王蘇婭

(西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，陜西 西安 710026)

0 引 言

在以往的滑坡治理工程監(jiān)測(cè)中，主要采用人工觀測(cè)、巡查記錄等方法[1]。隨著科技的發(fā)展，北斗在線監(jiān)測(cè)滑坡系統(tǒng)開始逐步推廣應(yīng)用[2-5]。北斗在線監(jiān)測(cè)滑坡系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)核心設(shè)備包括表面位移傳感器、深孔位移傳感器、水位監(jiān)測(cè)儀和雨量監(jiān)測(cè)儀，通過對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)與綜合分析，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)滑坡體的穩(wěn)定性。目前，在北斗在線監(jiān)測(cè)滑坡系統(tǒng)中布設(shè)土壓力盒，利用土壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行滑坡監(jiān)測(cè)的工程極少。

1 北斗在線監(jiān)測(cè)滑坡系統(tǒng)

北斗在線監(jiān)測(cè)滑坡系統(tǒng)主要分為以下3個(gè)部分：數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析及管理子系統(tǒng)。其中，數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)主要是安裝在現(xiàn)場(chǎng)的儀器；數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)采用光纖、無線網(wǎng)絡(luò)搭建形成；數(shù)據(jù)分析及管理子系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)智能化解算、分析、處理、預(yù)警。

由于土壓力盒在北斗在線監(jiān)測(cè)滑坡系統(tǒng)中應(yīng)用極少，因此本項(xiàng)目在安裝表面位移傳感器、深孔位移傳感器、水位監(jiān)測(cè)儀、雨量監(jiān)測(cè)儀的基礎(chǔ)上增加土壓力盒，依靠土壓力數(shù)據(jù)對(duì)滑坡進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并與位移設(shè)備監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證土壓力數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)在北斗在線監(jiān)測(cè)滑坡系統(tǒng)中的可靠性。

2 工程應(yīng)用

2.1 工程概況

湫坡頭(陜甘界)至旬邑高速公路支黨河特大橋位于黃土溝壑地區(qū)。且經(jīng)過滑坡區(qū)，為保證橋梁施工及成橋后的安全，采用北斗在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)滑坡體的變形及位移進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并以土壓力盒作為主要的監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備。

2.2 土壓力盒及其布設(shè)

土壓力盒能夠用于長期測(cè)量路堤或者其他結(jié)構(gòu)物等內(nèi)部土體的壓應(yīng)力，可以監(jiān)測(cè)土壓力的變化，同時(shí)還可以測(cè)量埋設(shè)點(diǎn)的溫度。土壓力盒結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單(圖1)，測(cè)值穩(wěn)定，方便安裝在需要長期監(jiān)測(cè)土類物質(zhì)壓應(yīng)力的任何場(chǎng)合，其技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

圖1 土壓力盒

表1 土壓力盒的技術(shù)指標(biāo)

土壓力計(jì)需要埋設(shè)在擋土墻或者橋墩受力面，因此本項(xiàng)目將土壓力計(jì)分別安裝于10#墩臺(tái)和11#墩臺(tái)南面，每個(gè)墩位各4個(gè)。具體情況如下：11#墩臺(tái)的土壓力計(jì)分別位于東側(cè)下方、東側(cè)上方、西側(cè)下方、西側(cè)上方；10#墩臺(tái)的土壓力計(jì)分別位于東側(cè)下方、東側(cè)上方、西側(cè)下方、西側(cè)上方。土壓力盒及附件安裝如圖2、3所示。

圖2 土壓力盒安裝

圖3 采集模塊等附件安裝

2.3 供電及通訊等系統(tǒng)安裝

由于滑坡監(jiān)測(cè)點(diǎn)在山區(qū)位置較高的地方，采用市電施工難度及成本非常大，故本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)備采用太陽能供電方式。

按統(tǒng)一規(guī)劃，將設(shè)備安裝在設(shè)備箱中，為其提供12 V電源，數(shù)據(jù)接口與監(jiān)測(cè)主機(jī)相連，若有其他數(shù)據(jù)需要傳輸時(shí)，只需要將設(shè)備的網(wǎng)口和相應(yīng)設(shè)備的網(wǎng)口連接即可。由于設(shè)備箱具有信號(hào)屏蔽作用，需要將設(shè)備的天線通過SMA口引到設(shè)備箱外部，并固定在設(shè)備頂部，完成安裝，如圖4所示。

圖4 3G/4G路由器連接

由于基站的安裝位置都比較高，因此在天線的上端安裝避雷針進(jìn)行防護(hù)是十分必要的。如果基站周圍已經(jīng)安裝能夠有效保護(hù)基站的避雷針，則無須再安裝。

3 土壓力監(jiān)測(cè)情況及數(shù)據(jù)分析

土壓力計(jì)作為監(jiān)測(cè)設(shè)備，為監(jiān)測(cè)區(qū)內(nèi)出現(xiàn)異常情況時(shí)提供有力的數(shù)據(jù)支撐。選取10#墩臺(tái)2020年5月的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。部分?jǐn)?shù)據(jù)如表2所示，土壓力監(jiān)測(cè)曲線如圖5所示。

表2 10#墩臺(tái)土壓力監(jiān)測(cè)值統(tǒng)計(jì)

圖5 10#墩臺(tái)土壓力監(jiān)測(cè)曲線

分析上述圖表數(shù)據(jù)可知，10#墩臺(tái)的4個(gè)土壓力計(jì)監(jiān)測(cè)值比較穩(wěn)定。

從2020年5月的數(shù)據(jù)可以看出，10#墩臺(tái)的土壓力計(jì)數(shù)據(jù)穩(wěn)定，但是單月數(shù)據(jù)還不足以說明該滑坡體的穩(wěn)定性，因此選取10#墩臺(tái)2018年8月至2020年5月的土壓力監(jiān)測(cè)曲線進(jìn)行分析(圖6)。

圖6 2018年8月至2020年5月10#墩臺(tái)土壓力監(jiān)測(cè)

從圖6曲線走勢(shì)能夠發(fā)現(xiàn)，該時(shí)段內(nèi)土壓力監(jiān)測(cè)曲線整體較平緩，未出現(xiàn)較大波動(dòng)，說明該滑坡體比較穩(wěn)定。

綜上分析可以得出：土壓力數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定，未見特殊情況，表明滑坡體整體穩(wěn)定。

4 可靠性對(duì)比分析

土壓力計(jì)首次應(yīng)用于北斗在線監(jiān)測(cè)滑坡系統(tǒng)中，其可靠性還需要通過與位移比較進(jìn)行驗(yàn)證。該系統(tǒng)在布設(shè)過程中同步設(shè)置了表面位移計(jì)。

表面位移監(jiān)測(cè)在2020年5月的監(jiān)測(cè)天數(shù)為31 d。位移由X軸、Y軸、H軸組成，月變化量由2020年5月31日的累計(jì)變化量減去2020年4月30日的累計(jì)變化量所得。

4.1 X軸方向數(shù)據(jù)分析

X軸方向的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以日為單位，變化值為縱坐標(biāo)，時(shí)間為橫坐標(biāo)。變化量為正表示向北，為負(fù)表示向南。表面位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)X軸方向的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如圖7所示。

根據(jù)X軸監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，GC04由4月底的3.75 mm變?yōu)?月底的6.93 mm，月變化量為3.18 mm，日變化率為0.103 0 mm·d-1(4月份為0.075 7 mm·d-1)，小于規(guī)范要求(4 mm·d-1)；GC01由4月底的-3.82 mm變?yōu)?2.46 mm，月變化量為1.36 mm，處于穩(wěn)定狀態(tài)。各監(jiān)測(cè)點(diǎn)變化速率都很小，可以認(rèn)定邊坡穩(wěn)定，結(jié)論為：表面位移計(jì)X軸方向穩(wěn)定，無異常。

4.2 Y軸方向數(shù)據(jù)分析

Y軸方向的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以日為單位，時(shí)間為橫坐標(biāo)，變化值為縱坐標(biāo)。變化量為正表示向東，為負(fù)表示向西。表面位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)Y軸方向日變形量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如圖8所示。

圖7 表面位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)X軸方向日累計(jì)變化量

圖8 表面位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)Y軸方向日累計(jì)變化量

根據(jù)Y軸監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，GC04點(diǎn)由4月底的-12.16 mm變?yōu)?11.13 mm，月變化量為1.03 mm，日變化率為0.033 mm·d-1(4月份為0.034 mm·d-1)，小于規(guī)范要求，GC07點(diǎn)由4月底的4.10 mm變?yōu)?.74 mm，月變化量為-2.36 mm，處于穩(wěn)定狀態(tài)。各監(jiān)測(cè)點(diǎn)變化速率不大，可以認(rèn)定邊坡穩(wěn)定，結(jié)論為：表面位移計(jì)Y軸方向穩(wěn)定，無異常。

4.3 H軸方向數(shù)據(jù)分析

H軸方向的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以日為單位，時(shí)間為橫坐標(biāo)，變化值為縱坐標(biāo)。表面位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)Y軸方向的日變化量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如圖9所示。

圖9 表面位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)H軸方向日累計(jì)形變量

由以上數(shù)據(jù)變化，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)H軸方向累計(jì)變化量均小于60 mm，變化速率均小于6 mm·d-1，沒有超過預(yù)警值的情況。其中GC05的累計(jì)變化量為-24.88 m，月變化量為0.78 mm(4月為4.26 mm)，變化速率為0.025 mm·d-1；GC01的累計(jì)變化量為-13.51 mm，月變化量為3.88 mm(4月為3.54 mm)，變化速率為0.125 mm·d-1；GC07的累計(jì)變化量為8.30 mm，月變化量為-4.41 mm(4月為3.78 mm)，變化速率為0.142 mm·d-1。GC05、GC01和GC07的水平位移沒有明顯變化，后續(xù)繼續(xù)觀察該點(diǎn)位。通過分析鉛垂方向位移數(shù)據(jù)，得出邊坡體未見異常。

4.4 點(diǎn)位偏移及變形速率

2018年5月至2020年5月表面位移監(jiān)測(cè)水平方向的日累計(jì)變化量監(jiān)測(cè)曲線如圖10所示。

圖10 2018年5月至2020年5月表面位移監(jiān)測(cè)

GPS設(shè)備本身的標(biāo)稱精度導(dǎo)致測(cè)量存在微小誤差，但是從上面數(shù)據(jù)可以看出，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平累計(jì)變化量均小于40 mm；水平位移變化速率最大為0.108 mm·d-1，其次為0.091 mm·d-1，經(jīng)過后續(xù)繼續(xù)觀察，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)均遠(yuǎn)小于規(guī)范中要求的4 mm·d-1。通過表面位移分析，得出結(jié)論：邊坡體表面未見異?；蚧瑒?dòng)跡象。

土壓力計(jì)監(jiān)測(cè)結(jié)果和表面位移監(jiān)測(cè)結(jié)果基本一致，該滑坡體穩(wěn)定，說明土壓力計(jì)在北斗在線監(jiān)測(cè)滑坡系統(tǒng)中的可靠性較好。

5 結(jié) 語

(1)通過布設(shè)土壓力計(jì)，對(duì)滑坡體的安全穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)測(cè)，結(jié)果表明，該滑坡體表面未見異?；蚧瑒?dòng)跡象。

(2)采用土壓力計(jì)對(duì)滑坡體安全穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)測(cè)，其結(jié)果與表面位移監(jiān)測(cè)結(jié)果基本一致，可靠性較好。

(3)建議將土壓力監(jiān)測(cè)結(jié)果與深部位移等數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，進(jìn)一步驗(yàn)證土壓力計(jì)監(jiān)測(cè)的可靠性。