安全监测监控课程设计.docx
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安全监测监控课程设计
目录
摘要及关键字-2-
绪论-2-
第一章边坡稳定性的基本概况-3-
1.1边坡稳定性的危险性分析-3-
1.2边坡稳定性危险可能造成的事故-4-
1.3影响边坡稳定性的因素-5-
1.4表示方法-6-
第二章传感器的选择及参数分析-6-
2.1监测对象-6-
2.2坡体变形-6-
2.2.1监测内容-6-
2.2.2监测点布置及监测方法-6-
2.2.3传感器的选择-7-
2.3内部位移-7-
2.3.1具体实施方法-7-
2,3,2传感器的选择-7-
2.4坡体受力情况：
-7-
2.4.1受力类型-7-
2.4.2监测方法-7-
2.4.3传感器的选择-7-
2.5地下水的水压：
-8-
2.5.1地下水压力对土体的影响-8-
2.5.2监测的方法及装置-8-
2.5.3传感器的选择-8-
2.6地下水的水位：
-8-
2.6.1水位对边坡稳定性的影响-8-
2.6.2水位的监测方法及相关规定-9-
2.6.3传感器的选择-9-
第三章数据采集-9-
3.1位移监测的数据采集-9-
3.2应力监测的数据采集-10-
第四章测点分布-11-
4.1水平、垂直位移监测-11-
4.2应力监测测点分布：
-11-
总结-12-
参考文献-12-
摘要及关键字
【摘要】本文通过具体分析影响边坡稳定性的因素,及对会造成的危险性、事故进行判断研究。
由边坡稳定性的影响因素：
坡体变形、内部位移、受力情况、地下水水压、地下水水位等出发，选择合适的传感器，分布测点进行模拟测量。
同时选取具体的实例数据分析，判断边坡的稳定性，达到了本课程设计的目的。
【关键字】边坡；稳定性；监测；传感器；数据；测点。
绪论
边坡的稳定性是指边坡岩、土体在一定坡高和坡角条件下的稳定程度。
按照成因，边坡分为天然斜坡和人工边坡两类，后者又分为开挖边坡和堤坝边坡等。
按照物质组成，边坡分为岩体边坡、土体边坡,以及岩、土体复合边坡3种。
按照稳定程度，分为稳定边坡、不稳定边坡，以及极限平衡状态边坡。
不稳定的天然斜坡和设计坡角过大的人工边坡，在岩、土体重力,水压力，振动力以及其他外力作用下,常发生滑动或崩塌破坏。
大规模的边坡岩、土体破坏能引起交通中断，建筑物倒塌，江河堵塞，水库淤填，给人民生命财产带来巨大损失。
（不考虑粘聚力的边坡稳定性分析的赤平投影CAD图解）
我国地理情况复杂,滑坡等边坡失稳灾害发生频次高,受灾面广,是世界上地质灾害最严重的国家之一，因此,边坡稳定监测与防治工作非常重要。
在边坡稳定性分析中,由于岩土体特性的不均匀性、地质条件和力学作用机理的复杂性,以及这些影响因素具有很强的不确定性,使得边坡的变形失稳机理非常复杂。
长期以来,工程地质界和岩土力学界对边坡稳定性进行了大量的研究工作,但至今仍难找到一种理论对其做出准确的评价。
研究边坡稳定性的目的，在于预测边坡失稳的破坏时间、规模，以及危害程度，事先采取防治措施，减轻地质灾害，使人工边坡的设计达到安全、经济的目的。
造成边坡灾害发生的原因众多而且复杂，可分为自然原因和人为原因，亦可分成促成破坏力增加的原因和減少抵抗破坏力的原因。
所以在开发利用边坡的同时，我们又要防止边坡灾害得发生。
随着施工机器的自动化、重大型化，在短时间內便可在坡地上造成巨大的地形变化，其速度已远远超过坡地的自我治愈速度，因此边坡稳定性的监测监控主要是采集边坡的变形和位移信息,通过采集得到的边坡岩土体变形速度、位移大小及位移方向、受力情况、水压水位等直观资料,深入认识边坡变形机制、变形破坏特征,寻找防治措施的依据。
以此来作为边坡安全判定及治理的根据。
第1章边坡稳定性的基本概况
1.1边坡稳定性的危险性分析
风险分析是研究边坡稳定性的重要手段。
其范围和严格程度取决于风险分析本身的目的和用途，它通常是风险本身的自然特性、灾害后果及不确定因素的类型和它们对决策过程的影响以及风险分析实用性的一个函数。
有三类不确定因素：
管理因素：
指由于人们的行为不当导致的岩土工程失事，最常见的例子是施工质量方面的问题。
这类因素在风险分析中难以直接定量估计。
模型因素：
反映了我们在分析过程中所采用的分析方法在模拟实际情况中的局限。
模型所包含的误差不一定都是不利因素，在边坡稳定分析领域，通常采用二维分析方法，所得安全系数通常较实际值偏低。
参数因素：
这是由岩土材料的极不均匀性决定的。
在已经确定了的数学模型基础上，分析由于参数的变异特征，导致边坡工程失效的概率，我们称这一分析为可靠度分析。
1.2边坡稳定性危险可能造成的事故
边坡破坏的类型很多，常见的是崩塌和滑坡。
陡坡前缘部分岩、土体突然与母体分离，翻滚跳动崩坠崖底或塌落而下的过程和现象，称为崩塌。
边坡部分岩、土体沿着先前存在的地质界面，或新形成的剪切破坏面向下滑动的过程和现象，称为滑坡。
在边坡破坏中，滑破是最常见，危害最严重的一类。
所有的边坡失稳，均涉及到边坡岩、土体在剪切应力作用下的破坏。
因此，影响剪切应力和岩、土体抗剪强度的因素，都影响边坡的稳定性。
例如，构成边坡岩、土体的工程地质性质及其变化；边坡中断层、层面、不整合面等不连续面的产状与坡面倾向、倾角之间的关系；边坡尺寸和形态的改变；坡脚遭受水的侵蚀或人工开挖；边坡上天然或人工加载；边坡岩、土体中地下水位的升降，以及地震和爆破引起的瞬时振动等，均会在一定程度上改变边坡的稳定性。
（岩体崩塌）
（山体滑坡）
1.3影响边坡稳定性的因素
影响边坡稳定性的因素很多，可归纳为以下9类：
①.岩体结构因素。
包括结构面和结构体。
岩体中结构面的存在是影响岩质边坡稳定性的重要因素之一。
岩体中结构面的存在，降低了岩体的整体强度，增大了岩体的变形性能，加强了岩体的流变力学特性和其他时间效应，并且加深了岩体的不均匀性、各向异性和非连续性等性质。
大量的岩质边坡工程事故表明，不稳定岩体往往是沿着一个结构面或多个结构面的组合边界产生剪切滑移、张裂破裂和错动变形等而造成边坡岩体的失稳。
②.岩性风化作用和侵蚀作用的影响。
风化作用可对岩石的变形性质产生不利影响并降低其他强度性质。
侵蚀作用主要是水的侵蚀，水的存在会加大岩体中的裂隙及增强岩石的风化，造成岩体不稳。
③.力学因素的影响。
公路岩质边坡破坏的力学因素很多，如震动力、地质构造力、岩体自重力以及岩体内物理化学和地球化学作用等在岩体内所产生的应力等。
在某些情况下开挖时进行爆破（震动）是影响岩质边坡稳定性最普遍、最严重和最经常的基本因素，对于阶梯边坡来说尤为严重。
④.水因素的影响。
水对边坡岩体稳定性的影响不仅是多方面的而且是非常活跃的。
大量事实证明，大多数边坡岩体的破坏和滑动都与水的活动有关。
首先水对岩体有明显的化学作用，其次水对岩体的物理作用，两者共同使岩体松散、破碎并不同程度地增加岩体结构面的密度和贯通性、压缩性和透水性，而导致强度的降低，这对边坡岩体稳定是有重要影响的。
⑤.气温因素的影响。
气温是岩体发生物理风化的主要原因之一。
气温的骤冷骤热使边坡岩体风化加剧、产生自然削坡或自然剥离，而最终改变边坡的外形和坡度，这种作用和影响对路堑边坡是值得重视的。
⑥.岩体结构面赋存物和地下水化学成分的因素的影响。
岩体结构面赋存物质的矿物成分、化学成分、粒度成分和显微结构，地下水的化学成分以及岩体结构面上赋存物质与地下水之间的相互作用等是影响结构面的力学性质和岩质边坡稳定性的重要因素之一。
⑦.时间因素和渐进破坏的影响。
边坡通过蠕动和流动过程随时间经受着渐近破坏，因此边坡的分析和最终设计既要满足短期稳定的要求又要满足长期稳定的要求，这一点相当重要。
⑧.构造作用和残余应力的影响。
开挖形成的挖方边坡影响挖方边界处岩体的应力状态。
这些应力集中程度的预测及其对边坡稳定性的影响是复杂的。
⑨.扰动因素的影响。
地震和开挖边坡采用的爆破开挖都会对边坡的稳定产生不利的影响，因此，爆破孔的药量必须适当，以便充分发挥爆破所释放的能量，并对边坡岩体的危害最小。
1.4表示方法
边坡的稳定性通常以滑动面上的抗滑力与滑动力的比值，即抗滑稳定性系数来表示。
这一比值越大，边坡越稳定；反之，边坡越不稳定。
评价边坡稳定性的常用方法有下列4类:
①定性分析法。
通过对边坡的尺寸和坡形、边坡的地质结构、所处的地质环境、形成的地质历史、变形破坏形迹，以及影响其稳定性的各种因素的研究，判断边坡演变阶段和稳定状况。
②极限平衡分析法。
把可能滑动的岩、土体假定为刚体，通过分析可能滑动面，并把滑动面上的应力简化为均匀分布，进而计算出边坡的稳定性系数。
③数值分析法。
利用有限单元分析法,先计算出边坡位移场和应力场,然后利用岩、土体强度准则，计算出各单元与可能滑动面的稳定性系数。
④工程地质类比法。
将所研究边坡或拟设计的人工边坡与已经研究过的或已有经验的边坡进行类比，以评价其稳定性，并提出合理的坡高和坡角。
第2章传感器的选择及参数分析
2.1监测对象
坡体变形、内部位移、受力情况、水压、水位
2.2坡体变形
2.2.1监测内容
1、人工巡视和裂缝观测：
人工巡视是一项经常性的工作，我标将安排专人坚持每天进行巡视。
当坡体表面发现裂缝时监测组及时在裂缝处埋设裂缝观测装置，通过观测裂缝的变化过程和变化规律来分析坡体的变形情况和破坏趋势。
2、坡面观测：
边坡坡面的变形观测是指在平台上设置坡面变形观测点，利用精度为2″的全站仪进行观测，采用直角坐标法量测。
通过数据处理分析，分析坡面几何外观的变化情况，绘制坡面各点在施工过程中的水平位移变化情况，从而了解边坡滑动范围和滑动情况，提供预警信息，它是一种简单，直接的宏观监测方法。
3、路堤沉降观测和水平位移观测：
沉降观测主要通过埋设沉降板观测路基的沉降情况，通过数据分析指导施工；水平位移观测主要为地面水平位移，采用位移边桩观测。
2.2.2监测点布置及监测方法
1、坡顶水平位移和垂直位移观测
①、在开始监测前，用全站仪对各测点反复测量多次，待数值稳定后取平均值。
②、在开始监测前，用高精度水准仪配合铟钢尺，对各测点反复测量多次。
③、监测频率。
观测时间应根据位移速率、施工现场情况、季节变化情况确定，原则上每周一次，雨季每周两次，暴雨之后连续三天，在边坡顶沉降位移加速期间和发现不良地质情况时逐日连续观测。
④、观测数据整理。
每次外业观测结束后按规范进行内业整理，按时提交监测成果资料。
⑤、观测数据应用。
边坡变形按一级边坡控制，边坡变形的预警值为：
水平位移和垂直位移累计值大于35mm，日均位移速预警值为率大于2．0mm/天；当坡顶沉降、水平位移观测数据出现预警值预警值后，监测人员应立即向建设方设计、监理预警值。
⑥、和施工单位汇报，以利各方及时进行原因分析，商讨和提出解决措施，确保边坡的安全。
2、支护结构沉降和位移观测
按要求在支护结构顶部设置观测点，观测要求与方法同坡顶水平位移和垂直位移观测。
2.2.3传感器的选择
电阻应变式测力传感器
2.3内部位移
2.3.1具体实施方法
①在边坡的正坡面及侧坡面分别选取2个固定点，在此点上安装电磁信号测距装置，并在两坡面临近处选取基准点；
②测量两个固定点到基准点的间距及角度；
③通过监测系统和自编模拟信号点定位软件进行定位和监测，最终模拟计算出坡体内部位移情况。
2,3,2传感器的选择
位移传感器
2.4坡体受力情况：
2.4.1受力类型
预应力、地基反力、滑坡推力、桩身和地梁内力、锚索预应力等。
2.4.2监测方法
①用水泥浆贴片对建筑物裂缝的监测；
②用简易桩或位移计对地表裂缝的监测；
③用地面监测网对滑坡动态的监测；
④用测斜仪对坡体深部位移的监测；
⑤用数字式倾斜仪对坡面动态的监测。
2.4.3传感器的选择
拉力传感器、压力传感器
2.5地下水的水压：
2.5.1地下水压力对土体的影响
边坡的基础一般都是土体，地下水对土体的力学性质有很大影响，也就直接或间接地影响着边坡的稳定性。
主要表现在：
①地下水通过物理、化学作用改变土体的结构，从而改变土体的C、Φ值的大小；
②地下水通过孔隙静水压力的作用，影响土体中的有效应力，从而降低土体的强度；
③由于地下水的流动，在土体中产生渗流，在岩土体中产生一个剪应力，从而降低岩土体的抗剪强度。
2.5.2监测的方法及装置
地下水位的监测主要涉及对地下土层中孔隙水压力测量、实时监测方法及装置的改进，其特征是检测是向地下压力打入有坚硬壳体保护且透水的水压力传感器，水压力传感器设置在坚硬中空弹头壳体的中空腔内，弹头壳体空腔后端开放形成通气通道，弹头壳体上有贯通壳壁连通中空腔的透水孔，透水孔内和/或与水压力传感器间有透水阻泥层，弹头壳体后端有活动连接的续接式中空探杆。
从而实现不需开挖、钻井，即可以实现对地层下孔隙水压力检测，而且方法简单，检测成本低，检测准确，并能实现最大深度以上多个不同高度层孔隙水压力检测，开创了地下孔隙水，特别是原状土中孔隙水压力检测新方法。
2.5.3传感器的选择
水压力传感器
2.6地下水的水位：
2.6.1水位对边坡稳定性的影响
①地下水位升降引起斜坡岩土体产生变形滑移、崩塌失稳等不良地质现象。
②地下潜水位上升时,岩土体浸湿范围增大,浸湿程度加剧,岩土被水饱和、软化,降低了抗剪强度;
③地下水位下降时,向坡外渗流,还可能产生潜蚀作用及流砂、管涌现象,破坏了岩土体的结构和强度;
④地下水的升降变化还可能增大动水压力。
这些因素促使岩土体发生变形、崩塌、滑移等。
2.6.2水位的监测方法及相关规定
①地下水水位的监测是测量静水位埋藏深度和高程。
水位监测地的起测处和附近地面必须测定高度。
②水位监测每年2次，丰水期、枯水期各1次。
③手工法测水位时，用布卷尺、钢卷尺、测绳等测具测量固定点至地下水水面竖直距离两次，当连续两次静水位测量数值之差不大于+或—1cm/10m时，将两次测量数值及其均值记录。
④每次测水位时，应记录监测地是否曾抽过水，以及是否受到附近的抽水影响。
2.6.3传感器的选择
水位监测传感器
第3章数据采集
由于没有实际操作的条件，现以《土质高边坡安全监测及稳定性分析》中测量的数据进行比较分析。
详见下面数据分析图。
3.1位移监测的数据采集
位移变形监测为边坡监测的主要部分,结合高边坡的地质和水文情况,从18个地面变形观测点中选取JC13、JC18两点做为分析对象。
1）从JC13点位移过程曲线可以看出,位移曲线比较平缓,位移值虽然呈现不同程度的波动,但波动值较小,位移最大值14mm,远远小于设计值。
由监测数据可以计算出,自位移计读数稳定后开始的前67d（2006年3月22日到2006年5月17日）位移累计变形量为11mm,变化率为0.16mm/d;自读取最新监测数据的前120d（2006年11月22日到2007年3月21日）位移计累计变形量为5mm,变化率为0.1041mm/d。
可见后期的位移变化率小于前期,边坡的变形较前期小,据此推断出边坡点的位移趋于平缓,边坡变形趋于稳定。
2）从JC18点位移过程曲线可以看出,位移曲线比较平缓,曲线在2006年6月14日所测的位移值为-5mm（向坡体内部）,呈现突变,突变的原因是:
此点监测设备安装完毕后,施工现场对此部位下面的边坡进行开挖,并且进行爆破作业,造成所测的位移值呈现突变。
由监测数据可以计算出,自位移计读数稳定后开始的前71d（2006年3月22日）2006年5月31日）,位移累计变形量为8mm,变化率为0.1mm/d,自读取最新监测数据的前203d（2006年8月30日）2007年3月21日）位移累计变形量为5mm,变化率为0.025mm/d。
由上述分析可见,边坡开挖施工对边坡变形由明显影响,施工结束后位移读数趋于平稳,说明边坡变形趋于稳定,
（JC13和JC18点位移监测曲线）
3.2应力监测的数据采集
根据25孔锚杆的钢筋测力计读出的数据绘制应力变化曲线,选取G8、G21两孔分析。
其中G8应力变化较大;G21应力变化变化平缓。
其余各孔应力变化在其之间。
1）G8曲线所示的锚杆应力计监测值自安装之日起的时间段内监测值一直增大,但是曲线的斜率却在逐渐减小,分别取不同时期的相同时间段的监测数据进行比较,如下表所示：
起止时间
天数/d
累计变化量
曲线斜率
2006-06-21至2006-09-27
99
4.8
0.048
2006-09-27至2006-12-20
85
2.7
0.032
2006-12-20至2007-03-14
85
1.8
0.021
（G8应力监测数据分析）
从表中可看出,在最初的时间段内曲线斜率为0.048,经过一段时间后,曲线斜率逐渐由0.032变化到0.021,说明锚杆应力的变化率在逐渐减小,产生上述现象的原因是锚杆在埋设初期边坡位移方向向外,引起锚杆被动受拉,且拉应力稳定在一定范围内变化。
并且应力曲线有一定起伏,后慢慢趋于稳定。
2）G21曲线在监测期间一直很平缓,说明在这一段时间内锚杆应力始终保持在某个值附近,没有明显变化,边坡在此期间很稳定,虽有起伏,但终究变化不大,这表明边坡的锚固效果良好,经过雨季后,预应力值无异常变化,边坡经过加固处理后趋于稳定。
（G8和G21应力监测曲线）
第4章测点分布
4.1水平、垂直位移监测
监测点的布设分阶段进行,在施工阶段,本监测以监测坡顶建、构筑物为主,监测点基本上布设在坡顶建、构筑物上;施工结束后监测将转入治理效果监测,此时需将监测点大部分布设到已竣工的挡墙上对挡墙进行效果监测（建、构筑物上的监测点大部分将同时停止观测）。
布设时水平位移和垂直位移观测点按同点位布设。
目前,根据施工设计及实地情况坡顶布设18个地面变形观测点（编号为JC1~JC18）,参见位移监测平面布置图如下：
（位移监测平面测点分布）
4.2应力监测测点分布：
按照设计要求,按施工总量的1%布置监测,需对25孔锚杆实施应力监测。
布设时主要考虑挡墙主要受力变化部位,具体位置需根据锚杆施工立面图结合实地地质情况、设计要求布设。
锚杆应力监测采用525mm的GJJ-10型振弦
式钢筋测力计[3],在距锚孔外口1.5cm处采用对焊的方法将钢筋测力计焊接在锚杆上,再用砂浆封固;使用振弦频率读数仪测定钢筋计的频率变化,通过计算求出锚杆钢筋所受到的压力变化情况。
点位的编号为G1~G25,部分点位布设参见锚杆应力监测点平面布置图如下：
（锚杆应力监测点平面及测点分布）
总结
通过对边坡稳定性监测数据的分析表明,位移曲线变化率在后期明显小于前期,锚杆应力曲线在较高高程位置虽然在不断增加,但是变化速率明显变慢,而在较低高程的位置时则无增大趋势,曲线近似呈一条水平直线。
说明该高边坡在锚固后已逐渐趋于稳定。
通过回归分析对高边坡的变形趋势做出简单预测。
位移曲线和应力曲线都分别趋近于一条水平直线,说明位移和应力都有趋于某一固定值而不再变化的趋势,可以判定目前高边坡处于稳定状态,锚固效果良好。
为了更加准确的掌握该高边坡的变化,确保高边坡的稳定,建议在较高高程位置增加监测点的数量,在较低高程位置增加应力计监测点的数量,以便于对监测数据做出更加科学的分析。
参考文献
【1】高俊强,严伟标.工程监测技术及其应用[M].北京:
国防工业出社,2005.
【2】夏才初,潘国荣.土木工程监测技术[M].北京:
中国建筑工业出版社,2001.
【3】刘宝有.钢弦式传感器及其应用[M].北京:
中国铁道出版社,1986.
【4】杨志法,刘大安,董万里等.岩土工程监测技术及监测系统问题[M].北京:
海洋出版社,2004.
【5】XX百科
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