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高速公路边坡变形监测

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摘 要

随着我国基础设施建设的高速发展，公路交通事业取得了巨大成就，然而在公路建设过程中，出现了大量的边坡病害，为了预防边坡病害所带来的损失，必须对其实施变形监测。
本文从边坡地表开裂、沉降、位移、失稳等方面的分析入手，详细阐述了高速公路边坡的变形类型；本文从边坡地表变形监测、边坡深部位移监测、地下水监测等方面的分析入手，详细阐述了高速公路边坡的监测方法，本文通过分析认为应以边坡位移监测为主。在此基础上，结合所得的数据研究了各种技术方法在边坡变形监测中的应用，进而展现了实施边坡变形监测的重要意义。
最后，在现有方法的基础上对边坡变形监测新方法进行了展望。

关键词：边坡，变形监测，方法，数据，预测

ABSTRACT

With high speed development of domestic foundation construction， road traffic project obtains great achievement. However there are abundance of slope diseases，which caused a great deal of loss，we must carry out deformation monitoring to prevent those diseases．
The paper start with analysis of surface dehiscence、surface displacement 、surface subside 、surface unregular and so on. it states the kind of road monitoring . The paper start with analysis of slope surface deformation monitoring、slope deep displacement monitoring、 groundwater Monitoring and so on . it states the method of road slope monitoring detail．The author draw a conclusion that we should concenrate on slope displacement monitoring in this paper,on the basis of this conclusion，with the system of data ，author studied many kinds of methods in slope deformation monitoring，what’s more，then it shows the means of slope deformation monitoring .
In the end，author workes on the basis of methods exsited and makes an imagine about slope deformation monitoring in the future.

KEY WORDS: slope，deformation monitoring , method , analyse , data，forecast

目 录

ABSTRACT 2
1 前 言 5
1.1 本文研究背景 5
1.2 国内外监测现状 8
1.3 本文研究的意义及内容 8
1.3.1 本文的意义 8
1.3.2 本文的内容 9
1.4 边坡变形的类型 9
2 边坡监测工程的基本要求 10
2.1 目的明确、重点监测、兼顾全面 10
2.2 选择的监测技术应可靠、系统、适用、经济 10
3变形监测的内容 12
3.1 边坡变形监测 12
3.1.1 地表位移监测 12
3.1.2 边坡表面裂缝量测 12
3.1.3 边坡深部位移测量 13
3.2 边坡应力监测 13
3.2.1 边坡内部应力监测 13
3.2.2 岩石边坡地应力监测 13
3.2.3 边坡锚固应力测试 13
3.3 边坡地下水监测 14
3.3.1 地下水位监测 14
3.3.2 孔隙水压力监测 14
4边坡工程监测的技术和仪器 16
4.1 外部观测法 16
4.2 内部观测法 16
4.3 巡视观察法 17
4.4边坡监测部分仪器 18
4.4.1 多点位移计 18
4.4.2 锚索测力计 19
4.4.3 测缝计 19
4.4.4沉降仪 19
4.4.5收敛计 21
5边坡监测系统和监测方法 22
5.1 监测设计流程 22
图5－１ 22
5.2 监测方法简介 23
5.2.1 大地测量法 23
5.2.2 全球定位技术 23
5.2.3 摄影测量技术 29
5.2.4 光纤传感监测技术 30
5.2.5 基准线测量法 30
5.2.6 监测机器人技术 31
5.2.7 合成孔径雷达技术 32
5.2.8 地面三维激光扫描技术 33
6 数据处理方法 35
6.1 灰色系统理论 35
6．1．1灰色系统GM(1,1)模型 35
6．2人工神经网络 39
6．2．1人工神经网络的概念 39
6.2．2 BP网络结构及算法 40
6．2．3 BP网络的学习算法 41
6．2．4 BP模型在边坡变形中的预测 41
6.3小结 43
7 结 论 44
致 谢 45
参考文献 46

1 前 言

随着我国国民经济的发展，我国高速公路建设正进入飞速发展时期，但由于我国高速公路建设起步较晚，边坡问题的严重性已经日益显现出来。作为地球三大地质灾害（地震、洪水、崩塌滑坡泥石流）之一的边坡失稳坍塌严重威胁到国家财产和人民群众的安全。随着国家高速公路网的建设，高速公路边坡的稳定性已经越来越重要。因此对高速公路边坡特别是对破坏后果严重的重点边坡应当建立行之有效的监测系统，做好监测与设计、施工、勘察的动态互补，以监测与勘查指导设计、施工，确保公路的正常运营。
1.1 本文研究背景
边坡工程是修建于岩土体上或岩土体中的地质工程。其物质组成、结构以及它们所处的环境是如此复杂，以至于单纯靠数学、力学方法是很难以工程设计要求的精度对工程岩土体的变形破坏过程进行预测的。可行的方法是以理论分析和专家经验为基础进行初步设计，然后以监测手段逐步对其修正，以便向更合理、更真实的实际情况逼近，达到优化设计的目的。现场监测的发展是随着岩土工程失事造成的巨大损失为人们提供教训后，不断的寻求解决方法面逐步发展完善起来的。在此之前，岩土工程主要依靠结构物的可靠度设计保证其安全，但由于岩土体的复杂性和不确定性，加之岩土力学又是一门新的科学，尚属半经验半理论的性质，这就使岩土工程具有很大的风险性。20世纪50年代以来，工程界逐步认识到，岩土工程事故大多是由于基础失稳引起的，对基础进行现场监测，及时得到基础信息并采取相应的防范补救措施，可以预报、预防事故的发生，减少或防止财产损失和人员伤亡的现场监测方法逐渐得到重视。20世纪70年代以来，对现场监测项目的确定，监测仪器的选择、布置，监测仪器的埋设技术，以及观测方法和观测资料的整理分析等方面的研究工作大大加强。进入20世纪90年代，现场监测的硬件和软件迅速发展，范围不断扩大，监测自动化系统，数据处理系统，资料分析系统，安全预报系统不断完善，工程设计采用新的可靠度设计理论方法以来，现场监测作为必要手段，已成为提供设计依据，优化设计和可靠度评价不可缺少的一部分。
我国从20世纪80年代开始，结合一些大型工程项目对工程中存在的问题进行研究，提出了一些考虑地质条件，岩体性质，监测空间和时间连续性要求监测布置原则和方法，促进了监测设计和监测方法的发展。在充分研究了监测仪器的使用效果和经验，仪器的种类和技术性能，质量评定标准的基础上，确认了一批供现场监测选用的仪器。同时对这些仪器的技术指标、适用条件、稳定性等也有了评定标准．对现场监测仪器安装埋设与观测的标准化、程序化和质量控制措施也在逐步的形成和完善之中。由于道路工程发生破坏时产生的灾害性后果和社会影响相对于水电站、矿山、桥梁、隧道等其它工程低，且在发生破坏后可以采取一定程度的补救措施，从而客观上降低了人们对道路工程危险性的重视程度，影响到现场监测在道路工程中的应用。现场监测工作首先是由于安全监测的需要，在一些大型的矿山和水电工程中得到应用，如湖北大冶矿露天采场边坡作过多点位移计、测斜仪、锚杆应力计等监测，四川二滩电站库滑坡作了变形网、钻孔测斜仪、渗压计、平洞位移、应力等监测，湖北三峡工程茅坪溪防护工程泄水洞的进口高边坡作了钻孔测斜仪、多点位移计、测缝计和锚杆应力计等监测，这些工程中现场监测的成功应用和监测取得的成果为现场监测在其它工程中的应用起到了良好的示范推动作用。随后在一些可靠度要求高的工程中，逐渐开展了现场监测的应用，如：基坑开挖、地下工程的建设等。现场监测在道路工程中的应用开始于上世纪末，在桥梁、隧道、高边坡等易发生安全事故的部位开展了一些现场监测工作，如对桥梁、隧道及边坡进行变形监测以预防其发生失稳破坏。其中出现了许多较新的现场监测方法，在变形监测中控制网的重要性不言而喻，如控制点发生变化则无法保证监测结果的正确性，有文献针对这一情况提出一种在作业条件困难的情况下以相对固定点为已知点，用后方交会的方法建立一个近似于施工坐标系的独立坐标系统作为变形监测的参考网，为变形区域较大的地区现场监测工作的开展提供了借鉴。
由于起步较晚，加之道路工程自身的复杂性使得现有的现场监测方法仍有许多不足之处。表现为缺少经验，面对现有的众多的监测方法和监测仪器，无法针对被监测对象的具体特点，充分考虑各种有效的监测方案和监测仪器的性能特点，选择最有效的监测方案和监测仪器，使得在面对具体工程和结构时监测结果的代表性低，同时无法确保监测结果在时间上和空间上的连续性要求，影响现场监测在道路工程中的应用与发展。现阶段，随着我国国民经济快速发展对道路工程的要求不断提高，使现场监测在道路工程中得到应用与发展。同时也对道路工程的现场监测提出了新的要求，这种要求有几个方面：一是对道路工程安全性的要求，随着新建道路等级的提高和对旧有道路的改建，道路沿线的桥梁、隧道、高边坡、高填方等工程也不断增加，为确保这些工程施工及运行中的安全，现场监测被广泛采用。二是对道路工程实用性的要求，它要求针对道路工程中的如路基沉降、路面开裂等问题开展科学研究，提出解决办法。三是一些新的施工工艺、方法如加筋土挡墙、锚杆、锚索等的应用，也迫切需要通过科学研究提供理论依据和支持。要开展这些科研工作，需要应用现场监测方法，取得工程的实际数据，这也从一个方面推动了现场监测在道路工程中的应用。四是道路工程的维护保养是在大规模道路工程建设后的一个重要的工作内容，借助现场监测方法，可以对道路的运行状态进行科学的评价，为道路工程的维护保养提供依据，是道路工程现场监测的一个发展方向。上世纪九十年代以来，在许多大型工程的设计、施工中大量运用现场监测方法，基本实现了现场监测的自动化、标准化，出现了监测自动化系统、数据处理分析系统、安全预报系统和一批新的具有优良性能的现场监测仪器。高速公路工程现场监测将在吸收新成果的同时，总结、发展和完善适合于自身特点的现场监测方法，推动高速公路工程的发展。
1.2 国内外监测现状
现在边坡监测最简易的最常见的观测法，即在关键裂缝处通过做标记、树标杆等方法来量取裂缝长度、宽度、深度的变化以及延伸方向。大地测量法是一种常见的观测方法，这种方法的发展主要是依靠高精度的光学及光电仪器的发展而不断完善的。
进入20世纪90年代，现场监测的硬件和软件迅速发展，范围不断扩大，监测自动化系统，数据处理系统，资料分析系统，安全预报系统不断完善，加之工程设计采用新的设计理论和方法，利用全球定位系统（GPS）的方法、遥控和合成孔径雷达法以及地面摄影测量法也迅速应用到边坡监测中来。伴随着电子技术及计算机技术的发展，声发射方法，时域反射法，光时域反射法等也正被应用于边坡监测之中。采用各种传感器进行裂缝、位移、高差、应力、应变测量，如测缝计、伸缩仪、液体静力水准仪和温度、应力、应变仪等，也是重要的手段和补充。
同时，由于网络的快速发展，边坡的现代监测方法正向着远程网络监控方向发展。
1.3 本文研究的意义及内容
1.3.1 本文的意义
随着我国国民经济的不断发展，高速公路建设已经开始进入飞速发展时期，边坡稳定问题是在高速公路建设中最常见的工程问题之一。而且，随着工程规模的加大加深及场地不断扩大，经常需在复杂地质环境条件下开挖边坡。而且边坡工程的稳定状态，事关工程建设的成败与安全，会对整个高速公路工程的可行性、安全性及经济性等起着重要的制约作用，并在很大程度上影响着高速公路工程建设的投资及效益。边坡失稳产生的滑坡现象已变成与地震和火山相并列的全球性三大地质灾害之一。
从1998年至2000年，公路建设投资由1800亿元发展为2400亿元，居于全国各行业之首。据交通部规划，到2010年，我国公路总里程已达250万公里，其中高速公路总里程达5万公里。公路建设对国民经济增长起到了巨大的推动作用，但同时对生态环境也造成了一些负面的影响。高速公路每年产生数千至上万的边坡，这些边坡的质量成为影响高速公路营运的主要因素。
高速公路边坡监测的目的是提供监测资料并以此为依据进一步反映边坡安全状态，及时修改和调整边坡岩土体物理力学参数和岩土介质物理力学模型，使之更加符合岩土工程实际，最后对监测结果进行分析，通过综合理论方法对高速公路边坡的安全与稳定状态提出预警信息，并将该预警信息及时反馈，以便设计单位及管理单位及时进行设计与施工的变更优化，确保边坡的长期稳定。
因此，高速公路边坡稳定性的检测，被认为是维持高速公路正常运行的重要方法。
1.3.2 本文的内容
本文主要介绍边坡监测工程从设计到施工的全部流程，为监测设计及实施提供一定参考。其他主要内容包括：本文研究背景、边坡监测工程的基本要求以及边坡监测的内容、技术、仪器，同时对各种常见的监测方法进行了介绍、对比，结合数据管理系统，对边坡的变形治理与预防具有指导意义。
1.4 边坡变形的类型
边坡在坡体自重、震动或地震等外荷载作用下，常会产生边坡表面开裂、沉降、位移甚至失稳破坏，因此有必要对边坡的变形情况进行监测。

2 边坡监测工程的基本要求
2.1 目的明确、重点监测、兼顾全面
监测的布置应当以安全监测为主，兼顾设计、施工和科研的需求。对监测内容应当明确，以监测内容为基础选择仪器及布设仪器。监测设计不可能面面俱到，在监测过程中，不能对边坡变形做到完全的全面控制，而应该对重点地段、重点区域进行重点监测，同时兼顾全局。
在进行监测设计前，应首先分析各边坡的工程地质条件，确定其主要的变形和破坏模式以及需控制的关键部位，还应分析坡体的变形影响深度，估计其正常或异常状态下的变形量并预测其运行状况。监测设计应建立在边坡稳定性分析研究的基础上，尽能做到有的放矢。
2.2 选择的监测技术应可靠、系统、适用、经济
无论采用哪种监测手段，监测系统的可靠性是第一位的。同时对整体稳定性的监测，应当考虑多种方法相结合，以便相互印证形成一个系统。监测系统应当具有很强的可操作性。
在确定了监测的重点和关键部位及主要的监测物理量后，应选择技术先进、系统可靠、方便适用、经济合理的观测手段和方法。对涉及整体稳定性的边坡监测，应考虑多种方法的结合，以便相互印证。对浅表部开挖边坡，估计初期阶段应力重分布引起的变形一般不会太大（如30mm以下），在I级监测阶段，从技术的先进性和方法的适应性看，应以内部观测为主。
无论采用哪一种观测手段，系统的可靠与技术的先进是第一位的。系统的可靠首先应表现在仪器设备的可靠，而不能以仪器价格来支配仪器选定，因为不可靠的监测数据会造成对边坡稳定性的错误判断。在仪器选型时应了解所选仪器在已有工程的应用情况，选择历史较长、能保证仪器工作性能的制造厂家，仪器应有足够的准确性和长期的稳定性。仪器应适应施工现场较恶劣的环境，应操作方便、维护简单、经久耐用。仪器的量程根据分析及预测选取，同时应考虑仪器的分辨率、精度等是否满足要求。一个好的监测系统应能监控边坡稳定性变化的全过程，能实现监测信息的及时反馈，这就要求监测系统在数据采集、传输、处理、分析、管理等方面皆有较高的自动化程度。
监铡设计应考虑的另一个问题是实施的可能性和施工、安装、观测的方便，避免或减少对土建工程施工的干扰，如在可能情况下将仪器布置在各级马道上，便于钻孔、仪器安装与维护维修。有时方法可能看似先进，但实施的难度或对主体工程的影响大，实施的可能性就很小。有些方法看似简单，但非常直观和可靠的，也是应在工程中采用的，如裂缝的简易观测等。

3变形监测的内容
边坡的破坏，一般不是突然发生的，破坏前总是有相当长时间的变形发展期。通过对边坡的变形量测，不但可以预测预报边坡的失稳滑动，同时运用变形的动态变化规律检验边坡治理设计的正确性。边坡变形监测包括大地变形监测、地表裂缝位错位移监测、地面倾斜监测、裂缝多点位移监测、边坡深部位移监测等项目内容。对于实际工程应根据边坡具体情况设计位移监测项目和测点。
3.1 边坡变形监测
边坡变形监测包括地表大地变形监测、地表裂缝位错位移监测、地面倾斜监测、裂缝多点位移监测、边坡深部位移监测等项目内容。对于具体工程应根据边坡具体情况设计位移监测项目和测点。
3.1.1 地表位移监测
地表位移监测通常应用的仪器有：一是大地测量（精度高的）仪器，如红外仪、经纬仪、水准仪、全站仪、GPS等。二是专门用于边坡变形监测的仪器，如裂缝计、钢尺和标桩、地表位移伸长计和全自动无线边坡监测系统等。测量内容包括边坡水平位移、垂直位移、以及变化速率。边坡地表变形观测通常采用的网型：十字交叉网型、放射状网法、任意观测网法。
3.1.2 边坡表面裂缝量测
边坡表面的裂缝变化往往是边坡岩土体失稳的前兆，因此对于出现的裂缝应当重点监测。地表裂缝位监测可采用仲缩仪、位错计、千分卡直接测量，也可在裂缝两侧设桩、设固定标尺或在建筑物裂缝两侧贴片等方法。测量内容包括裂缝的拉开速度以及两端的扩展情况。对裂缝两侧的边坡观测桩的位移资料的整理可以较明显的显示边坡稳定性。
3.1.3 边坡深部位移测量
边坡深部位移监测是监测边坡整体变形的一种重要方法。地表位移测量具有范围大、精度高的特点。边坡表面裂缝量测具有较强的直观性和实用性。但他们都无法观测边坡的内部岩体的变化。边坡深部位移测量主要采用的仪器有：钻孔引伸仪和钻孔倾斜仪两大类。
3.2 边坡应力监测
边坡应力监测包括边坡内部应力监测、岩石边坡地应力监测、锚杆（索）预应力监测。
3.2.1 边坡内部应力监测
边坡内部应力监测主要用到的仪器为压力盒。通过压力盒量测滑带承重阻滑受力和支护结构受力来了解边坡传递给支档工程的压力以及支护结构的可靠性。
3.2.2 岩石边坡地应力监测
边坡地应力监测主要针对大型岩石边坡工程，其是为了了解边坡地应力或在施工过程中地应力变化而进行的一项重要监测工作。地应力监测包括绝对应力监测和地应力变化监测。绝对应力测量在边坡开挖前和边坡开挖中期以及边坡开挖完成后各进行一次，以了解三个不同阶段的地应力场情况，采用的方法一般是深孔应力解除法。地应力变化监测即在开挖前，利用原地质勘探平洞埋设应力监测仪器，以了解整个开挖过程中地应力变化的全过程。
目前应力变化监测传感器主要有Yoke应力计、国产电容式应力计、磁压式应力计等。
3.2.3 边坡锚固应力测试
在边坡应力监测中除了边坡内部应力、结构应力监测外、对于边坡锚固应力监测也是一项重要的监测内容。边坡锚杆锚索拉力的变化是边坡载荷变化的直接反映。
锚杆轴力量测：锚杆轴力量测的目的在于了解锚杆实际工作状态，结合位移量测，修正锚杆的设计参数。锚杆轴力量测主要使用的是量测锚杆。量测锚杆的杆体是用中空的钢材制成，其材质同锚杆一样。量测锚杆主要有机械式和电阻应变片式两类。
锚索预应力损失的量测：对预应力锚索应力监测，其目的是为了分析锚索的受力状态、锚固效果及预应力损失情况，因预应力的变化将受到边坡的变形和内在载荷的变化的影响，通过监控锚固体系的预应力变化可以了解被加固边坡的变化与稳定状况。通常一个边坡工程长期监测的锚索数，不少于总数的5%。监测设备一般采用圆环形测力计（液压式或钢弦式）或电阻应变式压力传感器。
3.3 边坡地下水监测
地下水是边坡失稳的主要诱发因素之一，对边坡工程而言，地下水动态监测也是一项重要的监测内容，特别是对地下水丰富的边坡，应特别引起重视。地下水动态监测以了解地下水位为主，根据工程要求，可进行地下水孔隙水压力、扬压力、动水压力、地下水水质监测等。
3.3.1 地下水位监测
我国早期用于地下水位监测的定型产品是红旗自计水位仪，它是浮标式机械仪表，因多种原因现已很少使用。近十几年来国内不少单位研制过压力传感式水位仪，均因各自的不足或缺陷而不能在地下水监测方面得到广泛应用。目前在地下水监测工作中，几乎都是用简易水位计或万用表进行人工观测。
我国在20年代90年代初成功研制了WLT－1020地下水动态监测仪，后又经过两次改进，现在性能已经完善。
3.3.2 孔隙水压力监测
在边坡工程中的孔隙水压力是评价和预测边坡稳定性得一个重要因素，因此需要在现场埋设仪器进行观测。目前监测孔隙水压力主要采用孔隙水压力仪，根据测试原理可分为四类：1.液压式孔隙水压力仪2.电气式孔隙水压力仪3.气压式孔隙水压力仪4.钢弦式孔隙水压力仪。
孔隙水压力观测点的布置视边坡工程具体情况而定。一般原则是将多个仪器分别埋于不同观测点的不同深处，形成一个观测剖面以观测孔隙水压力的空间分布。

4边坡工程监测的技术和仪器
边坡动态监测技术，大体上可分为三大类：
4.1 外部观测法
包括精密大地测量技术、GPS测量技术、近景摄影测量和INSAR干涉雷达测量等，上述方法都以坡体表面位移（包括水平位移测量和垂直位移测量）为观测对象，其中精密大地测量技术最为成熟、精度最高，是目前广泛应用的最有效外观方法；GPS测量技术出于观测精度不断提离，已经开始进入实用阶段，有较乐观的发展前景；而近景摄影测量与INSAR于涉雷达测量主要出于精度较低，对变形较大的边坡可以作为探索性研究手段，离工程实用还有一定差距。外观法（通常指大地测量方法）测点布置相对容易，可控较大区域并确定边坡地表的变形范围，能观测到坡体的绝对位移值，故在边坡监测中应用最为广泛。
但外观法只能观测地表点的位移情况，对坡体内部变形发展情况却无法确定，不利于研究坡体的变形特征和为工程提供足够的设计依据。外观的监测精度相对（内观）较低，适应于监测坡体的大位移滑动，对于小变形其观测精度不理想。外观方法在观测时要求人员较多，野外作业及资料整理时间相对较长，不利于监测信息的及时反馈；外观工作的设备投入和观测费用明显高于内观；受通视条件和气象条件影响较大，与内观法比较误差相对较大，连续观测能力较差，难以实现自动化观测等。
4.2 内部观测法
将仪器埋入坡体内部，监测坡体在工程实施过程中的各种物理量的变化的方法。
内观法仍以最直观的物理量——坡体变形作为主要的观测对象，常用的仪器有：多点位移计、倾斜仪、测缝计、沉降仪、收敛计等，其最大的优点在于可了解坡体内部的变形分布，确定坡体的变形深度及加固处理的深度。另外，仪器的观铡精度较高（可达0.01～0.1mm），可更早的探测到坡体变形的异常现象，同时观测资料的规律性较好，可较好地对坡体的变形发展趋势作出预测预报。内观法可对影响坡体变形的相关因子和环境因素进行观测，如水位、渗压、应力变化、降雨、地温、地声、振动等，便于分析坡体变形的原因。内观法还可观测支护结构的受力状态（如采钢筋计、锚索测力计、应变计、压力计等），与变形观测成果进行综合分析，了解支护体工作状态：并评价支护的有效性等。由于传感器技术和自动化技术的发展，埋入式仪器大都可以实现集中遥测或自动化观测，观测周期短且可连续进行连续观测。由于上述优点，内观法逐渐成为工程边坡监测的主要方法，但内观法的施工难度和技术要求较高，且测量的变形时相对于基准点的变形，仪器以及电缆的保护工作量较大、损坏后更换困难等。
4.3 巡视观察法
定期安排地质人员沿一定线路对边坡及可能影响的范围内进行巡视观察，观测坡面、地表附近建筑物、构筑物是否有裂缝、是否产生地面鼓胀、局部崩塌，仔细寻找发现其变形迹象及地面裂缝的发展变化，同时对地下水的溢出情况及其它异常情况进行观测并现场填写观测记录，对地表裂缝等进行编录并注记于地形图上，分析变形的原因，努力捕捉边坡失稳的前兆，必要时对重要的建筑物、构筑物裂缝、地裂缝，跨缝布设简易测缝计进行观测，并从地质出发对坡体稳定性做出宏观分析判断。裂缝、地下水调查及简易观测是巡视法的主要内容，简易观测方法包括：骑缝式简易观测桩、黏贴式玻璃条、水泥砂浆皮带、红油漆标记等，使用的工具和材料包括罗盘、地质锤、钢卷尺、水泥钉、塞尺、照相机、望远镜、红油漆等，巡视法有直观、可靠、方便的优点，可从宏观上发现坡体的稳定性异常信息，对更全面掌握坡体的变形特征有很大帮助。但地质巡视只能观测坡体明显的异常现象，如较大的裂缝等，不可能观测到微小的坡体变形。从监测的角度出发，巡视只能作为补充而不能起主导作用。
各类观测方法各有其适用范围及优缺点。外部观测法特别适用于变形较大的地方，且能控制较大的工程范围，作为发生异常事件后的一种有效控制手段，可在坡体临滑前进行观测并给出滑坡程度。内部观测法可观测到非常微小的坡体变形，及时发现坡体的稳定性异常现象，可掌握坡体的内部的变形特征，确定滑动面的位置、滑动方向，可进行连续的观测控制其变化发展过程，非常有利于分析坡体的变形破坏机理和有针对性的开展支护处理设计，这是外观方法不可能达到的。巡视观测法可控制较大的范围，结合地质宏观判断也可对坡体的稳定性做出定型结论，无论采用内观法或外观法，巡视法观测法都是坡体稳定性监测的必要补充，有时也是非常有效和直观的。
4.4边坡监测部分仪器
监测仪器的选择原则是，在满足数据采集精度需求的前提下，以最经济的方案为目标加以选择。从监测仪器型号或量程上讲，仪器量程过大则精度降低，过小又可能无法满足监测需求。因此，监测仪器的选型，需根据边坡防护工程设计参数加以确定。
4.4.1 多点位移计
用于观测边坡内部各测点沿钻孔轴线方向的位移，提供边坡表面和内部的位移分布，了解边坡在边坡开挖时的变形的大小及变化发展过程，经过连续的长期监测了解边坡的稳定性动态，评价边坡在施工期及运行期的稳定性。位移计不是由单个元件组成的，而是由几个部分组成的位移测量系统。
（1）锚固部分：锚头用于与边坡岩体锚固在一起以保证同步位移。在同一钻孔内可安装多个锚头，采用灌浆锚头，钻孔在仪器安装后用灌浆回填。
（2）位移传递部分：用测杆与锚头连接，将位移传递到孔口，此部分包括测杆和保护管。可采用连续的玻纤杆（直径为1／4"）作为测杆，同时用1／2"。直径的聚乙烯管作为保护管。
（3）位移计测头组件：测头组件位于孔口，用于安装位移传感器并引出电缆，在测头组杆内安装一只热敏电阻温度计，测头组件应与孔壁牢固地结合成一体。
（4）位移传感器：位移传感器位于测头组件内并与测秆连接，用于将锚头的位移转换成频率信号输出。
将最深点锚头打入基础部分，认为最深点锚头为不动点，并将各测点传感器与表筒连接，然后将表筒与坡体用砂浆连接在一起。当坡体变形时，表筒位置随坡体变化，而钢弦传感嚣也的长度发生变化，钢弦的振动频率随之变化，将传感器钢弦频率的电信号用读数仪读取数并按照率定资料转化成实际变形，即是边坡表面测点的变形。其他测点的变形是相对于表面测点的相对变形，与表面测点的变形进行换算，即可得到各测点与最深点（不动点）的相对位移。
4.4.2 锚索测力计
当采用锚索支护时应选择部分锚索，安装锚索测力计观测锚索载荷。荷载的变化可间接反映坡体的稳定性状态，也可评价支护效果等。在锚索测力计内有4个钢弦式传感器，当锚索张拉时，锚垫板受到锚索荷载并传递给锚索测力计的铜圈，铜圈产生变形并使内部的传感器中的钢弦长度发生变化，钢弦振动频率发生变化，测读4个钢弦振动频率的电信号变化取平均值，并按率定资料转换为载荷即为锚索载荷。
4.4.3 测缝计
适用于长期理设在水工建筑物或其它混凝土建筑物内或表面，测量结构物为伸缩缝或周边缝的开台度（变形），并可同步测量埋设点的温度，具有很高的精度和灵敏度、卓越的防水性能、耐腐蚀性和长期稳定性。加装配套附件可组成基岩变位计、表面裂缝计、多点变位计等测量变形的仪器。
4.4.4沉降仪
沉降仪能够较为精确的测量出路基的沉降变形特点，主要用于土方回填、挡土墙、路基，堤坝等结构变形的测量。
我国的沉降仪主要有：
（1）剖面沉降仪：剖面沉降仪又可俗称为水平钻孔测斜仪，测斜仪是一种测定钻孔倾角和方位角的仪器，它的主要原理是利用水平面与垂直面之间的夹角来计算距离，将这种方法应用于垂直面从而可以测量路基等的沉降量。该仪器主要用于边坡、地基、公路等施工环境测试剖面沉降量。该仪器操作简单，特别是采用的传感器抗振动性能强，因此是目前剖面沉降较理想的仪器。
（2）磁环沉降仪：它包括磁铁、磁场强度测试探头、盛放磁流变液的器皿以及支架，磁铁及盛放磁流变液的器皿安装在支架上，磁场强度测试探头安装在磁铁上。它是利用磁流变液磁导率随磁流变液固含量变化而变化的原理制作而成的测试设备。
（3）压力沉降仪：它一般主要原理是：将压力传感器布置在沉降范围以外的地方，分别在沉降区内外埋设两个储液罐，分别将它们的液压调制相同，当沉降区的储液罐相对于沉降区以为的基准罐发生沉降时，将引起该罐内液面的上升或下降。传感器与储液罐之间的高差通过传感器而被监测到，从而计算出沉降量。
（4）电测杆式沉降仪：它的结构主要包括：在外壳内安装的位移传感器，该外壳呈管状，其壳壁上对称设置着两条纵向滑槽，外壳套装在挡土滑套内，挡土滑套的长度大于纵向滑槽的长度，挡土滑套上对称设置着两个通孔，挡土滑套外套装着环状连动盘。外壳的顶部设置着一个堵头，堵头下方的一侧外壳壁上设置着传感器电缆出孔，传感器的顶端与堵头固接在一起，其底端铰接着一根能在所说的纵向滑槽内上、下移动的水平杆，水平杆的两端从挡土滑套上的两个通孔中穿出并分别固接在环状连动盘的盘面上。
国外新出现的沉降仪：传感器式沉降仪。比如日本株式会社兴和正道系统科技有限公司生产的分层沉降计，它主要使用磁致式直线型位移传感器可进行高精度的监测。
4.4.5收敛计
收敛计是专门用来测定隧道巷道硐室及其他工程围岩壁面上任意两点间的距离变化(即收敛值)的量测仪器。通过对收敛值分析、计算，达到研究工程围岩及支护的变形发展规律，探索支护效果、评定工程稳定状态的目的。
收敛计可分为卷尺式伸长计、铟钢丝收敛计和套管式收敛计3种。铟钢丝收敛计的主要特点是采用了铟钢丝作为粗测元件，还采用灵活转动的万向接头，具有较高的量测重复性、精度和温度稳定性。其缺点是铟钢丝的基距受限制，在多断面多地点量测时使用很不方便。目前应用最多的是卷尺式伸长计，其主要优点是采用钢尺作为粗测元件，使用方便，量测精度较高，安装简易。

5边坡监测系统和监测方法
5.1 监测设计流程
高速公路边坡稳定性监测方案流程图5－1
现场工程地质调研
工程地质勘资料分析察
选择边坡地表变形监测线和监测点
选择边坡深部变形监测线和监测点
选择边坡地下水监测线和监测点
边坡地表变形监测系统建立
边坡深部变形监测系统建立
边坡地下水动态监测系统建立
监测、试验资料分析
工程应用与反馈设计边坡变形破坏预测预报
预测预报模型建立

图5－１

5.2 监测方法简介
5.2.1 大地测量法
随着科学技术的进步和对变形监测的要求不断提高，变形监测技术也在不断地发展。在20世纪80年代以前，变形监测主要是采用常规大地测量和某些特殊测量技术。常规大地测量方法是变形监测的传统方法，它主要包括三角测量、水准测量、交会测量等方法，采用经纬仪、水准仪、测距仪、全站仪等常规测量仪器测定点的变形值，同时它也是目前变形监测的主要手段。特殊测量手段包括应变测量、准直测量和倾斜测量，它具有测量过程简单、可监测变形体内部的变形、容易实现自动化监测等优点，但通常只能提供局部的和相对的变形信息。
优点是：能够提供变形体整体的变形状态，监测面积大，可以有效地监测、确定变形体的变形范围和绝对位移量。测量通过组成网的形式可以进行测量结果的校核和精度评定。适用于不同的监测精度要求、不同形式的变形体和不同的外界条件。
缺点是：外业工作量大，布点受地形条件影响，不易实现自动化监测。在大多数国家中，传统的常规大地测量方法仍然是人类进行工程建筑物变形监测的主要手段。而且在一些有关的技术领域内，其他技术（如现代空间定位技术）尚无法替代传统的常规大地测量方法。例如在工程建筑物的沉降方面，精密水准测量目前仍然是精度最高、成果最可靠且简便易行的方法。所以传统的测量方法，在国民经济建设中仍有巨大的作用。
5.2.2 全球定位技术
全球定位系统GPS的应用是测量技术的一项革命性变革。在变形监测方面，与传统方法相比较，GPS技术不仅具有精度高、速度快、操作简便等优点，而且利用GPS和计算机技术、数据通信技术及数据处理与分析技术进行集成，可实现从数据采集、传输、管理到变形分析及预报的自动化，达到远程在线实时监控的目的。
优点主要有：①测站间无需通视；②可同时提供监测点的三维位移信息；③全天候监测；④监测精度高；⑤操作简便易于实现监测自动化；⑥GPS大地高可用于垂直位移监测。
GPS技术用于变形监测存在如下不足之处：①GPS接收机在高山峡谷、地下、建筑物密集地区和密林深处，由于卫星信号被遮挡及多路径效应的影响．其监测精度和可靠性不高导致无法进行监测；②GPS用于动态变形监测时，由于GPS动态测量的精度只能达到厘米级。对微变形量，GPS测量误差成为强噪声，从受强噪声干扰的序列观测数据中提取微弱的变形信息，是GPS动态监测应解决的一个关键技术问题；③GPS与一般全站仪、测斜仪等监测设备相比，设备成本较高，一般要3台以上GPS接收机；④GPS误差源多，与传统大地测量手段相比,GPS定位结果和观测值之间的函数关系复杂，误差源多，数据处理过程中任一环节处理不好都将影响最终的监测精度。
近些年来随着GPS卫星定位技术的发展和精度的提高，使GPS技术在变形监测方面得到了广泛的应用。特别是在板块运动、地表沉降，大坝自动化监测、陆海垂直运动监测、滑坡监测等方面，获得了令人满意的结果和精度，为管理和决策提供了重要的依据。随着技术的进步，GPS技术在变形监测方面将有更长远的发展。
GPS技术应用于变形监测的发展趋势，可概括为以下几个方面。①建立GPS变形监控在线实时分析系统。对于大坝、桥梁、高层建筑物，滑坡和地区性地壳变形监测，研究建设技术先进而又实用的GPS变形监控在线实时分析系统是一个重要的发展趋势。由于建立连