毛威 劉賽

摘要:滑動式測斜儀具有方便操作、測量精度高、可靠性好等優(yōu)點，可以實時監(jiān)測巖體內(nèi)部的位移量、變形趨勢及移動方向，對于研究巖體邊坡內(nèi)部狀態(tài)，判斷穩(wěn)定性以及預(yù)警有著及時的作用。本文簡要介紹了CX—3C型測斜儀的工作原理和實際使用方法，并結(jié)合其在某實時監(jiān)測中的應(yīng)用，證明該儀器能夠為分析巖體邊坡結(jié)構(gòu)性位移、預(yù)防滑坡、及時采取加固措施等提供有效幫助，在實際監(jiān)測中發(fā)揮了良好的效果。

關(guān)鍵詞：滑動式測斜儀；結(jié)構(gòu)性位移；滑坡；監(jiān)測

中圖分類號：P258 文獻標識碼：A

1、概述

近年來，隨著我國水利水電的發(fā)展，巖體結(jié)構(gòu)安全成為了重要問題，這對施工質(zhì)量的優(yōu)劣產(chǎn)生了重大影響。巖體在內(nèi)外各種不平衡應(yīng)力為主的長期作用下，會產(chǎn)生彈塑性小應(yīng)變（如裂縫、裂隙擴張等）以及滑坡和地質(zhì)沉陷等結(jié)構(gòu)面滑移特性。實際上，巖體的滑坡形成需經(jīng)歷從早期的裂縫形成到蠕滑拉裂直至結(jié)構(gòu)體滑移等過程。實際工程中，巖體失衡會出現(xiàn)滑坡現(xiàn)象，而滑坡的形成前會產(chǎn)生一定的結(jié)構(gòu)體位移。由于結(jié)構(gòu)體位移難于監(jiān)測，通?？筛鶕?jù)結(jié)構(gòu)上某些位置點的位移大小來判定巖體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。因此，工程中更注重以結(jié)構(gòu)體相對位移為依據(jù)來判斷巖體邊坡的穩(wěn)定性。我國每年的巖體發(fā)生滑坡、泥石流等災(zāi)害較多。2008年在四川汶川地震后發(fā)生的山體滑坡、泥石流等自然災(zāi)害，給生產(chǎn)生活帶來極大的危害。為了盡可能消除潛在隱患，需要建立安全監(jiān)控系統(tǒng)，這對于及時掌握巖體的安全性能和采取進一步防護措施有著積極作用。

目前，滑動式測斜儀監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用范圍較廣?；瑒邮綔y斜儀通過觀測鉆孔內(nèi)各分段部分的傾角，利用對比基準角度的偏移求出各段鉆孔水平方向位移量，進而檢測出巖體的結(jié)構(gòu)性位移。由于巖體存在的內(nèi)部復(fù)雜土體結(jié)構(gòu)及不規(guī)則變形，應(yīng)力分布并不很集中。為了能實時監(jiān)測巖體的位移情況，可以靈活地在巖體不同位置安裝測斜儀。掌握各個部分的變形情況。為災(zāi)害監(jiān)測、預(yù)報提供可靠保障。近年來，測斜儀在壩體檢測、地基、公路、巖體邊坡方面發(fā)揮了重要作用。本文從實際應(yīng)用的角度出發(fā)，選取國內(nèi)的武漢基深測斜儀有限公司生產(chǎn)的CX-3C測斜儀為例，介紹該測斜儀的測量原理和使用方法，說明它在實際巖體邊坡變形監(jiān)測中的測量效果。

CX-3C測斜儀簡介

2.1 CX-3C測斜儀的測量原理

CX-3C鉆孔測斜儀由2m長度的70mm直徑PVC測斜管、全封固化滑動測斜探頭、自動采集顯示儀、電纜組成。該測斜儀的基本原理是，將測斜探頭的連接電纜與自動采集顯示儀接通，通過裝有滑輪的測斜探頭順著測斜管槽下放，每隔0.5m測量一個點，裝有傳感器的探頭會逐一測出每個測量點的相對于基準線的某個方向的傾角，通過與起始測得傾角值之差，根據(jù)正弦公式計算出水平線上某個方向的相對位移值。然后再把測量段的位移值相加，求出埋入巖體內(nèi)部測斜管各段的位移值。該測斜儀測量精度達到了水平方向上0.01mm/50mm。其中，測量探頭內(nèi)部帶有指示南北方向的傳感器，x軸代表的是正北方，y軸代表的是正東方，如圖1所示為坐標軸圖。

1、坐標軸圖

2.2CX-3C測斜儀的使用方法

為了測量巖體的穩(wěn)定情況，在可能發(fā)生滑坡的邊坡表面選擇兩到三組測試點，在測量點處垂直的鉆孔（孔徑為90-110mm），將2m長70mm直徑的測斜管豎直放入孔內(nèi)，測斜管底部用蓋子蓋好。?測試前，應(yīng)在測斜管管口用刻痕做一個記號，每次電纜深度都應(yīng)以該記號為標準起點。圖2所示為滑動測斜儀的測量原理。同時，將探頭放入測斜管，輕微晃動測斜管，觀察自動采集顯示儀的讀數(shù)，當x、y方向值為零時，穩(wěn)定住測斜管，往孔與測斜管間隙部位填入細沙和清水，并用力壓實。取出探頭，在電纜上做的記號間隙0.5米，每次都應(yīng)以記號一邊作為標準點，以免誤差過大。同時，為了消除儀器的零漂和測量誤差，在每次測量時，測出位移的正方向后，側(cè)頭調(diào)轉(zhuǎn)再測一次位移值，用正反兩次的測量值代數(shù)差的平均值為傾角值。當探頭測量出的某段顯示的傾角為，該段對應(yīng)的水平位移為時，則

=L

整個測斜管的水平位移為

D=

圖3所示為各測量段的水平位移。

因為測斜管不可能絕對垂直，由于誤差、鉆孔角度等因素，起初放置的測斜管埋好后會發(fā)生微小傾角，經(jīng)探頭多次測定測得的某段傾角為,該段對應(yīng)的水平位移為=L，初始測斜管某段水平位移為

=

那么整個水平位移應(yīng)為

則與初始位移為參照的實際位移如圖4所示。

圖2、測斜儀測量原理 圖3、各測量段的水平位移圖4、實際位移

3、邊坡測斜儀的分組埋設(shè)

通常，在數(shù)據(jù)采集完成后，通過采集儀上的USB接口與電腦相連，電腦根據(jù)已經(jīng)安裝的數(shù)據(jù)處理軟件顯示出x、y方向上沿深度方向的位移變化曲線，可以根據(jù)曲線來初步判定位移方向及巖體邊坡的穩(wěn)定性。實際上，數(shù)據(jù)采集儀將采集的數(shù)據(jù)傳遞給電腦上的軟件，軟件會依據(jù)初始傾角的位移與測得傾角位移進行差值計算，因而即便鉆孔中的測斜管不完全垂直也不會影響所測數(shù)據(jù)的準確性。針對邊坡的情況和滑坡特征，在滑坡的不同高度間隔式分組布置測量點。選取某巖體邊坡部分檢測點的位置放置（對每個鉆孔監(jiān)測點標號）如圖5所示，

圖5、監(jiān)測放置標記點

根據(jù)鉆孔點的放置的測儀采集的數(shù)據(jù)，通過RS-485總線與主機相連，從而顯示出水平位移與深度隨時間變化的曲線圖，依據(jù)位移曲線圖可以直觀了解巖體的偏移情況，為進一步提前進行災(zāi)害預(yù)測和巖體邊坡加固提供理論依據(jù)。圖6所示為監(jiān)測標記點剖視圖。經(jīng)過實踐檢驗證明，該型測斜儀測斜性能優(yōu)異，達到了令人滿意的效果。

圖6、監(jiān)測點側(cè)面剖視圖

結(jié)束語

本文通過采用CX—3C型測斜儀對巖體邊坡的整體水平位移的檢測，結(jié)合該型測斜儀的測量原理，總結(jié)了滑動測斜儀應(yīng)用的實際過程和監(jiān)測數(shù)據(jù)的方法，初步得出的結(jié)論如下：

（1）測斜儀是一種能有效且精確地測量巖體邊坡深層水平位移的工程監(jiān)測儀器，具有準確度高、靈敏度好等優(yōu)點。應(yīng)用其測斜的工作原理可以監(jiān)測巖土體、地下結(jié)構(gòu)的深層水平位移。

（2）根據(jù)測得數(shù)據(jù)繪制的水平位移與深度隨時間變化的曲線，可以直觀的由曲線了解巖體邊坡隨時間變化的位移趨勢及數(shù)值。根據(jù)位移值，結(jié)合監(jiān)測規(guī)程及地層情況，判斷出巖體邊坡的內(nèi)部局部或部分的變形趨勢，對于確定巖土體的穩(wěn)定性，預(yù)防滑坡等危害的預(yù)警和采取相應(yīng)措施爭取了寶貴時間。

（3）通過實踐證明，該測斜儀在實際安全監(jiān)測中取得了良好的效果。由于滑動測斜儀具有的一系列優(yōu)點，其在今后的巖土體監(jiān)測中將發(fā)揮更大的作用。

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作者信息：

劉賽，男，云南大學(xué)城市建設(shè)與管理學(xué)院，防災(zāi)減災(zāi)及防護工程碩士研究生

毛威，男，云南大學(xué)信息學(xué)院，檢測技術(shù)與自動化裝置碩士研究生