边坡监测范文

边坡监测范文（精选10篇）

边坡监测 第1篇

云贵高原某边坡, 位于贵州省境内。地势南东高, 北西低。最低点为北西侧小溪内, 高程约412.0 m, 最高点在斜坡顶部, 高程约458.1 m, 区内最大高差46.1 m, 边坡倾向273°∠30°。由于工程建设需要, 在场区南东侧斜坡形成一高约7 m~10 m的直立边坡, 长度约180 m。

工程场区气候属于亚热带河谷气候特征, 雨水充沛, 多年平均降水量1 036.4 mm, 每年5月~9月为雨季, 占全年降雨量的80%左右。该斜坡为侵蚀沟谷斜坡地貌, 岩性以侏罗系下统自流井群綦江段 (J1-2zl1) , 灰绿色中厚层强风化~中风化石英砂岩为主, 并夹有紫红色薄层泥岩, 厚度约10 cm。薄层泥岩位于卸荷拉伸区, 以及雨水入渗, 成为该边坡不稳定的控制性边界条件。

由于卸荷以及雨水入渗, 加之边坡开挖, 薄层泥岩以上易形成不稳定滑坡体。一旦出现险情, 其后果不堪设想。需对边坡采取多种方法进行监测, 对监测结果进行分析, 有助于判断坡体的的稳定性, 及支护效果的评价[1]。

2 基本地质条件

场地地质构造属于扬子准地台遵义断拱毕节东向构造变形区, 出露地层为侏罗系下统自流井群綦江段 (J1-2zl1) , 灰绿色中厚层状石英砂岩夹薄层紫红色薄层状泥岩。岩层产状:323°∠24°, 主要发育两组节理:72°∠85°, 163°∠81°。与岩层层面相交, 将岩层切割成楔形体。主要地层有:

1) 第四系松散层 (Qdl) :分布于边坡表层, 为褐黄色粉质粘土, 厚0 m~1.0 m, 可塑状态, 夹少量碎石, 含量约10%, 粒径多为2 m~8 cm, 结构松散。2) 侏罗系下统自流井群綦江段 (J1-2zl1) :灰绿色中厚层状石英砂岩夹紫色薄层状泥岩, 强风化~中风化, 节理裂隙发育。该场地纵向剖面图见图1。

3 监测分析

该边坡采用地表位移监测与深部位移监测相结合的监测方案地表位移使用观测墩进行监测, 每个高程一般采用3个~5个点;深部位移采用钻孔测斜仪进行监测, 测量深度为25 m~30 m。

3.1 地表位移监测

根据现场实际条件共设置13个监测点 (见图2) 。纵坡面选择3个观测点:TP3, TP8, TP12开挖及加固阶段, 每组数据206个, 横剖面选取3个观测点:TP2, TP3, TP4开挖及加固阶段, 每组206个, 对统计数据进行相关性分析 (见表1, 表2) 。

根据统计结果:纵横剖面的数据相关性均较好, 尤其是横剖面变形一致性更好, 相关性高, 表明横剖面坡体呈现整体运动趋势比纵剖面明显。纵坡面上不同高程坡体变形具有相对独立性。

数据进行分析, 选择相关的监测点进行对比, 具有很好的相关性。

边坡观测点TP3与TP8在X方向变形最为显著, TP3累计位移于2012年6月15日发生了较大的变化, 5 d位移达15.76 mm, Y方向的位移变化较小, 变形指向坡脚, 此后坡顶高程450 m处出现局部裂缝。2011年6月15日开挖深度6 m~8 m时, 坡顶处出现地裂缝, 裂缝横向延伸约11 m。施工单位立即停止开挖, 反压处理, 立即变更支护设计, 召开专家咨询讨论会议, 对该边坡滑动体采用大截面抗滑桩, 锚索加固等措施, 2011年11月份雨季过后, 抗滑桩施工, 2012年5月施工完毕, 再次开挖, 桩锚逐渐发挥作用, 边坡变形趋于稳定[2], 表明支护措施效果明显 (见图3) 。

3.2 深部位移

在边坡不同高程上共布置4个测斜管, 由钻孔测斜监控曲线表明:深部位移曲线位移特征为“D”型[3], 可发现明显的剪切带。其中剪切带分别位于443.5 m高程, 与软弱夹层高程位置一致, A, B向剪切位移相差较大, A向位移大于B向位移。可见坡体有沿软弱夹层向坡脚滑动的趋势 (见图4) 。

根据监控资料, 测斜管的剪切位移坡体变形由下向上传递, 符合牵引式变形的基本特征。根据后期变形的监控, 加固支护后边坡变形趋于收敛。

4 结语

1) 通过不同的监测手段, 表明对边坡的同一变形, 不同的监测仪器具有相同的响应, 为边坡的信息化施工提供了可靠的数据, 对边坡的设计具有指导性的意义。2) 边坡变形, 由低高程向高高程逐渐减小, 为牵引式破坏。3) 边坡出现两次变形, 根据变性特征, 两次变形存在不同的成因。4) 支护设计的变更以及支护工作的逐步实施, 有效的控制了边坡的变形, 现今边坡处于稳定状态。

参考文献

[1]黄秋香, 汪家林, 邓建辉.基于多点位移计监测成果的坡体变形特征分析[J].岩石力学与工程学报, 2009, 28 (zl) :2667-2673.

[2]张敏, 黄润秋.小湾水电站进水口高边坡变形机理分析及工程意义[J].工程地质学报, 2009, 17 (1) :62-69.

[3]靳晓光, 李晓红, 王兰生, 等.滑坡深部位移曲线特征及稳定性判识[J].山地学报, 2000, 18 (5) :440-444.

边坡监测 第2篇

基于近景摄影测量的边坡变形监测模拟试验研究

边坡的`变形监测是研究边坡稳定状态的重要方法.采用近景摄影测量的方法,模拟监测了边坡的变形,该方法具有非接触、设备简单、自动化程度高等优点.试验结果表明近景摄影测量用于边坡变形监测具有较好的精度.

作 者：张 作者单位：西安建筑科技大学采矿工程系,西安,710055;金堆城钼业股份有限公司,华县,610521刊 名：交通科技英文刊名：TRANSPORTATION SCIENCE & TECHNOLOGY年，卷(期)：“”(3)分类号：U4关键词：

露天煤矿边坡变形监测技术研究 第3篇

3.阜新市发展和改革委员会 辽宁阜新 123000

摘要：本文根据白音华三号矿边坡滑（移）动监测的实践，总结出较深露天矿边坡监测方法；用计算机进行监测数据处理并绘制出各种变形曲线图；由多次已经发生的边坡滑（移）动实践（兼有滑坡规律），初步探讨出露天矿边坡滑（移）动的普遍规律性。

关键词：露天煤矿；边坡；监测

引言.

通过对白音华三号露天矿边坡岩移监测的实践，分析了露天矿边坡监测方法。用计算机进行监测数据处理并绘制出各种变形曲线图；对露天矿边坡滑坡普遍规律性初步探讨。由于露天采矿形成采场，使得该地层自然压力的平衡遭到破坏。在一定的条件下，容易诱发产生边坡滑坡。露天矿滑坡严重地影响着露天采矿生产和人员的安全。因此，用科学的边坡滑坡监测方法，利用计算机处理监测数据并绘制各种变形曲线图，总结滑坡与外界条件及变形值的有机关系，寻找边坡滑坡的客观规律，逐步做到滑坡预报，对于露天矿生产和安全，提高经济效益和社会效益有着极其重要的意义。

白音华三号露天煤矿设计开采面积为51.38km2，主要开采煤层为2煤组和3煤组，共有5个主采煤层，2-1上、2-1中、2-1下、3-1、3-3煤层，平均厚度依次为3.80m、7.55m、4.75m、18.77m、6.66m。占总煤量为94%，其中的三个代表层，分别为2-1中、3-1和3-3煤层，占总煤量的71%。设计资源/储量为1432.89Mt，可采储量1375.57Mt，生产能力每年14.0Mt，平均剥采比4.38m3/t，服务年限89年，总投资265108.81万元，生产已初具规模.伴随着采矿活动，露天矿边坡滑坡频繁，尤其二、三标段滑坡严重，清邦减重增加大量的剥离量，使基建投资加大，纵观白音华三号露天矿边坡的现状，边坡布置观测网，设置观测站。

1.观测方法

1.1滑坡观测线（点）的建点

根据已经发生的滑坡实践及其理论分析，我们在采场南帮及东西两端帮及北帮共布设了21条观测线（点）（见图1）。观测线长300～450m之间，观测线布置间距一般为100m。控制点及观测点的标桩结构分为钢管、元钢等几种类型，外套PVC白色塑料管为混凝土模具，外涂红、白相间油漆，标志。非常直观醒目，便于寻找。

图1 采场边坡观测线

1.2观测方法

使用經过检核合格后的全站仪进行连测，在观测站全部测点埋设10～15天后进行观测，按“煤矿测量手册”、“煤矿测量规程”的要求，采用5″经纬仪导线与矿区GPS #B27、#B40等三角点联测，最终求其观测网控制点及观测点的三度坐标X、Y、Z（H）。使用电子速测仪（全站仪）对观测网进行观测，大大提高观测效率，该仪器有电子经纬仪，光电测距仪，数据记录器或数据终端组成。具有测角、测距、自动记录和计算的功能，具有精度高、数据稳定可靠、自动分析和输出的功能。

为比较边坡滑动前后变化，确定滑体形状大小，在滑坡后绘制1：1000滑坡区平面图，在图上应表示滑动裂缝位置、凸起和凹下等变形发生的位置及有关测量数据。

2.实施观测

2.1观测内容

预测：预测的目的是发现边坡何时开始滑动，可根据季节和观测线具体情况每7～30天进行一次观测，当观测点下沉大于30mm时，即为滑动开始。

滑动期观测：滑动期观测一般每月观测一次，在滑动速度快、变形大的情况下，应缩短观测时间，活跃期7天观测一次，以便全面掌握和研究滑坡规律。

2.2资料整理

首先建立三维假定坐标系统：

W轴------------沿铅垂线方向

X′轴-----------沿观测线方向

Y′轴-----------沿观测线方向

①填写观测点的平面坐标及高程表

②填写观测点水平距离表

③按观测线计算测点下沉W值和下沉速度。

V值

Wn=Hn-Hon

（mm/昼）

式中：Hon，Hn-------分别为n点滑动前后的高程

-------为n号点在数值面内两次观测分量之差

--------为n号点两次观测时间间隔差。

④测点的水平移动v和点间水平变形

～n+1 （mm/m）

⑤测点在垂直面内的移动向量W

⑥测点在平面的移动向量V

⑦应绘制观测线垂直下沉曲线图

⑧观测点水平移动与水平变形的曲线图

3.应用实践

3.1滑坡发生前的客观条件

白音华三号露天矿显著滑坡的发生条件有如下共性：

发生在雨季（大雨当中或大雨过后）；

发生在断层处或软岩层处（如页岩）；

滑坡前均出现与边坡走向近于平行的裂缝（大的裂缝宽达300～400mm）；

边坡点变形大，且速度快，空间变形达400～500mm，变形速度达300～500mm/天。

3.2对滑坡发生的理论分析

滑坡与时间因素有密切关系，边坡暴露时间越长，由于各种因素影响的积累，使边坡越来越不稳定，超过一定限度，就会发生滑坡。

对白音华三号露天矿滑坡的实测资料分析表明：滑坡都是发生在顺层边坡的剪切性破坏。这里的岩体中存在着抗剪强度较低的弱层面（如页岩），而且朝向采场（即顺层边坡），当弱层面上部岩体的自重和其他外部负荷所构成的下滑力超过沿弱层面的抗滑力时，上部岩体将沿此弱层面，向下滑（移）动，即形成滑坡。特别是在雨季，由于大量雨水在岩体裂隙中流动并形成一定的水位，产生水压，成为附加载荷作用于边帮上，改变了边坡岩体的受力状态，加之流水在某些弱层面的溶解和冲刷作用及其浮力作用，都将降低边坡岩体的稳定程度。

3.3滑坡因素分析

从白音华三号露天矿滑坡观测站观测工作中，不断的深入现场观看，滑坡之动态变化，总结影响滑坡因素：

高填土边坡变形监测应用 第4篇

1测斜仪工作原理

测斜仪的工作原理是通过摆锤受重力作用来测传感器与铅垂线之间的倾角,进而计算垂直位置各点的水平位移。当土体产生位移时,埋入土体的测斜管随土体同步位移,测斜管的位移量即为土体的位移量。放入测斜管内的传感器测出的量是各个不同测段上测斜管的倾角φ,而该分段两端点的水平偏差可由测得的倾角φ用下式表示:

δi=Li×sinφi (1)

其中,δi为第i量测段的水平偏差值,mm;Li为第i量测段的长度,通常取0.5 m,1.0 m等常数,mm;φi为第i量测段的倾角值,(°)。

当测斜管埋设足够深时,管底可以认为是位移不动点,从管底上数第n量测处测斜管的水平偏差总量为:

$\delta ={\displaystyle \sum _{i=1}^n\text{Δ}}\delta {}_i={\displaystyle \sum _{i=1}^{n}L}\sin \text{Δ}\phi {}_i$ (2)

应该注意的是:只有当埋设好的测斜管的轴线是铅垂线时,水平偏差才是对应的水平位移值,但要将测斜管的轴线埋设成铅垂线几乎是不可能的,测斜管埋设好后,总有一定的倾斜和挠曲。因此首次测量值只能作为基本值,其后将传感器水平转180°后所得测量值与首次测量值的水平偏差值才是各个测段的水平位移值:

δn=c(δ2n-δ1n) (3)

其中,c为仪器参数;δ1n为首次测量时n点的位移值,mm;δ2n为旋转180°量测时n点的位移值,mm。

测斜管可以用于测单向位移,也可以测双向位移,测双向位移时,由两个方向的量测值求出其矢量和,得出位移的最大值和方向。

2测斜管埋设中应注意的问题

1)边坡监测中测斜管埋设采用钻具成孔,成孔允许偏差控制在1°内,为使管底水平位移为0,钻孔深度要求到下卧硬土层或基岩内(50 cm～100 cm),若软土层深厚难以进入硬土层时,钻孔至足够深度到不产生水平位移。

2)管底盖好底盖,并上好螺丝,当埋设的测斜管较长时,一般是先将测斜管连接成4 m～6 m左右长为一节,然后一节节放入孔中,管与管之间要搭接好,并涂抹粘合剂。

3)如遇浮力太大而难以下管时,可以往测斜管里注清水,用以抵抗泥浆的浮力和渗透力。

4)测斜管埋至预定深度后,校正导槽方向,使十字交叉向垂直于边坡监测位移方向。测斜管埋设好后停留一段时间,使钻孔填砂密实紧贴测斜管,之后进行零位测试。

3测斜仪应用工程实例

3.1 工程概况

长青墓园位于广东省佛山市南海区黄岐泌冲浔峰洲,毗邻广州,坐落于高度次白云山的尖峰山上。由于山坡陡峭,为了更好地利用山坡从而对其进行了改造,在原山体上依山势通过挖、填方形成阶梯状平台。边坡最大高度约为50 m,天池区最大填土深度约为15 m。

东二区、天池区以及东二区与天池区之间的区域为填土最厚区域,稳定性差。为确保建成后使用过程中填土区的稳定,需进行填土边坡治理。

对东二区采用锚索、锚杆及钢筋网喷射混凝土面层治理。对天池区设置锚索抗滑钢筋混凝土桩。为保证上述区域内在施工期及使用期内的安全,对其进行了位移观测,通过对观测数据的分析,做到在填土过程中心中有数,及时调整施工进度,确保填土稳定。

3.2 位移观测及资料整理

根据坡面剖面图,在边坡有代表性的3个平台上埋设了3根测斜管。填土施工期内,一个星期观测一次,填土施工完后一个月观测一次,如遇大雨或监测数据异常时加大观测频率,并及时绘制位移—深度—时间变化曲线。

3.2.1 位移随深度时间变化曲线分析

经过长时间的观测,得到埋设在边坡上的3根测斜管位移—深度—时间变化曲线图,从图1～图3可以看到3根管在整个观测过程中位移变化有两次是较大的。在9月4日～10月15日位移有较大的变化,位移变化最大值发生在坡中管,管顶变形共8.68 mm;从10月15日～10月31日位移又出现一次大变化,位移变化最大值仍发生在坡中管,管顶下1.5 m处共变形11.56 mm,之后位移渐渐趋于稳定。其中坡中管的最大位移达到了47.44 mm,经分析位移变化较大主要是由于坡中管上方的填土速率加快,超载过大所致。由于监测及时发现问题,并通知施工方调整施工进度,才避免了边坡位移速率变化的进一步加大。由此可知位移监测在填土边坡施工中能起到很好的信息化指导。除此之外,从3根测斜管随深度变化的位移曲线也可以知道:坡顶管在20 m以下位移变化很小,说明在这个位置以下基本到了坚硬稳定层;以此类推,坡中管在18 m处以下也基本属坚硬稳定层;坡底管在16 m 处有坚硬稳定层,但在16 m～25 m处可能存在软弱土层,这与钻孔埋设测斜管时的钻孔资料很相符。可见测斜仪在边坡位移监测中不仅可以指导信息化施工,还可以通过对位移的分析得出边坡稳定层的轮廓,预估边坡失稳时的危险滑裂面。

3.2.2 管中最大位移随时间变化速率曲线分析

从边坡上3根测斜管最大位移点处的位移随时间变化速率曲线图可以知道,填土边坡前期的变形速率很快,在10月中旬～11月中旬间3根测斜管位移速率均似直线上升,由于有信息化指导,位移变化险情很快被控制住。对于坡顶管和坡底管,通过速率变化曲线斜率可以认为其位移基本趋于稳定,并且最大位移值也不大,分别为8.05 mm和15.42 mm,尽管进入3月份,4月份的雨季,位移变化仍然很小;对于坡中管,由于受快速填土的影响,位移迅速增大,很快就达到了30多毫米,即使险情很快被控制,但位移仍在增长。从其深度位移曲线图和位移时间曲线图也可以看到,坡中管在雨季位移增长速率有所增大。因此,从位移随时间变化曲线可以知道,边坡位移随时间的发展趋势,并估算位移的发展速率,除此之外,通过该曲线的长期变化过程,还可以判断出边坡位移随时间的流逝逐渐趋于稳定的时间,并由此来估算边坡的长期稳定问题。

3.3 结论与建议

通过对监测数据的分析,并考虑到影响边坡稳定的主要因素和南方地区雨水充沛的实际情况,初步判断南海长青墓园填土边坡位移变化较大主要是由于填土边坡填土速率过快,并且坡中管所处的边坡上没有有效的支挡结构,加上南方雨水充沛,降水渗入初填土中,使边坡填土容重变大,内摩擦角和粘聚力降低,边坡向外产生较大的侧向位移。

依据监测数据和结论对南海长青墓园填土边坡提出如下建议:1)目前坡顶和坡脚位移趋于稳定,在没有特殊情况下,可以结束该两处的位移监测,而对于坡中管,虽然填土已经完成,但其位移受雨季影响较大,建议再观测一段时间。2)为使边坡安全,应在坡中做好排水系统,保证能够完全分隔雨水的渗入。3)由于新填土固结要3年～5年才能完成,位移变化难免要持续一段时间,建议在坡中采取有效挡土措施。

4结语

测斜仪作为一种精度高、量程大、稳定性好、可移动的岩土工程原位监测仪器,在信息化指导施工中起到了很好的作用,其特点是能从监测曲线中直接判断出边坡可能出现的滑裂面位置,从时间与位移的关系中可以判断边坡失稳或发生滑坡的动态。测斜仪埋设方便并且经济易行,仪器在测试过程中可以随时进行检查,测得的数据可以及时导入电脑进行处理,对于不合理的数据可以重新监测,得到及时修复。因此,钻孔测斜仪在岩土工程中应用广泛。

摘要：介绍了测斜仪的工作原理,提出了测斜管埋设中应注意的问题,并探讨了测斜监测技术和测斜管埋设技术在南海长青墓园工程中的应用,通过对监测数据的分析,对南海长青墓园填土边坡提出了一些建议,以期对监测边坡变形稳定工程具有借鉴意义。

关键词：测斜仪,监测,边坡,稳定

参考文献

[1]程瑞杰,朱海云.公路工程中高边坡变形的勘察与设计方法[J].山西建筑,2007,33(25):299-300.

边坡监测 第5篇

摘 要：每年边坡失稳给国家的财产和人民的生命安全带来巨大的危害，而合理的监测技术是边坡预防和治理的关键所在。但是目前的技术手段缺乏系统性和实时性，远远不能够达到良好的监测效果。物联网由于具有实时性、智能化、精细化等特点，近几年被广泛的运用到建设领域。大数据思想的产生是让人们如何重新认识数据，如何挖掘数据背后的价值。在阐述物联网和大数据的基础上，介绍物联网和大数据在工程监测上的运用，最后展望该技术在边坡监测上的前景。

关键词：边坡监测；物联网；大数据；展望

中图分类号： TP391 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）18-158-2

0 引言

作為全球性三大地质灾害之一的边坡失稳塌滑严重危害国家财产和人民的生命安全。随着我国基础建设的大力发展，在矿山、水利、交通、建筑等各个建设领域将出现大量的边坡工程，这样不可避免的涉及一系列由边坡所产生的问题。因而要全面的认识边坡，从而达到有效的预防、治理边坡。其中，边坡监测是认识和治理边坡的关键，合理的监测是边坡整治的可靠技术保障。

目前，我国的边坡监测方法由过去的简易工具测量向自动化、精密化发展，其监测方法主要有简易监测法、设站观测法、仪表观测法和远程监测法[1]。虽然边坡监测手段众多，但是目前的边坡监测仍存在以下几个主要不足之处：①工作量大，消耗大量人力、财力、物力；②监测不够频繁，不能获得精确的边坡变化规律；③观测受外在因素影响，比如气候条件；④观测项目相互独立，不能将各种数据融合分析。

物联网技术是继计算机、互联网和移动通信网之后的新一轮技术革命浪潮[2]，它通过感知、通信和智能信息处理，实现物理世界的智能化感知、管理与控制[3]。物联网技术的兴起，为边坡监测提供全新的方法与手段。大数据是继云计算、物联网之后IT产业又一次颠覆性的技术变革，技术是大数据价值的手段，而大数据思想就是从很多“毫无关联”的数据中找到它们的相关性。这种思想类似于混沌理论，但是比混沌理论更为简洁的认识事物。对于由多种因素控制的边坡稳定性而言，大数据思想可以很好的发现边坡变化的相关性。

本文首先详细的介绍物联网和大数据的概念，在此基础上再介绍国内外物联网技术在边坡监测上的应用，最后指出目前物联网技术存在的一些不足之处并提出相关的解决办法。

1 物联网概述

物联网，简单的说就是实现物与物相连接的网络。其实现途径是通过装置在各物体之间的传感设备，比如有射频识别（RFID）装置、二维码、红外线感应器、全球定位系统等。传感器把收集起来的信息通过网络传送到信息承载体（云计算平台），然后实现人与物之间的智能化感知。

2 物联网技术构架

从物联网的概念可以得知，物联网的实现应该具有三个要求：①全面感知；②可靠传递；③智能处理。从技术层面上讲，即感知层、网络层和应用层。

感知层作为收集物体信息的来源，它的多样化与否直接影响到识别物体的准确性和全面性，感知层由各种传感器组成，有温度、湿度、二氧化碳浓度传感器、摄像头、GPS、RFID等等。这些传感器将从不同角度去识别物体。

网络层由互联网，私有网与云计算平台构成的，负责传递数据。其中云计算平台是其核心组成，它可以实现海量信息的智能处理。

应用层就是针对不同行业的各种应用，提取出同专业的信息并进行数据整合，达到智能化应用。

3 物联网的特点

从物联网的概述和技术构架可以看出，物联网具有如下特点：①实时性。它能不间断的收集、传递信息。②远程监控。传感器能够将采集来的信息通过网络传递，这样就可以达到远程监控的效果。③全面性。不同的传感器从多方面识别物体，能够充分的认识物体的变化情况。④统一决策。将不同的信息整合起来，充分认识到物体变化的主次矛盾，从而有针对性的采取相应措施。⑤创新性。物联网让我们从更多的角度认识世界。

4 大数据

4.1 大数据概念

物联网技术的广泛实现必须依靠云计算平台的应用，云计算平台能够存储海量的数据，而大数据技术又是云计算的核心，它能够从海量的数据中提取有价值的数据，然后进行处理。这种技术的存在能够快速的、有效地发现数据的价值和事物的本质。简言之，大数据思想是让人们认识到如何正确、有效地使用数据的理念。

4.2 大数据特点

大数据开启了一次重大的时代转型，改变了人们认识和理解世界的方式[4]，即世界就是数据，大数据被广泛的应用到各行各业。其主要特点有以下几个方面：①大量。②高速。③多样。大数据接收包括文档、音频、图片、视频等各种不同类型的信息。④价值。大数据的本质就是预测，从相关性的数据中发现问题的原因。

5 物联网技术在边坡监测的研究进展

随着物联网技术的兴起，物联网在建设行业得到很好的运用，比如桥梁健康监测、大坝安全监测、隧道变形监测、智能建筑安全系统等，然而在边坡等地灾的运用还是比较少。

5.1 国内外的研究与应用

目前，国内外对边坡监测研究主要集中在对其监控上，主要手段是通过“3S”技术和DDRS技术。“3S” 技术是遥感技术、地理信息系统、全球定位系统这三种技术的统称[5]。DDRS指的是数字减灾系统，利用遥感技术、全球定位系统、地理信息系统和计算机网络技术，用数学和物理模型来数字仿真，模拟灾害发生传播的全过程[6]。国内曹诗咏提出了将ZigBee无线传感器网络技术和北斗卫星通信技术相结合对滑坡的状态进行远程实时监测的方案[7]。何文娜首次系统化地提出了大数据时代物联网、云计算等技术在地质调查领域的融合性技术框架，探讨了物联网技术在地质资料管理、地质装备管理方面的应用方案，将其具体应用到公路高边坡地质灾害监测系统建设项目中[8]。

5.2 物联网技术在边坡监测上的不足

综上所述，虽然物联网技术在实际建设中得到了广泛的运用，特别是它具有远程操作、连续观测、自动采集、存储等优点，但是该技术在目前阶段还没有被成熟的运用。其原因有如下几个方面：①现有的一些操作仅仅涉及物联网技术上的感知阶段，没有真正意义上达到数据的整合处理。②对边坡的监测也仅仅是局部的监测，缺乏相关性的大数据，不能系统地认识边坡失稳的原因。③传感器没有达到技术要求。边坡所处环境比较恶劣，这就要求传感器具有耐腐蚀、防水、抗电磁干扰、低耗能、抗压等性能。④缺乏典型试验，没有统一的技术规范做指导。这样导致每个地方的数据不能够相互借鉴，从而丧失了大数据的意义。⑤缺乏监控预警临界点，容易错失治理的最佳时机。

6 物联网技术在边坡监测中的展望

毫无疑问，物联网技术和大数据思想是当前和今后一个时期监测边坡的重要方向，未来的监测手段会越来越丰富，监测精度也会越来越高，物联网技术的发展也会带动监测仪器的发展。可以预见，物联网技术在边坡监测有如下趋势：①传统技术和物联网技术的融合。以物联网技术为主，传统技术为辅，充分发挥各自的优点，达到全面监测的效果。②智能传感器的蓬勃发展。一些造价低、性能好的传感器将得到研究、开发和运用。③大数据会得到全面的认识。边坡失稳由内因和外因共同作用，传统的判断方法只是从单一的角度分析，而对大数据的分析就可以简化认识边坡失稳，因为所有的因素都体现在数据上，从数据中提取价值便是大数据思想的核心。④科学、系统的边坡监测体系的建立。从系统上考虑边坡问题，而不是从边坡的某个局部因素考虑问题。随着物联网技术的成熟，未来会从区域性的角度考虑边坡问题。⑤物联网规范的制定。统一技术指标，让各种各样的数据实现全面无缝对接，从而使物联网达到安全运营，信息化管理的要求。

参 考 文 献

[1] 罗志强.边坡工程监测技术分析[J].公路，2002，05：45-48.

[2] 王保云.物联网技术研究综述[J].电子测量与仪器学报，2009，12：1-7.

[3] 杨正洪.智慧城市：大數据、物联网和云计算之应用[M].北京；清华大学出版社，2014.

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[7] 曹诗咏.基于无线传感器网络的滑坡监测研究[D].西南石油大学，2012.

大型边坡工程治理与监测技术现状 第6篇

关键词：大型边坡,治理,监测技术

对于大型边坡工程建设来说, 保障工程质量是重中之重, 而保障边坡质量就需要进行持续性的质量与监测工作, 对于大型边坡工程使用中出现的一些问题应当及时发现、及时治理。在大型边坡工程治理中, 对于各种监测技术应当充分运用, 对于大型边坡工程治理与检测现状中存在的一些问题, 应当积极正视, 并且做出相应的改正。

1 大型边坡安全监测现状

自上世纪90年代以来, 安全监理工作被作为长期性的监测与治理工作应用在一些大型工程中, 如小浪底截留工程、三峡工程、小湾工程等等, 并且形成了较为成熟的安全检测制度。正是在这一时期, 对于现行边坡的安全监测工作开始施行, 一些新的监测仪器和监测技术不断被应用到监测工作中, 在当前的大型边坡工程施工与维护中, 安全监测已经成为其中重要的组成部分[1]。由于边坡工程施工与使用过程中, 可能会出现一些安全问题, 这些安全问题造成了边坡工程的巨大隐患, 对于边坡工程进行治理和安全监测也正是为了降低这种安全隐患, 保障大型边坡的安全使用。应当指出, 在大型边坡安全监测现状中, 还存在一些问题, 例如对于治理和监测重要性的认识不够、一些新的监测技术没有得以应用、缺乏完善的治理与监测机制等等。

2 大型边坡治理与监测技术应用现状中存在的问题

2.1 对于治理与监测认识不够

客观而言, 我国在大型边坡工程施工与使用过程中的治理与监测技术应用时间较短, 较西方发达国家还有着一定差距, 虽然在当前的大型边坡工程施工与使用中都有着相关治理和监测措施, 但是对于治理和监测的重要性还缺乏足够认识。因而对于治理与监测的认识不够问题便是大型边坡治理与监测技术应用中存在的一个较为突出问题, 从而使得在治理与监测方面的投入力度还远远不够。同时, 对于治理与检测的认识不够还体现在没有充分了解治理与监测的内涵上, 例如在大型边坡工程的指导施工、安全状态监测、设计方法改进等方面还存在一定的不足。因而可以看出, 在大型边坡工程治理与安全监测中, 提高认识是重要基础, 近年来我国出现的一些大型边坡工程事故, 与不重视治理和安全监测不无关系。

2.2 监测新技术应用不完善

随着各种监测技术的不断发展, 一些新的监测仪器被更多的应用在大型边坡的治理和安全监测中, 在新技术的应用过程中还存在一些不完善的方面, 例如不重视新技术的应用, 缺乏新技术的充分利用和管理。虽然近年来一些新的监测技术不断出现, 如GPS监测法、远程监测法等等, 这些新的监测技术能够有效提高监测质量[2]。然而在新技术的应用中, 由于缺乏足够投入, 一些新的技术和仪器还没有得到普遍性应用, 同时由于缺乏足够的人才, 虽然采购了相应设备和仪器, 但是缺乏相应的操作人才依然无法较好使用。在新技术运用中, 缺乏完善的技术管理也是一个较为突出的问题, 例如设备仪器的维护等等, 特别是对于一些精密检测仪表的使用, 往往需要进行周密的保护和保养, 而缺乏相应技术管理就导致新技术、设备仪器很难充分发挥应用效果。

2.3 缺乏完善的治理与监测机制

在大型边坡治理与检测现状中, 缺乏完善的治理与检测机制依然是较为突出的问题, 这种机制不完善问题主要表现在技术管理、监测制度、治理制度等方面。例如, 在当前的大型边坡治理和监测中, 往往缺少严格的检测计划, 对于监测过程中发现的问题也缺少完善的处理机制, 治理程序繁琐是一个非常突出的问题。在监测技术管理方面, 不完善之处主要在于一些新技术的应用管理方面, 一些新技术由于不是十分成熟, 监测应用中应当采取更加谨慎的应用策略。大型边坡治理与检测机制不完善问题所产生的影响范围是很大的, 而且对于施工、维护等方面还会产生一定的连带影响作用。

3 大型边坡治理与检测技术应用策略

3.1 提高对于大型边坡治理和监测的认识

在大型边坡施工与使用过程中, 应当提高对于边坡治理和监测的认识, 而且对于边坡工程的监测应当在工程施工开始后就要进行相应的跟进, 监测工作不单单是对于边坡使用过程中的安全监测, 还应当包括施工、设计等方面的监测。从这一角度来看, 对于大型边坡工程治理与监测的核心概念应当形成全面的理解, 相关监测工作也应当进行相应的改变, 同时针对大型边坡工程的具体影响工程情况制定相应的边坡工程治理与监测方案。无论施工单位, 还是边坡工程管理单位, 在对边坡工程治理与监测方面都应当积极配合相关工作, 重视监测结果和所发现的问题, 并且积极进行改正[3]。在设计阶段也要充分考虑监测与治理意见, 可以说, 在设计阶段考虑边坡治理和监测有着重要意义。

3.2 积极应用监测新技术

对于大型边坡治理与监测来说, 积极应用新的监测技术有着重要意义, 引进一些新的监测仪器设备和技术, 在边坡监测中, 一些应用较多的方法有简易观测法、设站观测法、仪表观测法远程检测法等等。不同的监测方法所偏重的监测项目不同, 所使用的监测技术也就不尽相同, 整体来说, 在我国当前大型边坡工程治理与监测中所使用的监测方法和治理方法还停留在传统方法阶段。因而积极应用监测新技术, 如GPS观测技术等等, 对于提高监测质量有着重要作用。

3.3 建立起完善的大型边坡治理和监测机制

建立完善的大型边坡治理和监测机制, 应当在各个方面进行努力, 积极推进大型边坡治理和监测机制完善, 例如建立起明确的责任机制、完善的治理和监测计划、设备仪器保养维护等等。在大型边坡治理和监测中, 监测机制的制定还应当针对边坡工程的具体特点, 建立起完善的边坡治理和检测方案。同时, 在监测过程中发现的一些问题应当积极进行解决, 对于边坡工程中可能存在的漏洞、问题要及时发现, 并且通过相应的治理措施来消除大型边坡工程的安全隐患和漏洞。

4 结论

做好大型边坡工程治理和监测工作是保障工程施工安全和使用安全的重要基础, 在大型边坡工程治理和监测中, 监测技术和治理技术的应用现状中也存在一些问题。为了保障大型边坡工程安全, 避免安全事故的发生, 应当积极做好治理和监测工作, 针对大型边坡治理和监测技术应用中存在的一些问题积极进行改正, 提高对于边坡工程治理和监测技术的重视, 积极应用一些新的治理和监测技术, 建立完善的治理和监测机制。

参考文献

[1]杜宇飞, 郑明新, 张柏根, 赵小平, 马国正.监测技术在边坡稳定性评价中的应用[J].华东交通大学学报, 2006.

[2]张志英, 何昆.边坡监测方法研究[J].土工基础, 2006.

某县城边坡变形监测方案设计 第7篇

1 工程概况

该县城新址东西长约3.5km, 南北宽约1.5km。据气象资料显示, 该地区属中亚热带气候区。干、雨季节明显, 四季分明。年平均降雨量1004mm, 降雨主要集中在每年7~8月。项目规划总面积约5.7km2。场地地形地貌总体处于构造侵蚀高中山斜坡坡地~金沙江沿岸一带, 地势南高北低, 大致呈台阶状上升, 分别在高程420m、500m附近出现平缓地形, 沿东西向展布, 但因场内众多近南北向大、小冲沟的切割而使地形显得零碎, 场地的完整性遭受了较大破坏。

2 监测内容

根据相关规范, 并结合县城新址的地质条件、施工特点、场平及规划情况, 以少而精、经济、实用为原则, 布置如下主要安全监测项目:变形观测网、边坡表面变形监测、深部变形监测、地下水位监测、锚索监测、钢筋计监测。

监测范围:以县城新址场平区域为重点, 地下水位孔、应力应变监测项目主要布置于县城新址C区高边坡区域, 深部位移监测项目分布于整个县城, 兼顾整体, 主要对临江工程再造库岸、场平与道路施工产生的人工边坡和填筑体及其后续建筑平台进行观测布置, 以保障场平工程安全施工与运行。

3 监测测点布设

变形监测系统在整体布置的基础上按A、B、C三个分区覆盖场平区。布设监测网是为测定网点变形并为工程变形观测点提供工作基点。监测网由水平位移监测网与垂直位移监测网组成。水平位移监测网布置根据地形地质条件, 监测网按一等边角测量要求进行观测, 可分别满足A、B、C区独立观测的构网要求。由于场平前后地形的变化, 该网过渡点无法固定, 具体组成的过渡点将在观测前根现场情况确定。

水准点布设在场平内的主干道上, 监测地表变形情况;基准点和工作基点具体位置依据现场地形条件及地质情况确定, 选择在有完整基岩出露处或经少量开挖可达基岩的稳定处。

锚杆应力计分别布设于C区高切坡的两个人工开挖边坡的两个监测剖面上。共埋设4支锚杆应力计。根据地质情况, 钢筋计与锚索测力计布设在相同抗滑桩内, 从而更为全面了解桩体的变形情况。

在地质勘探成果基础上, 依据变形体特征、场平规划和建筑物分布情况, 测斜孔主要布置在地质条件较差的区域或滑坡体上, 以监测场地深部位移变化情况, 初步设计测斜孔12孔, 水位孔7孔。

4 监测方法

水平位移监测方法主要有极坐标法、前方交会法、后方交会法及GPS监测等方法, 根据实际情况, 可对监测方法进行优化, 垂直位移观测主要是沉降观测[3,4]。

4.1 极坐标法

根据极坐标的原理, 以2个已知点建立坐标轴, 并以其中1个点为极点作为极坐标系, 测定观测点到极点之间的距离, 测定观测点与极点连线和两个已知点连线夹角的方法。如图1所示:

假设, 需测定某点C坐标, 首先必须先计算已知点A、B的方位角:

测定角度β和边长BC, 计算BC方位角:αBC=αBA+β (3-2)

C点坐标:XC=XB+S.cosαBC

采用全站仪进行观测时, 由于外面环境的误差是不可避免的, 因此其系统误差主要来源于测角误差、测距误差。取视距长度100m, 假设采用TCR1201全站仪观测 (1″, 1+1.5ppm) 2个测回。

测角中误差:

测距中误差:

点位中误差:

两次观测同一点水平位移变化量中误差:

4.2 前方交会法

前方交会就是利用已知坐标条件求出未知点的一种比较实用的方法。在边坡监测中, 由于边坡地质地貌条件复杂, 因此往往致使测站点无法与前方测点通视, 经常需要用前方交会的方法来预计待测点坐标和待测边边长。

前方交会的角度最好满足30°≤α≤150°, 否则观测出的位移量受测角误差的影响较大。如图2, 假设对工作基点C进行校核时, 可在稳定区埋设2~3个基点, 用前方交会法检定C的稳定性。

其计算公式为:

4.3 后方交会法

在测量作业过程中, 特别是县城房屋不断兴起, 经常遇到测区已知控制点相互通视条件差。我们在工作实践中, 采用全站仪测边后方交会来测设测站, 然后进行观测等工作[5]。

测边后方交会一般在待定点上架设仪器, 在已知点上摆设棱镜, 假设已知点为A (Xa、Yb) 、B (Xb、Yb) , 待定点为P, 通过测量出已知点到待定点之间的距离分别为Sa、Sb

其中L= (Sb2+So2+Sa2) / (2×S2o)

4.4 垂直位移观测

基准点与工作基点、水准点组成结点环线水准网, 按一等水准测量要求观测。在场区主干路尚未完工前, 为满足施工期间观测的需要, 分别在县城东西两侧开挖区以外的稳定区域各设置1组临时基准点, 沿道路布设工作基点4座, 水准点10座, 以基点和水准点组成附和水准路线或闭合路线按一等水准测量要求进行观测。

5 结束语

边坡开挖施工过程中改变了原有土体的应力平衡状态, 因此对边坡进行安全监测设计, 及时了解边坡的变形情况, 保障施工人员以及人民生命财产安全, 具有一定的现实意义。论文主要介绍了金沙江流域库区某县城边坡监测方案设计, 并对部分监测项目进行详细阐述, 从而促使我们在以后工程设计、施工过程中注重变形监测。

参考文献

[1]柳志云.TCA2003全站仪在小湾水电站高边坡监测中的应用[J].云南水力发电, 2006, 22 (3) .

[2]徐万才, 欧阳振华, 刘志强.GPS技术在水厂铁矿边坡监测中的应用[J].露天采矿技术, 2005 (1) .

边坡监测技术与数据处理方法的研究 第8篇

在高速公路、大型水利工程建设以及大型露天矿的开采中,由于大边坡开挖而形成高边坡。边坡监测的传统方法是利用精密水准测量的方法测量垂直位移,利用全站仪测量水平位移。该技术常规做法是在变形区域内分别布设水平变形监测控制网和地表沉降监测控制网。由于传统监测方法网形结构要求较高,而受通视条件限制。在观测作业时,监测时间长、工作量大,并且不能实时得到真正意义上的三维高精度变形信息。同时,如果边坡处于变形加速期,难于保证监测人员的安全。在边坡监测过程中,其滑坡变形预报的准确度不但与监测设备能否实时、准实时或在相应的观测周期内灵敏可靠地取得相关精度要求的变形数据有关,还与数据的处理方法有关。随着GPS接收机设备价格的下降,以及GPS定位及数据处理技术的不断发展和完善,如何更好地运用GPS定位技术对边坡等地质灾害进行监测和预测是当前研究和应用的热点。

1 GPS边坡变形监测网设计的指标要求

GPS边坡监测网质量的好坏可以从建设费用经济合理、监测数据可靠、观测精度满足监测要求、能够及时发现变形等几个方面进行评价。因此在进行GPS边坡监测网设计时主要考虑精度、可靠性灵敏度、费用等指标,而GPS监测网的质量与构成监测网的基线数、监测网的网形结构、基线的精度有关。基线的精度取决于GPS接收机、观测时间选择的卫星窗口、数据处理模型和方法[1]。在边坡监测中,由于观测环境和条件的限制,GPS监测网的主要功能是能否及时发现精度要求的变形量,因而设计GPS边坡监测网时应重点突出灵敏度指标。

1.1精度指标

GPS边坡监测网的精度指标是观测数据的随机误差对监测结果的影响程度,可用未知参数的方差或协方差来描述。在最小二乘条件约束下:

式(1)中x为坐标未知参数向量;P为观测值的权阵;A为误差方程系数阵;l为观测向量;Qx为坐标协因数阵。精度常用坐标方差-协方差阵或协因数阵的纯量形式来描述。从式(1)可见,GPS边坡监测网的精度取决于监测网的基线数、基线的连接形式、基线本身的精度。因而,GPS边坡监测网要达到一定的精度指标要求,则要优化基线数及基线的连接形式。

1.2灵敏度指标

在GPS边坡监测网的设计中,灵敏度所反映出的是监测网可监测到的最小变形值及其变形方向。在GPS边坡监测网经过2期观测后,可得到监测点在同一坐标基准下的变形向量d及其协因数阵Qdd。

假设(H 0)E(d)=0,网点没有显著位移,基准网稳定;(H 1)E(d)≠0,网中至少有一点发生显著位移。在GPS边坡监测网设计阶段,单位权方差及其协因数阵可用先验单位权中误差σ20来代替,建立统计量

假若接受备选假设,t服从非中心F分布,非中心参数为:。在给定的显著水平α、检验功效γ下,得到非中心参数的下界值W0=f(h,∞,α,γ)。如果WA大于W0时,WA所对应的变形量可被监测网发现,因此可用W0所对应的变形量表示监测网的灵敏度

式(3)中:a0为GPS边坡监测网的灵敏度;并假设d=ag,g为单位化的向量,a为位移变形量。

一般情况下,GPS边坡监测网中任何一点的局部灵敏度指标可以使用点位灵敏度椭圆来表示[1]。由于可见GPS边坡监测网的灵敏度与设计矩阵及权阵相关,因此设计监测网时必须考虑GPS监测网的连接形式与基线数量。

文献[1]对某高边坡变形监测案例计算结果显示,GPS变形监测网中,构网的独立基线条数越多,GPS监测网的精度、可靠性、灵敏度越高。但由于观测量增加,其作业费用也相应地随之增加,因而在设计GPS监测网时,根据设计要求的最小变形量(灵敏度)优化GPS监测网,设置合理的独立基线数量。

2基于GPS一机多天线的边坡实时自动监测技术

GPS技术用于边坡监测的模式主要有:周期性重复测量、固定连续GPS测站阵列和实时动态监测[2]。前2种监测模式主要适用于缓慢变形,数据处理方式采用静态相对定位模式。而实时动态监测模式具有实时性和自动化程度高的优点,主要采用OTF方法进行数据处理,但由于边坡的监测环境和条件较差等原因可能造成GPS信号中断,给OTF的解算带来一定困难。同时,如果每一个监测点都安置一台GPS接收机,则设备投入大、成本高。采用GPS一机多天线技术可有效解决实时自动监测的问题。

2.1自动监测系统的建立

GPS一机多天线边坡实时自动化监测系统可由GPS野外数据采集子系统、数据通讯子系统和数据处理子系统等3部分组成,见图1所示。

2.1.1 GPS野外数据采集子系统

GPS野外采集子系统包括监测点上的GPS天线阵列、多天线转换开关(分时器)、信号放大器、监测站GPS 接收机和基准站GPS接收机。监测点的天线阵列通过电缆与多天线转换开关相连接,由多天线转换开关根据所设定的时间转换信号通道与监测点的一台GPS接收机相连,对监测点的数据进行采集。监测点应选择在与边坡方向一致的断面上。基准点和监测点均埋设安装有强制对中装置的混凝土观测墩,接收天线直接安置在观测墩上,并保持天线指北。

2.1.2 数据通信子系统

数据通信子系统包括监测站上的无线路由器、WLAN天线和基准站上无线路由器、WLAN天线以及数据处理中心的无线路由器、WLAN天线,构成了一个无线局域网。如果监测区域内有移动公网的信号覆盖,则监测数据可以采用GPRS方式传输,数据处理中心通过Internet网实时接收。

2.1.3 数据处理子系统系统

数据处理子系统由若干台计算机和GPS定位处理软件、边坡变形预报软件组成。通过接收由数据采集子系统传输过来的GPS观测数据,实时进行处理、计算和分析预报,并对处理结果进行存贮。

2.2 自动监测系统的数据处理方法

对于GPS一机多天线阵列边坡变形监测而言,监测站上的一台GPS接收机由于采用分时器按设定时间接收各天线的观测数据,GPS接收机接收的卫星信号在设定时段的不同通道间切换,会造成信号的不连续,产生GPS载波相位周跳。如果采用常规的GPS定位处理软件进行定位结果解算,定位精度往往达不到监测精度要求。而处理此类数据的方法中,GPS单历元数据处理方法是解决周跳的有效途径。

2.2.1 单历元数据处理方法

单历元数据处理方法主要应用于中短基线,而监测区域的基线长度一般在2 km以内。单历元定位的主要方法是仅利用一个历元的观测数据来解算整周模糊度。进行单历元数据处理的前提条件是待定位的近似坐标要求精度较高,其精度要求是:单频GPS接收机要求达到分米级精度,双频接收机可以适当放宽到±2 m[2]。为了精确求得基准点和监测点的坐标,达到单历元解算的精度要求,首先对变形监测网按上述的精度和灵敏度指标要求进行监测网的网形结构和观测方案设计。在进行首次观测时,采用静态相对定位的方法按B级网的要求进行观测,并采用精密星历和高精度软件(如GAMIT)进行定位解算,以得到基准点和监测点的WGS84坐标。整周模糊度计算方法见图2所示。

设B点为基准点,M为监测点。在B点和M点测站上观测了卫星j和k,j为参考卫星。由载波相位双差定位公式,可得双差观测方程

ᐁΔρ${}_{\text{B}\text{Μ}}^{\text{j}\text{k}}$=λᐁΔφ${}_{\text{B}\text{Μ}}^{\text{j}\text{k}}$+λᐁΔN${}_{\text{B}\text{Μ}}^{\text{j}\text{k}}$ (4)

式(4)中:ᐁΔρ${}_{\text{B}\text{Μ}}^{\text{j}\text{k}}$=Δρ${}_{\text{B}\text{Μ}}^{\text{j}}$-Δρ${}_{\text{B}\text{Μ}}^{\text{k}}$, ᐁΔφ${}_{\text{B}\text{Μ}}^{\text{j}\text{k}}$=φ${}_{\text{B}\text{Μ}}^{\text{j}}$-φ${}_{\text{B}\text{Μ}}^{\text{k}}$,ᐁΔN${}_{\text{B}\text{Μ}}^{\text{j}\text{k}}$=ΔN${}_{\text{B}\text{Μ}}^{\text{j}}$-ΔN${}_{\text{B}\text{Μ}}^{\text{k}}$;λ为载波波长,ρ为基准点或监测点至卫星的距离,φ为基准点或监测点上不足一周的相位观测值,N为基准点或监测点上的整周模糊度。

由于在首次观测时已得到了基准点B和监测点M的精确坐标,并且通过星历文件可以得到任一时刻的卫星坐标,所以ᐁΔρ${}_{\text{B}\text{Μ}}^{\text{j}\text{k}}$、ᐁΔφ${}_{\text{B}\text{Μ}}^{\text{j}\text{k}}$为已知量,λ也为已知量,则双差方程的整周未知数为

ᐁΔN${}_{\text{B}\text{Μ}}^{\text{j}\text{k}}$=Round(ᐁΔρ${}_{\text{B}\text{Μ}}^{\text{j}\text{k}}$/λ-ᐁΔφ${}_{\text{B}\text{Μ}}^{\text{j}\text{k}}$) (5)

通过解算双差方程,可计算出基准点到每一个监测点的三维基线向量(ΔXBM,ΔYBM,ΔZBM),则每一个监测点的WGS84 坐标(XM,YM,ZM)可由下式求出:

XM=XB+ΔXBM, YM=YB+ΔYBM, ZM=ZB+ΔZBM (6)

如果有监测点与多个基准点联测时,用最小二乘平差求解。

根据文献[2]的分析计算和验证,采用单历元数据处理时其整周模糊度的计算精度对变形监测点的位移量影响为0.165 m。而GPS一机多天线阵列边坡监测系统是一个实时动态监测和高密度采样系统,其变形位移量一般不会超过0.165 m。当解算出整周模糊度后,双频GPS接收机的载波相位定位可以达± 5 mm的精度,其精度既能满足高边坡实时监测的精度,同时通过一种数据处理较简化的形式解决了卫星信号因在不同天线通道间切换而产生的周跳问题。

在实际应用中,由于电磁干扰和多路径效应影响,导致GPS的载波相位观测数据不会是一条平滑的曲线,可采用小波变换技术进行消噪,消除GPS观测量的粗差,对GPS基线进行精化处理。由于篇幅所限,具体方法见文献[3]。

2.2.2 坐标数据的转换

在上述定位解算中,监测点得到的是WGS84坐标,为了能直观反映监测点M的水平位移和垂直位移变化情况,建立以基准点B为原点、X 轴正向为边坡纵向、Y 轴正向为边坡横向、铅垂方向向上为Z轴正向的站心地平坐标系。转换公式见式(7)。其中,(BB、LB)为基准点B的经纬度。

$\begin{array}{l}\left[\begin{array}{l}X{}_{\text{Μ}}^{\text{站}\text{心}}\\ Y{}_{\text{Μ}}^{\text{站}\text{心}}\\ {\rm Z}{}_{\text{Μ}}^{\text{站}\text{心}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}-\text{s}\text{i}\text{n}B{}_{\text{B}}\text{c}\text{o}\text{s}\text{L}{}_{\text{B}}& -\text{s}\text{i}\text{n}\text{B}{}_{\text{B}}\text{s}\text{i}\text{n}\text{L}{}_{\text{B}}& \text{c}\text{o}\text{s}\text{B}{}_{\text{B}}& \\ -\text{s}\text{i}\text{n}\text{L}{}_{\text{B}}& \text{c}\text{o}\text{s}\text{L}{}_{\text{B}}& 0& \\ \text{c}\text{o}\text{s}\text{B}{}_{\text{B}}\text{c}\text{o}\text{s}\text{L}{}_{\text{B}}& \text{c}\text{o}\text{s}\text{B}{}_{\text{B}}\text{s}\text{i}\text{n}\text{L}{}_{\text{B}}& \text{s}\text{i}\text{n}\text{B}{}_{\text{B}}& \end{array}\right]\times \\ \left[\begin{array}{cc}X{}_{\text{Μ}}^{84}-X{}_{\text{B}}& \\ Y{}_{\text{Μ}}^{84}-Y{}_{\text{B}}& \\ {\rm Z}{}_{\text{Μ}}^{84}-{\rm Z}{}_{\text{B}}& \end{array}\right](7)\end{array}$

监测点的站心地平坐标变化量可以直观地反映出边坡的位移情况,并根据各期监测点M的站心地平坐标(X站心M,Y站心M,Z站心M)绘制出水平位移随时间变化曲线、垂直位移随时间变化曲线。

边坡变形监测的目的是通过对监测数据的有效处理,发现边坡在一定条件和期间内的变化规律,使人们能够及时有效地采取相关措施,预防滑坡地质灾害的发生,确保工程安全营运。在实际上工程应用中,可利用多项式拟合、滑动平均、多相型综合法、灰色预测模型、卡尔曼滤波模型等方法对边坡变形趋势进行模拟和预测[4,5,6,7,8]。

3 边坡变形监测应用实例

某高速公路在路基施工开始后,出现了较大规模的滑坡。该路段地貌类型为山区地貌,沿线地形起伏不大,但大部分地段切割较深,地面高程一般为(1 800～1 940)m,相对高差最大为140.0 m,山体自然坡度多在10°～50°之间。为确保高速公路运营安全,决定对该路段进行边坡变形监测。经过踏勘,并对GPS边坡监测网进行设计,基于各项指标的计算和分析,决定采用GPS一机多天线系统。设计了6个监测点(通过一台GPS接收机连接)和1个基准点。为了验证GPS系统的可靠性,按一定的周期使用全站仪进行观测,进行校验。由于点位较多,仅以2#监测点在2008年7月3日到2009年11月27日的监测情况为例描述监测结果。图3、图4和图5为GPS监测系统直接计算绘制的原始累计位移-时间曲线。图6为经过滤波处理后的累计位移-时间曲线图。

通过与全站仪监测结果的比较,2#点的变形差异最大在±2 mm,GPS与全站仪的监测结果是一致的。说明GPS一机多天线系统应用于该路段的滑坡监测是有效的,其成果是可靠的,能满足滑坡监测的要求。同时,GPS系统的自动化、全天候特点是全站仪监测系统难于胜任的。

4 结束语

(1) 应用GPS监测边坡变形时,基于监测网的精度指标、可靠性指标和灵敏度指标优化监测网。

(2) 通过应用实例的监测结果分析,GPS一机多天线边坡自动监测系统与常规监测结果是一致的。可用于高边坡,特别是传统方法由于观测条件困难而难于实施的场所,并且具有全天候监测、自动化程度高的特点。

(3) 从图3～图5和图6的对比分析可以看出,由于边坡观测条件限制,产生电磁干扰和多路径效应的影响,会给测量结果带来影响,形成突变,降低了定位数据的可靠性,影响定位精度。因此为了提高GPS定位的可靠性和精度,应对测量数据进行粗差剔除。GPS用于边坡监测,不仅是对观测设备有要求,数据处理方法也是核心内容。针对不同的监测环境和条件,应选择科学合理的数据处理方法,以得到精度高和可靠性强的监测结果。

摘要：边坡的稳定与否,对工程的安全运营至关重要。高边坡的监测和研究是预防滑坡地质灾害发生的重要手段和方法。对GPS多天线阵列技术在边坡监测中的系统构成、方案实施和数据处理方法进行探讨。GPS边坡监测系统不但与监测设备是否能灵敏可靠地取得变形监测数据有关,而且还与数据处理方法有关。

关键词：监测网优化,边坡变形监测,GPS一机多天线,数据处理

参考文献

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边坡监测 第9篇

在露天矿开采中,滑坡灾害在各类灾害中最为频繁,极易导致巨大的经济损失和人员伤亡。近年来,随着我国资源、能源开发工程的不断发展,矿山开采活动的持续增强,矿区滑坡地质灾害日趋严重[1,2,3]。滑坡监测预警是矿区风险控制的主要手段,具有成本低、易实施的特点[4]。目前,常用的滑坡监测技术有大地测量法、GPS技术、地面摄影摄像技术、卫星遥测技术等[5,6,7,8],这些技术为滑坡灾害的监测预警提供了新的研究方法和思路。我国多数矿山边坡监测采用大地测量法[9],但这种方法监测周期长,劳动强度高,监测精度易受外界因素影响,无法实现实时自动化监测。为了提高监测精度,实现自动化监测及实时预警,本文设计了一套采动边坡稳定性远程在线监测预警系统,该系统可对多级边坡内部位移场进行实时监测,并通过无线网络将实时监测数据传送至监控主机,实现了监测数据的可视化。

1 系统设计

1.1 系统设计原则及任务

采动边坡稳定性远程在线监测预警系统在设计时,遵循以下原则:

(1)无干扰和少干扰,即尽量避免施工和监测之间的相互干扰。

(2)监测点的布置既要具有代表性,又要体现特殊性。

(3)安装和监测操作方法简单实用、经济合理[10]。

采动边坡稳定性远程在线监测预警系统安装完成后,将完成以下任务:

(1)监视边坡的状况变化和运行情况。在发现不正常现象时及时分析原因,采取措施,防止发生事故,以保证生产的安全运行。

(2)随时对观测资料进行分析,对边坡重点部位应力应变状况进行监测,为制定安全措施和评价生产状况提供依据。

(3)定期进行观测资料的整编,为相关类似工程的设计、施工、管理和科研提供资料。

1.2 系统结构及功能设计

针对岩质边坡的特点,系统采用测斜仪监测岩质边坡采动过程中的水平位移,以反映边坡的变形情况。主要施工过程包括在露天矿边坡钻孔、安装测斜管、在测斜管内布置测斜仪、将各测斜仪连接到数据采集箱。

采动边坡稳定性远程监测预警系统以边坡变形监测理论和计算机技术为基础,采用基于客户/服务器(C/S)和浏览器/服务器(B/S)的架构,结合现场边坡破坏特征和破坏机理,形成边坡破坏种类数据库,实现数据的提取、检验和转换。系统结构如图1所示。

采动边坡稳定性远程在线监测预警系统的功能模块包括数据自动采集模块、边坡变形显示模块、采动卸荷分析模块、数据管理模块、数据实时显示和预警模块5个部分。

(1)数据自动采集模块。系统的数据自动采集功能是通过自动采集箱实现的。在无人值守情况下,自动采集箱在自动采集时间点(每隔30min)向埋置于坡体内部的传感器(测斜仪)发送采集命令,传感器响应命令并将采集数据存储于自身传感器上,实现自动采集。

(2)边坡变形显示模块。该模块可根据监测数据对边坡内部位移场、单点沉降和倾斜进行分析。系统监控主机提供传感器的布局图,可对每个传感器的历史数据进行查询,并根据不同传感器采集到的实时数据绘制出对应的走势图,实时显示边坡的变形情况,为系统的预警分析提供依据。

(3)采动卸荷分析模块。边坡在采动卸荷作用下,由于岩体应力释放,产生向临空面方向的回弹变形,在此过程中应力重新分布,在边坡开挖一定深度范围内的岩体产生变形破裂现象。受爆破和开挖的影响,岩体的边界条件和力学参数处于动态变化中,常规的计算方法没有考虑力学参数的变化。系统通过对采集数据进行实时分析,在边坡的不同开挖阶段选用合适的力学参数;通过分析露天矿边坡在采动卸荷作用下不同开挖阶段的稳定性,对边坡变形预警阈值进行修正。

(4)数据管理模块。该模块具有数据自动备份功能,方便用户操作。通过对比和分析传感器不同阶段的数据,可以发现不同时期边坡的应变场变化规律。

(5)数据实时显示和预警模块。该模块能够根据所采集的历史数据进行智能分析,从而给出坡体的变形状态在一定时间段内的发展趋势,使决策管理人员能够及早发现问题,及时采取措施将事故消灭在萌芽状态,提高坡体安全性和可控性。此外,该模块提供了预警功能,用户可根据需要设置预警阈值,当坡体位移超过预警阈值时,系统自动报警。

2 系统工程应用

2.1 石英石采场边坡概述

金川露天石英石矿位于甘肃省金昌市金川区,矿区范围内出露的地层有第四系、石炭—二叠系和下古生界,其中下古生界上组第四层为白色砂状石英岩,为本矿区的含矿层位。该层位层理不明显,矿物成分主要为石英,含少量绢云母、氧化铁、碳酸盐及微量锆石、电气石等。矿区受区域构造控制和南西、北东向的挤压,使含矿岩系形成NWW向的紧闭褶皱和断裂,并有一系列北东和北西向的剪切断裂伴生,加上矿区受开采影响,地表岩石普遍松动,裂隙发育,所以,矿区岩体非常破碎,工程地质条件较差。

石英石露天采场边坡矿经过多年开采,已形成长为1 200m、宽为500m、高为100m的阶梯形露天采场,如图2所示。其中1 744、1 732、1 720、1 708、1 696m共5个水平进入凹陷开采。目前采场逐渐由山坡开采向凹陷开采过渡,边坡稳定性对矿山安全生产的影响也越来越大,矿区很多区段边坡存在着极大的安全隐患,主要有1 846m平台西部出现多条裂缝,且有不断扩大的趋势;1 792m平台岩石松散,出现垮塌或崩落现象。随着采场的不断延伸及暴雨、地震等潜在的地质灾害的威胁,边坡治理问题日益凸显。

2.2 监测点的布置

依据系统设计原则及现场工程地质条件,综合考虑岩体内部断面位置、节理发育情况、施工难易程度、安全等多项因素,根据工程地质资料和数值模拟结果,在边坡1 768、1 780、1 792、1 816和1 826m共5个平台上拉网式布置21个监测点(图3),布设5个横断面,断面间距为40~80m,测点高差为10~22m,测点钻孔深度为14~22m,每个钻孔安装3—5个测斜仪,共安装84个测斜仪。现场采用太阳能供电,为了能提供稳定的电能,在1 816m平台增加一个分段供电箱。

2.3 监测方法及精度分析

根据现场的工程地质条件,在具有滑坡趋势的边坡区段布置监测点,采用测斜仪对边坡内部的变形进行监测,数据通过总线实时传送到自动采集箱内,并通过无线网络传输到监控主机,可准确监测边坡动态失稳过程,判断边坡的稳定性,及时对危险情况做出预警。

测斜仪是测量仪器轴线与铅垂线夹角的传感器,当传感器相对于铅垂线方向产生倾角θ时,由于重力作用,传感器中敏感元件相对于铅锤线方向摆动一个相同的角度θ,该角度通过高灵敏的石英换能器转换成电信号,经过数据分析处理,可以直接用读数仪显示被测点的角度变化量。监测系统使用的测斜仪的测量倾斜范围为0~±30°,测量精度为0.01°。

在监测过程中,坡体发生滑动时,埋设在坡体内部不同深度的角位移传感器会记录该信息并通过无线网络发送至远程终端,主机作为终端进行数据分析,通过识别、筛选角度变化的时间点,结合历史数据,给出滑体位移随时间变化的曲线(图4),以反映边坡的变形趋势。图4中,3,8,13,18,23表示钻孔中安置的5个传感器到坡顶的垂直距离分别为3,8,13,18和23m。系统设有报警功能,当坡体位移超过系统设置的预警阈值时,系统自动报警。

3 数据传输及处理

3.1 数据传输

系统采用总线型架构,布设1根总线电缆和若干分支线电缆。将数据自动采集箱布置在1768平台、1792平台和1816平台上,系统每隔30 min向传感器发送采集命令,传感器采集数据后通过分支线电缆汇总至总线电缆,并传输至自动采集箱。采集完数据后,自动采集箱断掉总线电源,将富足电能存储到蓄电池,不仅节省了电力,也增加了仪器的安全性。系统数据传输过程如图5所示。

数据通过GSM移动网络发送至监控主机,系统采用的无线设备具有组网方便、传输稳定的特点,可确保数据传输的稳定性,任何传感器出现故障不会影响其他断面数据的传输,不会出现个别传感器坏掉引起整个系统瘫痪的事故。监控主机通过对数据的处理分析来实时监测边坡稳定性。

3.2 数据处理

在边坡稳定性状态监测过程中,数据采集模块定时读取传感器的数据,保存角度等原始数据到Excel表格。同时边坡变形显示模块根据不同传感器采集到的实时数据绘制出对应的走势图,实现边坡变形可视化。数据实时显示和预警模块根据采集的历史数据进行智能分析,给出坡体的变形状态在一定时间段内的发展趋势。边坡变形数据处理流程如图6所示。

4 结语

采动边坡稳定性远程在线监测预警系统可对多级边坡内部位移场进行实时监测,并通过无线网络将实时监测数据传送至监控主机,实现了监测数据的可视化。系统具有组网方便、模块相互独立的特点,一个传感器出现故障不会影响系统的正常运行,可保证数据传输的稳定性。系统设有预警功能,当坡体位移超过系统设置的预警阈值时,系统自动报警。

摘要：针对现有矿山边坡监测方法存在监测周期长、监测精度较低、无法实现实时及自动化监测等缺陷,设计了采动边坡稳定性远程在线监测预警系统,详细介绍了系统的设计原则和结构组成。该系统可实时监测采动过程中岩质边坡位移场的变化状态,并通过无线网络将实时监测数据传送至监控主机,实现了监测数据的可视化。该系统设有预警功能,可根据需要设置预警阈值,当坡体位移超过预警阈值时,系统自动报警。实际应用证明了该系统的可靠性。

关键词：露天矿,煤炭开采,边坡稳定性,位移场,滑坡监测,监测预警,数据采集,无线传输

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边坡监测 第10篇

1 工程概况

锦屏一级水电站是雅砻江水能资源最富集的中、下游河段五级水电开发中的第一级。水电站以发电为主,兼有防洪、拦沙等作用。左岸自然边坡在高程1 850m以上为砂板岩边坡,坡度40°～50°,局部覆盖有厚1m～5m不等的崩坡积块碎石土层,以下为大理岩边坡坡度50°～70°,边坡中具有规模较大的软弱结构面。其中高程1 820m以上为砂板岩段边坡,岩性为厚层状变质砂岩与薄层状粉砂质板岩互层,风化卸荷作用强烈,主要结构面为小断层、层间挤压错动带及卸荷裂隙。

2 安全监测

2.1 安全监测目的

通过对边坡全过程的持续监测,采集、整理和分析变形、应力应变等原始监测数据,掌握边坡在空间上、时间上的位移和受力的变化,结合边坡具体的地质条件分析其位移、受力机制和稳定情况,判断其是否处于预计的稳定状态。

2.2 安全监测设计及数据分析

2.2.1 锚索测力计观测成果分析

左岸1 885.00m高程以上坝肩开挖边坡共埋设了8套锚索测力计。其中选取了两套锚索测力计作为研究对象,这两套锚索测力计分别为Ⅰ区在2 028.05m高程埋设的1支,设计编号为PR 1;2号、3号危岩体在2 075.0m高程埋设的1支,设计编号为PR 3。锚索测力计预应力损失情况见表1,测力计标明的锚索受力过程线如图1,图2所示。

从表1和图1,图2可知:1)由于本工程的监测仪器全部是钢弦式仪器,从锚索测力计应力曲线图可以看出,锚索测力计所测的应力受温度影响很小。2)在施工期观测过程中(除对锚索测力计进行张拉),从锚索测力计监测成果和曲线图来看:测值比较稳定,曲线平稳。

2.2.2 锚杆应力计观测成果分析

左岸1 885.00m高程以上坝肩开挖边坡共埋设了4套两点式锚杆应力计,设计编号为R1r～R4r。其中选取R1r,R3r两套锚杆应力计进行分析。图3,图4分别为锚杆应力计R1r,R3r的观测成果过程曲线图(“+”表示仪器受拉,“-”表示仪器受压)。

从锚杆应力计观测成果过程线可知:1)2套锚杆应力计所测的锚杆应力值都小于11.0MPa,受开挖的影响较小。锚杆应力计R3r所测的锚杆应力最大值为10.5MPa,主要的原因是:公路与锚杆应力计R3r之间的边坡进行处理,且进行了爆破作业。2)锚杆应力计R1r和R3r呈现不同程度的应力波动。主要原因是:2套锚杆应力计位于开挖边坡下面,受施工的干扰因数较大。3)锚杆应力计受温度变化影响较小。

2.2.3 多点位移计观测成果分析

位移变形监测为边坡监测的主要部分,边坡的失稳破坏一般都是通过位移变形来体现的。左岸1 885.00m高程以上坝肩开挖边坡埋设了5套四点式多点位移计,设计编号分别为M 24,M 34,M 84,M 94及8SM。因位移计埋设的时间较短,观测资料系列不长,选择M 24,M 34,M 94做初步分析,观测过程曲线见图5～图7。

由多点位移计M 42,M 43,M 49观测成果过程线可知:1)3套多点位移计所测的位移值呈现不同程度的波动,波动值较小,远远小于设计值(设计值为200mm)。3套多点位移计M 42,M 43,M 49所测向山体内部位移最大值分别为-1.75mm,-11.19mm,-0.56mm(“-”表示向山体内部);M 24,M 34,M 94所测向临空面位移最大值分别为0.46mm,0.30mm,0.30mm(“+”表示向临空面)。2)多点位移计M 34所测的位移值呈现突变,突变的原因是:此套多点位移计位于EL1 991.20m高程,在安装完毕后,施工现场对此部位下面的边坡进行开挖,并且进行爆破作业,造成了多点位移计M 34所测的位移值呈现突变。由此可见,施工期的影响对多点位移计所测的位移值有影响。3)由M 24和M 94位移观测成果曲线图来看:测点所测的位移曲线比较平缓。

3 结语

1)从锚索测力计应力曲线图可以看出,锚索测力计所测的应力受温度影响很小。观测值比较稳定,曲线平稳。2)应力计的数值与施工现场因素和监测仪器设计位置有关。由此可见,施工期的影响,对监测仪器的监测有很大的影响。3)多点位移计所测的位移值呈现不同程度的波动,波动值较小,远远小于设计值。

因此,可以看出此边坡的监测值均处于允许范围内,说明边坡经过锚固处理后逐渐趋于稳定。

摘要：针对锦屏一级水电站岩石高边坡的工程实际,在边坡布设了多套位移计、锚杆应力计和锚索测力计,进行了边坡的安全监测。监测数据表明:边坡的锚固效果良好,边坡的变形得到了有效的控制。

关键词：边坡,安全监测,锚杆应力,位移,稳定性

参考文献

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