趙麗榮,郭震山

（1.山西遠(yuǎn)大公路橋梁建設(shè)養(yǎng)護(hù)有限公司，山西 忻州 034000；2.山西省交通科學(xué)研究院 巖土與地下工程山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西 太原 030006）

工程建設(shè)過程中，邊坡的穩(wěn)定性一直是土木工程行業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)問題[1-2]。邊坡失穩(wěn)滑塌災(zāi)害事故也屢見報(bào)道，邊坡滑塌可能導(dǎo)致人員傷亡，同時(shí)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，社會(huì)影響惡劣。為避免邊坡事故的發(fā)生，常在工程重要部位布設(shè)相關(guān)監(jiān)測(cè)器件來監(jiān)測(cè)邊坡體的變形，以評(píng)估邊坡當(dāng)前所處的安全穩(wěn)定狀態(tài)，預(yù)測(cè)變形發(fā)展趨勢(shì)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)工程潛在的安全隱患，并進(jìn)行處治，進(jìn)而確保邊坡在建設(shè)期及運(yùn)營(yíng)期的安全和穩(wěn)定。

目前常采用的辦法是在坡體內(nèi)部布設(shè)測(cè)斜管，并在邊坡上布設(shè)位移觀測(cè)點(diǎn)的形式監(jiān)測(cè)坡體變形。這種監(jiān)測(cè)手段比較成熟，監(jiān)測(cè)精度較高，因而被廣泛采用。然而這種監(jiān)測(cè)手段也存在一定的弊端，如只能獲取某些關(guān)鍵點(diǎn)的位移信息，對(duì)整體變形發(fā)展趨勢(shì)多采取經(jīng)驗(yàn)推斷，人為因素較大，有時(shí)單通過幾個(gè)點(diǎn)的位移不能很好地反映整體變形發(fā)展情況。隨著光纖傳感技術(shù)的逐漸成熟[3-5]，基于布里淵分布式光纖傳感技術(shù)的監(jiān)測(cè)手段應(yīng)運(yùn)而生。分布式光纖監(jiān)測(cè)技術(shù)具有可連續(xù)監(jiān)測(cè)、線路簡(jiǎn)單、傳輸距離長(zhǎng)、精度高以及抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，被越來越多地應(yīng)用于工程監(jiān)測(cè)中[6-8]。其中分布式傳感光纖在邊坡中的應(yīng)用示意圖如圖1所示。

本文以山西省內(nèi)某黃土陡坡工程為依托，通過在邊坡坡面上布設(shè)分布式傳感光纖，監(jiān)測(cè)邊坡的變形變化情況；同時(shí)在邊坡不同位置布置位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)邊坡位移變化情況，檢驗(yàn)分布式傳感光纖監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

圖1 光纖在邊坡變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

1 工程概況

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)邊坡為黃土邊坡，坡高35 m，坡度79°，部分坡面沖刷嚴(yán)重，具有Ⅲ級(jí)自重濕陷性，并夾薄層粉質(zhì)黏土，含水率16.9%，重度17.6 kN/m3，孔隙比1.03，塑限17.0，液限26.8。某在建高速公路將采用橋梁形式跨越此邊坡，為保證公路修建過程中邊坡的安全穩(wěn)定，項(xiàng)目在開展過程中，通過在邊坡上布設(shè)縱向和橫向分布式傳感光纖監(jiān)測(cè)邊坡變形發(fā)展情況，評(píng)估邊坡目前所處的狀態(tài)，并預(yù)測(cè)未來變形發(fā)展趨勢(shì)，進(jìn)而為施工提供指導(dǎo)。其中順邊坡方向布設(shè)一條長(zhǎng)度為30 m的縱向光纖，橫向分別在坡頂、坡中以及坡腳位置布設(shè)3條縱向光纖，長(zhǎng)度為12 m，如圖2所示，其中黑線代表布設(shè)的光纖。為一步了解邊坡變形發(fā)展情況，分別在坡頂、坡中和坡腳處放置微型光學(xué)棱鏡做為監(jiān)測(cè)點(diǎn)，采用徠卡TS09 PLUS高精度全站儀對(duì)邊坡的位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)光纖布設(shè)示意圖

2 光纖測(cè)試結(jié)果

邊坡光纖布設(shè)工作在2016年12月完成，布設(shè)完成后每隔半個(gè)月監(jiān)測(cè)一次，本文取具有代表性的3次監(jiān)測(cè)進(jìn)行分析，監(jiān)測(cè)時(shí)間分別是2016年12月20日、2017年2月18日和2017年5月1日。其中，2016年12月20日為初始值監(jiān)測(cè)，此時(shí)邊坡尚未動(dòng)工；2017年2月18日開始進(jìn)行場(chǎng)地平整作業(yè)；2017年5月1日，開始進(jìn)行橋梁樁基施工。圖3為分布在坡體中的縱向光纖在3次監(jiān)測(cè)時(shí)間下的應(yīng)變曲線。從圖中可看出，不同監(jiān)測(cè)時(shí)間下，光纖應(yīng)變曲線變化規(guī)律大致相同，隨著監(jiān)測(cè)時(shí)間的推移，樁身光纖逐漸由負(fù)應(yīng)變轉(zhuǎn)化為正應(yīng)變。第一次監(jiān)測(cè)時(shí)，光纖應(yīng)變?yōu)樨?fù)應(yīng)變，第二次監(jiān)測(cè)時(shí)光纖應(yīng)變正負(fù)交錯(cuò)，第三次監(jiān)測(cè)時(shí)光纖應(yīng)變?nèi)孔優(yōu)檎龖?yīng)變。說明在監(jiān)測(cè)周期內(nèi)，邊坡產(chǎn)生了一定的變形。同時(shí)可以看出不同測(cè)量時(shí)間內(nèi)坡頂處應(yīng)變變化較小，坡腳處變化加大，說明坡腳處變形大于坡頂。

圖3 縱向光纖應(yīng)變曲線

圖4為3條橫向光纖變形曲線，從圖中可看出，不同測(cè)量時(shí)間內(nèi)，坡頂、坡中以及坡腳處的光纖均產(chǎn)生不同程度的變形。3個(gè)地方的變形情況有所不同，其中坡頂處變形差異較小，坡中次之，坡腳處變化最大。

3 邊坡位移監(jiān)測(cè)

圖4 橫向光纖應(yīng)變曲線

圖5為邊坡水平位移監(jiān)測(cè)曲線，從圖中可看出，隨著監(jiān)測(cè)時(shí)間推移，3個(gè)位置處的水平位移均呈增大趨勢(shì)，其中坡腳處變形最大，坡中次之，坡頂最小，這與分布式傳感光纖監(jiān)測(cè)結(jié)果一致，說明分布式傳感光纖可以較為精準(zhǔn)地反映邊坡的變形情況。從圖中還可看出，坡腳和坡中在監(jiān)測(cè)初期變形增大速率較大，后隨著時(shí)間推移，變化速率逐漸減小，有逐漸趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)。監(jiān)測(cè)8周后，坡腳、坡中以及坡頂處邊坡水平位移分別為6.0 mm、3.2 mm和1.0 mm。

圖5 邊坡水平位移曲線

4 結(jié)論

本文通過采用分布式傳感光纖技術(shù)，對(duì)某黃土高邊坡進(jìn)行監(jiān)測(cè)，獲得了其在不同監(jiān)測(cè)時(shí)間點(diǎn)內(nèi)的變形發(fā)展情況，并采用全站儀對(duì)邊坡不同位置處的位移變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)。測(cè)試結(jié)果表明，分布式傳感光纖可以敏感地獲取邊坡的變形發(fā)展情況，可以將其作為一種新型邊坡監(jiān)測(cè)手段進(jìn)行推廣。