王珍萍，徐巖彬，馬洪亮，王永年

（中水東北勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司科學(xué)研究院，吉林長春130061）

高邊坡工程穩(wěn)定監(jiān)測物理量及其變化的分析

王珍萍，徐巖彬，馬洪亮，王永年

（中水東北勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司科學(xué)研究院，吉林長春130061）

針對當(dāng)前邊坡工程安全監(jiān)測分析工作的需求，須對各類原因量和效應(yīng)量的變化過程進(jìn)行監(jiān)測和分析，通過各種表示方式進(jìn)行解讀。本文通過總結(jié)了67個(gè)高邊坡安全監(jiān)測的邊坡穩(wěn)定性分析的成功經(jīng)驗(yàn)，分別對邊坡位移量、加固結(jié)構(gòu)荷載、應(yīng)力、地下水等4項(xiàng)監(jiān)測物理量與邊坡穩(wěn)定分析有關(guān)的典型變化過程、分布、相關(guān)關(guān)系進(jìn)行信息加工、解讀，為工程邊坡和自然邊坡的安全監(jiān)測分析工作提供了參考。

高邊坡工程；穩(wěn)定性；安全監(jiān)測；物理量解讀

巖土工程監(jiān)測物理量有兩大類：原因量，即環(huán)境參量，由于它們的變化而引起工程性態(tài)的變化；效應(yīng)量，即結(jié)果量，工程對原因量變化而產(chǎn)生的反應(yīng)。

工程施工期間由于工程條件的變化引起各種物理量的變化，運(yùn)行期間工程要經(jīng)受環(huán)境作用的變化，并根據(jù)環(huán)境的變化作出不同性質(zhì)的反應(yīng)。因此，原因量和效應(yīng)量隨時(shí)間而不斷地變化。評價(jià)與工程的反應(yīng)模式有關(guān)的關(guān)系，必須對這些變化進(jìn)行監(jiān)測和分析，通過各種表示方式進(jìn)行解讀。

邊坡工程監(jiān)測的原因量主要有：降水量、卸載量、地下水滲透壓力；所監(jiān)測的效應(yīng)量主要有：外部水平位移和垂直位移、內(nèi)部水平位移、錨桿應(yīng)力、錨索荷載、裂縫開合度、土體飽和度。

本文所研究的67個(gè)高邊坡中，這些物理量變化歷時(shí)最長的已有880d。下面就各物理量與邊坡穩(wěn)定分析有關(guān)的典型變化過程、分布、相關(guān)關(guān)系進(jìn)行信息加工、解讀。

1　邊坡位移量及其變化分析

邊坡穩(wěn)定性狀態(tài)的主要表現(xiàn)形式是變形，因此，該工程監(jiān)測是基于變形理論，以變形變化過程控制理論和坡體與支護(hù)結(jié)構(gòu)的相互作用理論為邊坡穩(wěn)定控制的理論基礎(chǔ)。邊坡穩(wěn)定性分析與評價(jià)，以位移變化過程曲線、分布特征為基本資料，以解讀變形量的變化過程與分布的規(guī)律和趨勢為重要內(nèi)容。

1.1邊坡外部位移曲線分析

外部變形曲線有一個(gè)點(diǎn)的位移過程曲線如圖1所示，圖中反映的是一個(gè)點(diǎn)的水平位移及其變化過程，所代表的坡體范圍視坡體結(jié)構(gòu)而定，坡體均一的情況下代表的范圍大，不均一時(shí)代表的范圍小。一般可以代表所在的一個(gè)坡級的坡段。

在外部變形過程曲線圖中，可以解讀出坡體的變形狀態(tài)：變形量、變形速率、變形階段、對外因的響應(yīng)強(qiáng)度、變形趨勢、失穩(wěn)時(shí)間等，通過回歸分析還可以解讀出最終變形量，預(yù)測未來變形趨勢。圖1中可以讀出：邊坡的初期變形階段歷時(shí)6個(gè)月，變形量為22mm，然后進(jìn)入穩(wěn)定變形階段呈等速變形狀態(tài)，每年雨季均有變形響應(yīng)，變形加速，一年比一年的響應(yīng)強(qiáng)度大，等速變形未見收斂，變形趨勢尚未明確。

圖1　外部變形變化過程曲線圖

圖2所示為外部變形分布圖，反映的是坡體某一時(shí)段的位移矢量分布，其準(zhǔn)確度取決于標(biāo)點(diǎn)數(shù)量。

位移分布圖的解讀應(yīng)考慮加固結(jié)構(gòu)作用，在分布圖上可以解讀出：變形量、變形分布的均勻性、加固結(jié)構(gòu)的有效性、內(nèi)部潛在滑移面的活動狀態(tài)、邊坡開挖回彈變形的狀態(tài)、坡腳的穩(wěn)定性等。圖2中可以解讀出：位移分布均勻性正常，一、二、三級坡加固結(jié)構(gòu)約束有效，邊坡變形在控制指標(biāo)之內(nèi)，坡腳穩(wěn)定、沒有明顯的潛在滑移和不利組合結(jié)構(gòu)面的差異變形。

圖2　K32邊坡外部位移分布圖

1.2邊坡內(nèi)部位移曲線分析

1.2.1鉆孔測斜儀觀測資料

1）位移—深度曲線，即位移隨深度的變化（分布）曲線。內(nèi)部位移有累計(jì)位移與相對位移之分，累計(jì)位移是計(jì)算點(diǎn)相對于孔底不動點(diǎn)的位移，是根據(jù)鉆孔測斜儀的原理，將每次之測量值由孔底至計(jì)算點(diǎn)逐段累計(jì)得出的，所以稱為累計(jì)位移；相對位移，指計(jì)算點(diǎn)每次相對該點(diǎn)初始值的位移變化值。鉆孔測斜儀每次測量是沿相互正交的兩對槽分別測量的，通常以X表示順坡傾向，Y方向表示順邊坡走向，兩者的合成位移方向是邊坡的實(shí)際位移方向。鉆孔測斜儀的位移-深度曲線有：合成累計(jì)位移-深度曲線、X向位移-深度曲線、Y向位移-深度曲線、合成相對位移-深度曲線，相對位移沒有做逐段累計(jì)計(jì)算，因此包含較少系統(tǒng)誤差。

2）位移-時(shí)間過程曲線。位移變化過程曲線有X方向、Y方向和合成方向的位移變化過程曲線。

3）位移方向-深度曲線，表示相應(yīng)深度的位移方向，即位移方向隨深度的變化。表示位移方向隨深度變化有矢量法和數(shù)值法2種方式，常用的是數(shù)值法。

根據(jù)這些曲線可以解讀潛在滑移面的位置、深度、厚度、位移大小和速率、滑移方向，結(jié)合鉆孔柱狀圖可以查明滑動面的性質(zhì)。根據(jù)過程曲線和方向變化曲線可以判斷滑移的變化趨勢。從相對位移-深度曲線上很容易發(fā)現(xiàn)滑動面的出現(xiàn)；位移變化過程曲線可以解讀邊坡變形變化趨勢和影響變形的因素，位移方向隨深度的變化曲線可以解讀邊坡位移的性狀。

1.2.2多點(diǎn)位移計(jì)觀測資料

多點(diǎn)位移計(jì)是水平伸入坡體內(nèi)，4個(gè)點(diǎn)分布在不同深度，該系統(tǒng)對邊坡卸荷變形比較敏感，它可以傳出精確度較高、連續(xù)性好的信息。在其分布曲線圖上，根據(jù)不同深度測點(diǎn)所測的位移可解讀：邊坡位移量、位移速率、位移分布、坡體卸荷回彈變形的范圍和梯度，從而解讀坡體地應(yīng)力場中卸荷后二次應(yīng)力范圍。在變化過程曲線圖上，可以解讀：邊坡位移量、位移速率、對坡體卸荷反應(yīng)的長期變化、變化趨勢、坡體內(nèi)部對影響因素的響應(yīng)強(qiáng)度和深度。

2　加固結(jié)構(gòu)荷載應(yīng)力及其變化分析

加固結(jié)構(gòu)中的錨索荷載及其變化過程曲線表示了從施工安裝張拉、鎖定、運(yùn)行3個(gè)過程的錨索荷載的變化，在曲線上可以解讀錨索荷載的施工張拉值、超張值、鎖定值，從中確定預(yù)應(yīng)力鎖定損失和錨索的錨固效果；從運(yùn)行期的過程曲線可解讀：錨索的有效性、預(yù)應(yīng)力變化和坡體變形穩(wěn)定性，從而可以準(zhǔn)確地判斷坡體變形與錨索錨固力相互作用狀態(tài)。

加固結(jié)構(gòu)中，由錨桿應(yīng)力變化過程曲線及其分布曲線可以解讀到：錨桿應(yīng)力、錨桿應(yīng)力變化速率、錨桿應(yīng)力變化趨勢等錨桿的工作狀態(tài)和應(yīng)力分布，從中判斷錨固效果、錨桿的有效性、錨桿最大應(yīng)力的深度、坡體回彈松動范圍和張裂帶深度、坡體變形與錨桿相互作用的狀態(tài)。

根據(jù)錨索錨桿的允許使用應(yīng)力為標(biāo)準(zhǔn)，可以判斷設(shè)計(jì)錨固力的安全度。

3　地下水觀測物理量及其變化分析

3.1地下水滲透壓力及其變化

地下水滲透壓力監(jiān)測資料中的變化過程曲線和滲透壓力分布曲線，可解讀出地下水因素的物理量及其變化，地下水位及地下水滲流梯度，為邊坡穩(wěn)定分析提供靜水壓力和動水壓力及其變化，以及地下水的影響范圍。

3.2地下水飽和度及其變化

通過監(jiān)測土的吸力及其變化，確定土體飽和度，從中解讀降雨對土體飽和度影響。運(yùn)用非飽和理論，進(jìn)行降雨對邊坡穩(wěn)定影響分析。

4　物理量相關(guān)關(guān)系曲線分析

4.1原因量與效應(yīng)量相關(guān)曲線

該工程監(jiān)測的原因量中使用最多的是降雨量和加卸荷量，地下水位埋藏較深，監(jiān)測資料有限，在穩(wěn)定分析中使用較少，降雨看作是一種加、卸荷作用進(jìn)行分析。所用的表示方式有：降雨量與位移關(guān)系曲線和開挖、錨固過程與位移關(guān)系曲線2種。根據(jù)相關(guān)曲線上反映的原因量的與效應(yīng)量的變化，可以解讀邊坡變形對原因量影響的響應(yīng)強(qiáng)度及其變化。

4.2效應(yīng)量與效應(yīng)量相關(guān)曲線

在邊坡錨固結(jié)構(gòu)與坡體相互作用分析中采用錨索荷載與位移相關(guān)曲線和錨桿應(yīng)力與位移相關(guān)曲線。在這些相關(guān)曲線上分析加固結(jié)構(gòu)與坡體變形相互協(xié)調(diào)相互作用的方式，以及各個(gè)部位和各個(gè)演化階段的相互作用力的大小，以確定系統(tǒng)的平衡狀態(tài)及其變化趨勢。

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0引言

1002－0624（2015）12－0069－02

2015-08-13