边坡变形监测方法分析
2015-04-01
边坡按其成因可分为自然边坡和人工边坡，按介质成份可分为土质边坡和岩质边坡。对于不同的边坡工程，其成因、组成成份各不相同，地质构造和地应力的分布更是千差万别，这样就决定了边坡监测是一个复杂的系统工程，它不仅跟监测手段的高低与仪器设备的优劣息息相关，也与监测技术人员对岩土体介质的了解程度和工程情况的掌握程度密不可分[1]。因而对边坡进行监测时，应在充分了解工程地质背景的基础上，选择相应的方法和手段。
1 边坡变形规律
从边坡变形的角度来划分，边坡的状态可分为初始蠕变、稳定蠕变和加速蠕变三个阶段。初始变形阶段，变形速率小，变形趋势不明显，一般在该阶段不一定发生破坏的征兆，监测系统的设计要求精度较高，侧重于长期监测。稳定蠕变阶段，边坡变形发展加快，有时变形宏观可见，坡面或坡顶可能出现张裂缝，坡脚也有可能出现剪切裂缝。此阶段位移量开始增大，监测系统设计要求测试敏感部位，量程和精度均要考虑[2]。加速蠕变阶段，边坡变形速率大，变形趋势明显，监测系统设计对监测仪器的要求可适当降低，侧重于短期监测。
边坡变形的监测内容包括：地面大地变形、地表裂缝、地下深部变形及支护结构的变形，具体的内容选择应根据边坡的等级、地质条件、加固结构特点等综合考虑。
2 边坡地表变形监测方法
2.1 简易观测法
简易观测法是通过人工观测边坡中坍塌、沉降、地面鼓胀、地表裂缝等现象，适用于监测发生病害的边坡，定期对崩坍、滑坡等宏观变形迹象进行观测，能够从宏观上掌握变形动态及其发展趋势。简易观测法结合其它方法的监测结果，可以大致判定边坡所处的变形阶段并预测短时期内坡体的滑动趋势。简易观测法虽然操作简单，但对于变形速率较大的边坡仍然是十分有效的监测方法。
2.2 设站观测法
设站观测法是在边坡上设立变形观测点，在变形区影响范围之外稳定地点设置固定观测站，使用测量仪器定期测量变形区内网点的三维位移变化的一种监测方法。设站观测法包括近景摄影测量、大地测量及GPS测量等。
2.3 仪表观测法
仪表观测法是利用精密仪表对边坡地表位移进行监测，可分为电子仪表观测法和机械式仪表观测法两类。仪表观测法能够避免恶劣环境损害测试仪表，具有仪器易于携带、测量精度高等特点，观测成果资料可靠度高，可用于边坡变形的中、长期监测。
电测法常采用二次仪表观测，将由电子元件制成的传感器埋设于边坡可能会变形的部位，通过电子仪表接受信号读数。该方法技术比较先进，监测内容比机械式仪表观测法丰富，仪表灵敏度也更高，但其原理、结构较复杂。
2.4 远程自动化监测法
随着计算机技术及电子技术及的快速发展，各种先进的自动遥控监测系统纷纷亮相，使得边坡监测尤其是边坡滑坡、崩塌的自动化连续遥测成为可能，远距离无线传输是该方法最基本的特点[3]。该方法能实现连续观测、自动采集、存储、打印和显示观测数据，是边坡崩塌、滑坡监测的发展方向。
仪器设备的可靠性和长期稳定性是远程自动化系统成败的关键。目前，远程自动化监测设计主要针对人工边坡实施，自然边坡由于仪器设备必须长期在恶劣的野外环境工作，以及人为毁坏等影响因素，其可靠度和稳定性尚难以满足监测要求。
3 边坡地下变形监测方法
边坡地面变形监测是监测边坡整体变形的重要方法，地面位移监测具有范围大、精度高等特点，但边坡坡面变形无法确定边坡滑动深度，不能了解边坡岩土体内部变形，需要利用地下变形监测技术和手段才能确定。地下变形监测方法有：测斜法、应变测量法、重锤法和时间域反射技术等[5]。各种监测方法所需用到的仪器及其特点如表1所示。
表1 边坡地下变形监测方法
4 微震监测技术在边坡监测中的应用
土质或软岩边坡破坏之前变形往往较为明显，可用上述方法进行有效监测。对于岩性较完整、强度较高的岩质边坡，在宏观破坏之前的变形很小，表面位移不明显，上述监测方法难以捕捉边坡岩体内可能存在的微破裂过程。在岩质边坡表面位移能有效监测之前，边坡内部实际上己经发生了微破裂甚至大面积滑移。
微震监测系统开发于上世纪七十年代初期，伴随着信息技术、计算技术的发展和计算机水平的提高而日趋成熟，主要是利用声学、地震学和地球物理学原理和计算机强大的计算功能来实现微震事件的精确定位和级别大小的确定[4]。微震监测系统网络由传感器、信号采集处理系统、时间同步系统、光纤数据通讯系统和地面数据综合处理分析系统组成，其原理与常规地震监测系统相差不大，只是微震监测系统的敏感性和精确性更高。
微震监测系统工作原理为：大多数弹脆性材料在外界应力作用下，其内部将产生局部弹性能集中，当能量积聚到某一临界值后，会引起微裂隙的产生与扩展，并伴随有弹性波或应力波在周围岩体中的快速释放和传播[3]。传感器接收到原始的微震信号以后将其转变为模拟电信号，发送到微震监测系统的信号采集单元，软件再将此电信号转变为数字信号并传给数据采集计算机，经过运行在数采计算机上的软件对原始数字信号的加工处理后再传入分析计算机，分析计算机运行的软件便可以对微震信号进行多方面的处理和分析，实现对微震事件的定位、事件原始参数的获取、传感器位置的校正、破坏趋势的跟踪等处理，并可以对微震事件在三维空间和时间轴下进行实体演示，其原始数据和处理文件也将会实时显示。
5 结语
边坡失稳不仅破坏自然环境，而且会对人民生命财产造成巨大损失。监测控制是预防边坡灾害的有效途径。每一种监测方法都有其特点和适用范围，监测人员应该在充分了解工程地质的基础上，结合边坡等级、边坡变形所处的阶段、边坡加固结构特点选择合适的监测方法。
