楊天俊,李治民

(中國電建集團(tuán)西北勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，西安 710065)

0 前 言

眾多工程可能變形滑邊坡均要布置大量的變形監(jiān)測點(diǎn)，監(jiān)測滑邊坡的變形情況，特別是已發(fā)生變形、具有明顯變形位移特征的滑邊坡，本文結(jié)合滑邊坡監(jiān)測成果，重點(diǎn)總結(jié)表面監(jiān)測成果資料分析整理方法及對相關(guān)問題的探討[1]。

1 滑邊坡監(jiān)測意義、任務(wù)和目的

滑邊坡監(jiān)測的意義在于提供滑邊坡穩(wěn)定狀況、位移和變形的規(guī)律等，為滑邊坡預(yù)測預(yù)報(bào)提供依據(jù)。

滑邊坡監(jiān)測的任務(wù)是確定滑邊坡在內(nèi)外動(dòng)力作用下的形狀、大小的位置變化的空間狀態(tài)和時(shí)間特征。

滑邊坡監(jiān)測的目的是確定滑邊坡的范圍、變形量(水平位移量、垂直位移量、綜合位移量)與相關(guān)因素的關(guān)系、變形量隨時(shí)間的變化特征(又稱變形速率、位移速率)、一定時(shí)間范圍內(nèi)的累計(jì)變形量等[2-3]。

2 監(jiān)測點(diǎn)布置

巨型、大型滑邊坡多采用立體空間布置，滑邊坡內(nèi)部需結(jié)合勘測工作布置相互綜合考慮，表面多按剖面布置監(jiān)測點(diǎn)，剖面方向與滑邊坡變形水平方位基本一致，監(jiān)測點(diǎn)除主要布置在變形區(qū)范圍內(nèi)外，還需在變形區(qū)外的穩(wěn)定區(qū)相應(yīng)布置。根據(jù)需要進(jìn)行定期和不定期的監(jiān)測。

3 監(jiān)測成果

監(jiān)測單位提供的表面變形監(jiān)測成果一般只包括三維坐標(biāo)(X、Y、Z)、監(jiān)測時(shí)間及監(jiān)測點(diǎn)號(hào)，提供數(shù)據(jù)表格式一般如表1。

表1 變形監(jiān)測原始數(shù)據(jù)表

4 監(jiān)測成果資料整理分析

資料分析可以提供以下成果：

(1) 各監(jiān)測點(diǎn)監(jiān)測時(shí)間內(nèi)的累計(jì)矢量位移量(水平ΔL′、垂直ΔZ′、綜合ΔS′)。指監(jiān)測時(shí)間段內(nèi)最后數(shù)據(jù)與首次監(jiān)測數(shù)據(jù)間計(jì)算的位移量，單位為mm。

(2) 各監(jiān)測點(diǎn)監(jiān)測時(shí)間內(nèi)平均變形速率(水平、垂直、綜合)。累計(jì)矢量位移量與監(jiān)測時(shí)長的比值，一般情況下單位采用mm/d。

(3) 各監(jiān)測點(diǎn)分析時(shí)間段內(nèi)的累計(jì)矢量位移量(水平、垂直、綜合)。采用分析時(shí)段最后時(shí)間數(shù)據(jù)與首次時(shí)間數(shù)據(jù)間矢量差減去分析時(shí)段開始時(shí)間數(shù)據(jù)與首次時(shí)間數(shù)據(jù)間矢量差。

(4) 各監(jiān)測點(diǎn)分析時(shí)間段內(nèi)的平均變形速率(水平、垂直、綜合)。第(3)條計(jì)算數(shù)據(jù)與分析時(shí)間長的比值。

除此外，尚有相關(guān)的分析圖。

因此，監(jiān)測資料整理分析圍繞上述成果進(jìn)行。

整理分析資料時(shí)一般采用將監(jiān)測單位每次提供的監(jiān)測成果(見表1)重新編程寫入到資料分析工程師整理的文件中(有些監(jiān)測單位直接提供該整理文件)，每個(gè)監(jiān)測點(diǎn)均有單獨(dú)的表格。同時(shí)自動(dòng)計(jì)算各種位移量(水平、垂直、綜合)、測間的位移速率、綜合位移傾角、綜合水平位移方向等(見表2)。

表2 據(jù)監(jiān)測成果資料計(jì)算參數(shù)表(部分)

圖1 累計(jì)矢量位移與時(shí)間關(guān)系曲線圖

表2中：測間垂直位移速率、測間水平位移速率、測間綜合位移速率指本次監(jiān)測值和上次監(jiān)測值矢量差與2次監(jiān)測時(shí)間段長的比值；綜合水平位移方向、綜合變位傾角是指本次監(jiān)測值與首次監(jiān)測值間計(jì)算值。

同時(shí)每次的監(jiān)測成果增加到表格后面也會(huì)自動(dòng)繪制該點(diǎn)的累計(jì)位移量隨時(shí)間的關(guān)系曲線、根據(jù)兩次間監(jiān)測成果繪制的位移速率曲線及水平位移方向路徑見圖1～3。

整理后的成果表文件是全部最終分析資料的基礎(chǔ)。

按照整理后的成果表文件，通過輸入任意時(shí)間編程調(diào)用可以分析監(jiān)測期內(nèi)的累計(jì)矢量位移量(mm)及平均位移速率(mm/d)(見表3)、監(jiān)測時(shí)間天數(shù)等。還可以計(jì)算任意時(shí)間區(qū)間內(nèi)的累計(jì)變形量(mm)和區(qū)間內(nèi)的平均位移速率(mm/d)等相關(guān)資料(見表4)。2種表格只需修改時(shí)間即可，其它均是自動(dòng)計(jì)算的，主要用在分析不同時(shí)間段內(nèi)的平均位移速率的變化規(guī)律及任意時(shí)間段滑邊坡變形各種參數(shù)的統(tǒng)計(jì)。

表3 監(jiān)測成果統(tǒng)計(jì)計(jì)算表

表4 監(jiān)測點(diǎn)任意時(shí)間區(qū)間內(nèi)統(tǒng)計(jì)成果表

圖2 位移速率與時(shí)間關(guān)系曲線圖

圖3 監(jiān)測點(diǎn)水平位移路徑圖

5 相關(guān)問題探討

(1) 如何根據(jù)曲線形態(tài)分析監(jiān)測點(diǎn)是否發(fā)生了變形位移？

監(jiān)測點(diǎn)曲線一般有2種類型，分別為類型1和類型2，相應(yīng)的位移曲線隨時(shí)間過程線和水平位移路徑如圖4～6和圖1～3。

圖4反映累計(jì)矢量位移在0軸上下變化，圖5位移速率曲線基本圍繞0軸上下振蕩，圖6水平位移路徑反映了該點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)呈云團(tuán)變化，位移方向紊亂，因此，該類型(類型1)監(jiān)測點(diǎn)應(yīng)是測量精度誤差，判斷沒有發(fā)生變形位移。圖1累計(jì)矢位移量隨時(shí)間持續(xù)增大，圖2位移速率曲線在0軸一側(cè)變化，圖3水平位移路徑反映了該點(diǎn)位移方向基本一致，因此，判斷該類型(類型2)監(jiān)測點(diǎn)應(yīng)是發(fā)生了變形位移。

(2) 位移速率曲線振幅較大，這些點(diǎn)主要是位移變形量很小的區(qū)域或穩(wěn)定區(qū)域，監(jiān)測單位若對數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚砀靡恍?，有一些點(diǎn)在0軸附近振幅量值較大，也是測量精度可以解釋的。

圖4 累計(jì)矢量位移與時(shí)間關(guān)系曲線圖

圖5 位移速率與時(shí)間關(guān)系曲線圖

(3) 從水平位移路徑分析，監(jiān)測時(shí)間段較短時(shí)還不能準(zhǔn)確判斷該點(diǎn)是否產(chǎn)生了變形位移，監(jiān)測時(shí)間放長能判斷該點(diǎn)有變形，水平位移路徑圖上是振蕩前行的，會(huì)存在不同的分析判斷，如何避免這樣狀況？純粹是測量精度還是有其它監(jiān)測數(shù)據(jù)整理的原因？本文認(rèn)為，從長期情況看，該類型監(jiān)測點(diǎn)產(chǎn)生了位移。

圖7 監(jiān)測點(diǎn)路徑示意圖

(4) 成果分析資料中，對于各監(jiān)測點(diǎn)第1次監(jiān)測值(初值)非常重要，因?yàn)橛?jì)算的基礎(chǔ)均與初值有關(guān)，分析中也存在振蕩變化時(shí)的計(jì)算誤差(見圖7)，如計(jì)算2012-03-13至2012-03-25之間位移量時(shí)是采用2012-03-25與初值2012-03-05的差值減去2012-03-13與初值2012-03-05的差值， 從圖7中可以看出，如果將第1段AB投影到AD線上進(jìn)行分析，兩者之間有一個(gè)誤差值，該誤差值在計(jì)算時(shí)間段較短時(shí)可能影響數(shù)據(jù)較大。

(5) 計(jì)算任意時(shí)間區(qū)間內(nèi)的累計(jì)變形量(mm)和區(qū)間內(nèi)的平均位移速率方法可以用圖8表示。

要計(jì)算2010-05-01到2010-05-18間的累計(jì)位移和位移速率，方法1是計(jì)算AD間矢量位移與AB間矢量位移的差值，即圖8中ED段，其它如矢量方位、位移速率等均按ED段計(jì)算，這樣計(jì)算成果中位移將會(huì)存在負(fù)值，如2010-05-01與2010-04-25間。是AB段矢量減去AF段矢量。方法2是直接計(jì)算BD段和FB段的矢量，位移中不會(huì)存在負(fù)值。從2種方法看，無論是累計(jì)位移量、位移速率、矢量方位均存在差異。哪種方法更為合理值得探討，本文認(rèn)為方法1似乎更合理，因此采用此方法整理分析監(jiān)測數(shù)據(jù)。

6 結(jié) 語

(1) 滑邊坡表面變形監(jiān)測是非常重要的分析滑邊坡變形趨勢的方法之一，進(jìn)行三維數(shù)據(jù)監(jiān)測能對滑邊坡變形的空間狀態(tài)提供依據(jù)。

圖8 任意時(shí)間區(qū)間內(nèi)的累計(jì)變形量和變形速率計(jì)算示意圖

(2) 監(jiān)測單位可對監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性先行判斷處理，避免數(shù)據(jù)分析時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，引起不必要的錯(cuò)誤；

(3) 如何整理分析原始監(jiān)測數(shù)據(jù)還有許多需要探討和明確的方面，文中方法似乎更為合理。

(4) 編程可使數(shù)據(jù)整理分析更快捷。