论边坡变形监测技术相关问题分析

论边坡变形监测技术相关问题分析

摘要：边坡的开挖、加固和防护，是矿山、水利、交通等领域中常涉及的工程

项目，而边坡的稳定性，是工程技术人员经常关注和研究的课题。目前，我国对

于边坡施工中的监测工作还不够重视，导致工作被动，应该在项目开展的初期就

着手边坡变形监测工作。

关键词：边坡变形；监测技术；相关问题分析

1边坡监测技术发展历程

边坡是指岩土体在自然重力作用或人为作用下形成的具有一定倾斜度的临空

面（唐辉明，2007）。工程建设中遇到的自然边坡和人工边坡，有可能直接影响

到工程安全，因此人们做了大量边坡监测方面的研究工作，诸多先进仪器也相继

被应用到边坡变形监测中来）（图1）。边坡变形的表现形式复杂多样，有坡顶

拉裂、潜在滑裂面（带）附近的剪切、坡体向临空面方向的蠕动、弯曲倾倒和挠

曲变形、不均匀沉降等。边坡的变形机制则有推移式、牵引式等。自1860a意大

利首先建立土木工程部队进行边坡监测算起，边坡变形监测技术已有150多年的

发展历史。第2次世界大战以前，西方资本主义国家的边坡监测工作一般由私人

公司负责。瑞士曾对一处隧道的滑坡观测了50a，对某湖岸处的边坡观测了55a （马骥等，1982）。而此阶段的边坡监测一般是依靠人工观察和皮尺等简易工作

完成。现代比较完备的边坡监测系统可以追溯到20世纪40年代。这个时期，各

种适用于不同边坡条件的变形光学、电学测量仪器开始出现。日本学者Saito在

长期的滑坡研究基础上，于1963年提出了著名的“斋藤法”滑坡预报公式，将土体蠕变分为减速蠕变、稳定蠕变、加速蠕变3个阶段（Saitoetal．，1969）。1956年，前苏联学者叶米里扬诺娃对滑坡位移观测的原理、方法和应用进行了系统性

的总结（彭欢等，2012）。21世纪初，世界各国科研人员竞相研发了以光纤监测为代表的边坡变形监测仪器，边坡监测技术又出现了日新月异的更新和进步，朝

着自动化、高精度化等方向发展。

目前，传统的边坡监测技术发展已较为成熟，并在实际边坡工程中取得了可

靠的监测效果。表1列出了一些传统边坡监测技术及仪器，以及它们目前存在的

不足。从表1可以看到，传统技术大多需要人工定期到现场进行数据采集，工作

量大，监测的时效性较差，而且无法在恶劣的气候条件下实施。由于大部分边坡

变形失稳均发生在暴雨、地震等极端情况下，此时组织现场实测会严重威胁到监

测人员的生命。另一方面，现有的传感元件，如电阻应变计式、电感式传感器和

钢弦式等，普遍存在尺寸较大、抗干扰性及稳定性较差和易发生零点漂移等不足。

表1 传统边坡监测技术和仪器及其不足

2边坡工程监测的方法

目前，我国边坡变形监测方法主要采用简易观测法、设站观测法、仪表观测

法和远程监测法等。

2.1简易观测法

简易观测法是通过人工观测边坡中地表裂缝、鼓胀、沉降、坍塌、建筑物变

形及地下水位变化、地温变化等现象。简易观测法对于发生病害的边坡进行观测

较为合适，也可结合仪器监测资料综合分析，初步判定滑坡体所处的变形阶段及

中短期滑动趋势。即使采用先进的仪表观测，该法仍然是不可缺少的观测方法。

2.2设站观测法

设站观测法是指在充分了解了现场的工程地质背景的基础上，在边坡上设立

变形观测点（成线状、网络状），在变形区影响范围之外稳定地点设置固定观测站，用测量仪器（经纬仪、水准仪，测距仪、摄影仪及全站型电子速测仪、GPS

接收机等）定期监测变形区内网点的三维（X，Y，Z）位移变化的一种行之有效

的监测方法。

2.2.1大地观测法：常用的大地测量法主要有两方向（或二方向）前方交汇法、双边距离交汇法、视准线法，小角法、测距法及几何水准测量法，以及精密三角

高程测量法等。大地测量法有如下优点：（1）能确定边坡地表变形范围。（2）

量程不受限制。（3）能观测到边坡坡体的绝对位移量。由于大地测量法具有以

上优点，在边坡工程的地表监测中占主导地位。但大地测量法也受到地形通视条

件限制和气象条件的影响，工作量大，周期长，连续观测能力较差。

2.2.2GPS（全球定位系统）测量法：GPS测量法的基本原理是用GPS卫星发送的导航定位信号进行空间后方交汇测量，确定地面待测点的三维坐标。将GPS测

量法用于边坡工程监测有以下优点：（1）观测点之间无需通视，选点方便；（2）观测不受天气条件的限制，可以进行全天候的观测；（3）观测点的三维坐标可

以同时测定，对于运动的观测点还能精确测出它的速度；（4）在测程大于1Okm 时，其相对精度可达到5*10-6一1*10-6，优于精密光电测距仪。此法适用于边坡地表的三维位移监测，特别适合于地形条件复杂，起伏大或建筑物密集、通视条

件差的边坡监测。

2.2.3近景摄影测量法：该方法是把近景摄影仪安置在两个不同位置的固定测

点上，同时对边坡范围内观测点摄影构成立体像时，利用立体坐标仪量测像片上

各观测点三维坐标的一种方法。

2.3仪表观测法

仪表观测法是指用精密仪表对变形斜坡进行地表及深部的位移、倾斜（沉降）动态、裂缝相对张、闭沉、错位变化及地声、应力应变等物理参数与环境影响因

素进行监测。目前，监测仪器的类型，一般可分为位移监测，地下倾斜监测、地

下应力测试和环境监测四大类。

2.4远程监测法

伴随着电子技术及计算机技术的发展，各种先进的自动遥控监测系统相继问世，为边坡工程、特别是边坡崩塌和滑坡的自动化连续遥测创造了条件。远距离

无线传播是该方法最基本的特点，由于其自动化程度高，可全天候连续观测，故

省时、省力和安全，是当前和今后一个时期滑坡监测发展的方向。

3结语

随着时代的发展，边坡问题变得越来越复杂，水利建设、矿山开采、高层建

筑基坑和深开挖施工等都可能形成极高极陡的边坡。目前，国内边坡变形监测技

术的应用仍然存在设备自动化程度低，数据采集与传输方式智能化不够充分等缺点，这与边坡工程预算成本的控制不无关系。

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