邊坡變形監(jiān)測方法分析
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別，這樣就決定了邊坡監(jiān)測是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，它不僅跟監(jiān)測手段的高低與儀器設(shè)備的優(yōu)劣息息相關(guān)，也與監(jiān)測技術(shù)人員對巖土體介質(zhì)的了解程度和工程情況的掌握程度密不可分[1]。因而對邊坡進行監(jiān)測時，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€階段。初始變形階段，變形速率小，變形趨勢不明顯，一般在該階段不一定發(fā)生破壞的征兆，監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計要求精度較高，側(cè)重于長期監(jiān)測。穩(wěn)定蠕變階段，邊坡變形發(fā)展加快，有時變形宏觀可見，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。此階段位移量開始增大，監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計要求測試敏感部位，量程和精度均要考慮[2]。加速蠕變階段，邊坡變形速率大，變形趨勢明顯，監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計對監(jiān)測儀器的要求可適當(dāng)降低，側(cè)重于短期監(jiān)測。
邊坡變形的監(jiān)測內(nèi)容包括：地面大地變形、地表裂縫、地下深部變形及支護結(jié)構(gòu)的變形，具體的內(nèi)容選擇應(yīng)根據(jù)邊坡的等級、地質(zhì)條件、加固結(jié)構(gòu)特點等綜合考慮。
2 邊坡地表變形監(jiān)測方法
2.1 簡易觀測法
簡易觀測法是通過人工觀測邊坡中坍塌、沉降、地面鼓脹、地表裂縫等現(xiàn)象，適用于監(jiān)測發(fā)生病害的邊坡，定期對崩坍、滑坡等宏觀變形跡象進行觀測，能夠從宏觀上掌握變形動態(tài)及其發(fā)展趨勢。簡易觀測法結(jié)合其它方法的監(jiān)測結(jié)果，可以大致判定邊坡所處的變形階段并預(yù)測短時期內(nèi)坡體的滑動趨勢。簡易觀測法雖然操作簡單，但對于變形速率較大的邊坡仍然是十分有效的監(jiān)測方法。
2.2 設(shè)站觀測法
設(shè)站觀測法是在邊坡上設(shè)立變形觀測點，在變形區(qū)影響范圍之外穩(wěn)定地點設(shè)置固定觀測站，使用測量儀器定期測量變形區(qū)內(nèi)網(wǎng)點的三維位移變化的一種監(jiān)測方法。設(shè)站觀測法包括近景攝影測量、大地測量及GPS測量等。
2.3 儀表觀測法
儀表觀測法是利用精密儀表對邊坡地表位移進行監(jiān)測，可分為電子儀表觀測法和機械式儀表觀測法兩類。儀表觀測法能夠避免惡劣環(huán)境損害測試儀表，具有儀器易于攜帶、測量精度高等特點，觀測成果資料可靠度高，可用于邊坡變形的中、長期監(jiān)測。
電測法常采用二次儀表觀測，將由電子元件制成的傳感器埋設(shè)于邊坡可能會變形的部位，通過電子儀表接受信號讀數(shù)。該方法技術(shù)比較先進，監(jiān)測內(nèi)容比機械式儀表觀測法豐富，儀表靈敏度也更高，但其原理、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。
2.4 遠(yuǎn)程自動化監(jiān)測法
隨著計算機技術(shù)及電子技術(shù)及的快速發(fā)展，各種先進的自動遙控監(jiān)測系統(tǒng)紛紛亮相，使得邊坡監(jiān)測尤其是邊坡滑坡、崩塌的自動化連續(xù)遙測成為可能，遠(yuǎn)距離無線傳輸是該方法最基本的特點[3]。該方法能實現(xiàn)連續(xù)觀測、自動采集、存儲、打印和顯示觀測數(shù)據(jù)，是邊坡崩塌、滑坡監(jiān)測的發(fā)展方向。
儀器設(shè)備的可靠性和長期穩(wěn)定性是遠(yuǎn)程自動化系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵。目前，遠(yuǎn)程自動化監(jiān)測設(shè)計主要針對人工邊坡實施，自然邊坡由于儀器設(shè)備必須長期在惡劣的野外環(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)測要求。
3 邊坡地下變形監(jiān)測方法
邊坡地面變形監(jiān)測是監(jiān)測邊坡整體變形的重要方法，地面位移監(jiān)測具有范圍大、精度高等特點，但邊坡坡面變形無法確定邊坡滑動深度，不能了解邊坡巖土體內(nèi)部變形，需要利用地下變形監(jiān)測技術(shù)和手段才能確定。地下變形監(jiān)測方法有：測斜法、應(yīng)變測量法、重錘法和時間域反射技術(shù)等[5]。各種監(jiān)測方法所需用到的儀器及其特點如表1所示。
表1 邊坡地下變形監(jiān)測方法
4 微震監(jiān)測技術(shù)在邊坡監(jiān)測中的應(yīng)用
土質(zhì)或軟巖邊坡破壞之前變形往往較為明顯，可用上述方法進行有效監(jiān)測。對于巖性較完整、強度較高的巖質(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)測方法難以捕捉邊坡巖體內(nèi)可能存在的微破裂過程。在巖質(zhì)邊坡表面位移能有效監(jiān)測之前，邊坡內(nèi)部實際上己經(jīng)發(fā)生了微破裂甚至大面積滑移。
微震監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)于上世紀(jì)七十年代初期，伴隨著信息技術(shù)、計算技術(shù)的發(fā)展和計算機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)原理和計算機強大的計算功能來實現(xiàn)微震事件的精確定位和級別大小的確定[4]。微震監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)由傳感器、信號采集處理系統(tǒng)、時間同步系統(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)測系統(tǒng)相差不大，只是微震監(jiān)測系統(tǒng)的敏感性和精確性更高。
微震監(jiān)測系統(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，會引起微裂隙的產(chǎn)生與擴展，并伴隨有彈性波或應(yīng)力波在周圍巖體中的快速釋放和傳播[3]。傳感器接收到原始的微震信號以后將其轉(zhuǎn)變?yōu)槟M電信號，發(fā)送到微震監(jiān)測系統(tǒng)的信號采集單元，軟件再將此電信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號并傳給數(shù)據(jù)采集計算機，經(jīng)過運行在數(shù)采計算機上的軟件對原始數(shù)字信號的加工處理后再傳入分析計算機，分析計算機運行的軟件便可以對微震信號進行多方面的處理和分析，實現(xiàn)對微震事件的定位、事件原始參數(shù)的獲取、傳感器位置的校正、破壞趨勢的跟蹤等處理，并可以對微震事件在三維空間和時間軸下進行實體演示，其原始數(shù)據(jù)和處理文件也將會實時顯示。
5 結(jié)語
邊坡失穩(wěn)不僅破壞自然環(huán)境，而且會對人民生命財產(chǎn)造成巨大損失。監(jiān)測控制是預(yù)防邊坡災(zāi)害的有效途徑。每一種監(jiān)測方法都有其特點和適用范圍，監(jiān)測人員應(yīng)該在充分了解工程地質(zhì)的基礎(chǔ)上，結(jié)合邊坡等級、邊坡變形所處的階段、邊坡加固結(jié)構(gòu)特點選擇合適的監(jiān)測方法。
