邊坡變形監(jiān)測(cè)方法分析
2015-04-01
邊坡按其成因可分為自然邊坡和人工邊坡，按介質(zhì)成份可分為土質(zhì)邊坡和巖質(zhì)邊坡。對(duì)于不同的邊坡工程，其成因、組成成份各不相同，地質(zhì)構(gòu)造和地應(yīng)力的分布更是千差萬(wàn)別，這樣就決定了邊坡監(jiān)測(cè)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，它不僅跟監(jiān)測(cè)手段的高低與儀器設(shè)備的優(yōu)劣息息相關(guān)，也與監(jiān)測(cè)技術(shù)人員對(duì)巖土體介質(zhì)的了解程度和工程情況的掌握程度密不可分[1]。因而對(duì)邊坡進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，應(yīng)在充分了解工程地質(zhì)背景的基礎(chǔ)上，選擇相應(yīng)的方法和手段。
1 邊坡變形規(guī)律
從邊坡變形的角度來(lái)劃分，邊坡的狀態(tài)可分為初始蠕變、穩(wěn)定蠕變和加速蠕變?nèi)齻€(gè)階段。初始變形階段，變形速率小，變形趨勢(shì)不明顯，一般在該階段不一定發(fā)生破壞的征兆，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求精度較高，側(cè)重于長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。穩(wěn)定蠕變階段，邊坡變形發(fā)展加快，有時(shí)變形宏觀可見(jiàn)，坡面或坡頂可能出現(xiàn)張裂縫，坡腳也有可能出現(xiàn)剪切裂縫。此階段位移量開(kāi)始增大，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求測(cè)試敏感部位，量程和精度均要考慮[2]。加速蠕變階段，邊坡變形速率大，變形趨勢(shì)明顯，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)監(jiān)測(cè)儀器的要求可適當(dāng)降低，側(cè)重于短期監(jiān)測(cè)。
邊坡變形的監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括：地面大地變形、地表裂縫、地下深部變形及支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形，具體的內(nèi)容選擇應(yīng)根據(jù)邊坡的等級(jí)、地質(zhì)條件、加固結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等綜合考慮。
2 邊坡地表變形監(jiān)測(cè)方法
2.1 簡(jiǎn)易觀測(cè)法
簡(jiǎn)易觀測(cè)法是通過(guò)人工觀測(cè)邊坡中坍塌、沉降、地面鼓脹、地表裂縫等現(xiàn)象，適用于監(jiān)測(cè)發(fā)生病害的邊坡，定期對(duì)崩坍、滑坡等宏觀變形跡象進(jìn)行觀測(cè)，能夠從宏觀上掌握變形動(dòng)態(tài)及其發(fā)展趨勢(shì)。簡(jiǎn)易觀測(cè)法結(jié)合其它方法的監(jiān)測(cè)結(jié)果，可以大致判定邊坡所處的變形階段并預(yù)測(cè)短時(shí)期內(nèi)坡體的滑動(dòng)趨勢(shì)。簡(jiǎn)易觀測(cè)法雖然操作簡(jiǎn)單，但對(duì)于變形速率較大的邊坡仍然是十分有效的監(jiān)測(cè)方法。
2.2 設(shè)站觀測(cè)法
設(shè)站觀測(cè)法是在邊坡上設(shè)立變形觀測(cè)點(diǎn)，在變形區(qū)影響范圍之外穩(wěn)定地點(diǎn)設(shè)置固定觀測(cè)站，使用測(cè)量?jī)x器定期測(cè)量變形區(qū)內(nèi)網(wǎng)點(diǎn)的三維位移變化的一種監(jiān)測(cè)方法。設(shè)站觀測(cè)法包括近景攝影測(cè)量、大地測(cè)量及GPS測(cè)量等。
2.3 儀表觀測(cè)法
儀表觀測(cè)法是利用精密儀表對(duì)邊坡地表位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可分為電子儀表觀測(cè)法和機(jī)械式儀表觀測(cè)法兩類(lèi)。儀表觀測(cè)法能夠避免惡劣環(huán)境損害測(cè)試儀表，具有儀器易于攜帶、測(cè)量精度高等特點(diǎn)，觀測(cè)成果資料可靠度高，可用于邊坡變形的中、長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。
電測(cè)法常采用二次儀表觀測(cè)，將由電子元件制成的傳感器埋設(shè)于邊坡可能會(huì)變形的部位，通過(guò)電子儀表接受信號(hào)讀數(shù)。該方法技術(shù)比較先進(jìn)，監(jiān)測(cè)內(nèi)容比機(jī)械式儀表觀測(cè)法豐富，儀表靈敏度也更高，但其原理、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。
2.4 遠(yuǎn)程自動(dòng)化監(jiān)測(cè)法
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及電子技術(shù)及的快速發(fā)展，各種先進(jìn)的自動(dòng)遙控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)紛紛亮相，使得邊坡監(jiān)測(cè)尤其是邊坡滑坡、崩塌的自動(dòng)化連續(xù)遙測(cè)成為可能，遠(yuǎn)距離無(wú)線傳輸是該方法最基本的特點(diǎn)[3]。該方法能實(shí)現(xiàn)連續(xù)觀測(cè)、自動(dòng)采集、存儲(chǔ)、打印和顯示觀測(cè)數(shù)據(jù)，是邊坡崩塌、滑坡監(jiān)測(cè)的發(fā)展方向。
儀器設(shè)備的可靠性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性是遠(yuǎn)程自動(dòng)化系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵。目前，遠(yuǎn)程自動(dòng)化監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)主要針對(duì)人工邊坡實(shí)施，自然邊坡由于儀器設(shè)備必須長(zhǎng)期在惡劣的野外環(huán)境工作，以及人為毀壞等影響因素，其可靠度和穩(wěn)定性尚難以滿足監(jiān)測(cè)要求。
3 邊坡地下變形監(jiān)測(cè)方法
邊坡地面變形監(jiān)測(cè)是監(jiān)測(cè)邊坡整體變形的重要方法，地面位移監(jiān)測(cè)具有范圍大、精度高等特點(diǎn)，但邊坡坡面變形無(wú)法確定邊坡滑動(dòng)深度，不能了解邊坡巖土體內(nèi)部變形，需要利用地下變形監(jiān)測(cè)技術(shù)和手段才能確定。地下變形監(jiān)測(cè)方法有：測(cè)斜法、應(yīng)變測(cè)量法、重錘法和時(shí)間域反射技術(shù)等[5]。各種監(jiān)測(cè)方法所需用到的儀器及其特點(diǎn)如表1所示。
表1 邊坡地下變形監(jiān)測(cè)方法
4 微震監(jiān)測(cè)技術(shù)在邊坡監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用
土質(zhì)或軟巖邊坡破壞之前變形往往較為明顯，可用上述方法進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)。對(duì)于巖性較完整、強(qiáng)度較高的巖質(zhì)邊坡，在宏觀破壞之前的變形很小，表面位移不明顯，上述監(jiān)測(cè)方法難以捕捉邊坡巖體內(nèi)可能存在的微破裂過(guò)程。在巖質(zhì)邊坡表面位移能有效監(jiān)測(cè)之前，邊坡內(nèi)部實(shí)際上己經(jīng)發(fā)生了微破裂甚至大面積滑移。
微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)于上世紀(jì)七十年代初期，伴隨著信息技術(shù)、計(jì)算技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)水平的提高而日趨成熟，主要是利用聲學(xué)、地震學(xué)和地球物理學(xué)原理和計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算功能來(lái)實(shí)現(xiàn)微震事件的精確定位和級(jí)別大小的確定[4]。微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)由傳感器、信號(hào)采集處理系統(tǒng)、時(shí)間同步系統(tǒng)、光纖數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)和地面數(shù)據(jù)綜合處理分析系統(tǒng)組成，其原理與常規(guī)地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相差不大，只是微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的敏感性和精確性更高。
微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作原理為：大多數(shù)彈脆性材料在外界應(yīng)力作用下，其內(nèi)部將產(chǎn)生局部彈性能集中，當(dāng)能量積聚到某一臨界值后，會(huì)引起微裂隙的產(chǎn)生與擴(kuò)展，并伴隨有彈性波或應(yīng)力波在周?chē)鷰r體中的快速釋放和傳播[3]。傳感器接收到原始的微震信號(hào)以后將其轉(zhuǎn)變?yōu)槟M電信號(hào)，發(fā)送到微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)采集單元，軟件再將此電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)并傳給數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)，經(jīng)過(guò)運(yùn)行在數(shù)采計(jì)算機(jī)上的軟件對(duì)原始數(shù)字信號(hào)的加工處理后再傳入分析計(jì)算機(jī)，分析計(jì)算機(jī)運(yùn)行的軟件便可以對(duì)微震信號(hào)進(jìn)行多方面的處理和分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)微震事件的定位、事件原始參數(shù)的獲取、傳感器位置的校正、破壞趨勢(shì)的跟蹤等處理，并可以對(duì)微震事件在三維空間和時(shí)間軸下進(jìn)行實(shí)體演示，其原始數(shù)據(jù)和處理文件也將會(huì)實(shí)時(shí)顯示。
5 結(jié)語(yǔ)
邊坡失穩(wěn)不僅破壞自然環(huán)境，而且會(huì)對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)造成巨大損失。監(jiān)測(cè)控制是預(yù)防邊坡災(zāi)害的有效途徑。每一種監(jiān)測(cè)方法都有其特點(diǎn)和適用范圍，監(jiān)測(cè)人員應(yīng)該在充分了解工程地質(zhì)的基礎(chǔ)上，結(jié)合邊坡等級(jí)、邊坡變形所處的階段、邊坡加固結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選擇合適的監(jiān)測(cè)方法。
