岩土工程安全监测课程设计.doc

岩土工程安全监测课程设计

二〇一二年十二月

目 录

1 概述 3
2工程背景 3
3设计依据 3
4滑坡监测说明 3
4.1监测原则 3
4.2监测内容 4
4.3监测方法 4
4.4监测仪器 5
5设计方案 8
5.1布点原则 8
5.2选点、埋石 8
5.3滑坡体监测方法设计 8
5.4监测预算 9
5.5附图 9
6结语 11

1 概述
岩土工程监测是一门综合性很强的应用技术，它是以工程地质学、土力学、岩石力学、钢筋混凝土力学及土木工程设计理论和方法等学科为理论基础，以仪器仪表、传感器技术、计算机与通信技术、大地测量技术、测试技术、信息科学等学科为技术支持，同时还融合土木工程施工工艺和工程实践经验，以岩土体及工程结构的稳定性动态评估为主要目的的综合性应用技术。
滑坡是一种重力地质现象，是地球上广泛存在的一种次生地质灾害。其主要特征是不稳定的天然斜坡或人工边坡，在岩体重力、水及震动力作用下，失去原有平衡和存在的基础，发生了危害性的变形破坏，结果倾倒或滑落产生的大量岩土堆积物，引起交通中断，村镇埋没，江河堵塞，水库淤积，甚至酿成巨大的地质灾害。大部分滑坡都不同程度的与人类工程建设活动有关。因此，滑坡监测已成为工程勘测、设计、施工和运行工程中不可缺少的重要手段，被视为工程设计效果、施工和运行安全的直接指示器。
2工程背景
深圳市宝安区西乡街道固戍社区朱坳山滑坡地质灾害点位于宝安区西乡街道固戍社区。2008年6月13日特大暴雨引发本次山体滑坡，斜坡岩土体产生滑动，对坡下的别墅造成一定程度的损坏。
3设计依据
《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2002；
《地质灾害防治条例》（中华人民共和国国务院令，第394条，2004.3.1）
《地质灾害防治工程设计规范》DB50/5029-2004
《国家地质灾害应及预急预案》（国办函[2005]37号文
《建筑变形测量规程》JGJ/T8-97。
《工程测量规范》GB50026-2007。
《岩土工程勘察规范》GB50021-2002
《深圳市宝安区西乡街道固戍社区朱坳山滑坡应急治理工程设计方案》
4滑坡监测说明
4.1监测原则
⑴监测方法应充分考虑边坡特征、地质条件及监测外部环境，选择合适的监测方法，做到旧、新设备结合，仪器监测和宏观监测相结合，人工监测和自动监测相结合。通过多种方法的比较，使监测工作即经济安全，又适用可靠，避免单方面追求高精度、自动化、多参数而脱离工程实际的监测方案。在选择监测方法时，尽量做到宁可少而精，勿要大而全，以适合我国国情。
⑵监测仪器选择应做到庖子仪表和机械仪表相结合，高精度仪表和低精度仪表相结合，以便互为补充、校核，提高监测资料可靠度，不要片面追求“高、精、尖、多、全”
⑶监测内容应根据边坡的地质结构、空间形态及所处阶段，选择关键的监测部位，本着少而精的原则，选择监测参数，注意突出重点，兼顾整体，合理布置监测网点，力求地表监测与深部监测相结合，岩土监测与承载体系监测相结合，机械测试与电子测试相结合，效应监测与环境量监测相结合，几何量监测与物理参数相结合。形成点、线、面相结合的立体交叉监测网络系统。
⑷监测周期主要根据滑体所处的变形阶段及不同监测方法的性质确定。一般在滑坡未进入速变状态且变形量较小时，可适当延长观测周期；在滑坡变形速率加大或出现异变时，应缩短观测周期、加密观测次数。在降雨量较大的雨季，也应适当调整监测周期，以便及时提供准确、可靠的信息。
4.2监测内容
变形监测、相关因素监测、宏观前兆监测
⑴变形监测
a位移监测。分为地表和地下的绝对位移监测和相对位移监测，是监测的主要内容和重要内容。其中绝对位移监测监测的是滑坡的三维位移量、位移方向与位移速率。相对位移监测重点变形部位裂缝、崩滑面等两侧点与点之间的相对位移量，包括：张开、错动、抬升、下沉等
b倾斜监测。分为地面倾斜监测和地下倾斜监测，监测滑坡的角变位与倾倒、倾摆变形及切层蠕滑。
c与滑坡变形的物理量监测。一般包括地应力、推力监测和地声、地温监测等。
⑵变形相关因素监测
a地表水动态，包括与滑坡形成和活动有关的地表水的水位、流量、含沙量等动态变化以及地表水冲蚀情况和冲蚀作用对滑坡的影响。分析地表水动态变化与滑坡地下水补给、径流、排泄的关系，进行地表水与滑坡形成与稳定性的相关分析。
b地下水动态。地下水的水位、水压、水量、水温、水质等动态变化。分析地下水补给、径流、排泄及其与地表水、大气降水的关系，进行地下水与滑坡形成与稳定性的相关分析。
c气象变化。包括降雨量、降雪量、融雪量、气温等，进行降水等与滑坡形成与稳定性的相关分析。
d地震活动。监测或收集附近及外围地震活动情况，分析地震对滑坡形成与稳定性的影响。
e人类活动情况。主要是与滑坡的形成、活动有关的人类工程活动，包括洞掘、削坡、加载、爆破、振动，以及高山湖、水库或渠道渗漏、溃决等，并据以分析其对滑坡形成与稳定性的影响。
⑶宏观前兆监测
a宏观形变。包括滑坡变形破坏前常出现的地表裂缝和前缘岩土体局部坍塌、鼓胀、剪出，以及建筑物或地面的破坏等。测量其产出部位、变形量及其变形速率。
b宏观地声。监听在滑坡变形破坏前常常发出的宏观地声，及其发声地段
c动物异常观察。观察滑坡变形破坏前其上动物常常出现的异常活动现象
d地表水和地下水宏观异常。监测滑坡地段地表水、地下水水位突变或水量突变。
4.3监测方法
滑坡稳定性监测涉及到的参数有土壤湿度、地下水位、滑坡移动特征、降雨量等，其中最重要的是地下水位和滑坡移动特征，对于滑坡位移特征的监测方法，国内外主要采用了宏观地质观测法、简易观测法、设站观测法、仪表观测法、地下水监测方法等5种类型的监测方法。
⑴宏观地质观测法‘
宏观地质观测法是指用常规的地质调查方法对滑坡的宏观变形和与其有关的异常现象进行定期观测、记录，及时掌握滑坡变形动态及发展趋势，达到滑坡预报的目的。
这种监测方法主要是监测地表周界裂缝发生、扩展，地面鼓胀、沉降、坍塌及建筑物变形与地下水、动物异常等。它适用于各种滑坡监测，监测内容丰富，获取的前兆直观可靠，实用性强。
⑵简易监测法
简易监测法是指在滑坡变形体及建筑物裂缝处设置骑缝式简易观测标志，使用钢尺测量是直接测量裂缝变化与时间关系的一种方法。
简易监测法主要监测滑坡地表周界裂缝和建(构)筑物变形特征，适用于崩塌或滑坡处于加速变形、临滑状态时裂缝变化监测及交通不便的山区。操作简单、直观性强、观测数据可靠、可测定裂缝变化速率但监测内容单一，精度相对低。
⑶设站观测法
是在滑坡地质调查、勘察的基础上，于危岩、滑坡变形区设变形观测点(成线状、网格状等)，在变形区影响范围之外稳定地点设置固定观测站，用仪器(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、近景摄影、卫星遥感影像等)定期监测变形区内网点的三维(X、Y、z)位移变化，是一种行之有效的监测方法。
设站观测法主要运用的方法有大地测量法、GPRS(全球定位系统)测量法、近景摄影测量法：遥感(R)法等方法，它适用于不同类型崩塌或滑坡及其发展演变过程中三维位移变化的长期监测。技术成熟、监控面广、精度较高，成果资料可靠，可测定位移方向及变形速率，但会受到地形通视及气象条件的影响。
⑷仪器观测法
用精密仪器对斜坡进行地表及深部的位移动态、倾斜变化、裂缝变化及应力应变等物理参数进行监测。
仪表观测法是一种相对位移监测方法，主要用于对裂缝、滑坡带、采空区顶底板等部位的监测，是滑坡监测的主要内容和重要内容之一。按所采用的仪表可分为机械式传动仪表观测法(或简称机测法)和电子仪表观测法(或简称电测法)两类。精度高的仪表适用于滑坡体初期变形监测；精度相对低的仪表适合于速变及临滑状态时的监测。机测仪表适合于长期监测，简易直观，电测仪表适合于短期或中期监测，使用方
便。其共性是监测的内容丰富，精度高。
⑸地下水监测方法
地下水位的监测一般采用水位自动记录仪、孑L隙水压计、钻孔渗压计、测流仪等，监测泉、井、坑、钻孔、竖井等地下水露头。地下水监测不具普遍性。当滑坡变形破坏与地下水具有相关性时，而且在雨季或地表水位抬升时滑坡体内具有地下水时，应予以监测。一般认为，滑移式崩塌、倾倒式崩塌、臌胀式崩塌、洞掘式崩塌、水库型崩塌、降雨型滑坡、渗漏型滑坡、水库型滑坡等须进行地下水位监测。
4.4监测仪器
⑴仪器类型
目前，国内外滑坡监测技术方法己发展到较高水平。由过去的人工皮尺地表量测等简易监测，发展到仪器仪表监测，现『F逐步实现自动化、高精度的遥测系统。如下表所示。其监测内容丰富，监测方法多，监测仪器多种多样。它们分别从不同侧面反映了滑坡的动态信息，以及与滑坡变形息息相关的其它信息。随着电子技术与计算机技术的发展，监测方法及所采用的仪器设备也不断得到发展与完善，监测内容更加
丰富。
内容
主要监测仪器
主要监测方法
监测方法的特点

地
表
变
形
经纬仪水准仪、测距仪

大地测量法（三角交会法、几何水准法、小角法、测距法、视准线法）
投入快、精度高、监控面广、直观、安全，便于确定滑坡位移方向及变形速率。但受地形通视和气象条件影响，不能连续观测。
全站式速测仪、电子经纬仪等
近景摄影法
精度高、速度快、自动化程度高、易操作、省人力，可跟踪自动连续观测，监测信息量大。但受地形通视条件的限制。
GPS接收机
GPS法
精度高、投入快、易操作、可全天候观测，不受地形地形通视条件限制，目前成本较高，发展前景可观
刚卷尺、游标卡尺、裂缝量测仪、伸缩自记仪、测缝计、位移计等

测缝法（人工测缝法、自动测缝法、遥测法）

人工、自记测缝投入快、精度高、测程可调、方法简单直观、资料可靠：遥测法自动化程度高，可全天候观测，安全、速度快、省人力，可自动采集、存储、打印和显示观测值，远距离传输，精度相对低，一般仪器易出故障，长期稳定性差，资料需要用其他监测方法校核后使用，受气候等外界因素影响较大

地
下
变
形
钻孔倾斜仪、多点倒锤仪、TDR滑坡监测系统等
测斜法（钻孔测斜法、竖井测斜法）、TDR法
主要适用于滑坡体变形初期，在钻孔、竖井内测定滑体内不同深度的变形特征及滑动面位置。精度高、效果好，易遥测、易保护，受外界因素干扰少，资料可靠；测程有限，成本较高，投入慢。
多点位移计、并壁位移计、位错计等
测缝法
一般用于监测竖井内多层堆积物之间的相对位移。精度较高、易保护、投入慢、成本高，仪器、传感器易受地下水浸湿、锈蚀。
下沉仪、收敛仪、静力水准仪、水管倾斜仪等
沉降法
使用于上部危岩相对下部稳定岩体的下沉变化及软层或裂缝垂直向收敛变化的监测。精度高、易保护。机测直观、可靠；电测方便，量测仪器便于携带，但受潮湿、强度、碱、锈蚀等的影响。

地
声
声发射仪，低音探测仪

地音量测法
适宜于岩质边坡中后期变形阶段的监测，危岩加固跟踪安全监测，可连续观测，监测信息丰富，灵敏度高，省人力；测定的岩石微破裂声发射信号比位移信息超前3-7日。
应
变
管式应变计
应变量测法
主要适宜测定滑坡体不同深度的位移量和滑面位置

水
文
水位记录仪
地下水位

适应于滑坡体不同变形阶段的监测，其成果可做基础资料使用。
孔隙水压计、钻孔渗压计
孔隙水压
三角堰、量杯
泉流量
水位标尺等
河水位

环
境
雨量计
降雨量
适应于不同类型滑坡体及其不同变形阶段的监测，为滑坡的分析评价提供基础资料
温度记录仪
地湿
地震检测仪
地震

⑵仪器选型的原则
①应对仪器的使用历史和适用环境有比较详细的了解，调查仪器适用年限、环境、事故率、准确度和精度范围等性能资料。
②尽量使用可靠的正规厂家的产品，并对使用仪器定期校验。
③仪器必须有足够的准确性、耐久度、可重复使用性、校正的一致性。必须根据滑坡性态的预测结果、物理变化范围、使用条件和使用年限确定选用仪器类型和型号。
5设计方案
5.1布点原则
⑴滑坡体上的观测点主要布设在滑坡轴线及两侧，滑动量较大和滑动速度较快的部位，应适当多布点，以深层位移监测点为主。
⑵ 滑坡周界内外相对比较稳定的部位，均应布设观测点。
⑶ 当需要选设测量滑坡深度的点位时，应注意到滑坡体上的局部滑动和可能具有的多层滑动面。
依据上述布点原则，本次监测工作将布设深层位移监测点9个。监测点布置方法见附图。
5.2选点、埋石
深层位移监测的测斜孔，按《深圳市宝安区西乡街道固戍社区朱坳山滑坡应急治理工程设计方案》中所示坐标施工。其具体步骤如下：
(1) 首先用XY-100型钻机钻孔，钻孔直径110mm。钻孔时采用套管跟进法，钻孔底部进入微风化层1~2米。
(2) 连接导管。将导槽对准，使之保持在同一直线上。管底端装底盖，每个接头及底盖处需密封。
(3) 埋设测斜管。将导管放入钻孔中，使管底到达钻孔底部，并使十字型槽口对准滑坡体滑动方向。
(4) 钻孔回填。将套管提升2~3米，采用细砂回填钻孔底部，使其密实，然后再提升套管，逐段埋砂密实，直至全孔完成，保证导管与土体紧密接触。
(5) 测斜管埋设完成后，测量测斜管顶部高程，并根据测斜管的长度计算出测斜管底部高程。同时在测斜管稳定期间，应进行测斜零点测试和测量测斜管顶的高程变化，以检查测斜管的埋设质量。
5.3滑坡体监测方法设计
(1) 观测仪器
深层位移监测采用武汉基深勘察仪器研究所生产的CX-3C型测斜仪（分辨率±0.02mm/500mm。）。
(2) 观测方法
在观测时，由管底开始，沿导槽每隔0.5米测读一次，测完后，将测头旋转180°再测一次。两次观测的位置(深度)需一致，合起来为一测回。观测成果取中数值。
(3) 监测周期
①监测孔布设完毕且稳定后，进行初始值监测1次。
②雨季：雨天每天观测1次，晴天每2-3天观测1次。
③ 旱季：每周观测1次。
④可根据变形速率适当调整观测间隔时间，变形速率加大、强降雨等情况下可适当加密监测，反之可适当减少监测频率。
5.4监测预算
因未完全掌握滑坡体的数据，所以监测费用预算用的工作量多为经验值。本工程的监测费用由以下三部分组成：钻孔及测斜管安装：62685.00元，变形监测（预计监测17次）：140760.00元，技术工作费：44757.90元。合计248202.90元。按20%优惠下浮后，取费额为：198562.32元。此数额为预算价格，结算时将按实际发生的工作量计算。
5.5附图
监测点布置示意图

6结语
综上所述，从滑坡工程地质条件与常用工程措施的适宜性考虑，同时综合考虑治理措施的安全性、经济性、合理性，火石滩滑坡治理宜采用回填压脚支档为住、辅以排水的综合治理措施。
针对目前地质灾害监测效率普遍不高的状况，建议在今后的监测工作中加强变形区内标志性建筑的变形监测，为预防该滑坡的活动、发展趋势以及区域内其他滑坡提供资料。加强地表位移监测和深部位移检测，尤其加密雨季的监测频率。同时，为了提高监测频率、保证实时监测，应加强监测数据远程传输的研究与实践。