宣劍裕，戴曉棟，韋　征，王甘林

（1.浙江省交通運輸廳工程質(zhì)量監(jiān)督局，浙江 杭州 310009；2.蘇交科集團股份有限公司，江蘇 南京 211112；3.江蘇省地下空間探測技術(shù)工程實驗室，江蘇 南京 211112）

基于感知環(huán)境巖土高邊坡動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)研究

宣劍裕1，戴曉棟1，韋征1，王甘林2,3

（1.浙江省交通運輸廳工程質(zhì)量監(jiān)督局，浙江 杭州 310009；2.蘇交科集團股份有限公司，江蘇 南京 211112；3.江蘇省地下空間探測技術(shù)工程實驗室，江蘇 南京 211112）

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，提出高邊坡監(jiān)測預警系統(tǒng)總體架構(gòu)。以浙江地區(qū)公路邊坡為例，提出動態(tài)監(jiān)測方案，并在監(jiān)測成果分析的基礎(chǔ)上，研究預測預警技術(shù)中最為關(guān)鍵的預測模型、預警指標和預警方法，可為類似工程的設(shè)計與施工提供借鑒。

邊坡變形；動態(tài)監(jiān)測；物聯(lián)網(wǎng)；預警分級；預警判據(jù)

1　概述

浙江省山地眾多，在高速公路的建設(shè)過程中形成大量的高邊坡，邊坡失穩(wěn)時有發(fā)生［1-2］。因而，高邊坡全過程施工質(zhì)量控制就應(yīng)當加強高邊坡施工實時評價，從而能夠隨時發(fā)現(xiàn)高邊坡施工過程中的薄弱環(huán)節(jié)，找出潛在的質(zhì)量安全隱患薄弱點。而動態(tài)監(jiān)測是十分必要的手段，通過監(jiān)測可以提供坡體變化的數(shù)值，是評價邊坡與滑坡穩(wěn)定性及趨勢預報的重要依據(jù)［3］。

目前，浙江高邊坡施工動態(tài)監(jiān)測整體技術(shù)與監(jiān)控方式尤其是在對邊坡位移的監(jiān)控上，尚存在以下不足：

（1）無法實現(xiàn)監(jiān)測斷面的實時監(jiān)測，不能及時反映施工過程中邊坡巖體的異常變化；

（2）因量測誤差與量測管理不完善造成的監(jiān)控數(shù)據(jù)不可靠；

（3）針對高邊坡施工實時監(jiān)控評價的研究較零散，未形成能夠推廣應(yīng)用的方法體系。

基于感知環(huán)境巖土理論，本文開發(fā)出高邊坡施工動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，并提出基于邊坡變形階段識別的綜合預警方法，從定性判斷到定量分析，從宏觀把握到微觀監(jiān)控，提高了預警準確性，可為其他類似工程提供借鑒。

2　基于感知環(huán)境巖土的邊坡監(jiān)測系統(tǒng)

2.1總體設(shè)計

監(jiān)測系統(tǒng)針對施工邊坡的特點，確定了“經(jīng)濟合理、方便高效、無線傳輸、無人值守、實時評價、自動預警”的監(jiān)測方針，以邊坡變形和降雨量作為主要的監(jiān)測變量，基于GPRS網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)高邊坡穩(wěn)定性遠程實時監(jiān)測［4-5］。

動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖1所示。

圖1　監(jiān)測系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.2功能設(shè)計

根據(jù)需求分析，可以把監(jiān)測系統(tǒng)劃分為三大功能模塊：數(shù)據(jù)采集模塊、監(jiān)控預警分析模塊以及災(zāi)害評價發(fā)布模塊，在每個模塊下還劃分了子模塊，其功能組成如圖2所示。

圖2　系統(tǒng)功能組成

2.3系統(tǒng)軟件

本文開發(fā)的系統(tǒng)是根據(jù)浙江高速公路施工邊坡特點而設(shè)計的網(wǎng)頁版軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)動態(tài)管理與智能分析等功能。

登陸系統(tǒng)后，首先進行測點布置；進入現(xiàn)場監(jiān)控界面后，添加設(shè)置傳感器，并依次編號；進入預測分析界面后，顯示為從項目監(jiān)測啟動到現(xiàn)在的時間曲線圖，查看歷史數(shù)據(jù)，分析現(xiàn)場在一段時間內(nèi)的變化情況。

3　工程應(yīng)用實例

3.1工程概況

依托工程邊坡位于龍浦高速公路龍泉市內(nèi)。邊坡為典型的殘積土路塹邊坡，邊坡高度在35 m左右，地質(zhì)環(huán)境相對較差。上覆殘積層及強風化層的厚度約為15 m，節(jié)理發(fā)育，巖體呈碎塊狀，穩(wěn)定性差，下伏中風化砂巖，發(fā)育有擠壓破碎帶，破碎帶呈壓扭性，節(jié)理較發(fā)育。前期調(diào)研表明，依托工程區(qū)域氣候環(huán)境多變，降雨集中，降雨強度大，周邊滑坡災(zāi)害頻發(fā)。

3.2測點布置

圖3　測點布置剖面圖

圖4　測點現(xiàn)場布置圖

3.3數(shù)據(jù)采集

所有監(jiān)測項目均自動采集，采集數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)直接上傳至系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，通過系統(tǒng)客戶端可實時調(diào)取查閱與分析。

4　邊坡綜合預警方法

4.1預警等級

邊坡預警等級可根據(jù)邊坡變形階段的不同劃分為三級、二級和一級，分別對應(yīng)邊坡變形的等速變形階段、加速變形階段、臨滑階段［6］，如圖5所示。

圖5　邊坡變形典型特征曲線

4.2預警判據(jù)

根據(jù)依托工程實際情況，本文提出基于安全系數(shù)、宏觀信息、降雨信息和位移變形等的施工邊坡綜合預警方法［7-8］。

邊坡失穩(wěn)預警方法按表1的有關(guān)內(nèi)容進行。實際預警過程中按照預警級別最高選取原則發(fā)布預警。

新媒體時代，區(qū)縣級電視臺專題節(jié)目所出現(xiàn)的策劃與制作問題，首先是因為對專題節(jié)目的定位不清，在設(shè)計的界限上存在一定相對模糊的狀況。在競爭激烈的互聯(lián)網(wǎng)時代，若是沒有找準自身的定位，不單單是節(jié)目的收視率存在一定問題，個人的發(fā)展也會受到限制。當然，這與電視臺本身對專題節(jié)目重視程度不夠也有一定關(guān)系。如何利用一個好的專題節(jié)目來吸引更多的關(guān)注，引發(fā)更多人對我們的社會進行更進一步的思考，避免人人自顧不暇，過分追求娛樂，從而忽視了對社會、對生活更多的思考。

4.3依托工程監(jiān)測與預警數(shù)據(jù)分析

動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)提供了大量的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，結(jié)合依托工程現(xiàn)場踏勘結(jié)果，從不同角度研究施工邊坡的安全狀態(tài)。

（1）滑動面的確定

進行滑動面邊坡穩(wěn)定性分析時，首先應(yīng)確定滑動面的位置。根據(jù)深部位移監(jiān)測曲線得到的位移-深度曲線可以確定潛在滑動面的位置，并繪制位移-深度曲線，如圖6所示。

表1　邊坡失穩(wěn)預測預警判據(jù)

圖6　累計位移-深度曲線（CXK2）

由圖6可以看出，深部位移在監(jiān)測期間沒有出現(xiàn)明顯異常變形，累計位移變形均在±7 mm范圍內(nèi)，現(xiàn)場巡查過程中在監(jiān)測區(qū)域也未發(fā)現(xiàn)后緣裂縫和前緣鼓掌等滑移跡象，表明該區(qū)域邊坡體潛在滑動面尚未形成。根據(jù)宏觀地質(zhì)調(diào)查判據(jù)，初步認為邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

（2）坡體內(nèi)部變形分析

選取每個測斜孔的監(jiān)測數(shù)據(jù)，繪制出累計位移-時間曲線，如圖7所示。

根據(jù)測斜監(jiān)測孔的數(shù)據(jù)分析結(jié)果，結(jié)合上文潛在滑動面的分析，可以認為，邊坡體目前基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。根據(jù)各監(jiān)測部位一周平均變形速率隨時間變化曲線可以看出，在整個監(jiān)測時段內(nèi)各監(jiān)測部位的變形速率一直維持在極低水平。監(jiān)測前期變形速率相對較大，后期趨于0。一周最大變形速率為0.45 mm/d，遠小于預警判據(jù)中邊坡變形速率連續(xù)一周大于1 mm/d的最低報警標準，因此，該邊坡監(jiān)測區(qū)域在現(xiàn)有監(jiān)測時段內(nèi)不需要報警。

圖7　累計位移-時間曲線（CXK2）

（3）坡表傾斜變形分析

坡表累計傾斜變化曲線如圖8所示。

圖8　坡表累計傾斜變化曲線

可以看出，在整個監(jiān)測期間，監(jiān)測點附近傾角變化很小，最大累計傾斜值為0.36°。從曲線走向上看，坡表傾斜變形有正有負，在量測綜合誤差范圍之內(nèi)，表明監(jiān)測點附近坡表處于相對穩(wěn)定狀態(tài)。

（4）坡面垂直變形分析

坡面垂直位移累計變化曲線如圖9所示。

圖9　坡面垂直位移累計變化曲線

監(jiān)測過程中坡面垂直變形相對位移最大為4.78 m m，累計位移最大為6.38 mm，坡面垂直變形維持在較低水平，并且時升時降。坡表變形速率最大值為0.2 mm/d，遠小于既定預警標準，監(jiān)測區(qū)域內(nèi)坡體表面穩(wěn)定。

（5）降雨影響分析

日降雨量變化曲線如圖10所示，從曲線上可以看出，最大日降雨量為24 mm/d，尚未達到30 mm/d的最低預警標準，因此系統(tǒng)沒有發(fā)布預警。

圖10　日降雨量變化曲線

5　結(jié)論

（1）建立包括監(jiān)測單元、數(shù)據(jù)采集單元、遠程數(shù)據(jù)傳輸單元、供電單元的邊坡變形遠程監(jiān)測硬件系統(tǒng)，并開發(fā)高邊坡變形遠程監(jiān)測系統(tǒng)控制軟件，實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的動態(tài)管理與智能分析。

（2）邊坡預警等級可根據(jù)邊坡變形階段的不同劃分為三級預測、二級預警和一級預警，分別對應(yīng)邊坡變形的等速變形階段、加速變形階段、臨滑階段。

（3）提出基于安全系數(shù)、宏觀信息、降雨信息和位移變形等的施工邊坡綜合預警方法。

（4）對于施工期高速公路高邊坡，全面實時監(jiān)測與綜合評價預警能夠準確反映邊坡安全狀態(tài)，為下一步施工計劃的制定提供科學依據(jù)。本研究成果對類似工程具有指導意義與推廣應(yīng)用價值。

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Study on Comprehensive Warning Method Based on Stage Recognition of Slope Deformation

Xuan Jianyu1,Dai Xiaodong1,Wei Zheng1,Wang Ganlin2,3
（1. Zhejiang Provincial Department of Transportation Engineering Quality Supervision Bureau,Hanghzou 211112, China; 2. JSTI Group, Nanjing 211112, China; 3. Jiangsu Underground Space Detection Technology
Engineering Laboratory, Nanjing 211112, China）

Based on internet of things technology, this paper put forward the whole architecture of the high side slope monitoring and warning system. Taking the highway slope in Zhejiang Province as an example, the paper put forward dynamic monitoring schemes, and based on analysis of the monitoring results, the most critical in forecasting and early warning technologies are studied, which contain forecasting model, early warning index and method，that could provide reference for similar engineering design and construction.

slope deformation; dynamic monitoring; internet of things; warning grading; warning criterion

U416.14

B

1672-9889（2015）04-0024-04

浙江省交通運輸廳科技項目（項目編號：2012H60）

宣劍裕（1962-），男，浙江諸暨人，高級工程師，主要從事交通工程質(zhì)量監(jiān)督與管理工作。

（2015-07-21）