CN1142408C - 确定边坡位移方向的管形线方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种确定边坡位移方向的管形线方法。在以钻孔测斜仪监测地层岩体深部位移时，由于地层内部地质条件不同，不能简单地沿用传统以孔底为位移参考点(即视其为不动点)计算累积位移，这样方法不具有普遍适用性，本发明是利用钻孔测斜仪监测的读数，首先绘制导管的管形线，观察前后时间导管管形线的位移方向，以判断边坡的位移方向；通过导管管形线，确定是孔口或孔底的位移小，再以位移小的一端作参考点，绘制测斜仪孔的位移一深度曲线，进行分析，这才对各种边坡具有普遍适用性。
Description
技术领域
本发明属于利用钻孔测斜仪监测地层岩体位移的方法，进一步涉及在利用钻孔测斜监测读数后，首先绘出管形线，再以确定地层岩体位移的方法。
背景技术
目前，利用钻孔测斜仪监测地层岩体位移时，其依据是钻孔测斜仪导管与钻孔孔壁通过充填水泥砂浆连成一整体而同步变形。导管深入地层硬质岩体内，其最底端即孔底变形小，在利用钻孔测斜仪监测读数后，以孔底为参考点分析绘制测孔位移一深度曲线，从而确定地层岩体的位移方向。但我们用此方法对隔河岩水电站引水遂沿出口及厂房边坡位移监测时，得出的却是相反的结论。
隔河岩水电站引水隧洞出口及厂房高边坡由正面边坡和侧向厂房边坡组成的弧形，自西向东边坡走向由N30°E转为N70°E，倾向NW。边坡范围长(约350m)，而高(最大施工边坡高达220m左右)。岩层走向70～80°，倾向SE，倾角25～30°，虽为逆向坡，但岩体上硬(灰岩)下软(页岩)；有十余条断层、夹层、4组裂缝、2个危岩体及岸溶塌陷体等地质缺陷；局部地区岩体较破碎；因此，在整个边坡范围内布置了I-I～V-V5个监测断面，详见图1。因为，岩体变形是岩体边坡破坏前的主要表现形式，而边坡中水的活动则往往是失稳的诱发因素，所以监测项目重点放在边坡的深部位移和地下水两项上。而深部位移监测又以采用钻孔测斜仪监测水平挠度为重点，共布置了18个钻孔测斜仪，取得了非常丰富的监测资料，为高边坡的安全评价发挥了重要作用。
但是，不论是侧向边坡还是正面边坡，高程165m以下页岩中的不少测斜仪钻孔(如CX128-1、CX150-1、CX110-1、CX128-2、CX100-3等)的位移资料表明，边坡表明的位移方向是朝山里，而不是呈一般朝向坡外的规律，这种反常现象曾一度令人困惑不解。
发明内容
本发明的目的在于针对上述工程监测中的问题，提出一种解决方案，使之具有普遍的广泛应用性，该技术解决方案是一种确定钻孔测斜仪孔的导管的管形线后，再来分析确定地层岩体位移方向和大小的方法，其步骤为：
a、边坡上钻测斜仪孔
b、钻孔中预埋导管，导管与钻孔岩壁之间连成整体，导管中的一对凹槽A-A沿顺坡方向，另一对凹槽B-B与其正交；
c、在不同时间，利用测斜仪观测计算导管凹槽A-A相对铅直线的偏离；
d、根据不同时间的导管凹槽A-A相对铅直线的偏离量，绘制导管的管形线；
e、根据前后时间绘制导管不同的管形线的移动方向，确定边坡的位移方向。
附图说明
图1 引水隧洞出口及电站厂房高边坡安全监测平面布置图。
图2 CX128-1孔孔口合成位移一时间过程线
图3 t1、t2时刻管形线分析图
图4 CX128-1测孔顺坡向管形线曲线
图5 CX128-1测孔实际坡向深度曲线。
具体实施方式
在已有技术中钻孔测斜仪孔中都预埋有导管(也有的称套管)，导管与钻孔岩壁之间以水泥砂浆充填密实，使岩体与导管变形一致。导管有两对相互正交的凹槽，起观测时定向的作用。通常，埋设导管时其中的一对凹槽沿顺坡方向(记为A-A)，另一对凹槽与其正交(记为B-B)。本发明所说的管形线是导管A-A方向的外形轮廓线即导管的对称中心线，为叙述方便起见，假定管形线近似位于通过钻孔孔口的铅垂线与A-A线所决定的平面内。
1、管形线分析
1.1管形线分析的基本思路 管形线分析的基本思路如下：
(1)如上述，钻孔测斜仪导管与钻孔孔壁是通过充填水泥砂浆连成一整体而同步变形的，所以岩体变形必然使导管变形，导管的管形线即是钻孔岩体变形的轨迹。
(2)前后两时刻(t1、t2)之间时段边坡岩体某深度的位移大小等于t1、t2时刻相应深度两管形线间的距离。
(3)t1、t2前后两时刻(t1＜t2)岩体的位移方向与t1时刻的管形线向t2时刻管形线移动的方向一致。
(4)关键的问题就在于找到一种绘制管形线的合理方法。
1.2观测读数分析
(1)我们以位移明显增长的侧向边坡CX128-1测孔为代表进行分析。CX128-1孔口累计位移过程如图2所示。
(2)选择测孔CX128-1的t1时刻，与CX128-1测孔的t2时刻。相距12个月的时间。因为从图2看到，测孔在t1-t2时段的位移明显增长。
(3)列出CX128-1孔的观测读数值如表1。由表1可以看到所列观测读数，有如下规律：
1、观测读数为正数；
2、随深度增大，读数增加；
3、对于同一深度，时间晚的t2时刻的读数值比时间早的t1时刻的读数值大。
根据测斜仪测量探头本身的规定，观测读数以向高轮一侧倾斜为正号，反之为负号；根据观测人员观测读数时的规定，高轮先朝山里一侧读数，然后旋转180°再读一次数。结合以上两个规定，分析上述CX128-1孔观测读数的三个规律，可以得出以下三个相应的结论：(1)观测孔的管形线倾向山里；(2)观测孔的管形随深度增加倾角(指测点切线与铅垂向上的线的夹角)增大，即随深度增加，偏离边坡的距离越大；(3)相应同一深度t2时刻的管形线的倾角α2比t1进刻的倾角α1大，如图3所示。
1.3管形线分析
根据1.2的分析，可以根据表1和仪器本身的性质，绘出CX128-1孔的管形线如图4。
表1 CX128-1 测孔观测读数和计
时刻t1：1994.11.19 时刻t2：1995.10.15 两管形线间
深度(m) A0 A180 A1 相对铅直线 A0 A180 A2 相对铅直线 相对偏离
10-4V (mm) 偏离(mm) 10-4V (mm) 偏离(mm) (mm)
0.5 107 -122 1.15 0.00 169 -207 1.88 0.00 0.00
1 226 -250 2.38 2.38 253 -299 2.76 2.76 0.38
1.5 284 -307 2.96 5.34 272 -320 2.96 5.72 0.39
2 303 -325 3.14 8.48 296 -342 3.19 8.91 0.44
2.5 336 -362 3.49 11.97 325 -378 3.52 12.43 0.46
3 358 -380 3.69 15.66 335 -386 3.61 16.03 0.38
3.5 352 -373 3.63 19.28 354 -405 3.80 19.83 0.55
4 392 -411 4.02 23.30 382 -435 4.09 23.91 0.62
4.5 404 -423 4.14 27.43 470 -520 4.95 28.86 1.43
5 576 -597 5.87 33.30 582 -631 6.07 34.93 1.63
5.5 613 -629 6.21 39.51 622 -672 6.47 41.40 1.89
6 660 -675 6.68 46.18 670 -717 6.94 48.33 2.15
6.5 729 -639 6.84 53.02 786 -837 8.12 56.45 3.43
7 826 -849 8.38 61.40 832 -874 8.53 64.98 3.58
7.5 866 -885 8.76 70.15 891 -931 9.11 74.09 3.94
8 922 -941 9.32 79.47 939 -975 9.57 83.66 4.19
8.5 976 -986 9.81 89.28 1027 -1073 10.50 94.16 4.88
9 1084 -996 10.40 99.68 1088 -1136 11.12 105.28 5.60
9.5 1132 -1052 10.92 110.60 1188 -1223 12.06 117.33 6.74
10 1227 -1142 11.85 122.44 1250 -1284 12.67 130.00 7.56
10.5 1308 -1215 12.62 135.06 1463 -1520 14.92 144.92 9.86
11 1549 -1577 15.63 150.69 1577 -1631 16.04 160.96 10.27
11.5 1606 -1623 16.15 166.83 1638 -1684 16.61 177.57 10.74
12 1658 -1674 16.66 183.49 1682 -1715 16.99 194.55 11.06
12.5 1715 -1642 16.79 200.28 1852 -1909 18.81 213.36 13.08
13 1900 -1802 18.51 218.79 1940 -1994 19.67 233.03 14.24
13.5 1958 -1959 19.59 238.37 2009 -2045 20.27 253.30 14.93
14 2029 -2038 20.34 258.71 2075 -2106 20.91 274.20 15.50
14.5 2066 -2072 20.69 279.40 2261 -2318 22.90 297.10 17.70
15 2240 -2323 22.82 302.21 2386 -2405 23.96 321.05 18.84
15.5 2416 -2423 24.20 326.41 2488 -2487 24.88 345.93 19.52
16 2417 -2517 24.67 351.08 2553 -2563 25.58 371.51 20.43
16.5 2584 -2575 25.80 376.87 2806 -2835 28.21 399.71 22.81
17 2876 -2787 28.32 405.19 2943 -2940 29.42 429.13 23.94
17.5 2934 -2941 29.38 434.56 3009 -3010 30.10 459.22 24.66
18 3023 -3030 30.27 464.83 3082 -3087 30.85 490.07 25.24
18.5 3128 -3036 30.82 495.65 3315 -3368 33.42 523.48 27.84
19 3368 -3311 33.40 529.04 3446 -3497 34.72 558.20 29.16
19.5 3460 -3486 34.73 563.77 3526 -3575 35.51 593.70 29.93
20 3533 -3460 34.97 598.74 3601 -3617 36.09 629.79 31.06
20.5 3601 -3567 35.84 634.58 3722 -3771 37.47 667.26 32.68
21 3746 -3800 37.73 672.31 3811 -3825 38.18 705.44 33.13
21.5 3820 -3854 38.37 710.68 3904 -3935 39.20 744.63 33.96
22 3944 -3970 39.57 750.25 4002 -4032 40.17 784.80 34.55
22.5 4057 -4078 40.68 790.92 4236 -4234 42.35 827.15 36.23
23 4386 -4398 43.92 834.84 4448 -4484 44.66 871.81 36.97
23.5 4436 -4468 44.52 879.36 4482 -4504 44.93 916.74 37.38
24 4497 -4436 44.67 924.03 4543 -4536 45.40 962.14 38.11
24.5 4561 -4604 45.83 969.85 4615 -4677 46.46 1008.60 38.75
25 4635 -4697 46.66 1016.51 4696 -4681 46.89 1055.48 38.97
25.5 4696 -4732 47.14 1063.65 4767 -4791 47.79 1103.27 39.62
26 4741 -4802 47.72 1111.37 4762 -4796 47.79 1151.06 39.69
26.5 4619 -4647 46.33 1157.70 4719 -4770 47.45 1198.51 40.81
27 5025 -5141 50.83 1208.53 5119 -5191 51.55 1250.06 41.53
27.5 5161 -5218 51.90 1260.42 5248 -5257 52.53 1302.58 42.16
28 5227 -5164 51.96 1312.38 5264 -5292 52.78 1355.36 42.99
28.5 5260 -5318 52.89 1365.27 5338 -5339 53.39 1408.75 43.48
29 5403 -5481 54.42 1419.69 5534 -5594 55.64 1464.39 44.70
29.5 5543 -5605 55.74 1475.43 5559 -5627 55.93 1520.32 44.89
30 5583 -5638 56.11 1531.53 5631 -5606 56.19 1576.50 44.97
30.5 5578 -5652 56.15 1587.68 5579 -5650 56.15 1632.65 44.96
图4表明有以下明显的规律：
(1)实际管形线向边坡坡外偏斜；
(2)二管形线间的相隔距离随深度增加而增大，即边坡上部位移小，下部位移大。
规律(1)与我们通常的理解是一致的，但规律(2)则与我们通常理解的刚好相反。现在的情况是：边坡上部位移小，下部位移大，但仍然用了传统的以孔底为参考点的作法，这就是出现边坡位移朝向山里的问题所在。
因为，利用钻孔测斜仪进行边(滑)坡深部位移监测时，有一假设前提，即假设钻孔也底为不动点，且在整理位移-深度曲线时，以孔底为参考点，自下(孔底)而上(孔口)计算位移。然而，现在前提并不成立，而且刚好现反。因此，我们必须以位移小的孔口为参考点进行位移累计，才能得出边坡实际的位移方向。
2、边坡位移-深度关系曲线分析
t1-t2时段CX128-1孔位移曲线
根据以上关于管形线的分析，我们绘出了测孔的管形线，找到了边坡向山里方向位移的原因。但是，管形线不等于位移-深度曲线。它们之间的关系是，各测点相对位移应是t1、t2两时刻管形线间的水平距离，而孔底的位移应该是孔底的t1、t2时刻两管形线间的水平距离。根据1.3款的分析，孔口位移小，孔底位移大。因此，为了得到位移-深度关系曲线，我们应以位移较小的孔口为参考点，按常规整理钻孔测斜仪资料的方法，绘出CX128-1分别在t1-t2时段的位移-深度曲线如图5。图5位移-曲线表明的孔口位移比孔底小且位移向外的规律与管形线的分析一致。
我们应当指出，在绘出图4-5时，为简化起见，将t2时刻参考点放在了钻孔t1时刻孔口原来的位置上，即假定了地表孔口为不动点。当孔口本身存在位移Wo时，t2时刻的管形线和图5所示的位移深度曲线均应向坡外平移一个距离Wo。当地表孔口设有地表位移观测墩时，可将观测墩所观测到的孔口位移Wo与图5所示位移叠加，即得出最终实际位移曲线。
当管形线不在同一平面内时，以上分析方法同样适用。
由此，我们得出结论：在以钻孔测斜仪监测地层岩体深部位移时，由于地层内部地质条件不同，不能简单地沿用传统以孔底为位移参考点(即视其为不动点)计算累积位移，这样方法不具有普遍适用性，而应通过确定导管管形线，观察前后时间导管管形线的位移方向，以判断边坡的位移方向；通过导管管形线，确定是孔口或孔底的位移小，再以位移小的一端作参考点，绘制测斜仪孔的位移一深度曲线，进行分析，这才对各种边坡如由人工施工形成的边坡象本发明所述的，如自然形成的边坡象山体滑坡、山体边坡等具有普遍适用性。
Claims (2)
1、确定边坡位移方向的管形线方法，其步骤为：
a、边坡上钻测斜仪孔
b、钻孔中预埋导管，导管与钻孔岩壁之间连成整体，导管中的一对凹槽A-A沿顺坡方向，另一对凹槽B-B与其正交；
c、在不同时间，利用测斜仪观测计算导管凹槽A-A相对铅直线的偏离；
d、根据不同时间的导管凹槽A-A相对铅直线的偏离量，绘制导管的管形线，所述管形线是导管A-A方向的外形轮廓线即导管的对称中心线；
e、根据前后时间绘制导管不同的管形线的移动方向，确定边坡的位移方向。
2、根据权利要求1所述确定边坡位移方向的管形线方法，其特征在根据不同时间的导管的管形线，确定管形线位移小的一端，以位移小的一端为参考点，绘出孔的位移一深度关系曲线，位移一深度曲线所指示的方向即为边坡的位移方向。
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