CN117516439A - 一种高边坡位移监测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种高边坡位移监测方法及系统，方法包括以下步骤：布置并施工监测孔：在目标边坡区域沿Z方向向下开挖形成具有一定深度的监测孔；埋设监测管：向监测孔内自下而上逐节放入监测管，并使各节监测管逐节套接；测斜：将测斜探头置入到监测管内不同测点处，测量获得监测管轴线各段在X方向和Y方向上的倾角；计算水平面坐标：根据所得倾角计算获得各个测点的水平面坐标；重复上述步骤，获得至少两次测次的水平面坐标，将当次测次与前次测次的水平面坐标做差，即得目标边坡区域在两次测次时间间隔内的水平位移量。系统用于实施上述方法。本公开可对边坡深部水平位移进行监测，具有监测准确、可靠、监测效率高的优点。

Description

一种高边坡位移监测方法及系统

技术领域

本公开涉及边坡监测技术领域，具体涉及一种高边坡位移监测方法及系统。

背景技术

高边坡的变形是边坡破坏的主要形式，加固工程的效果是影响开挖后边坡稳定的重要因素，边坡位移监测是保证基坑边坡在施工和使用期内安全的重要手段和措施，通过监测装置监测高边坡的地表位移、倾斜发展情况及地下岩土体的水平位移情况，从而确定潜在滑动面深度和主滑动方向，为评价边坡施工及使用过程中的稳定程度，并作出有关预报，为崩塌、滑坡的正确分析评价、预测预报等具有重要的意义。

目前关于边坡的水平位移监测主要采用视准线法、交会法、全站仪极坐标法、引张线法、激光准直法和垂线法等，这些方法可较好地监测边坡表面的变形，但缺乏对边坡的深部位移监测，然而在边坡开挖及支护过程中，边坡垂直或陡坡开挖造成边坡体的侧向卸荷，不可避免的会引起边坡表面及深层土体产生水平及竖向位移，当位移量过大时，会造成边坡失稳破坏的现象，因此，设计一种监测方法对边坡进行深部位移监测对于实际施工过程有重要意义。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本公开目的在于提供一种高边坡位移监测方法及系统。本公开可对边坡深部水平位移进行监测，具有监测准确、可靠、监测效率高的优点。

本公开所述的一种高边坡位移监测方法，包括以下步骤：

S01、布置并施工监测孔：在目标边坡区域沿Z方向向下开挖形成具有一定深度的监测孔；

S02、埋设监测管：向所述监测孔内自下而上逐节放入监测管，并使各节所述监测管逐节套接；

S03、测斜：将测斜探头置入到监测管内不同测点处，测量获得监测管轴线各段在X方向和Y方向上的倾角；

S04、计算水平面坐标：根据所得倾角计算获得各个测点的水平面坐标；

S05、重复步骤S01～S04，获得至少两次测次的水平面坐标，将当次测次与前次测次的水平面坐标做差，即得目标边坡区域在两次测次时间间隔内的水平位移量。

优选地，步骤S01中，在目标边坡区域的不同高度处分级设置若干个监测孔；

所述监测孔的深度不小于20m，且至少延伸至边坡最低潜在滑动面之下的稳固岩土体内2～5m，其中，当目标边坡区域存在外倾软弱结构面或可能沿软弱结构面产生滑动或破坏的，以开挖揭露的最下层软弱结构面作为所述最低潜在滑动面。

优选地，步骤S02具体包括：

S021、将第一节监测管放入到监测孔的底部，在第一节监测管的上端套设连接管，将下一节监测管对齐并套入到连接管上，使两节监测管对接，衔接紧密后通过紧固件连接紧固，逐节放入监测管直至各节监测管依次套接；

S022、测量监测管内导向孔的轴向方向，并调整监测管位置，使其轴向方向与断面方向或边坡主滑动方向同向；

S023、在监测管与监测孔内壁之间采用水泥、砂浆进行回填，并振动捣实，初次灌浆回落后再次补浆至监测孔的孔口位置并捣实；

S024、在监测管的管口以下0.5～1.0m范围内架设保护管，并浇筑混凝土墩固定管口，在管口安装保护盖并设置标示牌；

S025、测量并核实监测孔的孔口高程。

优选地，步骤S03具体包括：

S031、率定测斜探头；

S032、将测斜探头放置到测点位置，静置一定时间后，获取该测点位置在X方向或Y方向上的正向测斜结果然后将测斜探头绕监测管轴线旋转180°，获取该测点位置在X方向或Y方向上的反向测斜结果/>当正向测斜结果/>与反向测斜结果/>的绝对值之差小于/>且两测斜结果符号相反时，判断该测斜结果有效并按如下公式计算测斜结果ε_{x or y}作为测得的倾角：

否则判断该组测斜结果无效并重测，重复本步骤，依照自下而上的顺序依次将测斜探头放置到各个测点处，测量获得监测管轴线各段在X方向和Y方向上的测斜结果。

优选地，步骤S032中，每次获取正向测斜结果或反向测斜结果/>时，连续获取同一方向上的n次测斜结果，n≥3，直至所得n次测斜结果无明显数值差异，取n次测斜结果的平均值作为该方向上的测斜结果。

优选地，步骤S03中，相邻测点的垂直间距为40～60cm。

优选地，步骤S04具体为：

以监测管底端作为基准点O，定义基准点O的坐标为(x₀，y₀)；

按如下公式计算各个测点的水平面坐标(x_j，y_j)：

其中，i表示测点序号，i＝1,2，...j，L表示相邻测点间距；

a_xi表示第i个测点在X方向上的倾角，ε_xi表示第i个测点在X方向上的测斜结果；

a_yi表示第i个测点在Y方向上的倾角，ε_yi表示第i个测点在Y方向上的测斜结果。

优选地，步骤S05还包括：

根据所得水平位移量及对应测点的深度绘制位移-深度曲线，并根据间隔时长绘制变形速率-深度曲线。

本实施例的一种高边坡位移监测系统，包括：

监测孔施工模块，其用于在目标边坡区域沿Z方向向下开挖形成具有一定深度的监测孔；

监测管埋设模块，其用于向所述监测孔内自下而上逐节放入监测管，并使各节所述监测管逐节套接；

测斜模块，其用于置入到监测管内不同测点处，测量获得监测管轴线各段在X方向和Y方向上的倾角；

水平面坐标计算模块，其用于根据所得倾角计算获得各个测点的水平面坐标；

水平位移量计算模块，其用于获得至少两次测次的水平面坐标，将当次测次与前次测次的水平面坐标做差，即得目标边坡区域在两次测次时间间隔内的水平位移量。

优选地，所述测斜模块包括：

探杆，其呈长杆状，用于伸入到监测管内；

测斜探头，其设置在所述探杆的下端用于测量获得监测管轴线各段在X方向和Y方向上的倾角；

数据采集器，其与所述测斜探头信号连接用于采集测量信号；

一对导轮，一对所述导轮对称设置在所述探杆轴线的两侧，且所述导轮的轴向与所述探杆的轴向相垂直，所述探杆在与所述导轮相对应的位置形成有用于容纳所述导轮的容纳槽，所述导轮通过一铰接架与所述探杆铰接以使所述导轮可折叠收入到所述容纳槽内；所述监测管的内侧壁形成有至少一对相对分布的、且与所述导轮的厚度相适配的导向槽，所述导向槽沿所述监测管的轴向延伸。

本公开所述的一种高边坡位移监测方法及系统，其优点在于：

1、本公开通过向下开挖监测孔，并将多节监测管逐节放入到监测孔中，可将测斜探头置入到监测管内不同测点处，以此获得目标边坡区域不同深度的倾角，由倾角可计算获得目标边坡区域在一定时段内的水平位移量，进一步可绘制相应的位移-深度曲线，由此可实现对目标边坡区域的深部水平位移监测，以更全面准确地反映边坡变形，满足实际施工过程的边坡变形监测需求；

2、本公开通过规范监测孔施工、监测管放置，在获取倾角监测值时采用连续多次无异常数据的均值作为监测结果，且通过正、反两次监测来消弱数据误差，使得监测值接近于真实值，提高了监测结果的准确性和可靠性，且能有效提高边坡监测及促进边坡施工的效率，具有良好的经济效益和实用价值。

附图说明

图1是本实施例所述一种高边坡位移监测方法的步骤流程图；

图2是本实施例所述一种高边坡位移监测方法的监测孔布置位置示意图；

图3是本实施例所述监测管和测斜模块的结构示意图。

附图标记说明：1-目标边坡区域，11-监测孔，2-监测管，21-导向孔，22-导向槽，3-测斜模块，31-探杆，311-容纳槽，32-测斜探头，33-导轮，34-铰接架。

具体实施方式

如图1所示，本公开所述的一种高边坡位移监测方法，包括以下步骤：

S01、布置并施工监测孔11，详细如图2所示，在目标边坡区域1沿Z方向向下开挖形成具有一定深度的监测孔11，具体的，监测孔11根据边坡规模、特征进行布设，一段边坡通常布设2～4个监测孔11，考虑用地问题、地形因素及钻探施工的场地要求，监测孔11布设在公路用地红线范围以内，一般在边坡中上部等平台处。若边坡规模大、纵向长，或者边坡地质条件复杂、存在地质条件多样性，将根据边坡规模和地质条件情况增加监测断面及监测孔11，以满足安全监测为前提。现场实际布设钻孔位置时应充分考虑边坡变形破坏模式、范围、规模等因素综合布设，确保边坡变形最敏感区域有钻孔布设。

监测孔11深度根据实际情况确定，要求进入边坡最低潜在滑动面之下一定深度的稳固岩土体内2～5m，以减少监测管2的扭转误差。具体孔深及潜在滑动面应结合边坡形态及现场具体工程地质条件按如下方式综合确定：

1.测孔的深度不小于20m；

2.当目标边坡区域1存在外倾软弱结构面或可能沿软弱结构面产生滑动或破坏的，以开挖揭露的最下层软弱结构面作为所述最低潜在滑动面。

监测孔11施工过程中，应将绝大多数监测孔11布设在边坡平台上，且施工过程须尽量减少对坡面结构物的损毁，如平台截水沟等，若有损毁，应事后修复。

成孔应按照勘察钻探要求执行，采用XY-100型回转钻机或其他同类机器钻进，土层及软岩层应使用合金探头钻进，完整坚硬岩层宜采用金刚石钻头钻进，钻孔终孔孔径宜为φ110mm，最小应等于φ90mm。钻孔需保证成孔质量，如遇垮孔、塌孔现象应酌情采用泥浆、套管等形式进行护壁，达到要求深度后，应对孔内进行清理，尽量减少孔底沉渣。若采用套管护壁，应在监测管2安放好后再拔除，拔管过程中应避免损伤监测管2。

S02、埋设监测管2：向所述监测孔11内自下而上逐节放入监测管2，并使各节所述监测管2逐节套接；具体包括：

S021、由于深层侧向位移监测孔11的埋深较大，监测管2宜采用现场逐节加长、逐步放入拼接的方式，即先将第一节监测管2放入到监测孔11的底部，然后在第一节监测管2的上端套设连接管，再将下一节监测管2对齐套接到连接管上，使两节监测管2对接，衔接紧密后通过紧固件，如紧固螺栓连接紧固，逐节放入监测管2并重复上述步骤，直至将各节监测管2依次套接；监测管2之间的连接位置需使用防水胶带缠绕密封，以避免水泥浆渗入；

S022、监测管2安装到位后，用罗盘测量监测管2的轴向，并调整监测管2的位置，使监测管2的轴向方向与断面方向或边坡主滑动方向，此步骤用于对监测管2的位置进行校准；

S023、监测管2位置校准完成后，在监测管2的外壁与监测孔11内壁之间采用水泥、砂浆进行回填，并振动捣实，使之成为整体，初次灌浆回落稳定后应再次补浆，直至孔口位置并捣实，其密实度会直接影响监测数据的可靠性，因此此步骤应确保回填密实；

S024、在最上端一节的监测管2的管口以下0.5～1.0m范围内架设保护管，并浇筑混凝土墩固定管口，在管口安装保护盖并设置标示牌，以防人为损坏和杂草掉入；

S025、测量并核实监测孔11的孔口高程，判断孔口高程是否满足施工要求，必要时还需对断面上的关键点进行测量核实。

S03、测斜：将测斜探头32置入到监测管2内不同测点处，测量获得监测管2轴线各段在X方向和Y方向上的倾角；具体包括：

S031、率定测斜探头32，数据采集器、电缆等常用部件也应预先检查合格；

S032、将测斜探头32放置到测点位置，静置一定时间，如5min后，以消除温差影响(特别是在夏天和冬天季节中，监测管2内外温差明显)，获取该测点位置在X方向或Y方向上的正向测斜结果然后将测斜探头32绕监测管2轴线旋转180°，获取该测点位置在X方向或Y方向上的反向测斜结果/>当正向测斜结果/>与反向测斜结果/>的绝对值之差小于/>且两测斜结果符号相反时，判断该测斜结果有效并按如下公式计算测斜结果ε_{x or y}作为测得的倾角：

否则判断该组测斜结果无效并重测，此步骤可以消弱轴线零点便宜误差，提高监测结果的准确性和可靠性。

重复本步骤，依照自下而上的顺序依次将测斜探头32放置到各个测点处，测量获得监测管2轴线各段在X方向和Y方向上的测斜结果，通常的，相邻测点的垂直间距为40～60cm，如50cm。

进一步的，每次获取正向测斜结果或反向测斜结果/>时，连续获取同一方向上的n次测斜结果，n≥3，直至所得n次测斜结果无明显数值差异，取n次测斜结果的平均值作为该方向上的测斜结果，此步骤可减小读数误差，提高读数准确性。

测量过程中应及时做好记录或储存数据，数据检查合格后方可撤出测斜探头32收线，否则要及时分析原因并纠正。

S04、计算水平面坐标：根据所得倾角计算获得各个测点的水平面坐标；具体为：

以监测管2底端作为基准点O，定义基准点O的坐标为(x₀，y₀)；当坡体内部产生变形时，监测管2轴线倾斜产生挠度，通过上述步骤使用测斜探头32获取各个测点在X方向和Y方向上的测斜结果，ε_xi和ε_yi，并按如下公式计算各个测点的水平面坐标(x_j，y_j)：

其中，i表示测点序号，i＝1,2，...j，L表示相邻测点间距；

a_xi表示第i个测点在X方向上的倾角，ε_xi表示第i个测点在X方向上的测斜结果；

a_yi表示第i个测点在Y方向上的倾角，ε_yi表示第i个测点在Y方向上的测斜结果。

当ε_xi或ε_yi＞0时，表示向X轴或Y轴正向倾斜，当ε_xi或ε_yi＜0时，表示向X轴或Y轴负向倾斜，由上式可计算出测斜管轴线各测点的水平坐标。

S05、重复步骤S01～S04，获得至少两次测次的水平面坐标，将当次测次与前次测次的水平面坐标做差，即得目标边坡区域1在两次测次时间间隔内的水平位移量，测量获得水平位移量后，可根据所得水平位移量及对应测点的深度绘制位移-深度曲线，进一步可根据两次测次的间隔时长来绘制变形速率-深度曲线，以反映边坡深部变形的监测情况。

本实施例还进一步提供了一种高边坡位移监测系统，包括：

监测孔11施工模块，其用于在目标边坡区域1沿Z方向向下开挖形成具有一定深度的监测孔11；

监测管2埋设模块，其用于向所述监测孔11内自下而上逐节放入监测管2，并使各节所述监测管2逐节套接；

测斜模块3，其用于置入到监测管2内不同测点处，测量获得监测管2轴线各段在X方向和Y方向上的倾角；

水平面坐标计算模块，其用于根据所得倾角计算获得各个测点的水平面坐标；

水平位移量计算模块，其用于获得至少两次测次的水平面坐标，将当次测次与前次测次的水平面坐标做差，即得目标边坡区域1在两次测次时间间隔内的水平位移量。

本实施例的监测系统与上述的监测方法基于相同的发明构思，可参照上述描述进行理解，在此不再赘述。

进一步的，本实施例中，详细如图3所示，测斜模块3包括：

探杆31，呈长杆状，用于伸入到监测管2内；

测斜探头32，其设置在所述探杆31的下端用于测量获得监测管2轴线各段在X方向和Y方向上的倾角；

数据采集器，其与所述测斜探头32信号连接用于采集测量信号；

一对导轮33，一对所述导轮33对称设置在所述探杆31轴线的两侧，且所述导轮33的轴向与所述探杆31的轴向相垂直，导轮33用于引导探杆31沿监测管2的轴向滑动，以确保测斜探头32沿监测管2的轴向滑动。

所述探杆31在与所述导轮33相对应的位置形成有用于容纳所述导轮33的容纳槽311，所述导轮33通过一铰接架34与所述探杆31铰接以使所述导轮33可折叠收入到所述容纳槽311内，通过一侧导轮33导向探杆31向下滑动时，可将另一侧导轮33折叠收纳至容纳槽311内，避免干涉；

所述监测管2内形成有导向孔21，导向孔21的内侧壁形成有至少一对相对分布的、且与所述导轮33的厚度相适配的导向槽22，所述导向槽22沿所述监测管2的轴向延伸，导向槽22用于配合导轮33确保探杆31的滑动稳定，不易脱位。

本实施例的高边坡位移监测方法及系统，可对边坡深部水平位移进行监测，具有监测准确、可靠、监测效率高的优点。

在本公开的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开保护范围的限制。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本公开权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高边坡位移监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S01、布置并施工监测孔：在目标边坡区域沿Z方向向下开挖形成具有一定深度的监测孔；

S02、埋设监测管：向所述监测孔内自下而上逐节放入监测管，并使各节所述监测管逐节套接；

S03、测斜：将测斜探头置入到监测管内不同测点处，测量获得监测管轴线各段在X方向和Y方向上的倾角；

S04、计算水平面坐标：根据所得倾角计算获得各个测点的水平面坐标；

S05、重复步骤S01～S04，获得至少两次测次的水平面坐标，将当次测次与前次测次的水平面坐标做差，即得目标边坡区域在两次测次时间间隔内的水平位移量。

2.根据权利要求1所述高边坡位移监测方法，其特征在于，步骤S01中，在目标边坡区域的不同高度处分级设置若干个监测孔；

所述监测孔的深度不小于20m，且至少延伸至边坡最低潜在滑动面之下的稳固岩土体内2～5m，其中，当目标边坡区域存在外倾软弱结构面或可能沿软弱结构面产生滑动或破坏的，以开挖揭露的最下层软弱结构面作为所述最低潜在滑动面。

3.根据权利要求1所述高边坡位移监测方法，其特征在于，步骤S02具体包括：

S021、将第一节监测管放入到监测孔的底部，在第一节监测管的上端套设连接管，将下一节监测管对齐并套入到连接管上，使两节监测管对接，衔接紧密后通过紧固件连接紧固，逐节放入监测管直至各节监测管依次套接；

S022、测量监测管内导向孔的轴向方向，并调整监测管位置，使其轴向方向与断面方向或边坡主滑动方向同向；

S023、在监测管与监测孔内壁之间采用水泥、砂浆进行回填，并振动捣实，初次灌浆回落后再次补浆至监测孔的孔口位置并捣实；

S024、在监测管的管口以下0.5～1.0m范围内架设保护管，并浇筑混凝土墩固定管口，在管口安装保护盖并设置标示牌；

S025、测量并核实监测孔的孔口高程。

4.根据权利要求1所述高边坡位移监测方法，其特征在于，步骤S03具体包括：

S031、率定测斜探头；

S032、将测斜探头放置到测点位置，静置一定时间后，获取该测点位置在X方向或Y方向上的正向测斜结果然后将测斜探头绕监测管轴线旋转180°，获取该测点位置在X方向或Y方向上的反向测斜结果/>当正向测斜结果/>与反向测斜结果/>的绝对值之差小于/>且两测斜结果符号相反时，判断该测斜结果有效并按如下公式计算测斜结果ε_{x or y}作为测得的倾角：

否则判断该组测斜结果无效并重测，重复本步骤，依照自下而上的顺序依次将测斜探头放置到各个测点处，测量获得监测管轴线各段在X方向和Y方向上的测斜结果。

5.根据权利要求4所述高边坡位移监测方法，其特征在于，步骤S032中，每次获取正向测斜结果或反向测斜结果/>时，连续获取同一方向上的n次测斜结果，n≥3，直至所得n次测斜结果无明显数值差异，取n次测斜结果的平均值作为该方向上的测斜结果。

6.根据权利要求5所述高边坡位移监测方法，其特征在于，步骤S03中，相邻测点的垂直间距为40～60cm。

7.根据权利要求5或6所述高边坡位移监测方法，其特征在于，步骤S04具体为：

以监测管底端作为基准点O，定义基准点O的坐标为(x₀，y₀)；

按如下公式计算各个测点的水平面坐标(x_j，y_j)：

其中，i表示测点序号，i＝1，2，...j，L表示相邻测点间距；

a_xi表示第i个测点在X方向上的倾角，ε_xi表示第i个测点在X方向上的测斜结果；

a_yi表示第i个测点在Y方向上的倾角，ε_yi表示第i个测点在Y方向上的测斜结果。

8.根据权利要求7所述高边坡位移监测方法，其特征在于，步骤S05还包括：

根据所得水平位移量及对应测点的深度绘制位移-深度曲线，并根据间隔时长绘制变形速率-深度曲线。

9.一种高边坡位移监测系统，其特征在于，包括：

监测孔施工模块，其用于在目标边坡区域沿Z方向向下开挖形成具有一定深度的监测孔；

监测管埋设模块，其用于向所述监测孔内自下而上逐节放入监测管，并使各节所述监测管逐节套接；

测斜模块，其用于置入到监测管内不同测点处，测量获得监测管轴线各段在X方向和Y方向上的倾角；

水平面坐标计算模块，其用于根据所得倾角计算获得各个测点的水平面坐标；

水平位移量计算模块，其用于获得至少两次测次的水平面坐标，将当次测次与前次测次的水平面坐标做差，即得目标边坡区域在两次测次时间间隔内的水平位移量。

10.根据权利要求9所述高边坡位移监测系统，其特征在于，所述测斜模块包括：

探杆，其呈长杆状，用于伸入到监测管内；

测斜探头，其设置在所述探杆的下端用于测量获得监测管轴线各段在X方向和Y方向上的倾角；

数据采集器，其与所述测斜探头信号连接用于采集测量信号；

一对导轮，一对所述导轮对称设置在所述探杆轴线的两侧，且所述导轮的轴向与所述探杆的轴向相垂直，所述探杆在与所述导轮相对应的位置形成有用于容纳所述导轮的容纳槽，所述导轮通过一铰接架与所述探杆铰接以使所述导轮可折叠收入到所述容纳槽内；所述监测管的内侧壁形成有至少一对相对分布的、且与所述导轮的厚度相适配的导向槽，所述导向槽沿所述监测管的轴向延伸。