浅谈边坡滑坡监测中测斜数据曲线的定性分析和判断_姚宏旭
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B 型滑坡位移曲线 ( 图 1) : 曲线有几个 较明显的 滑面, 表明 滑 坡沿 岩土 体多 层滑 面 ( 或结构面) 滑动, 但各滑块的运动速 率不一 致, 但没有明显的整体位移和滑动面。曲线中 体现的若干个位移较大的剪出面, 随着滑坡的 发展, 可能趋于稳定, 也可能某一个滑面的位 移持续发展, 成为主要滑面。现阶段边坡内部 的可能应力调整为主, 各部分位移规律不明显。
收稿日期: 2011- 04- 13 作者简介: 姚宏旭( 1975- ) , 男, 工程师 。
应力与变形 结果 无法反 映边坡 实际 的受 力状 态, 因此该方法只能限于边坡最小安全系数的 评价。在传统的确定滑动面方法之外, 学者还 发展了一些自动搜索潜在滑动面的方法。如变 分法、固定模式搜索法、数学规划方法、随机 搜索方法、人工智能 方法等[ 1, 2] 。地勘部门通
工程学院, 湖南 长沙 41004)
摘 要: 测斜作为一 种反映边坡内部位移的 特征监 测手段, 在确 定滑坡 的潜在 滑动面,
进行滑坡稳定性判断有着独特的优势。本文拟从滑坡内部的测斜数据结果出发, 对曲线进 行
分类、分解、分块等方法, 以判别滑动面的特征。
关键词: 测斜曲线; 定性; 分类; 滑动面
M = [ x i , x i+ 1, , x i + m- 1] , m 3 相邻两位移点之间的连线长度矩阵为:
N = [ l i , li + 1, , l i + m- 2] x i 与 li 之间的关系如式 ( 1) 所示。
对互相 相邻的 m 个点坐 标利用最小二乘
法进行拟合, 记拟合直线为 h= kx + b, 每个 测量刻度上, 拟合直线与实际点的点线距离为
度。
如果若干点的位移连线形如直线, 那么这 些点的所代表的土体可以 视为一个岩土块 体。
如果这些点的位移分布杂乱, 则这些点的位移 规律不同。而实际测量结果不可能和直线符合
的很好。本文引入相似度概念 。
表示若干个点之间的位移连线与直线的
类似度, 即可表示若干点之间的滑移性质是否 相同。
设讨论的点有 m 个, 按照深度从下往上, 各点的位移表示为矩阵:
3 测斜曲线的分解
研究以上四种形式的变形曲线的特征, 可 以发现, 无论哪一种的曲线都是可以分解为图 6 两种形式:
图 6 变形曲线的特征
具有图 6 两种位移曲线的土体, 可以代表 在滑坡发展过程中的某段时间内, 具有相同滑 移性质的土体。经过分析, V, B, D, R 四种 类型的位移曲线, 均可表示为以上两种曲线的 组合, 为方便起见, 我们将直线型曲线称为 类曲线, 椭圆型曲线称为 类曲线, 见表 1。
中图分类号: U 416 1+ 4
文献标识码: A
Qualitative analysis and estimation of inclination survey data curve in slope slip monitoring
Yao Hongxu, Wei Bingxu
Abstract : As a characterist ic monit oring means w hich ref lects int ernal displacement of slope, t he inclinat ion survey has unique advantages in determining pot ential slip surface of slope and est imat ing slope st ability In t his paper, based on t he inclinat ion survey data result of internal part of slip, the curve w as classified, decomposed and part itioned t o est imat e the characterist ics of slip surface
点位移 S i 变为 x i , 令矩阵 A = [ x 1, x 2, , x n] , 则 在位移曲线图上, 相邻两位 移点之间
的距离为 l ,
令 B = [ l1, l2, 中:
, li,
, l n- 1 ] , 其
l i = ( x i+ 1- x i ) 2+ h
( 1)
式中, h 为 相邻两 个测 量点 之间 的竖 直高 度
图 2 V 型测斜位移曲线
同 V 型曲线类似。或者图 4 所示, 某个断 面的位 移忽然增大, 形 成非常显著的 剪切面, 将土体分为上下两部分, 其上部与下部的土体 整体较稳定, 但其上部土体整体滑出。
图 1 B 型测斜位移曲线
V 型滑坡位移曲线 ( 图 2) : 底部位移 较小, 随着高度的上升位移逐渐增大, 但位移 随着高度增大的速率基本不变, 没有明显的波 峰和波谷。表明岩土自身状态比较稳定, 随着 时间的发展, 可能岩土体内部保持稳定完整的 状态而发生整体的滑移, 也可能在岩土体的较 软弱滑面剪出, 滑动面在岩土体的内部发展而 导致边坡失稳。
常采用钻探的方法确定滑动面, 即就是根据钻 出物的性质, 一般把软弱夹层以及岩土分界面 作为滑动面所在位置, 这种方法在国内外边坡 加固和治理过程中普遍应用, 然而, 这种方法 未考虑边坡的变形以及岩土体的受力, 导致治 理加固工程要么过于冒险, 要么过于保守。
测斜作为一种反映边坡内部位移的特征监
2011 年 6 月
D 型滑坡位移曲线 ( 图 5) , 整个曲线 中只存在一个明显的, 较大的滑面, 滑面位置 较深。上部的位移可能发生整体位移, 也可能 没有较明显位移。在土体内部可能存在软弱夹 层, 在地下水的长期浸润下, 粘聚力和内摩擦 角显著下降, 在上部土体的重力作用下, 边坡 可能出于失稳阶段。
图 5 D 型测斜位移曲线
工 程建 设
第 43 卷 第 3 期
16
Engineering construction
2011 年 6 月
文章编号: 1673- 8993( 2011) 03- 0016- 06
浅谈边坡滑坡监测中测斜数据曲线的 定性分析和判断
姚宏旭1, 韦秉旭2 ( 1 广东湛徐高速公路有限公司, 广东 湛江 524044; 2 长沙理工大学 交通运输
4 监测曲线的分块
在监测过程中, 受施工质量, 仪器误差及 人为的操作水平的影响, 其测量结果存在误差 和噪声。而且, 边坡内部的岩土体是个复杂的 系统, 在块体内部, 不同性质的土夹层, 地下 水, 测斜管的埋设质量等各方面因素都影响着 各点的位移。所以, 实际的测量曲线的位移往 往较为杂乱。经过小波降噪的滤波工作, 滤去 了测斜曲线中的大部分高斯白噪声, 但是相对 于直线, 测 斜 曲线 中仍 包含 一些 较小 位 移转 折。这些位移有的则是较为稳定的土体中的位 移突变点, 有的则是测量误差, 均对整个滑坡 的发展影响较小。由于这些位移的存在, 实际 位移曲线的形式与若干直线的组成的曲线有所 偏差, 如果不考虑这些意义不大的位移, 对整 个滑坡的判别不会有很大的影响, 但是可以将 每个测斜曲线进行标准化处理, 形成由直线的 各种组合, 为滑动面判定和稳定性分析提供了
Key words : inclinat ion survey curve; qualit at ive; classification; slip surface
1概述
在边坡的稳定性分析中, 常常要求分析者 计算前输入滑动面的位置, 这对分析者的理论 水平和工程经验提出了较高的要求。对于比较 复杂的边坡, 即使是经验丰富的分析者也难以 预先准确指定临界滑动面的所在位置。理论上 有很多确定滑动面的方法, 常用的确定滑动面 的方法有强度折减法。但强度折减法在有限元 法分析前对土的强度参数进行了折减, 取得的
R 型滑坡位移曲线曲线一般由两部分组 成, 下部曲线位移较小, 表示这部分土体较稳 定, 上部土体位移曲线较大, 说明这部分土体 正发生偏移或者滑移。如图 5 所示, 从某一高 度以上, 随着高度的增加位移逐渐增大, 情况
图 3 R1 型测斜位移曲线 图 4 R2 型测斜位移曲线
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工 程建 设
第 43 卷 第 3 期
者连接处位移相差较大
类曲 线的 上 下两 端 接 有 类曲线
边坡发生滑移时, 根据滑动带的位置可以 将岩土体分为基岩、滑动带、滑体等部分。在 滑坡发展的某一阶段, 基岩、滑动带、滑体又 分别表现出各自的特征与移动规律。而在滑体 内部, 又有可能存在次生滑动面, 将滑体分成 移动速率不同的各个岩土块体。所以边坡滑动 时, 在某一时段内, 边坡的移动可以表现为若 干个相对的岩土块之间的相对滑动, 他们之间 的性质, 范围与滑移速率均不相同。而在一个 岩土块体内部, 各点的滑移性质相近, 反映的 图表上, 位移曲线为直线若干个位移点具有相 似的滑动性质。
测量结果。在式 ( 1) 中, 如果 x i 和 h 取相同
量纲的话, 其结果 li 符合实际情况, 但因为 x i
h, 为了更好的表现土体的位移性质, 去掉
x i 的量纲, 并令:
h = max( x 1, x 2, , x n- 1) / ( n- 1)
( 2)
这里 xi, h 为图形在坐标轴上的投影长
li 。
kx i - hi + b
li =
x i 2+ hi 2
此时, 记 m 个 点的
值 为滑块的 相似系
数:
li = m /h 设一阈值 , 当
( 3) 时, 此时计算的 m
个点可以视为滑动性质相近的块体, 当 > ,
这些点的滑动性质不同。 越大, 则分块越精
细, 越小, 则分块越粗略。在计算中, 一般
对于第 类曲 线, 也 可以 分解为 两条 直 线, 由此可以看出, 绝大部分的测斜曲线均可
以分解为若干直线。
表 1 各类型曲线 组合形式
位移曲线 类型 V B
R
D
标准曲线数量
类曲线 类曲线
1
0
0
多个
2
0
2
1
组合形式
表现为 1 个 类曲线 多个 类曲线连接而成
多个 类曲线 组成, 每 个 类曲线的斜 率不同, 或
2011 年 6 月
姚宏旭 等 浅谈边坡滑坡监测 中测斜数据曲线的定性分析和判断
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便利[ 3] 。
设某个测斜孔深度为 H , 每次测斜需要记
录 n 次 数据, 则 测斜位移 曲线上各 点为 A 1, A 2, , A n 的横坐标 表示为 矩阵 S = [ S 1,
S 2, , S i, , S n] , 经 过小波 降噪后, 某
l 3] , 由( 3) 得出 , 重复以上步骤, 直至 > , 此
时 M = [ x 1, x2, x 3, , xj1 ] , 即点 A 1, A 2, ,
A j 属于同一块体, 以上称为步骤 1。 1
再令 点 A j 1+ 1 为 第 一 点, 则 M = [ xj 1+ 1,
xj + 2, x j + 3 ] , 重 复步 骤 1, 得出 A j + 1, A j + 2,
差。
需要指出的Байду номын сангаас, 在实际测量工作中, h =
0 5 m, 而位移曲线的横坐标 的最大值一般在
50 mm 之内, 一天 的位移 差有 时在 几毫米 之
内, 若按照等刻度坐标绘制, 每个位移点 y 轴
上的刻度远大于 x 轴上的刻度, 而 y 轴体现了
每个测量点的竖直距离, 在一次测量工作中为
定值, 只是作为测量信息的度量, 而不能影响
取 为 0 5。
实际计算时, 先利用式( 2) 计算出 h, 令矩阵
M = [ x1, x 2, x 3] , 则矩阵 N = [ l1, l 2] , 代入式 ( 3) , 得 , 若 < , 在矩阵 M 中加入下一个点
A 4, 令 M = [ x 1, x 2, x3, x 4] , 同理 N = [ l1, l2,
姚宏旭 等 浅谈边坡滑坡监测 中测斜数据曲线的定性分析和判断
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测手段, 在确定滑坡的潜在滑动面, 进行滑坡 稳定性判断有着独特的优势。本文拟从滑坡内 部的测斜数据结果出发, 对曲线进行分类、分 解、分块等方法, 以判别滑动面的特征。
2 测斜曲线的分类
以前有学 者将测斜曲线 按形状进行分 类, 每一种类型代表不同的边坡位移特征。结合某 工程滑坡的监测曲线, 先分述如下:
收稿日期: 2011- 04- 13 作者简介: 姚宏旭( 1975- ) , 男, 工程师 。
应力与变形 结果 无法反 映边坡 实际 的受 力状 态, 因此该方法只能限于边坡最小安全系数的 评价。在传统的确定滑动面方法之外, 学者还 发展了一些自动搜索潜在滑动面的方法。如变 分法、固定模式搜索法、数学规划方法、随机 搜索方法、人工智能 方法等[ 1, 2] 。地勘部门通
工程学院, 湖南 长沙 41004)
摘 要: 测斜作为一 种反映边坡内部位移的 特征监 测手段, 在确 定滑坡 的潜在 滑动面,
进行滑坡稳定性判断有着独特的优势。本文拟从滑坡内部的测斜数据结果出发, 对曲线进 行
分类、分解、分块等方法, 以判别滑动面的特征。
关键词: 测斜曲线; 定性; 分类; 滑动面
M = [ x i , x i+ 1, , x i + m- 1] , m 3 相邻两位移点之间的连线长度矩阵为:
N = [ l i , li + 1, , l i + m- 2] x i 与 li 之间的关系如式 ( 1) 所示。
对互相 相邻的 m 个点坐 标利用最小二乘
法进行拟合, 记拟合直线为 h= kx + b, 每个 测量刻度上, 拟合直线与实际点的点线距离为
度。
如果若干点的位移连线形如直线, 那么这 些点的所代表的土体可以 视为一个岩土块 体。
如果这些点的位移分布杂乱, 则这些点的位移 规律不同。而实际测量结果不可能和直线符合
的很好。本文引入相似度概念 。
表示若干个点之间的位移连线与直线的
类似度, 即可表示若干点之间的滑移性质是否 相同。
设讨论的点有 m 个, 按照深度从下往上, 各点的位移表示为矩阵:
3 测斜曲线的分解
研究以上四种形式的变形曲线的特征, 可 以发现, 无论哪一种的曲线都是可以分解为图 6 两种形式:
图 6 变形曲线的特征
具有图 6 两种位移曲线的土体, 可以代表 在滑坡发展过程中的某段时间内, 具有相同滑 移性质的土体。经过分析, V, B, D, R 四种 类型的位移曲线, 均可表示为以上两种曲线的 组合, 为方便起见, 我们将直线型曲线称为 类曲线, 椭圆型曲线称为 类曲线, 见表 1。
中图分类号: U 416 1+ 4
文献标识码: A
Qualitative analysis and estimation of inclination survey data curve in slope slip monitoring
Yao Hongxu, Wei Bingxu
Abstract : As a characterist ic monit oring means w hich ref lects int ernal displacement of slope, t he inclinat ion survey has unique advantages in determining pot ential slip surface of slope and est imat ing slope st ability In t his paper, based on t he inclinat ion survey data result of internal part of slip, the curve w as classified, decomposed and part itioned t o est imat e the characterist ics of slip surface
点位移 S i 变为 x i , 令矩阵 A = [ x 1, x 2, , x n] , 则 在位移曲线图上, 相邻两位 移点之间
的距离为 l ,
令 B = [ l1, l2, 中:
, li,
, l n- 1 ] , 其
l i = ( x i+ 1- x i ) 2+ h
( 1)
式中, h 为 相邻两 个测 量点 之间 的竖 直高 度
图 2 V 型测斜位移曲线
同 V 型曲线类似。或者图 4 所示, 某个断 面的位 移忽然增大, 形 成非常显著的 剪切面, 将土体分为上下两部分, 其上部与下部的土体 整体较稳定, 但其上部土体整体滑出。
图 1 B 型测斜位移曲线
V 型滑坡位移曲线 ( 图 2) : 底部位移 较小, 随着高度的上升位移逐渐增大, 但位移 随着高度增大的速率基本不变, 没有明显的波 峰和波谷。表明岩土自身状态比较稳定, 随着 时间的发展, 可能岩土体内部保持稳定完整的 状态而发生整体的滑移, 也可能在岩土体的较 软弱滑面剪出, 滑动面在岩土体的内部发展而 导致边坡失稳。
常采用钻探的方法确定滑动面, 即就是根据钻 出物的性质, 一般把软弱夹层以及岩土分界面 作为滑动面所在位置, 这种方法在国内外边坡 加固和治理过程中普遍应用, 然而, 这种方法 未考虑边坡的变形以及岩土体的受力, 导致治 理加固工程要么过于冒险, 要么过于保守。
测斜作为一种反映边坡内部位移的特征监
2011 年 6 月
D 型滑坡位移曲线 ( 图 5) , 整个曲线 中只存在一个明显的, 较大的滑面, 滑面位置 较深。上部的位移可能发生整体位移, 也可能 没有较明显位移。在土体内部可能存在软弱夹 层, 在地下水的长期浸润下, 粘聚力和内摩擦 角显著下降, 在上部土体的重力作用下, 边坡 可能出于失稳阶段。
图 5 D 型测斜位移曲线
工 程建 设
第 43 卷 第 3 期
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Engineering construction
2011 年 6 月
文章编号: 1673- 8993( 2011) 03- 0016- 06
浅谈边坡滑坡监测中测斜数据曲线的 定性分析和判断
姚宏旭1, 韦秉旭2 ( 1 广东湛徐高速公路有限公司, 广东 湛江 524044; 2 长沙理工大学 交通运输
4 监测曲线的分块
在监测过程中, 受施工质量, 仪器误差及 人为的操作水平的影响, 其测量结果存在误差 和噪声。而且, 边坡内部的岩土体是个复杂的 系统, 在块体内部, 不同性质的土夹层, 地下 水, 测斜管的埋设质量等各方面因素都影响着 各点的位移。所以, 实际的测量曲线的位移往 往较为杂乱。经过小波降噪的滤波工作, 滤去 了测斜曲线中的大部分高斯白噪声, 但是相对 于直线, 测 斜 曲线 中仍 包含 一些 较小 位 移转 折。这些位移有的则是较为稳定的土体中的位 移突变点, 有的则是测量误差, 均对整个滑坡 的发展影响较小。由于这些位移的存在, 实际 位移曲线的形式与若干直线的组成的曲线有所 偏差, 如果不考虑这些意义不大的位移, 对整 个滑坡的判别不会有很大的影响, 但是可以将 每个测斜曲线进行标准化处理, 形成由直线的 各种组合, 为滑动面判定和稳定性分析提供了
Key words : inclinat ion survey curve; qualit at ive; classification; slip surface
1概述
在边坡的稳定性分析中, 常常要求分析者 计算前输入滑动面的位置, 这对分析者的理论 水平和工程经验提出了较高的要求。对于比较 复杂的边坡, 即使是经验丰富的分析者也难以 预先准确指定临界滑动面的所在位置。理论上 有很多确定滑动面的方法, 常用的确定滑动面 的方法有强度折减法。但强度折减法在有限元 法分析前对土的强度参数进行了折减, 取得的
R 型滑坡位移曲线曲线一般由两部分组 成, 下部曲线位移较小, 表示这部分土体较稳 定, 上部土体位移曲线较大, 说明这部分土体 正发生偏移或者滑移。如图 5 所示, 从某一高 度以上, 随着高度的增加位移逐渐增大, 情况
图 3 R1 型测斜位移曲线 图 4 R2 型测斜位移曲线
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工 程建 设
第 43 卷 第 3 期
者连接处位移相差较大
类曲 线的 上 下两 端 接 有 类曲线
边坡发生滑移时, 根据滑动带的位置可以 将岩土体分为基岩、滑动带、滑体等部分。在 滑坡发展的某一阶段, 基岩、滑动带、滑体又 分别表现出各自的特征与移动规律。而在滑体 内部, 又有可能存在次生滑动面, 将滑体分成 移动速率不同的各个岩土块体。所以边坡滑动 时, 在某一时段内, 边坡的移动可以表现为若 干个相对的岩土块之间的相对滑动, 他们之间 的性质, 范围与滑移速率均不相同。而在一个 岩土块体内部, 各点的滑移性质相近, 反映的 图表上, 位移曲线为直线若干个位移点具有相 似的滑动性质。
测量结果。在式 ( 1) 中, 如果 x i 和 h 取相同
量纲的话, 其结果 li 符合实际情况, 但因为 x i
h, 为了更好的表现土体的位移性质, 去掉
x i 的量纲, 并令:
h = max( x 1, x 2, , x n- 1) / ( n- 1)
( 2)
这里 xi, h 为图形在坐标轴上的投影长
li 。
kx i - hi + b
li =
x i 2+ hi 2
此时, 记 m 个 点的
值 为滑块的 相似系
数:
li = m /h 设一阈值 , 当
( 3) 时, 此时计算的 m
个点可以视为滑动性质相近的块体, 当 > ,
这些点的滑动性质不同。 越大, 则分块越精
细, 越小, 则分块越粗略。在计算中, 一般
对于第 类曲 线, 也 可以 分解为 两条 直 线, 由此可以看出, 绝大部分的测斜曲线均可
以分解为若干直线。
表 1 各类型曲线 组合形式
位移曲线 类型 V B
R
D
标准曲线数量
类曲线 类曲线
1
0
0
多个
2
0
2
1
组合形式
表现为 1 个 类曲线 多个 类曲线连接而成
多个 类曲线 组成, 每 个 类曲线的斜 率不同, 或
2011 年 6 月
姚宏旭 等 浅谈边坡滑坡监测 中测斜数据曲线的定性分析和判断
19
便利[ 3] 。
设某个测斜孔深度为 H , 每次测斜需要记
录 n 次 数据, 则 测斜位移 曲线上各 点为 A 1, A 2, , A n 的横坐标 表示为 矩阵 S = [ S 1,
S 2, , S i, , S n] , 经 过小波 降噪后, 某
l 3] , 由( 3) 得出 , 重复以上步骤, 直至 > , 此
时 M = [ x 1, x2, x 3, , xj1 ] , 即点 A 1, A 2, ,
A j 属于同一块体, 以上称为步骤 1。 1
再令 点 A j 1+ 1 为 第 一 点, 则 M = [ xj 1+ 1,
xj + 2, x j + 3 ] , 重 复步 骤 1, 得出 A j + 1, A j + 2,
差。
需要指出的Байду номын сангаас, 在实际测量工作中, h =
0 5 m, 而位移曲线的横坐标 的最大值一般在
50 mm 之内, 一天 的位移 差有 时在 几毫米 之
内, 若按照等刻度坐标绘制, 每个位移点 y 轴
上的刻度远大于 x 轴上的刻度, 而 y 轴体现了
每个测量点的竖直距离, 在一次测量工作中为
定值, 只是作为测量信息的度量, 而不能影响
取 为 0 5。
实际计算时, 先利用式( 2) 计算出 h, 令矩阵
M = [ x1, x 2, x 3] , 则矩阵 N = [ l1, l 2] , 代入式 ( 3) , 得 , 若 < , 在矩阵 M 中加入下一个点
A 4, 令 M = [ x 1, x 2, x3, x 4] , 同理 N = [ l1, l2,
姚宏旭 等 浅谈边坡滑坡监测 中测斜数据曲线的定性分析和判断
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测手段, 在确定滑坡的潜在滑动面, 进行滑坡 稳定性判断有着独特的优势。本文拟从滑坡内 部的测斜数据结果出发, 对曲线进行分类、分 解、分块等方法, 以判别滑动面的特征。
2 测斜曲线的分类
以前有学 者将测斜曲线 按形状进行分 类, 每一种类型代表不同的边坡位移特征。结合某 工程滑坡的监测曲线, 先分述如下: