高陡邊坡監(jiān)測試驗研究

摘要：基于大興安嶺東坡至其北部山地地區(qū)的邊坡地帶，根據(jù)設計原理并結(jié)合實際情況，設計安裝各類監(jiān)測儀器，通過建立遠程控制監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測邊坡坡面位移、錨索預應力和邊坡內(nèi)部變形情況，以此對邊坡穩(wěn)定性進行分析。試驗結(jié)果表明：錨索張拉鎖定階段，坡面位移變化較為明顯，坡面位移突變減小。但該階段結(jié)束后，錨固力減小導致位移變化曲線突變增大。錨索錨固力變化經(jīng)過加速損失段、波動變化段和穩(wěn)定段得變化過程，且與邊坡內(nèi)巖體應力有關(guān)聯(lián)性。邊坡坡面位移與錨索錨固力具有較好一致性，可準確分析和預測邊坡穩(wěn)定性。邊坡內(nèi)部位移隨深度增大呈先增大后減小的變化趨勢。當深度為3m和9m時，有明顯位移變化趨勢，但位移變化趨勢較小，表明錨索具有良好支護作用，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：高陡邊坡；變形位移；錨索錨固力；監(jiān)測

0" "引言

隨著經(jīng)濟發(fā)展越來越快，我國建筑規(guī)模也越來越大。但由于我國是一個多山國家，建筑速度加快也導致高陡邊坡穩(wěn)定性問題日益嚴重，因此針對高陡邊坡穩(wěn)定性研究已成為學者重點關(guān)注的問題。

李剛等[1]通過對巖體參數(shù)進行正交組合，建立位移與巖體參數(shù)的函數(shù)關(guān)系，并結(jié)合實際工況確定監(jiān)測位移邊坡的巖體參數(shù)。程愛平等[2]結(jié)合工程實例，利用數(shù)值模擬軟件計算邊坡安全系數(shù)，并提出相應支護加固方案。李冬青[3]通過室內(nèi)試驗得出相應物理力學參數(shù)，并對邊坡穩(wěn)定性因素進行分析計算。楊杰等[4]通過總結(jié)前人研究，歸納總結(jié)出相應理論算法，為邊坡變形及穩(wěn)定性提供新的研究思路。

趙錫燦[5]通過工程實例并結(jié)合邊坡傳感器的布置位置，以此來實時監(jiān)測高陡邊坡穩(wěn)定性情況。張紅章等[6]基于數(shù)值模擬軟件和工程實況對高陡邊坡穩(wěn)定性進行研究分析。郝社鋒等[7]以巖質(zhì)邊坡為研究對象，通過數(shù)值模擬軟件對邊坡治理前后的穩(wěn)定性進行研究，并對邊坡的裂縫變形和錨索應力進行實時監(jiān)測，得出最優(yōu)邊坡治理效果。

由上述研究可知，我國對于高陡邊坡穩(wěn)定性研究依然處于初級階段，對于邊坡穩(wěn)定性的實時監(jiān)測沒有做足準備，尤其是邊坡坡面位移和邊坡內(nèi)部位移實時監(jiān)測研究較少。本文基于大興安嶺東坡至其北部山地地區(qū)的邊坡地帶，根據(jù)設計原理并結(jié)合實際情況，設計安裝各類監(jiān)測儀器，通過建立遠程控制監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測邊坡坡面位移、錨索預應力和邊坡內(nèi)部變形情況，以此對邊坡穩(wěn)定性進行分析，為工程實際提供參考。

1" "工程概況與監(jiān)測設計

1.1" " 工程概況

國道京漠公路瓦拉干至樟嶺（塔漠界）A2標段存在兩個深挖路塹，分別為K374+475～K375+025段、K375+650～

K375+850段。K374+475～K375+025段長度約為550m，K375+650～K375+850長度約為200m。本文以其中一段路塹高邊坡作為研究對象。

研究工程位于大興安嶺東坡至其北部山地地區(qū)（額木爾山西坡山地），該地為極寒山丘陵區(qū)，其地勢東高西低，南高北低。區(qū)域內(nèi)河流眾多，土層較厚，且不同地方具有沼澤，地勢較低區(qū)域積水嚴重，且由于氣溫較低而產(chǎn)生凍土。該區(qū)域海拔超過521m，相對高差較大，但由于不處于地震帶，無地震風險。

該區(qū)域降雨在7月至9月，潛水和上層滯水為該區(qū)域地下水。該區(qū)域上部地帶為腐質(zhì)土，低洼地帶地表季節(jié)性積水且難以排出，但大部分區(qū)域地質(zhì)情況良好。該區(qū)域?qū)儆诤疁貛Ъ撅L氣候，冬季干燥，夏季濕熱。區(qū)域光照時長全年2500h左右，年無霜期90d左右。區(qū)域氣溫年平均氣溫-2.3℃，極端最高氣溫和最低氣溫分別為37.9℃和-52.3℃，雪厚度達到0.78m，凍深可以達到280cm，區(qū)域平均風速為3.4m/s，最大可達到35m/s。

1.2" " 監(jiān)測設計

根據(jù)設計原理并結(jié)合實際情況，設計安裝各類監(jiān)測儀器，并埋于主滑動面等位置。基于支護結(jié)構(gòu)，將邊坡監(jiān)測設備安裝埋置在一起。監(jiān)測內(nèi)容主要包括對邊坡坡面位移、錨索預應力和邊坡內(nèi)部變形情況分析。

其中對于邊坡坡面位移，主要通過在安裝過程中將位移計與錨索一同埋設；錨索預應力則是在安裝過程中，將測力計放置在錨具和墊板中間，以此監(jiān)測錨固力變化規(guī)律情況；邊坡內(nèi)部變形情況則通過在坡頂豎向打孔，并將固定式測斜探頭放入不同深度的孔內(nèi)，以此監(jiān)測其變形情況。

監(jiān)測系統(tǒng)布置情況立面圖如圖1所示，監(jiān)測系統(tǒng)布置情況剖面圖2所示，其中錨索測力計以字母M開頭，編號從13至22，位移計以字母C開頭，編號從11至18，固定式測斜探頭以字母Z開頭，編號從1至4。

本試驗專門建立了一套遠程控制監(jiān)測系統(tǒng)，目的在于達到對邊坡穩(wěn)定性實時監(jiān)測的效果。經(jīng)過相關(guān)測試，證明該系統(tǒng)可以開展自動化數(shù)據(jù)采集等應用。

2" "試驗結(jié)果分析

2.1" " 邊坡坡面位移情況監(jiān)測分析

試驗通過位移計對邊坡坡面位移情況進行監(jiān)測分析。位移計由傳感器、拉桿等設備組成，量程和靈敏度分別為10cm和0.01mm。位移計通過拉伸或壓縮變化而獲得邊坡坡面位移情況。其中編號11、編號12和編號14位移計在邊坡主剖面上豎向排布，編號15至17在邊坡主剖面上橫向排布。坡面位移曲線如圖3所示。

由圖3可知，監(jiān)測點位移變化情況相差不大。在10月份前坡面位移變化較為明顯，但之后變呈現(xiàn)出突變現(xiàn)象。分析認為，主要由于該階段為錨索張拉鎖定階段。在錨索張拉時，錨固向邊坡內(nèi)收縮變形導致位移突變減小。但在張拉階段結(jié)束后，錨固力開始減小，損失較大，導致位移變化曲線突變增大。在來年1月至2月階段，邊坡處于荷載卸去階段，導致其位移緩慢增加，但變化基本平穩(wěn)。

2.2" " 錨索錨固力情況監(jiān)測分析

本試驗的邊坡錨索錨固力的固定值為230kN，雙邊張拉。當邊坡出現(xiàn)滑動變化趨勢時，錨索錨固力開始增大，但由于巖土體裂隙等外界因素影響，導致錨索錨固力的固定值迅速減小。通過改變邊坡土質(zhì)自身應力，可使錨索錨固力的固定值開始回升且區(qū)域穩(wěn)定。其中錨索錨固力變化由3個階段組成，分別為加速損失段、波動變化段和穩(wěn)定段。邊坡的錨索錨固力變化曲線如圖4所示。

由圖4可知，對于加速損失段，其在錨索張拉鎖定的半月時間內(nèi)，錨索錨固力造成的損失較大。分析認為，這主要是由于土體強度低、巖體裂縫多以及鋼絞線應力不緊實導致的。在本試驗的錨索錨固力情況監(jiān)測中可以發(fā)現(xiàn)，在張拉鎖定后，錨固力損失較大。這主要是由于該邊坡巖體裂隙過大、過多，使漏漿情況較為嚴重。以此該邊坡錨索錨固力變化曲線，對加速損失段直接跳過。

波動變化段的錨索錨固力緩慢波動且變化趨勢以下降為主，持續(xù)70d。該階段主要是由于壓縮和回彈之間不斷變化，導致錨索錨固力發(fā)生波動。

錨索與邊坡內(nèi)部情況調(diào)整后進入穩(wěn)定段，本應趨于穩(wěn)定不變狀態(tài)，但邊坡的錨索錨固力則發(fā)生微小變化。這主要是由于車輛過重行駛，使得邊坡內(nèi)部受到擾動影響（但其影響較小），由此表明錨索能夠起到較好的加固作用。

2.3" " 坡面位移和錨索錨固力的對比分析

由于邊坡坡面位移情況與錨索錨固力相互影響，因此將位移計編號15和測力計編號19得數(shù)據(jù)進行對比，分析其關(guān)聯(lián)因素。錨索錨固力和坡面位移對比曲線如圖5所示。

由圖5可知，邊坡位移整體呈現(xiàn)減小趨勢，而錨索錨固力則呈現(xiàn)增大趨勢。而在張拉鎖定前期，由于錨索錨固力受到較大損失，導致邊坡位移變化幅度較大。但當測力計趨于平穩(wěn)后，邊坡位移變化也趨于平穩(wěn)。其變化情況呈現(xiàn)出較佳的一致性。通過對比邊坡坡面位移情況與錨索錨固力變化情況，可較好的分析和預測邊坡穩(wěn)定性。

2.4" " 邊坡內(nèi)部變形情況分析

邊坡內(nèi)部位移變形情況曲線如圖6所示。由圖6可知，邊坡內(nèi)部位移隨深度增大呈先增大后減小的變化趨勢。深度為3m和9m時，邊坡內(nèi)部位移變化較大，其中位移變化最大的位置在深度為9m的區(qū)域。當深度為3m時，最大位移為0.78cm；當深度為9m時，最大位移達到1.7cm。通過總體分析可知，邊坡內(nèi)部位移變化趨勢較小，說明錨索具有良好的支護作用，使邊坡的穩(wěn)定性得到增加。

3" "結(jié)語

本試驗通過建立一套遠程控制監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對邊坡穩(wěn)定性實時監(jiān)測的效果。監(jiān)測邊坡坡面位移、錨索預應力和邊坡內(nèi)部變形情況，并對此進行分析，得出以下結(jié)論：

錨索張拉鎖定階段，錨固向邊坡內(nèi)收縮變形致使位移突變減小，導致前期坡面位移變化較為明顯。但該階段結(jié)束后，錨固力減小導致位移變化曲線突變增大。

錨索錨固力隨著邊坡內(nèi)巖體應力變化而變化，錨索錨固力變化經(jīng)過加速損失段、波動變化段和穩(wěn)定段得變化過程，表明錨索能夠起到較好的加固作用。

邊坡位移整體呈現(xiàn)減小趨勢，而錨索錨固力則呈現(xiàn)增大趨勢。其變化情況呈現(xiàn)出較好的一致性，據(jù)此可準確分析和預測邊坡穩(wěn)定性。

邊坡內(nèi)部位移隨深度增大呈先增大后減小的變化趨勢。當深度為3m時，最大位移為0.78cm。深度為9m的時，最大位移達到1.7cm。且邊坡內(nèi)部位移變化趨勢較小，說明錨索具有良好的支護作用。

參考文獻

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