岩质高边坡长期稳定性自动监测系统研究

张平乐 杨 仙

(1.湖南省武靖高速公路建设开发有限公司，湖南 武冈 422400; 2.湖南科技大学土木工程学院，湖南 湘潭 411201)



岩质高边坡长期稳定性自动监测系统研究

张平乐1杨 仙2*

(1.湖南省武靖高速公路建设开发有限公司，湖南 武冈 422400; 2.湖南科技大学土木工程学院，湖南 湘潭 411201)

根据某岩质高边坡的具体情况，设计了岩质高边坡长期稳定性自动监测系统,系统主要包括硬件系统和软件系统,通过监测结果判断，监测边坡目前处于稳定状态。

岩质高边坡，稳定性，自动监测系统，监测数据

0 引言

滑坡监测是滑坡防治工程勘测、设计和施工过程中不可缺少的重要组成部分。边坡长期监测一般在防治工程后期开始，对边坡体进行动态跟踪，以掌握处治边坡稳定性的变化情况和特征，据此评价和预测处治后的边坡长期稳定性。对于岩质高边坡长期稳定性监测，采用常规人工监测手段有如下弊端：

第一，人工数据采集风险大，人身安全难以保障。

第二，工作周期长，往往需要持续几年的时间，数据的采集和处理工作量大，人力成本大，还容易出现因信息反馈不及时而影响对灾害的处理效率。如采用自动监测系统，这两大弊端都可以得到很好的解决。

目前边坡自动监测中，TCA2003全站仪、GPS[3,4]等地表监测手段使用较多。该类监测设备费用高，对于长期监测而言，如果直接放置于室外容易损坏或丢失，否则仍需要人工每天进行现场安装、开机关机，并未真正解放人力。在长期监测中，更倾向于使用埋入式仪器，进行深部监测。AGI边坡监测系统可以实现边坡监测自动化，能接入TDR、渗压计、固定式测斜仪、雨量计等获取边坡监测的重要参数。该系统成熟稳定，能方便实现自动监测。但是该系统十分昂贵，导致其在国内的使用受到限制。

根据某岩质高边坡的具体情况，设计了岩质高边坡长期稳定性自动监测系统。该系统主要包括硬件系统和软件系统。软件系统包括数据采集系统和数据处理系统。硬件系统利用已成熟市场产品来集成，软件系统为自主开发。该软件系统可对监测数据进行全面分析，并根据三级预警指标进行报警。

1 工程概述

该岩质高边坡所在地为深切中高山峡谷地貌，地势陡峭，场区构造发育、成因复杂。边坡岩体受构造、卸荷、风化、层面等因素影响，节理多发育，坡表随处可见可能发生楔形体破坏及崩塌破坏的危岩。该处施工一桥梁跨越工程，桥梁工程的承载桩基和隧道锚位于两岸边坡中部，承载基岩中发育多条节理裂隙密集带，带内岩体较破碎，局部岩块溶蚀较严重，岩质软硬不均。考虑到场区地质情况复杂性以及山区桥梁隧道锚设计特殊性，为确保工程安全，对跨越工程两岸边坡稳定性进行了长期监测，以避免边坡失稳对于跨越工程造成严重影响。图1为边坡监测仪器布置平面图。

2 自动监测硬件系统

2.1 监测内容及监测仪器

1)边坡深部测斜。

本工程中主要考虑隧道锚区域以及桥塔桩基围岩的整体稳定性，采用测斜仪来监测岩体变形。在锚硐开挖平台设置钻机，分别进行钻孔，孔深40m。在钻孔内埋设测斜管，测斜管内每间隔5m距离安装测斜探头。在桥塔施工平台设置钻机，分别进行钻孔，孔深50m。在钻孔内埋设测斜管，测斜管内每间隔6m距离安装测斜探头。定期测量测斜管各测斜点处位移大小、方向，以此观测岩土体深部位移沿钻孔深度的位移变化。

2)支护结构应力监测。

在锚索注浆体固结之后，在两个隧道锚硐轴线上选取2个断面，每个断面选取4根锚索，安装锚索计，监测锚索实际受力状况。

3)地表裂缝位错监测。

采用测缝计对存在于地表边坡的裂缝进行位错监测。

根据有关规范，本次边坡监测的变形边坡按其危害性分级属于一级，监测主要任务是通过各种测量手段，建立监测网，对跨越工程边坡进行系统、可靠的长期变形监测，以便于预测边坡失稳的可能性和滑坡的危险性，提出相应的防灾减灾措施，保证跨域工程的长期安全性。

2.2 自动采集与无线遥测

为了提高监测效率，减少长期监测过程中的人力成本，以及提高数据管理与处理的质量，本监测方案选取自动采集系统进行数据采集。本方案选取的自动采集系统能根据现场传感器数量，扩展输入通道数量。数据采取无线传输方式，适用于遥测，可以直接把现场数据传输至总部进行处理。无线遥测为上网手机模块的形式，利用GPRS上互联网的功能，通过约定域名的方式，建立现场上网手机模块(以下简称DTU)与安装自动监测软件的上网电脑间的联系，实现远程数据传输。

3 自动监测软件系统

监测数据自动处理软件系统图如图2所示。

数据处理模块分4个子模块，其中单点分析处理模块、剖面分析处理模块以及空间综合分析模块都采取三级预警。预警主要以位移量作为评判标准，锚索应力作为辅助判断手段。

单点和剖面分析处理模块：单点模块将每个监测点的信息进行变化量、变化速率的分析，并与三级预警值进行对比。剖面分析处理模块将同剖面所有传感器的监测信息集成于对比分析模块中，方便对同剖面的同类型数据进行对比分析。

空间综合分析模块：该模块将立体空间内某一监测时间所有深部位移监测点数据进行综合分析，来判断边坡稳定性。该方法不仅能抵消个别数据异常引起的误判，而且可以把多个空间数据综合成一个数据，使用方便。该模块基本思路是：设定基准点，按照监测点与基准点的空间距离以及两者之间的相关性对各监测点所得到的监测值进行权重分配，得到综合权重值，通过此值与三级预警值对比，进行边坡稳定性综合判断。

预警值选取：本项目采用FLAC3D数值模拟来选取预警值。根据强度折减法对边坡进行边坡稳定分析，得到边坡处于极限状态时各监测点的极限位移量。根据监测值权重分配方法，对各监测点的极限位移量进行权重分配，得出综合极限位移量U，分别选取0.6U,0.75U以及0.9U作为三级预警值。该方法简单易行，而且综合考虑了各监测点的位置影响，避免了直接使用最大变形量作为预警指标产生的问题。

4 监测结果分析

该边坡稳定性综合空间分析结果如图3所示，由图可见，监测点综合值均未超出警戒值，边坡处于稳定状态。

5 结语

1)岩质高边坡长期稳定性自动监测系统中，硬件系统利用已成熟市场产品来集成。根据岩质高边坡的具体情况，建立了由边坡深部监测，支护结构应力监测以及地表裂缝监测形成的监测网，能够对跨越工程边坡进行系统、可靠的长期变形监测。

2)岩质高边坡长期稳定性自动监测系统中，软件系统为自主开发。该软件系统通过实时监测的时空流数据建立数据库管理系统，可以对监测数据进行单点、剖面以及空间立体的全面分析，并根据三级预警指标进行报警。通过数据处理软件得到监测处理结果可知，监测期间，该边坡均处于稳定状态。

[1]张卫中,尹光志,李东伟，等.失稳路堑边坡监测系统设计及其应用.自然灾害学报,2008,17(3):69-74.

[2]张加颖,麻凤海,徐 佳.基于TCA[3]2003全站仪的变形监测系统的研究.中国矿业,2005,14(4):67-69.

[4]李远宁,冯晓亮.GPS[5]在三峡水库区云阳县滑坡监测中的应用.中国地质灾害与防治学报,2007,18(1):124-127.

[6]裴世建,王祖军.GPS在滑坡监测中的应用.工程勘察,2007(10):55-57，61.

[7]沈细中.AGI边坡监测系统应用与开发.北京：中国水利水电出版社,2010:35-37.

Automaticmonitoringsystemforlongtermstabilityofrockhighslope

ZhangPingle1YangXian2*

(1.Hunan Province, Wu-Jing Expressway Construction Development Co., Ltd, Wugang 422400, China；2.School of Civil Engineering, Hunan University of Science and Technology, Xiangtan 411201, China)

Accordingtothespecificsituationofarockhighslope,automaticmonitoringsystemforthelongtermstabilityoftheslopewasdesigned.Thesystemincludeshardwareandsoftwaresystem.Basedonthemonitoringresults,theslopeisinthesteadystate.

rockhighslope,stability,automaticmonitoringsystem,monitoringdata

1009-6825(2015)21-0038-02

2015-05-15

张平乐(1979- )，男，工程师

杨 仙(1982- )，女，博士，讲师

TU

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