CN113216126A - 一种高填方边坡多维度深部变形监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高填方边坡多维度深部变形监测方法；包括：明确原始地层和填筑体分界线；在高填方边坡上，布设两个深度相同的孔，一个钻孔用于监测填筑体分层沉降，另外一个钻孔用于监测填筑体水平位移，并分别在两个孔中沿深度方向均匀布设数量为倍数关系的传感器；每隔时间间隔Δt，对分层沉降和土体固定式测斜监测数据进行采集；分层沉降和土体固定式测斜两个监测项目的集成和数据传输；通过该方法可实现高填方边坡多维度深部变形监测，获取填筑体沿钻孔每点的二维变形，包括该点的水平位移和竖向位移；将不同监测项目的监测相结合，得到高填方边坡的多维度深部变形，可准确把握边坡稳定性，方法简便且适用性较强，便于实施。

Description

一种高填方边坡多维度深部变形监测方法

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，具体涉及一种高填方边坡多维度深部变形监测方法。

背景技术

高填方边坡工程中不同深度土体不仅存在水平位移，还有竖直位移。常常需要监测土体内部分层沉降和土体水平位移，其目的在于实时掌握土层不同深度和不同时期的沉降量、水平位移量，用于预测填筑体沉降趋势和高填方边坡的稳定性。然而，针对高填方边坡的变形监测中，往往将填筑体的水平位移和竖直位移独立监测，没有形成对边坡深部变形形成立体化的监测体系，得到的监测数据未能立体反映不同深度土体的变形，不能较为准确的把控高填方边坡的稳定性。

因此，需要一种能够将高填方边坡不同深度土体的水平位移和竖直位移相结合，得到不同深度土体的多维度变形监测方法，该方法还需要满足设计合理且成本低，省时省力，且能实现水平位移和竖直位移的自动化监测。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明要解决的现有技术中边坡监测中监测项目单一，且不能相互结合分析边坡变形的弊端的问题。

为了实现上述目的，本发明涉及：一种高填方边坡多维度深部变形监测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、结合现场地质勘察资料和高填方边坡设计资料,明确原始地层和填筑体分界线；

步骤二、在高填方边坡上，钻取两个深度相同的孔，一个钻孔用于监测填筑体分层沉降，另外一个钻孔用于监测填筑体水平位移，并分别在两个孔中沿深度方向均匀布设数量为倍数关系的传感器；

步骤三、每隔时间间隔Δt，对分层沉降和土体固定式测斜监测数据进行采集；

步骤四、分层沉降和土体固定式测斜两个监测项目的集成和数据传输；

步骤五、将两个钻孔各自上下相邻的传感器之间的土体进一步均分成厚度均为Δh的土块，通过插值方式，取得两个钻孔每个厚度为Δh土块所对应监测点处的水平位移值和沉降值，结合分层沉降和土体固定式测斜的监测数据确定沿钻孔每一点的二维变形。

进一步的，所述步骤二包括如下步骤：

步骤2.1：根据步骤一中得到的原始地面和填筑体分界线，在高填方边坡上，布设两个深度相同的钻孔，孔底即为原始地面和填筑体分界线位置处，孔深均为H；

步骤2.2：一个钻孔用于监测填筑体分层沉降，结合填筑体的施工资料，确定每一层填筑体高度h1，然后每隔一段距离h1布设一个分层沉降智能传感器，该孔中总计布设了n1个传感器，n1为正整数；

步骤2.3：另外一个钻孔用于监测填筑体水平位移，且每隔一段距离h2布设一个固定式测斜传感器，该孔中总计布设了n2个传感器，n2为正整数；其中，为了提高土体水平位移的测量精度，传感器的布设间距可加密，为便于现场操作和数据处理，设定h1＝m·h2，m为正整数。

进一步的，所述步骤三包括如下步骤：

步骤3.1：将第i个和第i+1个分层沉降传感器之间的土层记作第i个土层；其中i为正整数，且1≤i≤n1-1；对n1-1个分层沉降传感器所监测得到的位移数据进行采集，可以得到n1-1个土层的相对位移量Δs_i；

步骤3.2：同理，将第j个和第j+1个固定式测斜传感器之间的土层记作第j个土层；其中j为正整数，且1≤j≤n2-1；对n2-1个固定式测斜传感器所监测得到的位移数据进行采集，可以得到n2-1个土层的水平位移量s_j；

步骤3.3：对数据采集器设置数据采集间隔时间Δt，分别对n1-1个分层沉降传感器和n2-1个固定式测斜传感器所测试的数据进行采集，获取各个时间间隔对应的n1-1个分层沉降传感器和n2-1个固定式测斜传感器所测试的位移数据，并将第K个采集时间间隔对应的第i个分层沉降传感器和第j个固定式测斜传感器所测试得到位移数据分别记作第i个土层的相对沉降量Δs_i(K)和第j个土层的水平位移量s_j(K)，其中K＝Δt·k，且k为正整数。

进一步的，所述步骤四包括如下步骤：

步骤4.1：在埋设孔顶部布设监测箱和供电装置，并在该监测箱中布设数据采集器、无线通信模块及数据处理模块；

步骤4.2：将n1-1个分层沉降位移传感器和n2-1个固定式测斜传感器通过数据传输线和数据采集器连接；

步骤4.3：利用监测箱中布设的无线通信模块，采用远程无线传输的技术手段将采集的监测数据传回数据处理模块。

进一步的，所述供电装置为太阳能电池板或蓄电池。

进一步的，所述步骤五包括如下步骤：

步骤5.1：根据权利要求1所述分层沉降和土体固定式测斜监测数据采集方法，可以得到第k个采集时间间隔对应的第i个分层沉降传感器所测试得到位移数据Δs_i(K)；然后根据计算公式

可以计算得到第第K个采集时间间隔第i个土层的绝对沉降量s_i(K)，其中ii为正整数，且1≤ii≤i；

步骤5.2：由于固定式测斜传感器的布设距离为h2，将深度为h2的土层划分成厚度均为Δh的土块，则对应于有h2/Δh个监测点，则第j个土层每一点的水平位移也可采用插值的方法取得，即为s_j,j(K)＝s_j(K)/(h₂/Δh)，其中s_j(K)为第K个采集时间间隔第j个土层的绝对沉降量；

步骤5.3：由于分层沉降传感器布设间距为h1，将深度为h1的土层也划分成厚度均为Δh的土块，则对应于有h1/Δh＝m·h2/Δh个监测点，则第i个土层每一点的沉降值可采用插值的方法取得，即为s_i,i(K)＝s_i(K)/(m·h2/Δh)，其中s_i(K)为第K个采集时间间隔第i个土层的绝对沉降量；

步骤5.4：进一步，可将不同测量时间K获取的第i个土层每一点的沉降值和第j个土层每一点的水平位移分别记作s_i,i(1),s_i,i(2),...,s_i,i(K)和s_j,j(1),s_j,j(2),...,s_j,j(K)，然后可以分别以测量时间K为横坐标，以第i个土层每一点的沉降值和第j个土层每一点的水平位移为纵坐标，绘制得到第i个土层每一点的沉降值和第j个土层每一点的水平位移随时间的变化曲线，进一步可以得到每一点变形的变化速率。

进一步的，所述步骤五中插值方式均为线性插值。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明的高填方边坡多维度深部变形监测方法，通过该方法可实现高填方边坡多维度深部变形监测，获取填筑体沿钻孔每点的二维变形，包括该点的水平位移和竖向位移；

(2)本发明的高填方边坡多维度深部变形监测方法，该方法可将不同监测项目的监测相结合，得到高填方边坡的多维度深部变形，可准确把握边坡稳定性，保障人民财产安全，方法简便且适用性较强，便于实施。

附图说明

图1为本发明较佳实施例高填方边坡多维度深部变形监测流程图；

图2为本发明较佳实施例的整体结构示意图；

图3为本发明较佳实施例钻孔处的局部放大结构示意图；

图中标号分别表示：1-监测箱、2-太阳能供电板、3-分层沉降传感器、4-固定式测斜传感器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

请参考图1，一种高填方边坡多维度深部变形监测方法，包括如下步骤：

步骤一、结合现场地质勘察资料和高填方边坡设计资料,明确原始地层和填筑体分界线；

步骤二、在高填方边坡上，钻取两个深度相同的孔，一个钻孔用于监测填筑体分层沉降，另外一个钻孔用于监测填筑体水平位移，并分别在两个孔中沿深度方向均匀布设数量为倍数关系的传感器；

请参考图2-图3，所述步骤二包括如下步骤：

步骤2.1：根据步骤一中得到的原始地面和填筑体分界线，在相同位置距离相近处布设两个深度相同的钻孔，孔底即为原始地面和填筑体分界线位置处，孔深均为H；

步骤2.2：一个钻孔用于监测填筑体分层沉降，结合填筑体的施工资料，确定每一层填筑体高度h1，然后每隔一段距离h1布设一个分层沉降传感器3，该孔中总计布设了n1个传感器，n1为正整数；

步骤2.3：另外一个钻孔用于监测填筑体水平位移，且每隔一段距离h2布设一个固定式测斜传感器4，该孔中总计布设了n2个固定式测斜传感器4，n2为正整数；其中，为了提高土体水平位移的测量精度，传感器的布设间距可加密，为便于现场操作和数据处理，设定h1＝m·h2，m为正整数。

步骤三、每隔时间间隔Δt，对分层沉降和土体固定式测斜监测数据进行采集；

所述步骤三包括如下步骤：

步骤3.1：将第i个和第i+1个分层沉降传感器之间的土层记作第i个土层；其中i为正整数，且1≤i≤n1-1；对n1-1个分层沉降传感器所监测得到的位移数据进行采集，可以得到n1-1个土层的相对位移量Δs_i；

步骤3.2：同理，将第j个和第j+1个固定式测斜传感器之间的土层记作第j个土层；其中j为正整数，且1≤j≤n2-1；对n2-1个固定式测斜传感器所监测得到的位移数据进行采集，可以得到n2-1个土层的水平位移量s_j；

步骤3.3：对数据采集器设置数据采集间隔时间Δt，分别对n1-1个分层沉降传感器和n2-1个固定式测斜传感器所测试的数据进行采集，获取各个时间间隔对应的n1-1个分层沉降传感器和n2-1个固定式测斜传感器所测试的位移数据，并将第K个采集时间间隔对应的第i个分层沉降传感器和第j个固定式测斜传感器所测试得到位移数据分别记作第i个土层的相对沉降量Δs_i(K)和第j个土层的水平位移量s_j(K)，其中K＝Δt·k，且k为正整数。

步骤四、分层沉降和土体固定式测斜两个监测项目的集成和数据传输；

所述步骤四包括如下步骤：

步骤4.1：在埋设孔顶部布设监测箱1和太阳能供电板2，并在该监测箱1中布设数据采集器、无线通信模块及数据处理模块；

步骤4.2：将n1-1个分层沉降位移传感器和n2-1个固定式测斜传感器通过数据传输线和数据采集器连接；

步骤4.3：利用监测箱中布设的无线通信模块，采用远程无线传输的技术手段将采集的监测数据传回数据处理模块。

步骤五、将两个钻孔各自上下相邻的传感器之间的土体进一步均分成厚度均为Δh的土块，通过插值方式，取得两个钻孔每个厚度为Δh土块所对应监测点处的水平位移值和沉降值，结合分层沉降和土体固定式测斜的监测数据确定沿钻孔每一点的二维变形。

所述步骤五包括如下步骤：

步骤5.1：根据权利要求1所述分层沉降和土体固定式测斜监测数据采集方法，可以得到第k个采集时间间隔对应的第i个分层沉降传感器所测试得到位移数据Δs_ii(K)然后根据计算公式

可以计算得到第第K个采集时间间隔第i个土层的绝对沉降量s_i(K)，其中ii为正整数，且1≤ii≤i；

步骤5.2：由于固定式测斜传感器的布设距离为h2，将深度为h2的土层划分成厚度均为Δh的土块，则对应于有h2/Δh个监测点，则第j个土层

s_j(K)

每一点的水平位移也可采用线性插值的方法取得，即为s_j,j(K)＝s_j(K)/(h₂/Δh)，，其中为第K个采集时间间隔第j个土层的绝对沉降量；

步骤5.3：由于分层沉降传感器布设间距为h1，将深度为h1的土层也划分成厚度均为Δh的土块，则对应于有h1/Δh＝m·h2/Δh个监测点，则第i个土层每一点的沉降值可采用线性插值的方法取得，即为s_i,i(K)＝s_i(K)/(m·h2/Δh)，，其中s_i(K)为第K个采集时间间隔第i个土层的绝对沉降量；

步骤5.4：进一步，可将不同测量时间K获取的第i个土层每一点的沉降值和第j个土层每一点的水平位移分别记作s_i,i(1),s_i,i(2),...,s_i,i(K)和s_j,j(1),s_j,j(2),...,s_j,j(K)，然后可以分别以测量时间K为横坐标，以第i个土层每一点的沉降值和第j个土层每一点的水平位移为纵坐标，绘制得到第i个土层每一点的沉降值和第j个土层每一点的水平位移随时间的变化曲线，进一步可以得到每一点变形的变化速率。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高填方边坡多维度深部变形监测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、结合现场地质勘察资料和高填方边坡设计资料,明确原始地层和填筑体分界线；

步骤二、在高填方边坡上，钻取两个深度相同的孔，一个钻孔用于监测填筑体分层沉降，另外一个钻孔用于监测填筑体水平位移，并分别在两个孔中沿深度方向均匀布设数量为倍数关系的传感器；

步骤三、每隔时间间隔Δt，对分层沉降和土体固定式测斜监测数据进行采集；

步骤四、分层沉降和土体固定式测斜两个监测项目的集成和数据传输；

步骤五、将两个钻孔各自上下相邻的传感器之间的土体进一步均分成厚度均为Δh的土块，通过插值方式，取得两个钻孔每个厚度为Δh土块所对应监测点处的水平位移值和沉降值，结合分层沉降和土体固定式测斜的监测数据确定沿钻孔每一点的二维变形。

2.根据权利要求1所述的高填方边坡多维度深部变形监测方法，其特征在于，所述步骤二包括如下步骤：

步骤2.1：根据步骤一中得到的原始地面和填筑体分界线，在高填方边坡上，布设两个深度相同的钻孔，孔底即为原始地面和填筑体分界线位置处，孔深均为H；

步骤2.2：一个钻孔用于监测填筑体分层沉降，结合填筑体的施工资料，确定每一层填筑体高度h1，然后每隔一段距离h1布设一个分层沉降传感器(3)，该孔中总计布设了n1个传感器，n1为正整数；

步骤2.3：另外一个钻孔用于监测填筑体水平位移，且每隔一段距离h2布设一个固定式测斜传感器(4)，该孔中总计布设了n2个固定式测斜传感器(4)，n2为正整数；其中，为了提高土体水平位移的测量精度，传感器的布设间距可加密，为便于现场操作和数据处理，设定h1＝m·h2，m为正整数。

3.根据权利要求2所述的高填方边坡多维度深部变形监测方法，其特征在于，所述步骤三包括如下步骤：

步骤3.1：将第i个和第i+1个分层沉降传感器之间的土层记作第i个土层；其中i为正整数，且1≤i≤n1-1；对n1-1个分层沉降传感器所监测得到的位移数据进行采集，可以得到n1-1个土层的相对位移量Δs_i；

步骤3.2：同理，将第j个和第j+1个固定式测斜传感器之间的土层记作第j个土层；其中j为正整数，且1≤j≤n2-1；对n2-1个固定式测斜传感器所监测得到的位移数据进行采集，可以得到n2-1个土层的水平位移量s_j；

步骤3.3：对数据采集器设置数据采集间隔时间Δt，分别对n1-1个分层沉降传感器和n2-1个固定式测斜传感器所测试的数据进行采集，获取各个时间间隔对应的n1-1个分层沉降传感器和n2-1个固定式测斜传感器所测试的位移数据，并将第K个采集时间间隔对应的第i个分层沉降传感器和第j个固定式测斜传感器所测试得到位移数据分别记作第i个土层的相对沉降量Δs_i(K)和第j个土层的水平位移量s_j(K)，其中K＝Δt·k，且k为正整数。

4.根据权利要求2所述的高填方边坡多维度深部变形监测方法，其特征在于，所述步骤四包括如下步骤：

步骤4.1：在埋设孔顶部布设监测箱(1)和供电装置(2)，并在该监测箱中布设数据采集器、无线通信模块及数据处理模块；

步骤4.2：将n1-1个分层沉降位移传感器和n2-1个固定式测斜传感器通过数据传输线和数据采集器连接；

步骤4.3：利用监测箱中布设的无线通信模块，采用远程无线传输的技术手段将采集的监测数据传回数据处理模块。

5.根据权利要求1所述的高填方边坡多维度深部变形监测方法，其特征在于，所述供电装置(2)为太阳能电池板或蓄电池。

6.根据权利要求1所述的高填方边坡多维度深部变形监测方法，其特征在于，所述步骤五包括如下步骤：

步骤5.1：根据权利要求1所述分层沉降和土体固定式测斜监测数据采集方法，可以得到第k个采集时间间隔对应的第i个分层沉降传感器所测试得到位移数据Δs_ii(K)根据计算公式

可以计算得到第第K个采集时间间隔第i个土层的绝对沉降量s_i(K)，其中ii为正整数，且1≤ii≤i；

步骤5.2：由于固定式测斜传感器的布设距离为h2，将深度为h2的土层划分成厚度均为Δh的土块，则对应于有h2/Δh个监测点，则第j个土层每一点的水平位移s_j，j(K)也可采用插值的方法取得，即为s_j,j(K)＝s_j(K)/(h₂/Δh)，其中s_j(K)为第K个采集时间间隔第j个土层的绝对沉降量；

步骤5.3：由于分层沉降传感器布设间距为h1，将深度为h1的土层也划分成厚度均为Δh的土块，则对应于有h1/Δh＝m·h2/Δh个监测点，则第i个土层每一点的沉降值s_i，i(K)可采用插值的方法取得，即为s_i,i(K)＝s_i(K)/(m·h2/Δh)，其中s_i(K)为第K个采集时间间隔第i个土层的绝对沉降量；

步骤5.4：进一步，可将不同测量时间K获取的第i个土层每一点的沉降值和第j个土层每一点的水平位移分别记作s_i,i(1),s_i,i(2),...,s_i,i(K)和s_j,j(1),s_j,j(2),...,s_j,j(K)，然后可以分别以测量时间K为横坐标，以第i个土层每一点的沉降值和第j个土层每一点的水平位移为纵坐标，绘制得到第i个土层每一点的沉降值和第j个土层每一点的水平位移随时间的变化曲线，进一步可以得到每一点变形的变化速率。

7.根据权利要求6所述的高填方边坡多维度深部变形监测方法，其特征在于，所述步骤五中插值方式均为线性插值。

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