主要适用于大型边坡工程，主要是在工程进行中对边坡应力或地应力进行监测工作[5]。地应力监测包括绝对应力测量和地应力变化监测。边坡开挖前、中、后均应进行一次应力的测量，用来了解3个不同断面的地应力场，采用的方法为深孔卸压法，地应力变化监测是在开挖前，利用原有的地质勘探平洞埋设应力监测仪器，了解整个开挖过程中地应力变化的全过程[6]。

4 边坡监测的技术设计

4.1 设计前准备

边坡监测技术包括：项目概况了解，监测内容确定，监测点布置，监测仪器仪表的选择，监测方法和精确度的定义，监测频率和时间确定，预警值与报警系统制定等多个方面。技术设计之前，应该做好下列几个方面：（1）通过个人接触或者参加会议，与设计单位、施工单位和监理单位进行探讨和协调，参考他们的意见。（2）及时搜集与工程边坡建设有关的信息，边坡建筑工程建设主体组织结构设计、边坡建筑工程高层建筑主体组织结构设计等，并积极组织相关技术人员对问题进行调查分析、研究。（3）进行实地勘察，了解边坡地形和山体的土壤结构特征，分析监测可能发生坍塌的大型危岩山体位置，边坡山体滑动坡度方向，考虑实地监测点合理布置，根据所实施涉及的实地监测任务来确定实地监察实施方法。

4.2 监测内容和方法的确定

监测的内容主要取决于设计要求、地质条件、规模和管理部门的要求等。通过对边坡地质情况和工程的深入了解，初步确定边坡变形的范围、方向和深度，确定监测内容。然后根据地形、地质条件和监测环境，确定监测方法和监测仪器。一般来说，高精度仪器适用于监测变形较小的边坡。对于正在形成的滑坡，处于快速变化和即将滑动的状态，可以根据具体情况适当放宽仪器的精度。

4.3 外部变形监测点的布设

在设置监测点之前，必须明确边坡产生位移的范围与方向。之后根据位移方向和范围确定测线的位置，最后在测线上确定主要的观测点[7]。测线可采用交叉十字形布设、放射状布设和网格布设[8]。十字形布设，主要适用于变形范围和滑动方向确定的边坡。在垂直于滑动方向的方向布置若干条测线，沿测线布置监测点。滑坡呈带状时也可沿测线布设测站和观测点视测线等，可据此进行监测。放射状布设，适用于变形范围和滑动方向不明显的边坡，从两个测站呈放射状布置，交角为30~150°，两条测线的交点为监测点。这种布局方式更适合面积小、视野广的斜坡。网格布设，适用于大面积边坡变形监测，布设方法与放射状布设相同，但需适当增加测站和观测点。

4.4 变形监测周期和频率的确定

不同的边坡工程由于边坡规模、类别、所处时期和变形速率的不同，监测周期与频度设置也不相同[9]。在施工初期和大规模爆破阶段，一般主要对岩质边坡进行爆破振动监测，在完成爆破后，以地下位移和地表监测为主，早期测量一般每天监测1次或每两天监测1次，施工期间每3~7 d监测1次[7]。在运行期间，变形量控制在允许范围内时，若出现下雨天半个月或者1个月左右监测1次，干旱时1个半月左右监测1次。对于变形增加和变形速率加快的边坡，或在地震、暴雨、冰雪融化等情况下，应增加监测频率，必要时应每天监测1次。

4.5 预警值和报警制度的制定

预警值制定应参考当下所实行的规范，设计预估值是根据经验来确定，从变形量和变形率2方面考虑[10]。每次监测时，密切观察滑动前的迹象，监测结束后及时整理相关数据，绘制监测点滑动曲线。发现异常变形时，应结合其他监测数据进行综合分析，必要时应及时报警[11]。

4.6 监测数据整理与分析

工程监测的内容较多，监测前应该根据不同的监测内容，设计不同的外业记录表格，后期结合监测的数据资料进行有关反分析和对数值计算方法进行验证。