边坡变形监测及数据分析

边坡变形监测及数据分析

徐勇

重庆市彭水苗族土家族自治县国土资源和房屋管理局重庆彭水469600

摘要：随着测绘仪器的智能化和测量精度的提高。可以运用测量机器人自动监测边坡变形。针对渝东南地质灾害多发区的滑坡，运用测量机器人对监测点的水平位移监测；运用数字水准仪对沉降监测。及时收集整理分析数据做出报警。保障人民群众的生命财产安全。

关键词：地灾；边坡；变形监测

一、引言

随着社会发展，人类活动对自然环境的改变伴随着引发很多灾害，比如公路塌方、滑坡、尾矿库区垮塌。这些灾害都与自身变形有关。因此研究好变形监测对人类防灾减灾有重要的意义。变形监测是对通视对象或物体（简称变形体）进行测量以确定其空间位置随时间的变化特征。本文介绍变形监测的方法及对监测数据作图分析。

二、监测概况

彭水县文武小学校位于重市庆彭水县处在渝东南地灾多发区，为了确保在校学生安全，要求对兴建不久的彭水文武小学校工程西边坡进行变形监测，为其预报提供技术依据。受彭水县文武小学校委托，彭水县国土资源和房屋管理局汉葭所承担了其边坡监测工作。学校场地开挖形成高边坡，学校周边为有市政道路。学校周边有工程在施工，对边坡上部临时工棚有一定安全影响。学校南翼为临时围墙，围墙外为市政道路，从而对过往行人人生安全有较大影响。工程安全等级为二级。我单位于2017年3月31日至2017年9月27日对彭水文武小学校新建工程边坡进行了25轮次变形监测。通过监测及时发现异常情况和隐患，预测预报边坡稳定状况，确保边坡及围墙区周围建筑物及人员安全。

三、变形监测的技术设计

1.变形监测人员与设备

本监测投入测量人员分为两个监测小组6人，一个小组负责水平位移的监测，另外一个小组负责垂直位移观测，单次测量周期监测历时1天。位移监测采用的设备为拓普康GPT-9001A（角度测量精度:1″；角度测量最小读数：0.5″/1″；测距精度：±(2mm+2ppmxD**)m.s.e）测量机器人，垂直位移监测采用天宝DINI03电子水准仪(铟钢条码尺千米来回程标准偏差：0.3mm)。

2.基准点的布设

平面基准点和水准基点均选设在边坡及围墙影响范围以外且便于长期保存的稳定的位置。根据实地条件选定四个平面、高程基准点（编号为JZ1、JZ2、JZ3、JZ4）。平面基准点观测的同时按照电磁波测距三角高程测量的规定测定其高程，这样平面控制基准点也是高程控制基准点，建立的监测系统为平面和高程合一的三维立体监测系统。

平面基准控制网布设成一个边角全测单三角形，高程基准网布设成一个电磁波测距三角高程闭合环形式。基准网点的观测精度按建筑变形测量规范之三级精度要求执行。

3.地表水平、垂直位移监测点的布设

本次监测工作共布设10个水平位移和垂直位移监测点，编号为JC1—JC10为了减少对中整平等人为误差及监测方便，水平位移观测点点位的布设采用固定反光装置（建立观测墩）。如监测点被破坏重新布设监测点。

图一点位分布图

4.水平位移的监测方法

本项目水平位移的监测方法采用的是极坐标法，其观测原理如下：

图二为极坐标法观测示意图

在已知点A安置仪器，后视点为另一已知点B，通过测得AB—AP的角度β和A点至P点的距离SAP，经过计算得出未知点P的坐标值。

计算公式见下：设A点坐标为A（XA，YA），A—B的方位角为αA-B，则P点坐标P（XP，YP）的计算公式为：

XP=XA+S*cos（αA-B+β）

YP=XA+S*sin（αA-B+β）

由微分公式可得：

△XP=cos（αA-B+β）*△S-sin（αA-B+β）*S*△β/ρ

△YP=sin（αA-B+β）*△S+cos（αA-B+β）*S*△β/ρ

5.垂直位移监测的方法

建立一个水准基准点建立闭合水准路线，对水准监测点进行垂直位移观测，联测水准基准点与各监测点的高程差之后，对监测数据采用专业软件（清华三维平差软件）进行观测数据平差，得到各监测点的改正后的高程值，经过数据比较，可得到监测期间内各垂直位移监测点的高程变化量（用于监测对象的稳定性分析）。

图三闭合水准路线示意图

四、变形监测对象和内容

1.水平位移监测：

利用高精度拓普康GPT-9001A全站仪，采用极坐标法进行观测，在水平位移基准点上设站，量测站点至监测点的距离和水平角，计算出每个监测点的坐标。首期连续观测两次，两次所得的坐标值取中数作为初始值，以后每次观测值均与初始值比较，以求得水平位移量的单次变化值、累计变化值和变化速率。

2.垂直位移监测：

采用高精度天宝DINI03电子水准仪进行测量。测前应对仪器、标尺进行检定，每次观测前应对仪器I角进行监测，I<15"。首次观测可采用单程双测站观测，其后可采用单程单测站观测，监测点必须构成闭合环，以确保建筑变形测量规程中规定的二级变形测量精度。基准点选在离学校50m以外的地方（基准点采用Φ15mm左右、长度1.0～1.5m的钢筋打入地下，地面用砼加固），形成一个地面控制网，定期校核。在降水前对各监测点进行首次观测时，应对各观测点连续观测两次，两次高程取中数作为初始值，以后每次观测值均应与初始值比较，以求得垂直位移量的累计值及本次变化量。

五、监测数据的整理和分析

完成了25轮次的变形监测，对监测数据整理如下（J2和J5点数据，其它观测点数据略）：

表一J2点观测数据

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表二J5点观测数据

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水平位移与首轮比较，观测数据变化量最大的为监测点JB2（17.25mm），变形速率为0.01mm/天；该监测点垂直位移累计最大为-8.8mm，最大变形速率为0.01mm/天。数据变化量未超过监测预警值。(预警值：∑△S为25mm，位移变形速率1.8mm/d，∑△H为20mm，高程变形速率2.5mm/d）

垂直位移与首轮比较，观测数据变化量最大的为监测点JB5（-17.1mm），最大变形速率为0.01mm/天。数据变化未超过监测预警值。(预警值：∑△H为20mm，高程变形速率2.5mm/d）

巡视巡查监测发现本项目各监测对象均有不同程度的变形表象，变形值在预警范围内，属于正常变形。

六、结论

综合位移观测和巡视巡查监测资料分析得出：本项目监测区域内各段变形渐小趋缓，边坡西面与北面交汇拐角处受自身地质情况、降雨因素以及基坑施工等因素影响，变形略大，变形数据未超过规范监测预警值。边坡位移监测点监测数据表明彭水文武小学校新建工程边坡监测数据未超过规范监测预警值，监测点基本处于稳定状态。建议继续进行监测，同时加大对边坡巡视。

参考文献：

[1]陈久强,刘文生.土木工程测量[M].北京：北京大学出版社,2006.

[2]张正禄.工程测量学[M].武汉：武汉大学出版社,2002.

[3]刘兆民.深基坑变形监测体系研究及工程应用[D].大连理工大学,2013.

[4]宋建学,郑仪,王原嵩.基坑变形监测及预警技术[J].岩土工程学报,2006.

[5]孙志中.基坑变形监测及预警技术[J].城市建设理论研究,2013.