岩土高边坡变形监测分析

李 昆

（广东大道检测技术有限公司，广东 中山 528400）

0 引言

岩土监测作为岩土工程动态设计的核心，对评价施工方法的可行性，设计参数的合理性，了解岩体及支护结构的受力、变形特性等能够提供准确而及时的依据，是保障边坡工程成功的重要因素。它影响着工程的进度、投资和安全。利用各种监测方法及仪器设备，在边坡上建立较为完善的能长期观测的监测系统，在监测期间对边坡有关结构形态的变化量进行周期性、系统性地观察和测量,然后对这些观测资料进行整理、计算、统计、分析，达到监测目的。本文以某深路堑高边坡为例，分析其变形监测情况，为提升边坡的稳定性提供帮助。

1 工程概况

某深路堑高边坡段落位于K1+320~K1+640，共320m。钻探测试表明，边坡体主要由填土、残坡积土及花岗岩风化层组成；坡面不规则，凹凸不平，坡脚为道路及厂房；坡体经人工开挖改造，设置施工便道，坡顶无建筑物。边坡上部为素填土、粉质黏土、砂质黏土、全风化和砂土状强风化花岗岩组成，中下部为岩质边坡（岩体类型为Ⅱ～Ⅳ类）。边坡高度为3.066~52.611m，边坡工程安全等级为一级。工程边坡实景如图1所示。

图1 边坡工程实景

2 边坡稳定性评价

2.1 影响边坡稳定性的主要因素

上部土质边坡由素填土、粉质黏土、砂质黏土、全风化花岗岩及砂土状强风化岩组成。这类边坡的稳定性由边坡坡度、岩土体抗剪性能、下覆基岩接触面坡度及其抗剪性能等因素控制。另外大气降雨对边坡岩土体冲刷以及下渗形成地下水，增加坡体自重，地下水浸泡岩土体改变岩土体强度，对边坡稳定性影响也较大。其次，人类的工程活动对边坡的稳定性也有很大的影响。人类的工程活动破坏了山体原始平衡，容易在坡脚处产生应力集中，为边坡失稳创造条件。

下部为岩质的边坡：这类边坡稳定性主要受岩体结构面的类型、产状及其与坡向的关系等控制，当然，降雨下渗作用的影响也较大。据本次勘察对边坡节理裂隙的观测统计分析，结构面局部夹砂土，在降雨期间可能间歇性集水形成静水压力或动水压力、结构面软化，可能会影响边坡的稳定性。

2.2 稳定性分析评价

2.2.1 上部的土质边坡可能发生的破坏形式

边坡上部主要由素填土、粉质黏土、砂质黏土、全风化花岗岩及砂土状强风化岩组成，其层底为碎块状强风化岩及中风化岩。边坡上部覆盖层与岩面交界层面坡度大且倾向坡外时，可能沿岩面位置产生平面(直线)滑动，覆盖层厚度较大时，亦可能产生圆弧滑动。

2.2.2 下部岩质边坡稳定性分析和可能产生的破坏形式

（1）岩体裂隙较发育，主要发育有2组优势裂隙面，裂隙1产状为267°∠59°，裂隙2产状为57°∠55°，线密度可达1-2条/m，相互切割，延伸长，呈闭合状，边坡整体稳定性主要取决于2组优势裂隙面结构强度。

（2）开挖后边坡坡向339°，坡度53°，采用极射赤平投影法（如图2）评价如下：裂隙1与边坡倾向空间关系为大角度斜交，倾角大于边坡坡角，由裂隙1控制时边坡处于稳定状态；裂隙2与边坡大角度斜交，倾角大于边坡坡角，由裂隙2控制时边坡处于稳定状态；两组裂隙面形成交割线。

图2 极射赤平投影图

（3）岩体破坏以楔体滑塌为主，滑塌方量大小取决于切割线长度。

3 工程监测

3.1 监测目的

通过对其表面变形、深部位移等综合分析实时监控开挖过程的变形，合理控制施工速率，防止滑塌，实现安全、快速施工的目的；监测成果为动态设计提供有效参考；预判边坡险情，提供预警信息，且判断滑动面深度、滑动范围及变形发展趋势，评估施工对边坡或路堤稳定性和周围建构筑物的影响。

3.2 深层水平位移监测

深层水平位移监测采用测斜仪CX-3D开展，仪器测量精度±0.01mm/500mm；土体测斜管在边坡开挖1周前埋深；边坡测斜管应预先在边坡顶用钻机钻孔，钻孔深度根据现场情况确定，然后将测斜管连接好，放入孔内，用细砂将测斜管与钻孔之间的孔隙填充实。安装时应尽量保证一组导槽垂直于边坡面。

根据沿线各边坡的高度、工程地质条件等情况，经现场调查，选择其中稳定性较差、安全风险较大的边坡进行监测。测斜孔布置在边坡平台或坡顶，一断面不少于两孔。测点布置如图3所示。

图3 高边坡监测点布置示意

3.3 锚索内力监测

在监测岩土应力变化的过程中，通常是采用应力计对锚杆（锚索）应力进行监测。监测锚杆（锚索）应力，除了能够对边坡进行监测以方便指导施工作业外，还能够对边坡失稳进行提前预测。该技术可以通过振弦式钢筋测力进行边坡稳定性监测。其原理较为简单，即当钢筋试样受到拉伸或压缩时，对应区域的感应线圈就会发生震动，通过检测线圈震动频率就可以获取钢筋所受应力。

根据设计要求，按施工总数的3%布置锚索内力监测点，本次共对21根锚索进行监测；通过对锚杆（索）的预应力监测，绘制出应力曲线，从而可以研究锚索预应力的变化趋势，分析边坡的稳定情况。

3.4 监测点平面布置

针对该边坡工程，监测设备及数量如表1所示、测点平面布置如图4所示。

表1 边坡监测设备及数量

图4 测点平面布置图

4 监测数据分析

4.1 深层水平位移监测分析

深层水平位移监测为该边坡监测的主要部分，结合该工程地质情况及设计，从16个监测点选取两点（CX1、CX3）做为分析对象。其深层水平位移与深度关系曲线如图5所示。

图5 深层水平位移与深度关系曲线

从CX1号测斜孔位移过程曲线可以看出，监测时间段为2020年11月26日~2021年12月15日，深层位移与深度曲线呈S波浪型曲线，累计位移最大处为5.5m，累计变形量为8.53mm，边坡开挖初始阶段位移变化速率较大，最大变化速率为0.45mm/d，随着锚索施工张拉完成，其变化速率开始变小，位移变化速率为0~0.02mm/d，可见在锚索施工完成后，累计位移变化率小于施工前期，边坡的变形较前期小,由此推断出高边坡在锚索张拉完成后，边坡变形趋于稳定。

从CX3号测斜孔位移过程曲线可以看出，监测时间段为2021年1月4日~2021年12月15日，深层位移与深度曲线呈S波浪型曲线，累计位移最大处为4.0m，累计变形量为8.01mm，边坡开挖初始阶段位移变化速率较大，最大变化速率为0.26mm/d，随着锚索施工张拉完成，其变化速率开始变小，位移变化速率为0~0.01mm/d，可见在锚索施工完成后，累计位移变化率小于施工前期，边坡的变形较前期小，由此推断出高边坡在锚索张拉完成后，边坡变形趋于稳定。

4.2 应力监测数据分析

根据21个锚索应力计测量的数据，选取两个锚索应力计（M1、M4）数据进行分析。其锚索应力与时间关系曲线如图6所示。

图6 锚索应力与时间关系曲线

从图6可以看出，M1锚索在锁定完成后，锚索应力在整个监测过程中变化区间为220.59~225.86kN；M4锚索在锁定完成后，锚索应力在整个监测过程中变化区间为208.41~213.38kN，锚索应力变化幅度均很小，曲线平缓，这表明锚索应力计的受力效果良好，未超过锚索设计荷载，边坡内部未产生应力集中和应力增高的现象，边坡经过加固处理后趋于稳定。

5 结束语

本次岩土高边坡变形监测及分析工作结论如下：

（1）通过对该边坡的监测数据分析，在锚索施工完成后，深层水平累计位移变化率、变形较张拉前小，锚索测力计受力状态良好，锚索内力变化幅度小，曲线平缓，高边坡整体处于稳定状态。

（2）通过深层水平位移数据可以有效了解边坡状态、掌握边坡变化情况，且判断滑动面深度、滑动范围及变形发展趋势，在监测数据指导下进行动态设计、信息化施工，可以有效防止高边坡发生较大工程滑坡。