巖土高邊坡變形監測分析

李 昆

（廣東大道檢測技術有限公司，廣東 中山 528400）

0 引言

巖土監測作為巖土工程動態設計的核心，對評價施工方法的可行性，設計參數的合理性，了解巖體及支護結構的受力、變形特性等能夠提供準確而及時的依據，是保障邊坡工程成功的重要因素。它影響著工程的進度、投資和安全。利用各種監測方法及儀器設備，在邊坡上建立較為完善的能長期觀測的監測系統，在監測期間對邊坡有關結構形態的變化量進行周期性、系統性地觀察和測量,然后對這些觀測資料進行整理、計算、統計、分析，達到監測目的。本文以某深路塹高邊坡為例，分析其變形監測情況，為提升邊坡的穩定性提供幫助。

1 工程概況

某深路塹高邊坡段落位于K1+320~K1+640，共320m。鉆探測試表明，邊坡體主要由填土、殘坡積土及花崗巖風化層組成；坡面不規則，凹凸不平，坡腳為道路及廠房；坡體經人工開挖改造，設置施工便道，坡頂無建筑物。邊坡上部為素填土、粉質黏土、砂質黏土、全風化和砂土狀強風化花崗巖組成，中下部為巖質邊坡（巖體類型為Ⅱ～Ⅳ類）。邊坡高度為3.066~52.611m，邊坡工程安全等級為一級。工程邊坡實景如圖1所示。

圖1 邊坡工程實景

2 邊坡穩定性評價

2.1 影響邊坡穩定性的主要因素

上部土質邊坡由素填土、粉質黏土、砂質黏土、全風化花崗巖及砂土狀強風化巖組成。這類邊坡的穩定性由邊坡坡度、巖土體抗剪性能、下覆基巖接觸面坡度及其抗剪性能等因素控制。另外大氣降雨對邊坡巖土體沖刷以及下滲形成地下水，增加坡體自重，地下水浸泡巖土體改變巖土體強度，對邊坡穩定性影響也較大。其次，人類的工程活動對邊坡的穩定性也有很大的影響。人類的工程活動破壞了山體原始平衡，容易在坡腳處產生應力集中，為邊坡失穩創造條件。

下部為巖質的邊坡：這類邊坡穩定性主要受巖體結構面的類型、產狀及其與坡向的關系等控制，當然，降雨下滲作用的影響也較大。據本次勘察對邊坡節理裂隙的觀測統計分析，結構面局部夾砂土，在降雨期間可能間歇性集水形成靜水壓力或動水壓力、結構面軟化，可能會影響邊坡的穩定性。

2.2 穩定性分析評價

2.2.1 上部的土質邊坡可能發生的破壞形式

邊坡上部主要由素填土、粉質黏土、砂質黏土、全風化花崗巖及砂土狀強風化巖組成，其層底為碎塊狀強風化巖及中風化巖。邊坡上部覆蓋層與巖面交界層面坡度大且傾向坡外時，可能沿巖面位置產生平面(直線)滑動，覆蓋層厚度較大時，亦可能產生圓弧滑動。

2.2.2 下部巖質邊坡穩定性分析和可能產生的破壞形式

（1）巖體裂隙較發育，主要發育有2組優勢裂隙面，裂隙1產狀為267°∠59°，裂隙2產狀為57°∠55°，線密度可達1-2條/m，相互切割，延伸長，呈閉合狀，邊坡整體穩定性主要取決于2組優勢裂隙面結構強度。

（2）開挖后邊坡坡向339°，坡度53°，采用極射赤平投影法（如圖2）評價如下：裂隙1與邊坡傾向空間關系為大角度斜交，傾角大于邊坡坡角，由裂隙1控制時邊坡處于穩定狀態；裂隙2與邊坡大角度斜交，傾角大于邊坡坡角，由裂隙2控制時邊坡處于穩定狀態；兩組裂隙面形成交割線。

圖2 極射赤平投影圖

（3）巖體破壞以楔體滑塌為主，滑塌方量大小取決于切割線長度。

3 工程監測

3.1 監測目的

通過對其表面變形、深部位移等綜合分析實時監控開挖過程的變形，合理控制施工速率，防止滑塌，實現安全、快速施工的目的；監測成果為動態設計提供有效參考；預判邊坡險情，提供預警信息，且判斷滑動面深度、滑動范圍及變形發展趨勢，評估施工對邊坡或路堤穩定性和周圍建構筑物的影響。

3.2 深層水平位移監測

深層水平位移監測采用測斜儀CX-3D開展，儀器測量精度±0.01mm/500mm；土體測斜管在邊坡開挖1周前埋深；邊坡測斜管應預先在邊坡頂用鉆機鉆孔，鉆孔深度根據現場情況確定，然后將測斜管連接好，放入孔內，用細砂將測斜管與鉆孔之間的孔隙填充實。安裝時應盡量保證一組導槽垂直于邊坡面。

根據沿線各邊坡的高度、工程地質條件等情況，經現場調查，選擇其中穩定性較差、安全風險較大的邊坡進行監測。測斜孔布置在邊坡平臺或坡頂，一斷面不少于兩孔。測點布置如圖3所示。

圖3 高邊坡監測點布置示意

3.3 錨索內力監測

在監測巖土應力變化的過程中，通常是采用應力計對錨桿（錨索）應力進行監測。監測錨桿（錨索）應力，除了能夠對邊坡進行監測以方便指導施工作業外，還能夠對邊坡失穩進行提前預測。該技術可以通過振弦式鋼筋測力進行邊坡穩定性監測。其原理較為簡單，即當鋼筋試樣受到拉伸或壓縮時，對應區域的感應線圈就會發生震動，通過檢測線圈震動頻率就可以獲取鋼筋所受應力。

根據設計要求，按施工總數的3%布置錨索內力監測點，本次共對21根錨索進行監測；通過對錨桿（索）的預應力監測，繪制出應力曲線，從而可以研究錨索預應力的變化趨勢，分析邊坡的穩定情況。

3.4 監測點平面布置

針對該邊坡工程，監測設備及數量如表1所示、測點平面布置如圖4所示。

表1 邊坡監測設備及數量

圖4 測點平面布置圖

4 監測數據分析

4.1 深層水平位移監測分析

深層水平位移監測為該邊坡監測的主要部分，結合該工程地質情況及設計，從16個監測點選取兩點（CX1、CX3）做為分析對象。其深層水平位移與深度關系曲線如圖5所示。

圖5 深層水平位移與深度關系曲線

從CX1號測斜孔位移過程曲線可以看出，監測時間段為2020年11月26日~2021年12月15日，深層位移與深度曲線呈S波浪型曲線，累計位移最大處為5.5m，累計變形量為8.53mm，邊坡開挖初始階段位移變化速率較大，最大變化速率為0.45mm/d，隨著錨索施工張拉完成，其變化速率開始變小，位移變化速率為0~0.02mm/d，可見在錨索施工完成后，累計位移變化率小于施工前期，邊坡的變形較前期小,由此推斷出高邊坡在錨索張拉完成后，邊坡變形趨于穩定。

從CX3號測斜孔位移過程曲線可以看出，監測時間段為2021年1月4日~2021年12月15日，深層位移與深度曲線呈S波浪型曲線，累計位移最大處為4.0m，累計變形量為8.01mm，邊坡開挖初始階段位移變化速率較大，最大變化速率為0.26mm/d，隨著錨索施工張拉完成，其變化速率開始變小，位移變化速率為0~0.01mm/d，可見在錨索施工完成后，累計位移變化率小于施工前期，邊坡的變形較前期小，由此推斷出高邊坡在錨索張拉完成后，邊坡變形趨于穩定。

4.2 應力監測數據分析

根據21個錨索應力計測量的數據，選取兩個錨索應力計（M1、M4）數據進行分析。其錨索應力與時間關系曲線如圖6所示。

圖6 錨索應力與時間關系曲線

從圖6可以看出，M1錨索在鎖定完成后，錨索應力在整個監測過程中變化區間為220.59~225.86kN；M4錨索在鎖定完成后，錨索應力在整個監測過程中變化區間為208.41~213.38kN，錨索應力變化幅度均很小，曲線平緩，這表明錨索應力計的受力效果良好，未超過錨索設計荷載，邊坡內部未產生應力集中和應力增高的現象，邊坡經過加固處理后趨于穩定。

5 結束語

本次巖土高邊坡變形監測及分析工作結論如下：

（1）通過對該邊坡的監測數據分析，在錨索施工完成后，深層水平累計位移變化率、變形較張拉前小，錨索測力計受力狀態良好，錨索內力變化幅度小，曲線平緩，高邊坡整體處于穩定狀態。

（2）通過深層水平位移數據可以有效了解邊坡狀態、掌握邊坡變化情況，且判斷滑動面深度、滑動范圍及變形發展趨勢，在監測數據指導下進行動態設計、信息化施工，可以有效防止高邊坡發生較大工程滑坡。