边坡稳定的监测技术分析

Ｌ０Ｗ　ＣＡＲＢ０．】ｖ　ＷＯＲＬＤ　２０１５／５　能源・地矿　边坡稳定的监测技术分析　肖向军：（湖南省煤田地质局第六勘探队，湖南湘潭４１１１００）　【摘要】我国地域辽阔，地形地貌复杂，地质条件多元化，地质灾害分布众多。在多种地质问题中，边坡问题占有很大比重。随着国民经济持续　发展，工程建设规模增大，环境破坏严重，边坡稳定问题日益突出。但是由于我国现行工程体制和技术水平的限制，对边坡工程的检测技术还不　够重视。本文将以桑石煤田龙阳湾矿区为例进行分析，介绍边坡监测以及相关技术。　【关键词】边坡　检测；分析　【中图分类号】ｕ２１３．１＂３　【文献标识码】Ａ　【文章编号】２Ｏ９５—２０６６（２０１５）１３—０１５１－０２　引言　我国滑坡等边坡失稳灾害频繁发生，是世界上地质灾害　最严重的国家之一．边坡稳定监测至关重要。边坡稳定监测主　要是采集边坡的变形和位移信息，深入研究认识边坡变形机　制、变形破坏特征，并寻求防治措施。　１测区概况　龙阳湾预查夹山区段属丘陵地区．区内植被发育，森林密　布。通视条件一般。水系较发育，区内水渠、沟谷、池塘较多，策　星密集分布矿区。矿区中有盘塘至石门三级公路通过，石长铁　路在矿区东面，区内乡村公路，四通八达，交通较为便利。行政　区域为石门县．矿区面积约３０ｋｉｎ　。　根据ＧＰＳ工程测量控制网的各项要求．并考虑龙阳湾矿　区夹山区段煤预普查及钻孔探槽、地质点、水文点的测量需　要．在龙阳湾勘查区布设ＧＰＳ０４一ＧＰＳ０６共３个ＧＰＳ工程测量　控制点．所有控制点采用埋石现浇混凝土，埋深６０ｃｍ，用　１５ｃｍ螺杆标定点位。矿区内国家Ｂ级点１８９４．国家Ｃ级点　Ｕ０４６／Ｕ０５２作为本矿区ＧＰＳ测量起算数据。ＧＰＳ测量时进行　联测。消除离起算点太远的弱点点位误差。平差总结所得ＧＰＳ　边结果如表１所示．ＧＰＳ点结果如表２所示。　表１桑石煤田龙阳湾矿区ＧＰｓ边测量结果　起点　终点　ｄｘ　差（中误　ｄｙ　中误　中误差　ｍ１　差（ｎｆｌ１　平距　（ｉｎ）　相对误差　ＧＰＳ２　ＧＰｓ４　５２８４．４３００　Ｏ．０ｏｏ０　—１４７２．８４３０　０．０ｏｏ０　５４８５．８４２４　０．０００ｌ　１：１０１３５１７６｛　ＧＰＳ５　９７６．ｏ９４５　Ｏ．ｏｏ１７　１６０９．１２２３　０．０ｏ１５　１８８２．０２９５　０．００２２　１：８５０７０５　ＧＰＳ６　７７６．８１２Ｏ　０．０ｏ１６　－１６６７．４６２３　０．ｏｏ１４　１８３９．５２９ｌ　０．００２ｌ　１：８７７０６７　Ｚ４０５　—２６９．９９７５　０．００１６　—２４８５．４８１６　０．０ｏ２３　２５ｏｏ．１０３５　０．００２９　１：８７５００９　Ｚ８Ｏ９　９３８．８ｌＯ８　０．ｏ０２４　－６６９．５０９４　０．ｏ０２４　ｌ１５３．０８６６　０．ｏ０３４　１：３３８９４６　ＧＰｓ４　ＧＰＳ５　—４３０８．３３５５　０．ｏｏｌ７　３０８１．９６５３　０．０ｏｌ５　５２９７．１９４ｃ　０．ｏ０２２　ｌ：２３９３８０ｌ　ＧＰＳ５　ＧＰＳ６　—１９９．２８２６　０．０ｏ２２　－３２７６．５８４６　０．００ｌ９　３２８２．６３９２　０．００２９　１：１ｌ３Ｏ４１６　ＧＰＳ６　Ｚ４０５　—１Ｏ４６．８Ｏ９５　０．００ｌ７　—８ｌ８．０１９３　０．００２４　１３２８．５２０１　０．００２９　１：４５１５ｌｌ　Ｚ８ｏ９　１６１．９９８９　０．０ｏ２３　９９７．９５２９　Ｏ．０ｏ２３　ｌ０ｌ１．Ｏ１６１　Ｏ．ｏｏ３２　１：３１４２９７　２边坡工程监测的作用　在交通、矿山、建筑和水利等各个建设领域中．通过边坡　工程的监测，可以达到下述作用：　（１）对工程边坡进行测量并做出先关预报可以为业主和　施工方提供有效数据，更好的跟踪控制施工进程．对可能出现　的险情及时提出预警．并且合理采用施工工艺和施工步骤．争　取获得最佳利益。对于已经正滑坡体的演变过程及时掌握，捕　捉灾害特征，并进行科学分析、预报，提供可靠资料，采取有效　的防治治理措施　（２）边坡检测能够预测边坡未来的变形和位移走势，通过　检测对岩土体时效性进行相关研究。通过检测掌握其变形特　征和规律，及时预警报崩滑体的边界条件、规模、滑动方向、失　稳方式、发生时间及危害性，采取有效措施．避免人员伤亡和　工程损失　表２桑石煤田龙阳湾矿区ＧＰＳ点测量结果　点名　ｙ　中误差　误差椭圆　中误差（ｉｎ１　中误差（ｉｎ）　（ｍ１　Ｅ（ｍ）　Ｆ（ｍ１　ＥＴ（Ｄ：Ｍ：Ｓ１　３２６１３８３．４２６０　３７５４４１４９．８０７０　ＧＰＳ２　＜已知＞　３２６６６６７　８５６０　３７５４２６７６．９６４０　ＧＰＳ４　＜已知＞　３２６２３５９．５２０５　３７５４５７５８．９２９３　ＧＰＳ５　Ｏ．ｏｏ２２　Ｏ．ｏｏ１７　Ｏ．００１４　１５７：２５：４２　０．００１７　０．ｏ０１５　３２６２１６０．２３８０　３７５４２４８２．３４４７　ＧＰＳ６　０．００２１　０．００１７　０．ｏｏ１３　１５０：４３：４８　０．０ｏ１６　Ｏ．００１４　３２６１　１　１３．４２８５　３７５４１６６４．３２５４　Ｚ４０５　０．０ｏ２９　Ｏ．００２４　Ｏ．ｏ０１６　７７：１６：５４　Ｏ．ｏ０ｌ６　Ｏ．ｏ０２３　Ｚ８０９　３２６２３２２．２３６８　３７５４３４８０．２９７６　Ｏ．ｏ０３４　０．００２６　０．００２２　４０：４５：０ｌ　（３）边坡稳定监测是崩塌滑坡调查，研究和有效防治的重　要依据．而且也是获得崩滑地质灾害预报信息的重要手段，通　过监测结果，可以为有关部门提供重要参考数据。　３边坡稳定检测技术　３．１地球物理方法　３．１．１探地雷达　探地雷达即ＧＰＲ．其原理是将不同频率的电磁波发射到　地下，然后接收反射回来的电磁波，最后进行数据处理和解　释，从而探查地质情况。电磁波所发射的高频波分辨率很高，　但是随着频率的增加．这种高频波衰减也很快，所以探测深度　有限。而低频波则恰恰相反。　３．１．２仪表观测法　仪表观测法指的是用精密仪器对变形的斜坡以及深部位　移等地质变化进行监测。目前，检测仪可以分为位移监测、地　下倾斜监测、地下应力测试和环境监测四大类。仪表观测法采　用的仪表可分为机械式仪表观测法和电子仪表观测法。这些仪　表具有精度高、方便携带、测程可调等优势，可以避免恶劣环境　对仪表的损害，而且测量结果精确可靠，可用于长期监测。　３．１．３地震勘探　地震勘探测量方法基于弹性渡传播理论．主要包括野外　和室内数据采集处理梁方面。常用方法是地震折射、井间地震　波层析、地震反射等等。常用震源有电火花、压电和宽频带震　源等等。拾震器即地震波检波器有不同的接收频率．工程上常　用的是２８—１００Ｈｚ。监测时．每个监测点可以用一个或者一组　检波器。接收仪器一般为１２—９６道．而国内目前主要是４８道　以下．以１２—２４道的比较常见　３．１．４数字化近景摄影测量　数字化近景摄影测量方法是把仪器固定在２个不同的测　量点．对边坡范围内的观测到摄影形成立体像对．利用立体坐　１５１　能源・地矿　ＬＯＷ　ＣＡＲＢ０Ｎ　ＷｏＲＬＤ　２０１５，５　标仪量测像片上各观测点三维坐标的一种方法　这种监测方　反射与透射。ＴＤＲ测试系统如图１所示。　法方便便捷，可以同时测量许多测量点的空间位置．并且根据　获得的资料进行实时记录，更好的进行比较。采用数字化近景　摄影测量方法进行滑坡变形测量时，精度比较低，但是对于滑　坡监测，则能够监测到崩滑体速变、剧变阶段．适合危岩临空　陡壁裂缝变化监测　３．１．５放射性测量　任何地质体内都含有一定的天然放射性物质．并且各有　差异。这些核素按照各自的变化规律不断衰变，释放　、Ｂ、　射线。放射性测量方法主要就是通过测量氡及其子体的　和　图１　ＴＤＲ测试系统　３＿３．２光时域反射ｆＯＴＤＲ）　放射性活度来测量滑坡体的地质形态。该种方法可用于确　定滑坡体边界、滑坡体中地下水流方向以及滑坡体运动方向．　ＯＴＤＲ的工作依据是光的背向散射原理。当光脉冲在光　纤中传输时，由于光纤中存在折射率的微观不均匀性．会产生　并且可以通过监测结果计算出滑体厚度。这种监测方法高效　且经济性好　３．１．６声波扫描成像技术　利用两个相距较近的声发射探头或两次连续监测可以推　定声发射源的大体位置．并且根据监测结果预测灾害发生时　间，这一点是其他监测技术所不能及的。但是这项技术理论研　究落后于时间．．地下环境恶劣，仪器性能经常受到干扰，环境　中的噪声也会导致仪器对升反射的识别失真．所以对岩体声　发射信息利用方面不够完善　３．２　３Ｓ技术　３．２．１地理信息系统　地理信息系统即ＧＩＳ．是以数字化地图为基础的多层面多　功能数据库集成，集采集、传输、处理、分析、为一体，用于分析　处理和挖掘海量地理数据。主要包括计算机硬件、软件、地理　数据和用户等部分。这种监测方法的优势在于可以把各类实　体的空间数据投影到一个地理坐标系中．将所有数据有机结　合，所以其信息表达更真实可靠。　３．２．２全球定位系统　ＧＰｓ测量法是用ＧＰＳ卫星发送的导航定位信号进行空间　后方交会测量．从而确定目标三维坐标的方法。全球定位系统　具有以下优势：　（１）观测点之间无需通视条件，选点便捷。　（２）不受天气变化影响，可进行全天候监测。　（３）可以同时测定目标三维坐标，对运动的目标能够精确　监测其速度　（４）在测程大于１０ｋｍ时，其相对精度高，可用于边坡体地　表的三维位移监测，尤其是地形条件复杂、通视条件差的边坡　监测。　３．２．３遥感遥测系统　遥感是指通过某种传感器装置，在不能够与测量物接触　的情况下也能够获取其特征信息，并且进行加工处理和表达。　遥感技术包括传感器技术，提取和应用技术，信息传输技术等　等。目前．遥感遥测系统广泛应用于地表变形监测。　３．２．４远程监测法　远程监测法为边坡崩塌和滑坡的自动化连续遥测创造了　有利条件。电子仪表基本能够进行连续观测、采集、存储、打印　口　数据等。远程监测法最主要的特点是可以进行远距离无线传　垂　输。可以进行全天候监测且自动化程度高，所以省时省力，是　；　未来进行边坡监测的发展方向　蕾　３－３光电技术　３．３．１时域反射系统　ＴＤＲ监测系统主要由电脉冲信号发生器、同轴电缆和信　号接收器三部分组成　ＴＤＲ技术的工作原理是当同轴电缆受　到剪切或拉伸作用时，受力区域几何特性发生改变，导致该区　警　域同轴电缆特性阻抗发生变化，电磁波在其中的传播将发生　１５２　背向瑞利散射　由：　２Ｌ＝ｖｔ　可求出ｔ时刻距离光纤入射端为Ｌ处的后向瑞利散射　光。其中．ｔ为入射光纤经背向散射返回探测器端所需时间：ｖ　为光在光纤中的传输速度，ｖ＝ｃ／ｎ，ｃ为光在真空中的速度．ｎ为　光纤的折射率．．光纤受到微弯扰动时会产生微弯损耗．引起光　纤微弯扰动物理量的变化。将应力通过微弯调制机构对光纤　进行应力调制．可实现对应力的传感　３．３．３布里渊散射光时域反射（ＢＯＴＤＲ）　Ｂ０ＴＤＲ的测量原理是当单频光在光纤内传输时会发生　布里渊背向散射光．而布里渊背向散射光的频移与应变和温　度成正比　为了扣除温度变化对频移的影响。可利用一段不受　外力作用的自由光纤进行温度补偿　ｅ＝ＡｖＢ／（ｖＢ（０）ｘＣ）：（ｖＢ（ｓ）一ｖＢ（Ｏ））／（ｖＢ（０）ｘＣ）　式中：ｖＢ（ｅ）一某应变下的布里渊频移；ｖＢ（０）一无应变下的　布里渊频移：Ｃ一应变比例常数；￡一光纤的应变量。　３－４钻孔测斜仪　钻孔测斜仪是一种测定钻孔水平位移的原位监测仪器．主　要由测斜管、传感器、数字式测读仪组成。钻孔测斜仪的工作原　理是摆锤受重力作用．由此测传感器与铅垂线之间的倾角，获　得钻孔在水平方向的位移变化，从而确定边坡变形情况。　４结语　不同的边坡工程．岩土介质有不同的复杂程度和特殊性，　边坡稳定监测是一项复杂的工程。边坡工程监测很大程度上　取决于监测技术的高低优劣。本文对分析了测区的概况，并对　边坡稳定的监测技术进行了分析．有利于查明影响边坡稳定　的各种地质原因和其他因素，搞好边坡管理工作。　参考文献　［１】张旭栋，徐增豪，施文军，等．机床主轴回转误差测试研究ｆＪ］．机械制　造，２０１０（９）：６８￣７０．　［２］傅栋，李宏伟，冷志鹏，李玲，金小英．结构健康监测的自补偿光纤　光栅位移计的研究叨．低温建筑技术，２００９，６：１￣５．　【３］韩占占．哈尔鸟素露天煤矿边坡稳定性分析ＩＪ１．露天采矿技术，２０１３　（９）：１２～１３．　收稿日期：２０１５—４—１５　作者简介：肖向军（１９７０一），男，工程师，本科，主要从事矿山、　煤田地质、公路桥梁、地铁、高铁等工程测量和技术管理工作。