浅谈高边坡监控1 高边坡边坡监控的目的与意义近些年来由于高速公路边坡滑坡灾害引发的事故频繁发生，公路滑坡灾害造成的后果是不容小觑的，轻则阻断交通，重则造成重大的经济损失和人员伤亡。

2004年浙江甬台温高速“12.11”大滑坡，中断交通一个多月，经济损失达3000多万元；2005年5月，杭金衢高速公路义乌段发生滑坡，造成杭金衢高速公路单侧封闭一个多月，经济损失及社会影响严重；2005年10月底，甬金高速公路金华段发生了量达10余万方的大滑坡；2007年浙江47省道也发生了较为严重的边坡失稳灾害，给人民生命财产安全和当地经济带来巨大损失。

据不完全统计，截止2005年底，浙江全省共查明滑坡及隐患4272处，其中突发性滑坡灾害3807处，全损失约为200亿元，因此对高速公路高边坡进行监控已经到了刻不容缓的时刻。

为达到安全施工与行车的目的，对高危边坡，在施工期间应建立边坡监测系统。

监测信息用于指导施工，同时可将监测成果作为动态设计的依据。

高边坡采用“分级开挖，逐级支护”的原理进行施工，因高边坡开挖坡面大，结构受力复杂，对结构设计和施工都提出了很高的要求。

现场监控量测是监视边坡围岩稳定，判断边坡防护设计是否合理，施工方法是否正确的一种手段；也是保证高边坡防护安全施工、提高经济效益的重要条件；同时为施工中可能有的工程变更提供科学依据。

所以在施工过程中必须进行现场监控量测，以便及时掌握边坡在施工过程中的动态和防护结构的稳定状态，提供有关高边坡施工的全面、系统信息资料，以便及时调整防护参数，通过对量测数据的分析和判断，对边坡防护体系的稳定状态进行监控和预测，并据此制定相应的施工措施，以确保边坡岩体的稳定以及防护结构的安全。

高边坡监控量测的目的如下：1、通过施工和环境监测进行信息反馈及预测预报，优化施工组织设计，指导现场施工，确保高边坡施工的安全、质量及工程项目的社会、经济、环境效益。

2、掌握边坡围岩动态和防护结构的工作状态，利用量测结果指导施工，增加施工的安全可靠性。

3、及时预测和反馈，预见事故和险情，以便及时采取措施，防患于未然，保证指导施工顺利进行；4、验证防护结构型式、防护参数的合理性，评价防护结构、施工方法的合理性及其安全性，确定合理的防护时间；5、为修改优化设计提拱数据，为调整施工方法提供依据；6、积累量测数据，总结经验，为未施工的边坡的设计和施工提供工程类比的依据。

为节省工程投资，提高公路高边坡的设计和施工水平提供科学依据和技术保证。

2 国内外研究现状目前，边坡工程监测技术方面，我国正由过去的人工皮尺简易工具的监测手段过渡到仪器监测，正在向自动化、高精度及远程系统发展。

早期，由于监测仪器和水平的限制，对边坡的监测一般采用宏观地质经验观测方法，即开始主要是根据人工观测地表的变化特征，地下水的异变，周围动植物的异常等来确定边坡的状况。

逐渐地从定性向定量方面发展，开始出现了简易观测法，即在关键裂缝处通过做标记、树标杆等方法来量取裂缝长度、宽度、深度的变化以及延伸方向。

随着观测方法的进步，逐渐出现了大地测量法，这种方法的发展主要是伴随着高精度的光学及光电仪器的出现而逐渐成熟的。

同时由于监测仪器的快速发展，GPS测量以及近景摄影测量也迅速应用到边坡监测中来。

近代，伴随着电子技术及计算机技术的发展，声发射方法，时域反射法，光时域反射法等也正被应用于边坡之中。

同时，由于网络的快速发展，边坡的现代监测方法应该是向着远程网络监控方向发展。

2.1 高边坡稳定性分析与评判近几年，边坡稳定性分析主要围绕对传统方法不断完善和新分析方法的提出两个方面展开，其中极限平衡法在计算模型、滑动面确定、边坡类型等方面得了进一步完善，在数值分析中，有限元法从平面有限元到三维有限元，从弹性有限元到弹塑性有限元。

另外，随着随机分析方法、模糊分析方法以及计算机模拟技术在边坡中的应用，极大丰富了边坡稳定分析方法。

1955年A.W.Bishop提出的边坡稳定分析方法的圆弧法，至今已得到一定程度的应用，是极限平衡法的典型代表。

2002年冯光乐等为评价公路边坡稳定性，在介绍RMR法和其他人修正的基础上，从宏观的角度，对其边坡高度、地应力等方面的影响因素进行了部分修正，提出了较为合理的修正RMR法。

2004年王哲等将CSMR分级体系在SMR的基础之上针对水电边坡工程引入了坡高修正系数，但在公路边坡分级实践中发现，该坡高修正系数仍有待于改进，通过对百余个边坡样本统计分析，得出两种不同岩层、坡面产状组合形式下坡高修正系数的数学表达式。

2005年周亦唐等以云南省水普高速公路边坡稳定性分析和处理方法为对象，提出有针对性的边坡稳定性及应用加固岩上工程分析软件，考虑地震作用下山区高速公路高边坡的稳定性。

2007年柳厚祥等基于变分法的基本原理与边坡稳定性变分分析的基本方法，推导和建立了边坡稳定二维变分分析的计算公式，结合公路边坡工程稳定性分析的实践，研究变分法在公路边坡稳定性分析中的应用。

2008年Zhong Gui等针一对某高边坡采用数值建模分析的方法，进行了边坡稳定性分析。

2009年余巍伟等采用极限平衡法和FLAC 3D数值复合分析方法对一段公路边坡稳定性进行分析，提出了相应的处治措施。

2007年张雷等[9]结合云南溪洛渡水电站专用线典型边坡工程，探讨和构建了复杂岩堆体的三维计算模型，运用三维快速拉格朗日差分法软件FLAC对复杂岩堆体边坡进行了三维数值模拟计算，并根据计算结果系统比较分析了抗滑桩、锚杆、降雨等对该段公路边坡稳定性的影响。

2010年Koji Uenishi采用数值分析的方法来分析在地震荷载作用下高边坡的动态失稳破坏机理。

2010年姜振福利用大型有限元软件对水富-麻柳湾高速公路边坡工程进行稳定性分析，计算出边坡内部各点的应力、位移和塑性区，运用强度折减法计算出边坡稳定安全系数，并结合实例通过与传统的极限平衡法作比较，表明了方法的可行性。

2.2 高边坡安全监测高边坡的失稳破坏，都有一个从渐变到突变的发展过程，很少在破坏前显示出即将破坏的各种征兆，如变形量超过控制指标、变形加剧、坡体裂缝增大等，而这些征兆，一般单凭人的直觉是难以发现的。

如果能安装必要的精密仪器对坡体的变形进行监测，则可能在出现变形破坏的征兆时捕捉到坡体稳定性的异常信息并对这些信息进行分析研究，在坡体最终破坏前对其进行处理，或及时预报滑坡险情，避免人员和设备的损失，这就是边坡工程安全监测的基本原理。

2.3 边坡监测中存在的问题边坡工程造价较低，容易忽视监测项目设计与施工，监测及信息、反馈工作较为繁琐，实际开展过程中管理环节容易出现漏洞等。

目前边坡监测工作存在以下不足或缺点：（1）监测工作量大，监测人员工作环境较为危险；特别是在恶劣天气期间无法进行观测。

（2）监测频次相对较低，无法实现对边坡稳定状态的不间断观测。

（3）观测工作对边坡施工有一定干扰，不便进行边坡施工期观测。

（4）长期观测时，观测费用较高。

大量的山区边坡工程，潜在危险因素多，需要进行必要监测，但因人工监测条件限制而无法大量开展。

因此针对边坡动态施工安全管理的实际需要，研究一种简便、经济、可靠的边坡监测方法是非常必要的。

3 高边坡监测的基本理论和方法3.1 边坡监测的类别与方法目前，边坡工程监测技术方面，我国正由过去的人工皮尺简易工具的监测手段过渡到仪器监测，又正在向自动化、高精度及远程系统发展。

通过边坡工程监测，主要对边坡的变形机理、地质灾害防治和治理效果的反馈以及对工程的影响获取信息。

通过监测信息的分析得到坡体变形破坏的各种特征信息，分析其动态变化的规律，进而预测边坡工程可能发生的破坏，为防灾减灾提供依据。

对边坡进行监测，主要包括以下方面内容：危岩；位移、倾斜；应力应变、地声变化；地震、爆破震动；降雨量、气温、地表（下）水（水位、水质、水温、泉流量、孔隙水压力）等监测。

目前，在边坡工程中监测的方法主要采用了简易观测法、设站观测法、仪表观测法、远程监测法和声发射法等5种类型的监测方法。

3.2.1 简易观测法简易观测法是通过人工观测边坡工程中地表裂缝、地面鼓胀、沉降、坍塌、建筑物变形特征（发生和发展的位置、规模、形态、时间等）及地下水位变化、地温变化等现象，也可在边坡体关键裂缝处埋设骑缝式简易观测桩；在建（构）筑物（如房屋、挡土墙、浆砌块石沟等）裂缝上设置简易玻璃条、水泥砂浆片、贴纸片；在岩石、陡壁面裂缝处用红油漆划线作观测标记；在陡坎（壁）软弱夹层出露处设置简易观测标桩等，定期用各种长度量具测量裂缝长度、宽度、深度变化及裂缝形态、开裂延伸的方向。

简易观测法对于发生病害的边坡进行观测较为适合，对滑塌和滑坡的宏观变形迹象和与其有关的各种异常现象进行定期的观测、记录，从宏观上掌握崩塌、滑坡的变形动态和发展趋势。

该法也可以结合仪器监测资料综合分析，初步判定崩滑体所处的变形阶段及中短期滑动趋势。

即使是采用先进的仪表观测方法监测边坡体的变形，该方法仍然是不可缺少的观测方法。

3.2.2 设站观测法设站观测法是指在充分了解了工程场区的工程地质背景的基础上，在边坡体上设立变形观测点（成线状、格网状等），在变形区影响范围之外稳定地点设置固定观测站，用测量仪器（经纬仪、水准仪、测距仪、摄影仪及全站型电子速测仪、GPS接收机等）定期监测变形区内网点的三维（X、Y、Z）位移变化的一种行之有效的监测方法。

此法主要指大地测量、近景摄影测量及GPS测量与全站式电子速测仪设站观测边坡地表三维位移的方法。

（1）大地测量法常用的大地测量法主要有两方向（或三方向）前方交会法、双边距离交会法、视准线法、小角法、测距法、几何水准测量法以及精密三角高程测量法等。

大地测量法有如下突出优点：①能确定边坡地表变形范围；②量程不受限制；③能观测到边坡体的绝对位移量；④在滑坡发生剧滑时，监测仪器设施不会因滑坡加速运动而损坏，监测人员不必到滑坡体上，因此能保证滑坡监测的连续性。

（2）GPS（全球定位系统）测量法GPS测量法的基本原理是用GPS卫星发送的导航定位信号进行空间后方交会测量，确定地面待测点的三维坐标。

将GPS测量法用于边坡工程监测有以下优点：①观测站之间无须通视，选点方便；②定位精度高；③观测时间短；④观测点的三维坐标可以同时测定，对于运动的观测点还能精确测出它的速度；⑤操作简便；⑥全天候作业，一般不受气候条件的影响。

（3）近景摄影测量法该方法是把近景摄影仪安置在2个不同位置的固定测点上，同时对边坡范围内观测点摄影构成立体像对，利用立体坐标仪量测像片上各观测点三维坐标的一种方法。

其周期性重复摄影方便，外业省时省力，可以同时测定许多观测点在某一瞬间的空间位置，并且所获得的像片资料是边坡地表变化的实况记录，可随时进行比较。