動態(tài)變形監(jiān)測特征曲線與邊坡穩(wěn)定狀態(tài)判識初探

陳繼東

(貴州高速公路開發(fā)總公司 貴州 貴陽 550004)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟社會的發(fā)展和西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施，近幾年，地處云貴高原的貴州省也迎來了交通建設(shè)的機遇期。但是，由于境內(nèi)山高谷深，溝壑縱橫，在高速公路的建設(shè)過程中，引發(fā)了很多坡體變形問題，危及到國家財產(chǎn)和人民生命安全，并嚴重影響了工程建設(shè)進度，為此，對開挖邊坡進行動態(tài)變形監(jiān)測判識邊坡穩(wěn)定狀態(tài)是非常必要的。通過動態(tài)變形監(jiān)測曲線，如何判識邊坡穩(wěn)定狀態(tài)和準確劃分滑坡類型，這方面的探索較少。本文以邊坡動態(tài)監(jiān)測實例，歸納了不同監(jiān)測特征曲線下的邊坡穩(wěn)定狀態(tài)，供同行探討參照。

1 動態(tài)變形監(jiān)測目的

邊坡的穩(wěn)定性采用動態(tài)變形監(jiān)測是精度比較高且可靠的方法，通過鉆孔，安裝監(jiān)測管，利用測斜儀定期讀取監(jiān)測管的變形值并量取孔內(nèi)地下水位，可以掌握坡體內(nèi)變形的位置、大小、方向以及水位的變化情況。一般而言，利用動態(tài)變形監(jiān)測的主要目的如下：

1.1 根據(jù)監(jiān)測的位移值，判斷邊坡的穩(wěn)定程度，指導(dǎo)施工，必要時能及時采取加固措施。

1.2 根據(jù)監(jiān)測位移的變化情況以及變形的速率，判斷變化趨勢，發(fā)布預(yù)警，啟動應(yīng)急預(yù)案，保證現(xiàn)場人員安全。

1.3 依據(jù)監(jiān)測所反映的產(chǎn)生變形的深度、變形發(fā)展情況，為治理方案提供可靠的依據(jù)。

1.4 根據(jù)監(jiān)測網(wǎng)內(nèi)各孔位移情況以及水位變化，分析判斷變形的范圍以及產(chǎn)生變形的原因。

1.5 工程完工后，根據(jù)監(jiān)測邊坡的穩(wěn)定狀況，對邊坡加固施工的質(zhì)量進行評價。

1.6 通過對邊坡工程工后監(jiān)測資料的匯總評價，總結(jié)經(jīng)驗，指導(dǎo)以后邊坡加固工程的設(shè)計、施工工作。

2 動態(tài)變形監(jiān)測儀器的基本工作原理及主要性能

動態(tài)變形監(jiān)測主要采用鉆孔測斜儀器，而測斜儀的測斜原理是基于測頭傳感器加速度計測量重力矢量g在測頭軸線垂直面上的分量大小，確定測頭軸線相對水平面的傾斜角的原理。

圖1 測斜儀工作原理圖

加速度計敏感軸在水平面內(nèi)時，矢量g在敏感軸上的投影為零。加速度計輸出為零。當加速度計敏感軸與水平面存在一傾角時，加速度計輸出一個電壓信號。

式中：k0為加速度計的偏值

k1為加速度計電壓標度因數(shù) 2.5v/g

g為重力加速度

由于各種原因，埋設(shè)好的測斜管總有一定的斜度和撓曲，因此為了消除測斜管的斜度和撓曲對加速度計偏值的影響，觀測中采用逐點固定間距雙向測量互補法提高測量精度，在一次測讀后，將測頭水平調(diào)轉(zhuǎn)180°，進行二次測量，得到

由①－②，消除偏差k0，得到差數(shù)

從圖1測斜儀原理示意圖可知：

式中：△δ為水平位移（mm)

θ為傾斜角

L為導(dǎo)輪軸心間距

邊坡內(nèi)任一深度i點上監(jiān)測的總位移撓度為：

在邊坡監(jiān)測中，以第一次測量的初始差值作為基準，求得第二次及以后各次測量的差值與初始基準值之間的相對變化量值，經(jīng)過代數(shù)累加即可得出某一次測量的累積位移值。

動態(tài)變形監(jiān)測儀可以對巖土體深層進行長期監(jiān)測，設(shè)備性能穩(wěn)定，適應(yīng)環(huán)境能力強，通常工作溫度為-10°～50°，耐水壓力可達0.8MPa,對深度30m的測孔，孔口反映的累積誤差不大于5mm。

3 數(shù)據(jù)整理與信息反饋

在監(jiān)測過程中，利用人工讀取數(shù)據(jù)采集儀或是通過數(shù)據(jù)自動記錄儀，按照操作要求，做好數(shù)據(jù)采集工作，對偏差較大者予以糾正，力求數(shù)據(jù)真實可靠,剔除謬誤。及時對采集的大量現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)歸類計算分析,取得對邊坡（滑坡）變形特征的初步分析成果,結(jié)合現(xiàn)場實際和邊坡（滑坡）的性質(zhì)準確的評價其穩(wěn)定性,以及關(guān)心的各類參數(shù)。比如：滑動面的層數(shù)、位置,滑動的位移量,變形速率的大小（即是勻速還是加速）,滑動的方向等等。從而對滑坡的發(fā)展趨勢有一個初步的預(yù)測預(yù)報。根據(jù)長期的邊坡監(jiān)測經(jīng)驗，監(jiān)測預(yù)警預(yù)報值可參照表1。

表1 邊坡監(jiān)測預(yù)警值

現(xiàn)階段，對于監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，主要是編制或利用監(jiān)測軟件，輸入現(xiàn)場記錄數(shù)據(jù)，建立監(jiān)測資料數(shù)據(jù)庫，并進行數(shù)據(jù)處理、分析，以變形特征曲線圖的形式輸出分析結(jié)果。常用的特征曲線類型有絕對位移-深度曲線、相對位移-深度曲線、位移矢量-深度曲線、孔口位移-時間曲線、變形速率-時間曲線圖、孔內(nèi)水位-時間曲線。

4 相對位移-深度曲線與邊坡狀態(tài)

動態(tài)變形監(jiān)測很容易受到多種因素的影響，往往造成監(jiān)測技術(shù)人員對監(jiān)測成果曲線的誤判，通過結(jié)合工程實踐，總結(jié)分析動態(tài)監(jiān)測曲線與所處邊坡狀態(tài)，常見有如下幾種：

4.1 穩(wěn)定型。一般而言，穩(wěn)定邊坡監(jiān)測曲線呈“直立狀”，如水盤高速發(fā)耳隧道進口邊坡監(jiān)測ZJ-5#孔（見圖1）相對位移曲線；在埋設(shè)測斜管的過程中，如果管壁四周填筑不密實或者監(jiān)測管彎曲受力，監(jiān)測位移曲線會發(fā)生漂移現(xiàn)象，亦有監(jiān)測誤差所致，位移曲線性呈 “V”型，如板江高速公路T22標JCZ-25#孔（見圖2）相對位移曲線。

圖2 JC-5#孔相對位移-深度變化曲線

圖3 JCZ-25#孔相對位移-深度變化曲線

4.2 蠕動型。貴遵高速息烽收費站滑坡區(qū)域?qū)儆诘椭猩降孛玻狡缕骄彛乇韯兾g趨于減弱，但附近出露灰?guī)r及灰?guī)r地層溶蝕作用強烈，滑坡所在山坡地表坡度約15～20°。山坡分為多級臺地、斜坡相間地形，以及弧形臺坎分布，具有明顯老滑坡地形外貌特征。從設(shè)置在老滑坡后部主滑斷面上的ZK2-6#孔監(jiān)測結(jié)果顯示，在垂深測斜管24.5m的位置存在蠕動跡象，2010年9月11日初次監(jiān)測讀數(shù)至2011年3月27日，日平均蠕動變形位移量約0.04mm/d，如圖3。

蠕動變形量微小，根據(jù)監(jiān)測位移曲線變形特征，需仔細分析蠕動狀態(tài)，必要時需對曲線進行扭轉(zhuǎn)修正，以使曲線變形特征更加明顯直觀。

4.3 滑動型。位移動態(tài)曲線有一個或多個明顯的滑動面。如圖4系板江高速公路T22標JCZ-22#孔位移-深度曲線變化情況，從圖中找出活動的滑動面（帶）系在孔口下11m處，由于滑體上下滑動速率不一致，位移動態(tài)曲線呈現(xiàn)不均一。對于巖石或破碎巖石滑坡，位移動態(tài)曲線比較順直，如圖5系貴遵高速息烽收費站滑坡ZK3-4#孔位移-深度曲線變化情況，自2010年9月30日至12月11日之間監(jiān)測位移-深度曲線，其層有二，分別在孔口下15m～16m和25m～26m之間。

圖4 息烽滑坡監(jiān)測ZK2-6#孔相對位移-深度變化曲線

圖5 JC-22#孔相對位移-深度變化曲線

圖6 ZK3-4#孔相對位移-深度變化曲線

4.4 崩塌型。位移動態(tài)曲線沒有明顯的錯滑帶，曲線在崩塌影響區(qū)段內(nèi)上大下小，呈“r”型。如圖6系板江高速T23標K120+500～K120+580段右側(cè)邊坡JCZ-4#孔監(jiān)測特征曲線，該段邊坡為二級坡，在實施坡面防護工程的過程中，邊坡局部出現(xiàn)崩塌變形，邊坡變形后，以2010年5月30日監(jiān)測數(shù)據(jù)為初始值，2011年1月15日第14次監(jiān)測結(jié)果顯示，在監(jiān)測孔0～13m深度區(qū)段出現(xiàn)明顯變形位移，變形位移上大下小，而在后期的監(jiān)測過程中，位移曲線均呈“r”型發(fā)展的趨勢。

4.5 傾倒型。位移動態(tài)變形曲線較崩塌型曲線順直，曲線沒有明顯的波峰和波谷，呈“近斜直線狀”。如圖7系板江高速T22標G324國道改線段K0+250～K0+300段右邊坡JCZ-33#孔深部位移監(jiān)測曲線特征，該邊坡為土質(zhì)邊坡，邊坡開挖后引起土體內(nèi)部應(yīng)力重分布，土體內(nèi)各質(zhì)點在回彈應(yīng)力的作用下向臨空面緩慢擴展變形。隨著時間的推移，此類變形很容易在坡體內(nèi)部的軟弱結(jié)構(gòu)面形成錯滑帶，但如果及時施做邊坡防護加固工程，變形會在短時間內(nèi)趨于穩(wěn)定。

圖7 JC-4#孔相對位移-深度變化曲線

圖8 JCZ-33#孔相對位移-深度變化曲線

5 結(jié)語

5.1 動態(tài)變形監(jiān)測基于可靠的監(jiān)測成果資料，及時把握坡體變形及地下水活動等動態(tài)特征和發(fā)展規(guī)律，指導(dǎo)邊坡工程施工和控制施工進程，為邊坡工程反分析和數(shù)值仿真提供參數(shù)，同時，邊坡動態(tài)監(jiān)測也是邊坡防護加固和整治工程效果評價與預(yù)測的重要手段，必要時可以對滑坡災(zāi)害預(yù)警預(yù)報。

5.2 在了解邊坡大致地質(zhì)情況的基礎(chǔ)上，科學(xué)合理的分析監(jiān)測曲線特征，準確判斷邊坡穩(wěn)定狀態(tài)，避免因現(xiàn)場工程施工、爆破等因素引起曲線異常而造成對邊坡穩(wěn)定狀態(tài)的誤判。

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