变形监测：新滩滑坡案例及TOPCOMGPS自动监测系统成果

6.3.1　变形监测

变形监测包括地面位移监测、岩土体内部变形和滑动面位置监测、收敛量测。

1.地面位移监测

主要采用经纬仪、水准仪或光电测距仪、全站仪重复观测各测点的位移方向和水平、铅直距离等，以此来判定地面位移矢量及其随时间的变化情况。测点可根据具体条件和要求布置成不同形式的线、网，在地质条件较复杂和位移较大的部位测点应适当加密。图6-2为长江三峡工程库区新滩滑坡地面位移观测点平面布置图，其位移观测点主要集中布置在地面位移量较大的姜家坡一带。近年来，航空摄影测量、全球卫星定位系统（GPS）和时域分布光纤传感技术（time domain reflectometry，简称TDR）已经在国内地质灾害监测中得到较普遍应用。

图6-2　新滩滑坡位移监测点平面布置图

（据西陵峡岩崩调查处，1985）

对规模较大的滑坡或重要的高切坡坡面进行位移监测是为了了解滑体地表水平变形和垂直变形情况以及滑体滑动方向，采用TOPCOM　GPS自动监测系统已经取得了良好的监测效果。GPS自动监测系统是将卫星定位技术、光纤技术、计算机技术集成的系统，由GPS基准站、GPS监测站、光纤技术及中心站组成，其监测精度可达2mm，GPS自动监测系统结构图如图6-3所示。

红外线CCD成像相对位移监测技术在滑坡监测中也得到推广应用，其监测构成如图6-4所示。图中，A是红外线光源（一个可发出红外光的灯泡，被固定在测点上），B为光学聚焦系统，C为靶标（CCD），B和C被固定在基准位置，测量时红外线光源发出的红外光线被B光学聚焦系统接收并聚焦，聚焦后的光线照射到靶标（CCD）的某一位置并产生相应的电信号，此信号经RS-485总线、GPRS-TUD传输到终端服务器进行解码还原为实际测点位移值。

图6-3　基于GPRS无线自动化监测系统

图6-4　红外线CCD成像相对位移监测图

地面位移监测结果应整理出位移-时间关系曲线图和各测点的位移矢量图，并以此来分析滑坡或工程边坡的稳定性发展趋势，作出临滑预报。图6-5为新滩滑坡铅直位移-时间关系曲线，图上表明5月份位移量突增。事实上，1985年6月12日发生新滩滑坡，由于临滑成功预报，避免了人员伤亡和重大财产的损失。图6-6为某滑坡用光电测距仪监测的位移矢量图，可以确定出滑坡范围、位移方向和滑坡体各部位的位移量大小。

2.岩土体内部变形和滑动面位置监测

准确地确定滑动面位置是进行滑坡稳定性分析和整治的前提条件，对于处于蠕滑阶段的滑坡效果尤为显著。

图6-5　新滩滑坡姜家坡-广家崖测点垂直变化图6-6　用光电测距仪测量的位移矢量图曲线图（1984-07-02-1982-06-11）

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图6-7　管式应变计及其安装示意图

除借助钻孔完成监测的管式应变计、倾斜计、位移计等传统方法外，还有BOTDR监测新技术应用。

管式应变计监测是在聚氯乙烯管上隔一定距离贴电阻应变片，随后将其埋置于钻孔中，用于测量由于滑坡滑动引起聚氯乙烯管子的变形。其安装方法如图6-7所示。安装变形管时，必须使应变片正对着滑动方向。测量结果能显示滑坡体不同深度随时间的位移变形情况以及滑动面（带）的位置。图6-8为某滑坡用管式应变计监测的成果，滑动面深度4.4m。

倾斜计监测是一种量测滑坡引起钻孔弯曲的装置，可以有效地了解滑动面的深度。此装置有插入型和定置型两种。插入型是由地面悬挂一个传感器至钻孔中，量测预定各深度的弯曲；定置型是在钻孔中按深度装置固定的传感器。根据其监测结果能判断滑动面（带）的深度。

位移计监测是一种通过测量金属线伸长来确定滑动面位置的装置，一般采用多层位移计量测，将金属线固定于孔壁的各层位上，末端固定于滑床上，如图6-9所示。用此监测结果可以判断滑动面（带）深度和滑坡体随时间的位移变化。

图6-8　某滑坡的管式应变计监测成果图

除以上传统监测方法外，近年来对岩土体内部变形（如岩溶地面塌陷、基坑工程）及其滑坡体深部位移（或滑动面位置）的监测，固定式测斜仪、TDR分布式光纤传感技术已被普遍应用。固定式测斜仪监测方法是把测斜仪（如，美国AGI公司的906-S型倾角传感器）固定在测斜孔中测斜管内某个固定位置，用遥测的方法来测该位置倾角的连续变化，如图6-10所示；TDR监测系统按光的载体不同分为拉曼散射的分布式光纤监测系统、瑞利散射的分布式光纤监测系统和基于布里渊散射的分布式光纤监测系统三种。其中，基于布里渊散射的分布式光纤传感技术监测系统（BOTDR）是国际上近年来研发出来的一项尖端技术，其主要原理是利用光纤中的布里渊散射光的频移变化量与光纤所受的轴向应变和温度之间的线性关系进行岩土体内部位移监测。图6-11为湖北沪蓉西高速公路宜昌至恩施段某滑坡健康监测中采用TDR观测变形体在深层可能形成滑动面的示意图，所用TDR时域反射仪为美国AGI公司的TDR100型。监测时，TDR中的脉冲发生器发出的电脉冲沿着同轴电缆从地表向下传播，在电缆断裂或变形处即被反射回来，反射信号在电缆的特性信号曲线上显示为一个脉冲峰尖。边坡位移相对大小、变形速率以及变形位置能被立即精确地确定下来，如图6-12所示。

图6-9　位移计监测（金属线多层位移线）示意图　　　　　　图6-10　测斜仪示意图

图6-11　TDR示意图

图6-12　滑动面使电缆变形在电缆测试仪上显示信号峰值

3.收敛量测

收敛量测是直接量测岩体表面两点间的距离改变量。通过收敛量变化可以了解洞室壁面间的相对变形和工程边坡上张裂缝的发展变化，并对工程稳定性趋势作出评价，对破坏时间作出预报。

工程边坡的张裂缝量测方法比较简单，一般在裂缝两侧埋设固定点，用钢尺等直接量测，如三峡链子崖危岩体上几条张裂缝的监测有用到此方法。

洞室壁面收敛量测则需专用的收敛计量测。收敛量测时，首先要选择代表性洞段，量测前在壁面设置测桩，收敛计的选择可根据量测方向、位移大小、量测精度确定。收敛计分垂直方向收敛量测、水平方向收敛量测、倾斜方向收敛量测三种。其中，垂直收敛计量测洞室顶、底板之间的相对变形，可使用悬挂型和螺栓型收敛计；水平收敛计常用带式收敛计和钢尺式收敛计，在跨度不大的洞室中使用方便，量测精度较高，比较适用，但对于跨度较大的洞室，收敛计的挠曲变形会使量测精度降低，可视洞室观察情况选用新的量测方法。倾斜方向的变形量测，可使用水平收敛计，但收敛计与测桩间应改为球铰连接方式，以适应不同方向量测的要求。