基于CX—3C型钻孔测斜仪在岩体边坡位移监测中的应用

毛威 刘赛

摘要:滑动式测斜仪具有方便操作、测量精度高、可靠性好等优点，可以实时监测岩体内部的位移量、变形趋势及移动方向，对于研究岩体边坡内部状态，判断稳定性以及预警有着及时的作用。本文简要介绍了CX—3C型测斜仪的工作原理和实际使用方法，并结合其在某实时监测中的应用，证明该仪器能够为分析岩体边坡结构性位移、预防滑坡、及时采取加固措施等提供有效帮助，在实际监测中发挥了良好的效果。

关键词：滑动式测斜仪；结构性位移；滑坡；监测

中图分类号：P258 文献标识码：A

1、概述

近年来，随着我国水利水电的发展，岩体结构安全成为了重要问题，这对施工质量的优劣产生了重大影响。岩体在内外各种不平衡应力为主的长期作用下，会产生弹塑性小应变（如裂缝、裂隙扩张等）以及滑坡和地质沉陷等结构面滑移特性。实际上，岩体的滑坡形成需经历从早期的裂缝形成到蠕滑拉裂直至结构体滑移等过程。实际工程中，岩体失衡会出现滑坡现象，而滑坡的形成前会产生一定的结构体位移。由于结构体位移难于监测，通常可根据结构上某些位置点的位移大小来判定岩体结构的稳定性。因此，工程中更注重以结构体相对位移为依据来判断岩体边坡的稳定性。我国每年的岩体发生滑坡、泥石流等灾害较多。2008年在四川汶川地震后发生的山体滑坡、泥石流等自然灾害，给生产生活带来极大的危害。为了尽可能消除潜在隐患，需要建立安全监控系统，这对于及时掌握岩体的安全性能和采取进一步防护措施有着积极作用。

目前，滑动式测斜仪监测系统应用范围较广。滑动式测斜仪通过观测钻孔内各分段部分的倾角，利用对比基准角度的偏移求出各段钻孔水平方向位移量，进而检测出岩体的结构性位移。由于岩体存在的内部复杂土体结构及不规则变形，应力分布并不很集中。为了能实时监测岩体的位移情况，可以灵活地在岩体不同位置安装测斜仪。掌握各个部分的变形情况。为灾害监测、预报提供可靠保障。近年来，测斜仪在坝体检测、地基、公路、岩体边坡方面发挥了重要作用。本文从实际应用的角度出发，选取国内的武汉基深测斜仪有限公司生产的CX-3C测斜仪为例，介绍该测斜仪的测量原理和使用方法，说明它在实际岩体边坡变形监测中的测量效果。

CX-3C测斜仪简介

2.1 CX-3C测斜仪的测量原理

CX-3C钻孔测斜仪由2m长度的70mm直径PVC测斜管、全封固化滑动测斜探头、自动采集显示仪、电缆组成。该测斜仪的基本原理是，将测斜探头的连接电缆与自动采集显示仪接通，通过装有滑轮的测斜探头顺着测斜管槽下放，每隔0.5m测量一个点，装有传感器的探头会逐一测出每个测量点的相对于基准线的某个方向的倾角，通过与起始测得倾角值之差，根据正弦公式计算出水平线上某个方向的相对位移值。然后再把测量段的位移值相加，求出埋入岩体内部测斜管各段的位移值。该测斜仪测量精度达到了水平方向上0.01mm/50mm。其中，测量探头内部带有指示南北方向的传感器，x轴代表的是正北方，y轴代表的是正东方，如图1所示为坐标轴图。

1、坐标轴图

2.2CX-3C测斜仪的使用方法

为了测量岩体的稳定情况，在可能发生滑坡的边坡表面选择两到三组测试点，在测量点处垂直的钻孔（孔径为90-110mm），将2m长70mm直径的测斜管竖直放入孔内，测斜管底部用盖子盖好。 测试前，应在测斜管管口用刻痕做一个记号，每次电缆深度都应以该记号为标准起点。图2所示为滑动测斜仪的测量原理。同时，将探头放入测斜管，轻微晃动测斜管，观察自动采集显示仪的读数，当x、y方向值为零时，稳定住测斜管，往孔与测斜管间隙部位填入细沙和清水，并用力压实。取出探头，在电缆上做的记号间隙0.5米，每次都应以记号一边作为标准点，以免误差过大。同时，为了消除仪器的零漂和测量误差，在每次测量时，测出位移的正方向后，侧头调转再测一次位移值，用正反两次的测量值代数差的平均值为倾角值。当探头测量出的某段显示的倾角为，该段对应的水平位移为时，则

=L

整个测斜管的水平位移为

D=

图3所示为各测量段的水平位移。

因为测斜管不可能绝对垂直，由于误差、钻孔角度等因素，起初放置的测斜管埋好后会发生微小倾角，经探头多次测定测得的某段倾角为,该段对应的水平位移为=L，初始测斜管某段水平位移为

=

那么整个水平位移应为

则与初始位移为参照的实际位移如图4所示。

图2、测斜仪测量原理 图3、各测量段的水平位移图4、实际位移

3、边坡测斜仪的分组埋设

通常，在数据采集完成后，通过采集仪上的USB接口与电脑相连，电脑根据已经安装的数据处理软件显示出x、y方向上沿深度方向的位移变化曲线，可以根据曲线来初步判定位移方向及岩体边坡的稳定性。实际上，数据采集仪将采集的数据传递给电脑上的软件，软件会依据初始倾角的位移与测得倾角位移进行差值计算，因而即便钻孔中的测斜管不完全垂直也不会影响所测数据的准确性。针对边坡的情况和滑坡特征，在滑坡的不同高度间隔式分组布置测量点。选取某岩体边坡部分检测点的位置放置（对每个钻孔监测点标号）如图5所示，

图5、监测放置标记点

根据钻孔点的放置的测仪采集的数据，通过RS-485总线与主机相连，从而显示出水平位移与深度随时间变化的曲线图，依据位移曲线图可以直观了解岩体的偏移情况，为进一步提前进行灾害预测和岩体边坡加固提供理论依据。图6所示为监测标记点剖视图。经过实践检验证明，该型测斜仪测斜性能优异，达到了令人满意的效果。

图6、监测点侧面剖视图

结束语

本文通过采用CX—3C型测斜仪对岩体边坡的整体水平位移的检测，结合该型测斜仪的测量原理，总结了滑动测斜仪应用的实际过程和监测数据的方法，初步得出的结论如下：

（1）测斜仪是一种能有效且精确地测量岩体边坡深层水平位移的工程监测仪器，具有准确度高、灵敏度好等优点。应用其测斜的工作原理可以监测岩土体、地下结构的深层水平位移。

（2）根据测得数据绘制的水平位移与深度随时间变化的曲线，可以直观的由曲线了解岩体边坡随时间变化的位移趋势及数值。根据位移值，结合监测规程及地层情况，判断出岩体边坡的内部局部或部分的变形趋势，对于确定岩土体的稳定性，预防滑坡等危害的预警和采取相应措施争取了宝贵时间。

（3）通过实践证明，该测斜仪在实际安全监测中取得了良好的效果。由于滑动测斜仪具有的一系列优点，其在今后的岩土体监测中将发挥更大的作用。

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作者信息：

刘赛，男，云南大学城市建设与管理学院，防灾减灾及防护工程硕士研究生

毛威，男，云南大学信息学院，检测技术与自动化装置硕士研究生