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(jì)社會的發(fā)展和西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)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(jī)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(cái)產(chǎn)和人民生命安全，并嚴(yán)重影響了工程建設(shè)進(jìn)度，為此，對開挖邊坡進(jìn)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(zhǔn)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(shí)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(jìn)行評價(jià)。

1.6 通過對邊坡工程工后監(jiān)測資料的匯總評價(jià)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，指導(dǎo)以后邊坡加固工程的設(shè)計(jì)、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(jì)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(jì)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(jì)輸出為零。當(dāng)加速度計(jì)敏感軸與水平面存在一傾角時，加速度計(jì)輸出一個電壓信號。

式中：k0為加速度計(jì)的偏值

k1為加速度計(jì)電壓標(biāo)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(jì)偏值的影響，觀測中采用逐點(diǎn)固定間距雙向測量互補(bǔ)法提高測量精度，在一次測讀后，將測頭水平調(diào)轉(zhuǎn)180°，進(jìn)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(diǎn)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(zhǔn)，求得第二次及以后各次測量的差值與初始基準(zhǔn)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(jìn)行長期監(jiān)測，設(shè)備性能穩(wěn)定，適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)，通常工作溫度為-10°～50°，耐水壓力可達(dá)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(shí)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(jì)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(shí)際和邊坡（滑坡）的性質(zhì)準(zhǔn)確的評價(jià)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?。词莿蛩龠€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(bào)。根據(jù)長期的邊坡監(jiān)測經(jīng)驗(yàn)，監(jiān)測預(yù)警預(yù)報(bào)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(jìn)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(shí)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(jìn)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(shí)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(biāo)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(fèi)站滑坡區(qū)域?qū)儆诘椭猩降孛?，山坡平緩，地表剝蝕趨于減弱，但附近出露灰?guī)r及灰?guī)r地層溶蝕作用強(qiáng)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(xì)分析蠕動狀態(tài)，必要時需對曲線進(jìn)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(biāo)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(fèi)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(biāo)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(shí)施坡面防護(hù)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(biāo)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(diǎn)在回彈應(yīng)力的作用下向臨空面緩慢擴(kuò)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(hù)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(jìn)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(hù)加固和整治工程效果評價(jià)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(bào)。

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(zhǔn)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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