CN107607030A - 一种既有路基、边坡稳定性的监测结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种既有路基、边坡稳定性的监测结构及其施工方法，本发明中利用机敏性土工合成材料的拉敏特性，将其运用在既有路基、边坡及挡土墙等工程中，可以对其稳定性进行监测，以解决既有路基、边坡的稳定性无法采用机敏性土工合成材料进行监测的问题。

Description

一种既有路基、边坡稳定性的监测结构及其施工方法

技术领域

本发明属于土木工程领域，具体涉及一种基于机敏土工合成材料对既有路基、边坡的稳定性监测结构及其施工方法。

背景技术

近年来，随着基础设施的大规模兴建，产生了一些高填方的路基边坡以及高大的路堑边坡，这些边坡即有岩质边坡，又有土质边坡。自然滑坡，泥石流以及人类工程活动等引起的边坡灾害对我国经济建设和人民生命财产带来了巨大损失，因此边坡的稳定性分析对边坡工程防护安全具有重要的意义。目前，对于其稳定性的监测方法有很多，比如位移监测、GPS监测方法、地音量测法和水文监测方法等，但这些方法有的手段比较单一，精度较低，有的耗费较高，不经济。现在机敏性土工合成材料逐渐被运用到道路工程中，它具有精度高，造价低等优点，对于新建的路基和/或边坡，可以通过分层铺设和分层碾压方式将机敏性土工合成材料埋设到路基和/或边坡中，并对路基和/或边坡的稳定性进行监测，而对于既有的路基和/或边坡，则无法采用该种方法进行监测。

发明内容

针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种既有路基、边坡稳定性的监测结构及其施工方法。本发明中利用机敏性土工合成材料的拉敏特性，将其运用在既有路基、边坡及挡土墙等工程中，可以对其稳定性进行监测，以解决既有路基、边坡的稳定性无法采用机敏性土工合成材料进行监测的问题。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

一种既有路基、边坡稳定性的监测结构，包括待监测路基或边坡和多个长条状机敏性土工合成材料复合装置；

沿路基或边坡的宽度方向上钻有多个竖向钻孔，或沿其竖直方向上钻有多个横向钻孔，每个竖向钻孔或横向钻孔中埋设有一个长条状机敏性土工合成材料复合装置，且长条状机敏性土工合成材料复合装置埋入的深度穿过路基或边坡的预测滑裂面；长条状机敏性土工合成材料复合装置与钻孔内壁之间的缝隙填充密实，使得长条状机敏性土工合成材料复合装置的受力环境与路基或边坡的内部环境接近；

所述长条状机敏性土工合成材料复合装置包括土工格栅、导线和热缩管，土工格栅为长条状，导线沿土工格栅的长度方向布置，且每隔设定距离导线与土工格栅之间固定连接，每个固定点形成一个测点，所述热缩管包裹在土工格栅的外部，且将导线的自由端引出热缩管。

此处的“既有”是指已经存在的意思，即已经存在、已经建成的路基、边坡。

土工格栅：格栅是用聚丙烯、聚氯乙烯等高分子聚合物经热塑或模压而成的二维网格状或具有一定高度的三维立体网格屏栅，当作为土木工程使用时，成为土工格栅。

热缩管，是一种聚烯烃材质热收缩套管，具有高温收缩、柔软阻燃、绝缘防蚀功能。

导电胶，是一种固化或干燥后具有一定导电性能的胶黏剂。

根据不同的情况可以选择在路基或边坡的宽度方向或竖直方向上钻孔，将长条状机敏性土工合成材料复合装置插入钻孔中，且穿过预测滑裂面，当路基或边坡发生滑移或产生滑移的趋势时，长条状机敏性土工合成材料复合装置发生形变，进而产生相应信号。该监测结构的结构简单，监测的准确度和灵敏度较好。

钻孔方向为横向(水平方向)或竖向(垂直方向)设置时，长条状机敏性土工合成材料复合装置与其受力方向垂直，更容易发生形变，进而产生信号。

将热缩管包裹在土工格栅的外部，可以有效防止机敏性土工合成材料在土中受到水的影响。

将导线的自由端引出，可以将导线与数据采集仪连接，数据采集仪通过监测每个测点上的电阻值，便于后续的数据分析。

进一步的，每个测点处导线与土工格栅之间通过导电胶粘结，并用胶带固定。

通过监测土工格栅在荷载下导致电阻值的变化分析土体形变，为了能更加精确的测出电阻值，我们用导电胶裹敷土工格栅。

进一步的，相邻测点之间的距离为0.5-1m。

更进一步的，每个测点固定在土工格栅的中间位置。固定到中间位置是为了让每个测点都处在同一个受力截面上，可以尽可能减小所测数据的误差。

更进一步的，相邻测点之间的导线是绷直的。当导线是绷直的时，土工格栅受力发生形变，导线也会相应受力产生形变，可以提供更好的检测灵敏度。

进一步的，长条状机敏性土工合成材料复合装置的宽为5-10cm，长度根据所需确定。

进一步的，所述热缩管为含胶热缩管，为双层结构，外层的材料为聚烯烃合金材料，内层的材料为热熔胶。

热溶胶是一种可塑性的粘合剂，在一定温度范围内，其物理状态随温度改变而改变。

聚烯烃合金材料具有柔软、低温收缩、绝缘、防腐、耐磨的优点，内层具有低熔点、粘附力好、防水密封性能好等优点。将含胶热管包裹在土工格栅和导线的外部，加热到84℃-120℃后，含胶热管受热收缩，内层热熔胶熔化，便于将土工格栅和导线紧紧裹住。

进一步的，相邻钻孔之间的距离为1-2m。

进一步的，每个钻孔的直径为8-15cm。

一种既有路基、边坡稳定性的监测系统，包括上述既有路基、边坡稳定性的监测结构和数据采集仪，所述监测结构的导线与数据采集仪连接。

上述既有路基、边坡稳定性的监测结构的施工方法，包括如下步骤：

1)沿路基或边坡的宽度方向上打多个竖向钻孔，或沿其竖直方向上打多个横向钻孔；

2)将长条状机敏性土工合成材料复合装置套入塑料管中，送入钻孔中，使其在钻孔中送入的距离穿过路基或边坡的预测滑裂面；

3)将钻孔与长条状机敏性土工合成材料复合装置之间的缝隙进行填充，填充时，将塑料管缓慢取出，每填充1.5-2.5m的距离就将塑料管往外取出相应的距离，直到填充结束，填充过程中保证塑料管底部浸没在填充物里；

4)将长条状机敏性土工合成材料复合装置的导线引出，并将导线与数据采集仪连接，测出每个测点上的电阻值，找到电阻值变化最大的两个测点，进而判断土体滑裂面的位置、方位，监测滑裂面的演变过程。

进一步的，当路基或边坡为高路基、高边坡时；沿其竖直方向每隔1-2m打一个横向钻孔；

或，当路基或边坡为宽路基、宽边坡时，沿其宽度方向每隔1-2m打一个竖向钻孔。

高边坡指土质边坡高度大于20m、小于100m或者岩质边坡高度大于30m、小于100m。当土质边坡高度小于20m或岩质边坡小于30m时，视其为宽边坡。路基亦然。

进一步的，步骤3)中，不同土质的边坡或路基选用不同材料填充缝隙。

更进一步的，对于软岩石或风化岩边坡或路基，采用水泥砂浆比为1:1的M20水泥砂浆进行填充；

对于硬岩石边坡或路基，采用水泥砂浆比为1:1的M30水泥砂浆进行填充；

对于软土边坡或路基，采用膨润土泥浆进行填充，膨润土泥浆中水、膨润土、碱和纤维素的质量比为1000：60-100：2-5：2-5；

对于硬土边坡，采用水泥土进行填充，土为膨润土，水泥掺入质量百分数为10％-15％，水泥浆的水灰比为1。

原理

机敏性土工合成材料属于导电复合材料，导电复合材料的导电行为一般呈现典型的渗滤现象，机敏材料具有感知和驱动功能，经过特殊设计后表现出一些特殊效应，如拉敏效应，拉敏效应是指在外部拉力作用下导电性发生转变的过程。拉敏效应的出现是由于当复合材料变形超过某临界值时，导电通路被部分破坏而呈高阻态。

本发明中的长条状机敏性土工合成材料复合装置，当受到外力作用时，材料本身发生形变，土体变形处相邻的两个测点的电阻率发生显著变化，此时，通过对采集到的实时数据找到电阻率发生最明显变化的两个测点，分析判断土体滑裂面的位置、方位，监测滑裂面演化过程。

本发明的有益效果为：

1、采用本发明的监测结构可以对已经存在的路基和边坡的稳定性进行监测，并且能监测滑移面的位置、方向和演变过程，提供更好的监测准确度和灵敏度。

2、根据不同的应用场景选择不同的埋入方式，更有利于提高监测的灵敏度。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为机敏性土工合成材料导线布置示意图；

图2为机敏性土工合成材料截面示意图；

图3为机敏性土工合成材料横向布置时的截面图；

图4为机敏性土工合成材料横向布置时结构示意图；

图5为机敏性土工合成材料竖向布置时截面图；

图6为机敏性土工合成材料竖向布置的结构示意图。

其中，1、导电胶，2、测点，3、导线，4、土工格栅，5、热缩管，6、数据采集仪，7、长条状机敏性土工合成材料复合装置，8、砂浆或泥浆填缝，9、路基或边坡，10、预测滑动面。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如图4和图6所示，一种既有路基、边坡稳定性的监测结构，包括待监测路基或边坡9和多个长条状机敏性土工合成材料复合装置7；

沿路基或边坡9的宽度方向上钻有多个竖向钻孔，或沿其竖直方向上钻有多个横向钻孔，相邻钻孔之间的距离为1-2m，优选为1-1.5m，进一步优选为1m；如图3和图5所示，每个钻孔的直径为8-15cm，优选为8-10cm，进一步优选为10cm。每个竖向钻孔或横向钻孔中埋设有一个长条状机敏性土工合成材料复合装置7，且长条状机敏性土工合成材料复合装置7埋入的深度穿过路基或边坡的预测滑裂面10；长条状机敏性土工合成材料复合装置7与钻孔内壁之间的缝隙填充密实，使得长条状机敏性土工合成材料复合装置7的受力环境与路基或边坡9的内部环境接近；

如图1和图2所示，所述长条状机敏性土工合成材料复合装置7包括土工格栅4、导线3和热缩管5，土工格栅4为长条状，导线沿土工格栅4的长度方向布置，且每隔设定距离导线3与土工格栅4之间固定连接，每个固定点形成一个测点，相邻测点之间的距离为0.5-1m，优选为0.7-1m，进一步优选为1m，每个测点2处导线3与土工格栅4之间通过导电胶1粘结，并用胶带固定，且每个测点2固定在土工格栅4的中间位置。在固定导线3之前，应将导线3绷直，当导线3绷直时，土工格栅4受力发生变形，导线3也会相应产生变形，具有更好的检测灵敏度。热缩管5包裹在土工格栅4的外部，且将导线3的自由端引出热缩管5。热缩管5为含胶热缩管，为双层结构，外层的材料为聚烯烃合金材料，内层的材料为热熔胶。将导线3固定在土工格栅4上以后，将含胶热管包裹在土工格栅4和导线3的外部，加热到84℃-120℃后，含胶热管受热收缩，内层热熔胶熔化，便于将土工格栅4和导线3紧紧裹住。

具体施工过程如下：

横向埋置：适用于高路基、高边坡。

1.用钻探在路基或边坡上横向打直径为10cm左右的钻孔，宽度要超过路基或边坡的预测的滑裂面，竖直方向每隔1m～2m的距离打一个钻孔。

2.将机敏性土工合成材料套入塑料管，送入到钻孔中，直至到达孔底。由于机敏性土工合成材料是长条形状，横向放入钻孔时，应保证长条与受力方向呈垂直状态。

3.将钻孔中的缝隙填充。进行填缝时，将塑料管缓慢地取出，每填充2m左右的深度就将塑料管往外取出2m左右的距离，直到填缝结束，在这个过程中要保证塑料管底部浸没在填充物里。为了使土工合成材料周围的受力环境和原始环境接近，对不同土质边坡选用不同材料填充缝隙。对于软岩石或风化岩边坡，采用压浆机用水泥砂浆比为1:1的M20水泥砂浆将其中缝隙填充；对于硬岩石边坡，采用压浆机用水泥砂浆比为1:1的M30水泥砂浆将其中缝隙填充；对于软土边坡，选用膨润土泥浆将其中缝隙填充，膨润土泥浆：含有水、膨润土、碱、纤维素。配比关系为水：膨润土：碱：纤维素＝1000：60-100：2-5：2-5(质量比)，优选为：水：膨润土：碱：纤维素＝1000：80-100：3-5：3-5(质量比)，进一步优选为：水：膨润土：碱：纤维素＝1000：80-90：3-4：3-4(质量比)，最优选的：水：膨润土：碱：纤维素＝1000：85：4：4(质量比)。对于硬土边坡，选用水泥土将其中缝隙填充，土选用膨润土，水泥为P·C32.5，水泥掺入比为10％～15％，水泥浆水灰比为1。钻孔外面用砂浆密封孔口。

4.将机敏性土工合成材料中的导线引出，使导线与数据采集仪连接，测出每个测点上的电阻值,找到电阻值变化最大的相邻的两个测点,可以判断土体滑裂面的位置、方位，监测滑裂面演化过程

竖向埋置：适用于宽路基及宽边坡。

1.用钻探在路基或边坡上竖向打直径为10cm的钻孔，深度要穿过路基或边坡的预测的滑裂面，在路基或边坡宽度方向上每隔1m～2m的距离打一个钻孔。

2.将机敏性土工合成材料套入塑料管，送入到钻孔中,直至到达孔底。由于机敏性土工合成材料是长条形状，竖向放入钻孔时，应保证长条与受力方向呈垂直状态。

3.将钻孔中的缝隙填充。进行填缝时，将塑料管缓慢地取出，每填充2m左右的深度就将塑料管往外取出2m左右的距离，直到填缝结束，在这个过程中要保证塑料管底部浸没在填充物里。为了使土工合成材料周围的受力环境和原始环境接近，对不同土质边坡选用不同材料填充缝隙。对于软岩石或风化岩边坡，采用压浆机用水泥砂浆比为1:1的M20水泥砂浆将其中缝隙填充；对于硬岩石边坡，采用压浆机用水泥砂浆比为1:1的M30水泥砂浆将其中缝隙填充；对于软土边坡，选用膨润土泥浆将其中缝隙填充，膨润土泥浆：含有水、膨润土、碱、纤维素。配比关系为水：膨润土：碱：纤维素＝1000：60-100：2-5：2-5(质量比)，优选为：水：膨润土：碱：纤维素＝1000：80-100：3-5：3-5(质量比)，进一步优选为：水：膨润土：碱：纤维素＝1000：80-90：3-4：3-4(质量比)，最优选的：水：膨润土：碱：纤维素＝1000：85：4：4(质量比)。对于硬土边坡，选用水泥土将其中缝隙填充，土选用膨润土，水泥为P·C32.5，水泥掺入比为10％～15％(质量百分数)，优选的，水泥掺入比为10％～13％(质量百分数)，进一步优选的，水泥掺入比为13％(质量百分数)，泥浆中的水和膨润土的质量比为1:1，钻孔外面用砂浆密封孔口。

4.将机敏性土工合成材料中的导线引出，使导线与数据采集仪连接，测出每个测点上的电阻值,找到电阻值变化最大的相邻的两个测点,可以判断土体滑裂面的位置、方位，监测滑裂面演化过程。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种既有路基、边坡稳定性的监测结构，其特征在于：包括待监测路基或边坡和多个长条状机敏性土工合成材料复合装置；

沿路基或边坡的宽度方向上钻有多个竖向钻孔，或沿其竖直方向上钻有多个横向钻孔，每个竖向钻孔或横向钻孔中埋设有一个长条状机敏性土工合成材料复合装置，且长条状机敏性土工合成材料复合装置埋入的深度穿过路基或边坡的预测滑裂面；长条状机敏性土工合成材料复合装置与钻孔内壁之间的缝隙填充密实，使得长条状机敏性土工合成材料复合装置的受力环境与路基或边坡的内部环境接近；

所述长条状机敏性土工合成材料复合装置包括土工格栅、导线和热缩管，土工格栅为长条状，导线沿土工格栅的长度方向布置，且每隔设定距离导线与土工格栅之间固定连接，每个固定点形成一个测点，所述热缩管包裹在土工格栅的外部，且将导线的自由端引出热缩管。

2.根据权利要求1所述的监测结构，其特征在于：每个测点处导线与土工格栅之间通过导电胶粘结，并用胶带固定。

3.根据权利要求2所述的监测结构，其特征在于：相邻测点之间的距离为0.5-1m。

4.根据权利要求1所述的监测结构，其特征在于：每个测点固定在土工格栅的中间位置；

优选的，相邻测点之间的导线是绷直的。

5.根据权利要求1所述的监测结构，其特征在于：所述热缩管为含胶热缩管，为双层结构，外层的材料为聚烯烃合金材料，内层的材料为热熔胶。

6.根据权利要求1所述的监测结构，其特征在于：相邻钻孔之间的距离为1-2m；每个钻孔的直径为8-15cm。

7.一种既有路基、边坡稳定性的监测系统，其特征在于：包括上述既有路基、边坡稳定性的监测结构和数据采集仪，所述监测结构的导线与数据采集仪连接。

8.权利要求1-6任一所述既有路基、边坡稳定性的监测结构的施工方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)沿路基或边坡的宽度方向上打多个竖向钻孔，或沿其竖直方向上打多个横向钻孔；

2)将长条状机敏性土工合成材料复合装置套入塑料管中，送入钻孔中，使其在钻孔中送入的距离穿过路基或边坡的预测滑裂面；

3)将钻孔与长条状机敏性土工合成材料复合装置之间的缝隙进行填充，填充时，将塑料管缓慢取出，每填充1.5-2.5m的距离就将塑料管往外取出相应的距离，直到填充结束，填充过程中保证塑料管底部浸没在填充物里；

4)将长条状机敏性土工合成材料复合装置的导线引出，并将导线与数据采集仪连接，测出每个测点上的电阻值，找到电阻值变化最大的两个测点，进而判断土体滑裂面的位置、方位，监测滑裂面的演变过程。

9.根据权利要求8所述的施工方法，其特征在于：当路基或边坡为高路基、高边坡时；沿其竖直方向每隔1-2m打一个横向钻孔；

或，当路基或边坡为宽路基、宽边坡时，沿其宽度方向每隔1-2m打一个竖向钻孔。

10.根据权利要求8所述的施工方法，其特征在于：步骤3)中，不同土质的边坡或路基选用不同材料填充缝隙；

优选的，对于软岩石或风化岩边坡或路基，采用水泥砂浆比为1:1的M20水泥砂浆进行填充；

对于硬岩石边坡或路基，采用水泥砂浆比为1:1的M30水泥砂浆进行填充；

对于软土边坡或路基，采用膨润土泥浆进行填充，膨润土泥浆中水、膨润土、碱和纤维素的质量比为1000：60-100：2-5：2-5；

对于硬土边坡，采用水泥土进行填充，土为膨润土，水泥掺入质量百分数为10％-15％，水泥浆的水灰比为1。