公路滑坡监测

公路滑坡监测（精选9篇）

公路滑坡监测 篇1

1 公路滑坡常规监测方法

1.1 地面水平位移监测方法

利用常规精密大地测量方法进行水平位移监测时, 首先在待监测区域外建立一平面控制网, 然后再使用精密测距仪、电子经纬仪或电子全站仪进行观测, 以获取滑坡平面位移监测的参考基准。

1.2 沉降监测方法

进行沉降监测时一般是须设置基岩标时, 通常用精密水准测量方法对滑坡进行垂直位移监测, 又称沉降观测, 该方法属于一维变形测量。在软土地基上修建高速公路, 路堤处于边修边沉的状态, 一般解决的方法有, 将路堤填筑到超过设计标高一定高度, 以消除沉降的影响。作为地面沉降观测的基准点, 再在沉降地域布设沉降观测点, 以一定周期重复进行水准测量, 经过多期水准测量和地面沉降观测资料的分析研究, 计算出各沉降观测点的各期沉降量、累计沉降量、沉降速率等数据, 从而为沉降区域的治理提供科学依据。

1.3 地面三维变形监测方法

1.3.1 全站仪三维变形监测

全站仪因其特有的优势可以替代水准测量, 在对滑坡监测时可以采用全站仪进行三维变形监测。自动全站仪是全站仪的一种, 是目前最常使用的一种, 因其自动化、智能化程序能对合作目标进行自动识别、锁定跟踪、自动观测和记录, 因此也有着“测量机器人”的美誉。自动全站仪测量精度很高, 测角精度可以达到士0.5″, 测距精度可达到士 (1mm+1ppm) , 因此因其变形测量的效率和精度极高, 广泛应用于滑坡监测、大坝变形监测等多个领域。

1.3.2 三维激光扫描仪变形监测

三维激光扫描仪在地面三维变形监测中也是一种重要的方法, 因其采用激光扫描, 所以测量速度快、采集信息量大、效率高。通过旋转式镜头的中心发射激光, 当激光接触到物体立刻被反射回扫描仪, 这样扫描仪记录了仪器与物体之间距离, 同时通过计算旋转镜头在竖直方向的旋转角度与激光扫描仪的水平旋转角度得到测量点的三维坐标, 通过三维坐标可以形成滑坡体的点云图, 点云图精确成CAD模型就可以对变形监测进行清楚分析。三维激光扫描仪的最大优点是监测效率高、操作简便、成像直观形象, 在户外监测中应用广泛。

1.3.3 摄影测量监测方法

摄影测量方法包括近景摄影测量和地面立体摄影测量方法。比如, 利用普通相机或数码相机照相, 然后输入计算机中先进行像点量测, 再通过程序计算获取三维坐标, 根据坐标判断形变;或者用专用量测相机对滑坡监测范围进行拍摄, 并构成立体像对, 结合坐标量测仪量测出观测点的像坐标, 然后通过坐标法测定地面变形。摄影测量与遥感学科隶属于地球空间信息科学的范畴, 它是利用非接触成像和其他传感器对地球表面及环境、其他目标或过程获取可靠的信息, 并进行记录、量测、分析和表达的科学与技术。

2 GPS公路滑坡三维变形监测研究

2.1 GPS测量原理与方法

全球定位系统简称GPS, 是由美国建立的一个卫星导航定位系统, 因其具有全天候、连续、实时的特点, 同时具有全球覆盖、同步测量等优点, 广泛应用于各行各业, 对地质灾害的监测、提高对灾害的预报和预防, 保证人民生命财产安全具有重要的实际意义。

2.2 伪距定位法

伪距法定位是GPS定位系统进行导航的最基本的方法, 其基本工作原理是由GPS接收机在某一时刻测出得到四颗以上GPS卫星的伪距以及已知的卫星位置, 通过计算距离交会的距离得到接收机天线所在点的三维坐标, 进而进行测量。因为卫星钟和接收机钟之间机器存在误差, 所以实际测出的距离ρ′与卫星到接收机的几何距离ρ有一定的差值。虽然伪距定位法存在误差, 定位精度不高, 但是误差很小, 而且是一次定位存在误差, 所以当其高速的定位速度和其没有多值性的特点, 在GPS定位导航系统中占有重要的地位。

2.3 GPS相对定位

GPS相对定位是在基线的两端分别安置一台接收机, 两台通过同步观测相同的GPS卫星计算出基线端点的相对位置或基线向量。这种方法的优点是计算方便, 如果知道一个端点坐标, 通过用基线向量计算出另一待定点的坐标, 也是GPS测量的重要方法之一。

3 GPS在公路滑坡监测中的实施

3.1 基准点的选择与坐标测定

因为变形测量需要进行多次重复测量, 这样如果采用不同的基准, 这样每次测量得到的相应的变形位移量就会不同, 因此要使测量准确, 必须建立一个统一的基准, 一般选择固定基准测量。由于大型滑坡体监测不方便实施, 这样可以布设一定数量的首级控制网——基准网, 然后利用GPS定位技术进行测定, 优先选择离滑坡较远且地质条件良好地域有利于测量的实施。

3.2 GPS滑坡监测网的技术设计

建立GPS控制网进行滑坡变形监测, 是对GPS控制网以一定的周期进行重复观测, 然后各期单独平差, 求出各期间的坐标差 (高程差) 及精度信息。根据坐标差 (高程差) 信息估计变形参数, 建立变形监测点的运动变化数学模型, 用于对滑坡体的变形状况进行评估和预报。

3.3 GPS滑坡监测数据的采集

变形监测是其中重要内容, 也是判断滑坡的重要依据, 为了得到可靠的GPS滑坡监测信息, 在GPS观测前应做好GPS接收机的检定、GPS卫星的可见性预报、GPS观测调度计划等准备工作, 以保证获取高质量的GPS外业观测数据。GPS观测前应编制观测计划表, 观测时统一调度、按计划进行。可靠的监测基准是进行滑坡形变情况分析、趋势预测的重要基础之一。

4 结语

公路滑坡地质灾害分布范围广、发生频繁, 降低公路滑坡地质灾害对人民生命财产安全造成的损失, 必须建立安全、可靠、有效地公路滑坡三维变形监测方法。GPS作为一种新兴的大地测量手段, 它具有全天候、高精度、自动化程度高等特点, 为公路滑坡等地质灾害的监测与预报提供了更先进、更有效的技术手段。

参考文献

[1]刘万林, 王利, 赵超英.GPS水准的有限元法与多面函数法的加权综合模型[J].地球科学与环境学报, 2004 (3) .

[2]杨建图, 姜衍祥, 周俊, 等.GPS测量地面沉降的可靠性及精度分析[J].大地测量与地球动力学, 2006 (1) .

[3]王利, 张勤, 赵超英.GPS一机多天线技术在公路边坡灾害监测中的应用研究[J].公路交通科技, 2005, 22 (6) :163～166.

[4]王利, 张勤, 赵超英, 等.GPS一机多天线技术在公路边坡灾害监测中的应用研究[J].公路交通科技, 2005 (S1) .

公路滑坡监测 篇2

介绍了骊山滑坡的现状及其监测目的.,论述了地壳变形三维监测方案,分析了骊山滑坡监测中必须要考虑的一些特殊技术问题,简要叙述了三维变形监测的应用情况及良好效果.

作 者：祝意青 梁伟锋 徐云马 刘练 Zhu Yiqing Liang Weifeng Xu Yunma Liu Lian 作者单位：祝意青,Zhu Yiqing(中国科学院动力大地测量学重点实验室,湖北,武汉,430077;中国地震局第二监测中心,陕西,西安,710054)

梁伟锋,徐云马,刘练,Liang Weifeng,Xu Yunma,Liu Lian(中国地震局第二监测中心,陕西,西安,710054)

公路滑坡监测 篇3

由于所有的边坡, 其变形发展过程均遵循:减速蠕变阶段→等速蠕变阶段 (弱变形) →加速蠕变阶段 (强变形) →剧速蠕变阶段 (临滑阶段) 的发展过程 (如图1所示) 。根据该规律, 在本项目中, 通过对边坡变形数据进行整理分析, 评判边坡目前所处的发展阶段, 从而对其安全状态进行评判。

2 准备工作

滑坡变形监测主要分两个方面, 即位移监测和水文监测, 在本文中主要介绍的是边坡深部位移动态监测。

位移监测:通过对运行过程的边坡深部位移动态监测、地表位移动态监测和重点部位临时位移监测, 以便了解和掌握张家坪一号大桥所处的张家坪古滑坡体中前稳定状况, 以及对张家坪一号大桥的影响情况, 并对病害处理提供参考资料。

水文监测:对运行过程的边坡水文地质监测、地表水文监测, 通过利用深部位移监测孔, 监测孔中的地下水位, 结合位移数值及位置判断边坡的稳定性, 并结合降雨资料和现场水文观查来分析变形及病害原因。

为了便于监测滑坡深部位移, 在渝宜高速公路长万段张家坪滑坡边坡中部、中前部和中后部布设了14个深部位移监测孔, 在各孔成孔后, 即刻埋设安装测斜管, 并给管周进行灌浆密实, 以避免监测过程测斜管的晃动及测斜管由于后期的逐渐密实过程产生移动被误测为边坡体的变形。

另外, 为保证监测结果能直观反映该滑坡工程的稳定安全状态, 项目组根据相关地勘资料、设计文件及技术规范的要求, 并根据以往类似工程的工作经验及对多个专家的咨询意见, 建立了该滑坡工程监测的预警标准, 如表1所示。

表中:[1]为安全级, 表示该滑坡处于安全稳定状态;[2]为预警级, 应引起施工单位和业主单位的注意;[3]为危险级, 监测单位应加密监测频率 (监测频率应由原计划的1次/15天调整为1次/7天) , 并通知业主单位;[4]为高度危险级, 表示该滑坡随时有可能发生破坏失稳现象, 应停止施工, 并及时采取安全加固措施;监测频率应随之调整为1次/天, 并以书面形式 (险情监测报告) 通知业主单位。

3 深部位移观测

深部位移采用高精度位移监测仪, 即测斜仪进行监测。测斜仪主要由监测探头、电缆及数据接收仪三部分组成, 通过与埋设在坡体内的带有四个槽口的测斜管, 来探测由于地层移动而引起的倾斜。滑坡体不同深部位移的监测, 是通过不同时期所测得的深孔测斜数据与第一次所测的数据进行比较运算, 来获取该孔不同深度不同时期的位移变化情况。

下面以1号孔为例通过主滑方向变形曲线来介绍3年来反映深部位移观测结果, 结果见图2。

针对以上14个深部位移监测孔的监测数据, 由于各孔孔口处的变形最为显著, 因此, 通过对各孔孔口处的变形进行趋势分析, 更具代表性, 也更为合理。

通过对所有14个深部位移监测孔孔口位移的历次监测数据进行整理, 形成各孔位的变形趋势图如图3所示。

4 结论及建议

根据各深部位移监测孔的监测结果可知, 对总共14个深部位移监测孔, 在监测周期内 (约3个月) , 仅1#孔和13#孔发生位移最大, 分别为6.25mm和3.0mm, 其值表明各监测孔的最大日变形量不足0.1mm, 其余各监测孔的水平位移均小于该监测孔。另外, 所有监测孔的最大位移均发生在坡面, 均沿孔深由孔底到坡面逐渐增大, 呈渐变型, 没有位移突变现象发生。就8#孔的深部位移变形图来看, 其在距孔口9~10m段, 发生了约3mm的水平位移, 其曲线具有滑动特征, 故应引起注意, 但该较大位移发生在早期, 在本监测周期内并无扩大。根据表3的边坡变形预警标准, 所有14个监测孔的深部位移均处于安全级内, 无异常情况发生。

从对滑坡区地下水位埋深的监测结果来看, 在总共监测的所有14个孔中, 所有孔的地下水位有增有减, 但变化幅度均很小。

根据图3所示的各监测孔的变形趋势, 和以前来对比, 除1#孔和13#孔的变形目前略有增加, 但其趋势仍处于弱变形阶段之外, 其余各孔的变形目前已基本趋于稳定。

综上所述, 通过以上多项监测内容及监测数据的整理, 以及对该边坡变形发展的趋势分析, 并结合针对该边坡建立的边坡安全预警标准, 以及边坡变形发展过程理论, 可以判断该滑坡现阶段未发生较大变形, 无明显异常情况发生, 该边坡现阶段处于安全稳定状态。

针对目前监测结果, 平时需仔细观察边坡的变化情况, 特别是大雨暴雨季节来临阶段, 在下大雨暴雨要时要特别注意观察边坡的变形情况, 时刻注意是否有险情。

摘要：边坡滑坡一直是主要的自然灾害之一, 此项目中, 采用位移监测和水文监测来观测张家坪滑坡的变形情况, 通过长达3年共13次的检测结果对比反映了张家坪滑坡的变形情况。本文就此项目中所采用的深部位移的观测方法做了一个详细的介绍, 并且通过各孔位孔口处的变形趋势图形直观反映了滑坡的变形情况。

关键词：深部位移,变形监测,变形趋势,预警标准

参考文献

[1]GB50026-93, 工程测量规范

[2]JGJ/T8-97, 建筑变形测量规范

[3]DB50/5018-2001, 建筑边坡支护技术规范

[4]《渝宜高速公路长万段张家坪滑坡监测合同》 (重庆高速公路发展有限公司东渝营运管理分公司、重庆交通科研设计院, 2008年1月签订) .

公路滑坡监测 篇4

河南灵宝大湖金矿滑坡监测与预警初探

针对大湖金矿滑坡的`灾害发育、活动与危害现状,建立了滑坡监测网,进行了滑坡变形及降雨监测;在复杂地质地形条件下,结合降雨情况寻求滑坡与环境(降雨)之间的临界状态值,对大湖滑坡诱发因素进行比较深入的分析和探索,达到滑坡预报预警的目的.

作 者：王茹 岳洁 王春帅 黄智华 汪江河 WANG Ru YUE Jie WANG Chun-shuai HUANG Zhi-hua WANG Jiang-he 作者单位：河南省地质矿产勘查开发局第一地质调查队,洛阳,471023刊 名：地质灾害与环境保护英文刊名：JOURNAL OF GEOLOGICAL HAZARDS AND ENVIRONMENT PRESERVATION年，卷(期)：20(2)分类号：P642.22关键词：滑坡 监测 预警

崩塌、滑坡、泥石流监测治理研究 篇5

1 崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害监测治理必要性分析

随着人居活动范围和程度的进一步扩大增强, 滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害呈加剧趋势, 直接威胁到区域城镇农村居民的人生财产安全和社会经济可持续高效稳定发展, 急需比例尺更大、精度更高、信息数据资料更全、系统功能更翔实的区域地质资料。2003年11月国务院通过了《地质灾害防治条例》, 并于2004年3月1日起具体施行;2004年4月29日, 《全国地质灾害防治规划》 (2004年至2020年) 通过了国土资源部组织的专家评审。在2011年到2020年期间, 我国将开展第三轮全国地质灾害调查, 将完成覆盖全国的地质灾害风险区划, 并全面掌握我国陆地和近海区域地质灾害的分布与危害程度;将围绕居民生命、财产、以及生存环境等进行地质灾害资料调查收集工作, 重点开展滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害详细调查工作 (1∶50000) , 以期为各级地方政府制定相应地质灾害防治规划制度和实施地质灾害监测预警工程提供重要基础数据信息依据[2]。

2 崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害遥感监测技术

区域地质灾害的监测技术较多, 基于遥感技术的地质灾害监测手段已从实验阶段逐步走向全面推广的实践适用阶段, 其在山区大型工程建设, 以及江河湖库等地质条件较为复杂的大区域地质防灾减灾工作中, 获得非常优良的应用效果。在地质灾害实际监测过程中, 充分利用航天遥感、差分干涉雷达、GPS全球定位技术、以及3S集成技术等进行区域地质灾害的监测治理, 是未来遥感对地观测技术一体化系统在崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害监测和治理工程中研发应用的必然趋势。通过对区域地质信息的实时遥感监测, 不仅可以达到对监测区地质灾害的动态监控、预测的目的, 同时可以通过地质灾害治理前后的遥感影像资料对比分析, 实现对地质灾害治理方案和治理效果动态评估功能, 为地质灾害监测治理修正提供详细的参考信息, 便于制定完善系统的地质灾害监测治理方案体系。航空遥感技术在地质灾害中应用的进一步成熟, 为区域地质灾害调查与实时监测治理提供强有力的技术保障。利用地理信息系统的各种信息收集功能, 并结合遥感动态监测技术, 可以对待调查区域的地质灾害进行详细系统的调查、信息收集、以及地质灾害种类和危害性的预测评估, 进而获取待调查区域详细系统的各项综合信息资料, 便于建立区域地质灾害空间信息管理系统, 为区域地质灾害的实时监测、预警决策、综合防治、抢险救灾等提供丰富的数据信息资料。

3 崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害综合防治对策

采取有力的技术措施, 对区域地质灾害进行实时监测和综合防治, 是一项关系到城镇农村居民人身财产安全, 以及工矿企业可持续高效生产发展的复杂系统工作。

3.1 提高保护环境的意识, 降低人为地质灾害发生

从大量地质灾害原因调查结果可知, 很多崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害是完全可以避免的。对于矿山采区地质灾害而言, 由于受到经济利益的诱惑, 往往不顾采区地质特点进行工程建设和资源开采, 尤其是群集而上的掠夺式、无序式开采模式, 导致采区地质灾害发生频率增加、破坏程度增强。因此, 只有提高地质灾害多发区居民和开发商的生态环境保护意识, 将区域社会经济发展、居民生活水平提高、以及企业运营经济效益等, 与建立完善系统环境保护机制有机结合起来, 才能有效制止人为地质灾害的发生。

3.2 预防为主, 增加地质灾害监测治理专项资金投入

无论是地质灾害监测、预防、治理, 还是救灾以及灾后重建, 均需要专项资金作为强有力的支持。从大量研究表明, 灾后治理费用往往是前期防治投资费用的几倍甚至几十倍。因此, 在地质灾害监测防治工作中, 要重视地质灾害的监测预防工作, 增加区域地质灾害监测治理专项资金投入, 努力做好地质灾害前期防范工作, 降低地质灾害的发生频率。

3.3 崩塌、滑坡、泥石流地质灾害灾后治理措施

在发生滑坡、崩塌等地质灾害地段, 应及时彻底清除堆积物, 并将清理出的碎屑物统一堆放在固定场所, 避免松散堆积物在外界力作用下再次滑坡或促使泥石流的形成。崩塌、滑坡等地质灾害形成的危崖、陡壁等地段, 应该采取挡、减、固、排等加固修复综合治理措施, 尽量避免或减少灾害区发生二次地质灾害。根据泥石流灾害形成的沟道特性和规模, 应因地制宜采取多种工程措施进行灾害治理。对于西北黄土高原常见的泥石流灾害, 可以通过以下多种工程措施进行灾害治理。 (1) 拦沙工程, 如修建谷坊、拦渣坝、拦渣堰、格栅拦沙坝等, 通过拦截蓄积泥沙, 从而减少泥沙下泄量, 降低泥石流的破坏程度; (2) 修建淤地坝, 可以用来拦泥淤地, 从而达到泥石流灾害的防治效果。自然淤积平整形成的坝地又可以作为土壤肥沃的高产农田。 (3) 疏导分洪工程, 通过修建排洪沟, 导流堤等工程, 将泥石流进行人工分流, 疏导到荒山沟等区域, 从而达到减小泥石流规模, 降低灾害破坏程度, 达到对泥石流综合治理的目的。

3.4 加强地质灾害预防监测、技术措施、以及综合整治制度体系的研究

地质灾害多发区的环境破坏和地质灾害综合治理工作, 是一个亟待进一步加深研究的内容, 要从区域生态环境破坏、新增水土流失量、人为地质灾害发生机理与规律等方面, 加深对崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害发生机理、规律、程度、频率等方面的研究。同时, 还要加强地质灾害实时监测、预警评估和预报工作, 为区域地质灾害综合治理提供重要科学参考依据。

4 结语

为防止崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害的发生, 调查、监测预防、预警评估、以及综合治理工作必不可少。只有在地质灾害监测治理实践工作中, 重视区域地质环境保护和地质灾害综合防治工作, 才能促进当地社会经济的全面可持续稳定发展。

摘要：在对崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害监测治理必要性进行简单分析后, 对崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害遥感监测技术进行简单归纳总结。最后, 结合自我实际工作经验, 对崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害综合防治对策进行了详细分析研究。

关键词：地质灾害,监测治理,遥感技术

参考文献

[1]潘懋, 李铁峰.灾害地质学[M].北京:北京大学出版社, 2002.

公路滑坡防治技术分析 篇6

1 影响公路滑坡的主控因素分析

1.1 地质因素

地质构造是滑坡活动的重要影响因素，容易形成滑坡的地方是断裂构造发育的陡峭断层面，受构造影响，岩石垂直节理裂隙发育，岩体破碎，陡崖上的破碎岩体风化剥落后，在外应力的作用下搬运堆积于坡脚，为滑坡形成提供了物质来源。另外，容易发生滑坡现象的地段地层构成往往由亚粘土、含碎石亚填土、凝灰岩、凝灰质砂岩、砂岩、页岩、泥岩等构成。由于该类地层中易溶于水的填土矿物存在较多，亲水性较强，当内部遇到一定程度的水分容易崩溃泥化，形成滑动面或滑动带，滑动面或滑动带受到外力侵扰之后最终导致滑坡的形成。

1.2 地表水和地下水的影响

地表水的下渗，导致边坡上体饱和甚至在边坡下部的隔水层上积水，从而增加了滑体的重量，降低了边坡岩土体的抗剪强度，最终导致滑坡。地下水的存在使边坡土体抗剪强度显著减小，同时地下水还能溶解土石中的易溶物质，使土石成分发生变化，并使岩石和岩体结构受到破坏，发生崩解和泥化现象，从而使(岩)土体的抗剪强度降低，导致是瞬时雨量大，导致地表汇水量突然增大，再加上部分地区地表几乎无植被，地表水的快速渗入使土体迅速增重，诱发滑坡的产生。

1.3 地震对滑坡的影响

地震对滑坡的影响极大，究其原因，首先是地震的强烈作用使边坡土体的内部结构发生破坏和变化，原有的结构面张裂、松弛，降低了坡体的抗滑能力。另外，一次强烈地震的发生，往往伴随着许多余震，在地震力的反复振动冲击下，斜坡主体就更容易发生变形，最后就会发展成滑坡。2008年四川汶川发生强烈地震，对公路两侧的地层、岩体产生了巨大影响，是形成公路滑坡的主要因素。

1.4 不合理开挖对滑坡的影响

土方开挖会使坡体改变原有平衡状态形成临空面，临空面的形成为滑坡提供了滑动空间，而对临空面的治理往往不能及时跟上，导致坡体内的裂隙在卸荷后松弛、张开、从而使地表水在该地段容易下渗，最终改变原有地下水的通道及流速、流向，当地下水渗至坡体内软化滑带，降低了其抗剪强度，同时由于公路开挖，使坡体解除了支撑，暴露了滑动面，滑体中的软弱夹层在上覆岩体的重力作用下失稳，最终导致松散层与基岩的接触面完全临空，失去支撑，导致公路滑坡的形成。

2 滑坡防治技术分析

防治滑坡应当贯彻早期发现，预防为主：查明情况，对症下药;综合整治，有主有从;治早治小，贵在及时;力求根治，以防后患;因地制宜，就地取材;安全经济，正确施工的原则，才能达到事半功倍的效果。具体防治技术方案如下。

2.1 加强边坡表面裂缝变形监测

由于滑坡发生前一半都具有明显的预兆现象，而边坡表面裂缝的变形是施工方面最直接的、最易捕捉到的信息。因此，在工程实际中应根据边坡裂缝的变形资料进行风险决策，以预测滑坡发生的时间。观测方法一般是在边坡体关键裂缝处埋设骑缝式简易观测柱;在构筑物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画线作观测标记等，在固定好观测仪器之后定期用长度量具测量裂缝长度、宽度、深度变化及裂缝形态、开裂延伸方向等状况。边坡表面裂缝的拉开和扩展速度情况如果突然增大或外侧岩土体出现显著的垂直下降或发生转动，则预示着边坡即将失稳破坏发生滑坡。边坡表面裂缝监测就是有针对性的监测裂缝的拉开速度和两端扩展情况。常用的地表裂缝检测仪一般有伸缩仪、位错仪或千分卡尺等。

2.2 地表水和地下水的治理

首先施工时间应尽量选择在旱季，避免雨季。治理地表水主要是在滑坡体周围做截水沟，使地表水不能进入滑坡体范围内;在滑坡范围内修筑各种排水沟，使地表水排出滑坡体范围以外，同时应做好沟渠的防渗措施。治理滑坡体中的地下水，针对出露的泉水和湿地等，做排水沟或渗沟，将水引出滑坡体外;若滑动带上的泉水和湿地等，做排水沟或渗沟，将水引出滑坡体外;若滑动带上的水是由下向上承压补给时，多采用盲沟或平孔将地下水排走或者降低地下水位到滑动画以下。为了排除深层地下水，土层和岩层工况下均可采用长水平钻孔。在滑坡区域内外，地下水最集中的地段附近，可设置集水井，用于集中汇集基岩面上及其附近的地下水。

2.3 减重和反压技术

减重边坡是边坡外治的常用措施之一，边坡失稳破坏通常是由于边坡过高，坡度太陡所致。通过削坡，削掉一部分边坡不稳定岩土体的重量，使边坡坡度放缓，稳定性提高。它的优点是施工简便、经济、安全、可靠。减重往往对于滑坡床上陡下缓、滑坡壁及两侧有稳定的岩土体的推动式滑坡来说能起到根治滑坡的效果，对其他性质的滑坡能起减小下滑力的作用。下部反压是人工在滑坡的抗滑段和滑坡体外边缘堆填土石形成人工堤坝等使其自身重量加重，这样能增大抗滑力而稳定滑坡，但该种方法只能在抗滑段的使用，并且在填方时必须做好地下排水设施，不能因填土将原来的地下出水口堵塞，以致成患。

2.4 支挡工程和加固工程技术

通常有重力式抗滑挡土墙、抗滑桩等支挡结构形式，应根据滑坡的地址条件及特点选择不同的施工方法。抗滑挡土墙是处治滑坡常采用的最有效措施之一，对山体破坏少，稳定滑坡收效快，适用于开挖山坡使坡脚失去支撑而引起滑动为主要原因的牵引式滑坡，特别是当滑动面较陡，含水量较小、整体性较强、滑动较急剧的滑坡，修建抗滑挡土墙后既能起到抑制滑动的作用。抗滑桩式将桩体插入滑动面以下的稳定地层中，利用地层岩石的锚固作用以平衡滑坡推力、稳定滑坡的一种结构物。抗滑桩一般应设置在滑坡前缘抗滑坡推力、稳定滑坡的一种结构物。抗滑桩一般应设置在滑坡前缘抗滑段滑体较薄处，减小作用在桩上的滑坡推力，减小桩的截面和埋深，降低工程造价，并应在垂直滑坡的主坡方向成排布设。

注浆加固是较为常见的加固方法，当边坡坡体较破碎、节理裂隙较发育时，可采用压力注浆这一手段，对边坡坡体进行加固。灌浆液在压力的作用下，通过钻孔壁周围切割的节理裂隙向四周渗透，对破碎边坡岩土体起到胶结的作用，形成整体，达到提高坡体整体性及稳定性的目的。

2.5 保护植被

坡体上的自然植被对于可能滑动的土坡和易于风化的岩坡起到了一定的罩护作用。所以在施工过程中应尽量保证自然植被不被破坏，一旦原来植被被破坏则应采取补救措施，如种树、植草，尽可能恢复天然植被来稳定岩土边坡。

3 结语

公路滑坡成因复杂，影响滑坡的因素众多，因此在选择滑坡治理措施之前，必须对滑坡进行实地考察，具体分析，找出主要矛盾和问题的主要方面，制定有针对性的预防措施，真正做到技术上可行，经济上合理。

参考文献

[1]刘胜群,陈春雷,海均、桂柳高速公路滑坡治理与监测【J】铁道建筑,2009(8):93-94

[2]褚伟、河南省公路滑坡整治中水的作用及防治对策【J】、山西建筑,2009,35(12):257-258

[3]庄宇、某高速公路滑坡,稳定性分析与治理设计【J】、山西建筑,2008,34(19):281-282

山区农村公路滑坡的治理 篇7

该场地原为自然山坡, 地形较陡, 坡度约35°, 地表植被不发育, 后经人工整平作为移民安置点。安置点依山就势修建, 其下的边坡高度约为15米, 边坡开挖后未经任何防护。经过几年的雨水冲刷, 坡体逐渐崩塌、变陡, 对坡顶民房造成威胁, 因此, 需要进行加固处理。

场地岩土层自上而下依次为:①残积砂质粘性土, 饱和, 可塑-硬塑, 以粉质粘土为主 (层厚1.9-4.0m) 、②强风化花岗岩, 饱和, 散体状, 底部多呈碎块状, (层厚2.0-5.2m) 、③中风化花岗岩, 块状构造, 花岗结构, ∠30°-40°顺坡向节理较发育。

场地地下水主要为赋存于残积土中的孔隙水及赋存于节理裂隙和风化裂隙中的基岩裂隙水。主要接受大气降水的补给。场地土层主要物理力学性指标见表1。

根据计算, 边坡在天然状态下是稳定的, 安全系数为1.20, 但在饱和状态下, 边坡的安全系数在1.0左右, 说明在持续降雨的过程中可能会发生滑坡。

2 边坡加固设计方案

该边坡天然状态下是处于稳定状态的, 且根据分析, 滑裂面较浅, 饱和状态下, 安全系数也在1.0左右。按常规的加固方式考虑, 可以采用锚索+混凝土框架梁、锚索+抗滑桩等加固形式。经计算, 锚杆 (索) 抗拔力每延米约500kN的力, 安全系数即能达到1.35 (天然状态) 、1.15 (饱和状态) , 采用锚索+抗滑桩支护显得不经济。另外, 对于抗滑桩, 现场不具备抗滑桩施工的条件, 施工难度较大, 且造价较高, 施工周期较长。

根据边坡的工程地质条件及稳定性分析结果, 决定对边坡上部采用锚杆挡墙加固;中间设3米宽的平台, 开挖至强风化岩面, 采用注浆钢管形成“抗滑桩”进行加固;下部边坡采用客土喷播植草防护, 加固剖面如图1。

桩身内力根据滑面处的弯矩和剪力按地基弹性的抗力地基系数 (K) 概念计算。抗滑桩结构设计按极限应力状态法, 截面强度根据《混凝土结构设计规范》GB 50010-2002进行计算。

施工安排为:边坡按逆作法施工, 逐级修坡, 逐排施工锚杆→ (锚杆施工完成且肋柱混凝土强度达到设计要求后) 施工竖向注浆钢管→施工锁口梁, 形成“抗滑桩”→下部边坡采用客土喷播植草防护。

3 注浆钢管施工

3. 1 钢管加工

①注浆钢管采用Φ89 mm ×5 mm 的无缝钢管, 钢管顶部2米下设置注浆花眼, 花眼为Φ5 mm, 梅花形布置, 间距200。

②钢管连接:钢管连接采用焊接, 接头采用Φ102 mm ×5 mm 的无缝钢管套接, 接头钢管长度不少于100 mm。

③密封:钢管顶部对称焊接1个Φ15 mm 的螺母, 作二次注浆固定枪头用, 底部用厚度5 mm 的钢板焊接密封。孔口1.0米深度范围采用细石混凝土封孔。

④注浆孔外侧用专用胶带缠绕密封, 缠绕2层。

⑤对中架:为了保证钢管在孔中居中, 同时保护密封胶带在钢管入孔时不被损坏, 沿钢管轴线间隔2m安装一个对中架, 对中支架采用Φ8 mm钢筋焊制成船形托架, 焊接长10cm , 高度2cm, 以保证钢管在孔中居中。

3.2 钻孔与清孔:

钻孔采用干法成孔, 因桩孔位置较近, 在施工中分成两排, 跳孔施工, 先钻进第一排钢管桩, 再进行第二排钢管桩施工, 从而避免相邻孔位互相影响。为保证钻孔施工的精度, 钻机在定位定向后及时固定, 然后开孔, 钻进成孔后立即清孔, 保证孔壁清洁。成孔后放入注浆钢管。

3.3 注浆工艺

① 一次常压注浆:

注浆水泥采用42.5# 普通硅酸盐水泥, 水灰比为0.5:1.0, 一次注浆管 (Φ22mmPVC 管) 绑在钢花管外, 与钢管一同入孔, 一次注浆采用常压注浆, 当孔口返出正常浆液时即停止注浆, 浆液凝固收缩回落到孔口以下1.0米时, 及时补浆, 直到浆面稳定。一次注浆后48小时候, 采用细石混凝土封孔。

② 二次注浆:

二次注浆在一次注浆完成后24小时进行, 二次注浆水灰比为0.6:1.0, 注浆按注浆压力1.0 MPa 控制。注浆过程中, 局部出现地表冒浆或裂缝增大等异常情况, 及时停止注浆, 并采取间歇式注浆的办法处理。

3. 4 钢筋混凝土锁口梁

注浆钢管桩锚入锁口梁内300mm, 钢管桩施工完成后, 施工钢筋混凝土锁口梁, 锁口梁主筋与钢管焊接连接。锁口梁混凝土强度为C30, 锁口梁按照设计要求每隔12 m设一道伸缩缝, 缝宽2 cm , 缝内用沥青木板填塞。

4 边坡施工及使用过程监测

在随后的边坡加固施工过程中, 施工较为顺利。在边坡施工及使用过程中, 对边坡进行了坡顶沉降、坡体深部水平位移、坡顶裂缝等项目监测。监测频率为:施工期间每10 天监测一次;在竣工后3 个月每月2 次;3 个月后每月1 次。监测至边坡竣工后约2年。边坡竣工后经历了几次大的暴雨及台风天气, 边坡的变形情况都在设计允许范围内 (坡体深部水平位移允许值为边坡高度的1/500, 该监测点处边坡高度约为15m) 。边坡深部水平位移最大约为6mm, 坡顶最大沉降量为12mm。典型的坡体深部水平位移曲线见图2, 坡顶沉降曲线见图3。

5 结论

钢管压力灌浆在岩石边坡中应用较多, 但多局限于抢险或作为安全储备措施。作为“抗滑桩”的形式进行加固工程还很少。且计算理论还不成熟, 该滑坡通过注浆钢管加固, 取得了良好的效果。

(1) 通过注浆, 水泥浆液在坡体中的节理裂隙中有效地扩散, 通过与原充填物相互作用从而将坡体土体改善, 并将破碎的岩体连结成整块, 提高了边坡的整体稳定性。

(2) 两次次注浆兼具渗透、充填、挤密等多种复合作用, 可有效降低结构面的含水量, 改善充填物的c、φ值, 提高岩土体的物理力学性能, 全面有效地提高抗滑能力, 对控制边坡变形是行之有效的。

(3) 实施注浆后能够有效地封堵原有的导水通道, 根除因水的渗入而造成的工程隐患。

(4) 注浆后的注浆钢管继续留在注浆孔内, 2排注浆钢管通过锁口梁连接, 并与岩体形成“抗滑桩”, 以进一步提高结构面的抗剪能力。

(5) 对于遇地下水易软化崩解、节理裂隙发育的地层, 采用注浆钢管加固边坡也是有效的。

(6) 与抗滑桩、锚索框架等加固方案相比, 该施工工艺无论是工程量、施工难度、工程造价都大大降低, 施工进度则大大提高, 充分的保证了边坡的安全性、稳定性以及坡下公路的安全使用。根据估算, 该加固措施缩短工期约1个月, 减少工程造价约80万, 从总体上说, 该加固措施值得推广应用。

摘要：通过注浆钢管在滑坡治理工程中的实际应用, 介绍了其施工工艺及有关要点, 为该加固方法积累了工程经验, 为处理类似的地质灾害提供了参考。

关键词：注浆钢管,边坡加固,边坡监测

参考文献

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[2]孙钧.国际岩土锚固与灌浆新进展[M].北京:中国建筑工业出版社, 1996.

[3]建筑边坡工程技术规范 (GB50330-2002) .

山区公路滑坡成因机理分析 篇8

1场区环及工程地质条件

1.1地形地貌

场区位于一山坡坡麓上, 属剥蚀低山丘陵地貌区, 天然坡度约15°-25°, 上陡下缓, 山坡上植被较发育, 坡体上多为人工种植果树、茶树, 坡脚处为某高速路隧道进口, 本次勘察钻孔孔口高程177.74~217.91m, 高差40.17m, 。由于人工开挖, 隧道进口边坡和仰坡坡面呈台阶状, 滑坡主滑方向与岩层倾向顺向。

1.2地质构造

场区区域上位于闽东火山断拗带, 政和—大浦断裂带以西, 地壳整体相对稳定, 区内无大的断裂和构造经过, 地质构造条件发育一般。地层为震旦系龙北溪组 (Z1L) 云母石英片岩, 岩体节理裂隙发育, 裂隙面被铁锰质氧化物充填, 裂隙将岩体切割成碎块状、块状, 使岩体强度大大降低, 且裂隙面于岩层面构成水解粘土化作用中水介质运移通道。

1.3地层岩性

场区覆盖层普遍为滑坡堆积土层, 基岩露头较少;下部基岩为震旦系龙北溪组 (Z1L) 云母石英片岩其风化层。地层主要产状为105-75°∠35-55°主要地层特征如下: (1) 覆盖层。该层由残坡积层和少量孤石组成, 现分述如下:残坡积粘土层 (Qel-dl) :为灰黄, 砖红色, 湿, 可-硬塑, 以粘性土为主, 含少量碎石, 土质不均匀, 构成滑体最主要物质成份, 该层强度低、含水量大、压缩性高, 稳定性差。 (2) 震旦系龙北溪组。根据滑坡区基岩露头结合钻探揭露, 下伏岩体为震旦系龙北溪组 (Z1L) 云母石英片岩及其风化层。现分述如下:强风化岩层 (Z1l) :灰黄色、灰褐色云母片岩, 原岩结构大部分破坏, 风化强烈, 局部见残存层理结构, 水解风化作用强烈, 结构密实, 岩芯呈土状、块状;中风化岩层 (Z1l) :青灰、灰褐色, 变晶结构, 块状构造, 片理发育, 产状55-105°∠35-55°, 与边坡顺倾, 裂隙发育, 裂隙面见铁锰质渲染, 倾角约20°、30°、45°度, 岩体较破碎, 岩芯主要呈碎块~短柱状, 节长3~15cm, TCR=76-85%, RQD=42-76%, 属较硬岩。

1.4水文地质条件

(1) 地下水。勘察期间场区见稳定地下水位, 水位高程171.92~201.60m, 距地表4.20~12.30m, 分布于沿线坡地, 水位埋藏较深, 但地下水水位受雨季影响大。接受大气降水及地下水侧向补给;据现有隧道拱顶排水沟附近泉眼观测, 勘察期间现场未见明显的地下水渗出, 雨季地下水水位受地形影响, 可能急速抬高, 埋深可能在2.0m左右。坡体上崩落的土体较潮湿, 雨季时, 坡底处见地下水溢出。地下水主要沿坡面地形自然排泄, 雨季水量较丰富, 在土石界面等排水隔水层面及连通裂隙面等处可能形成集中排泄通道。地下水以上层滞水存在, 其中粘土以吸着水和毛细水为主, 岩层及风化层以孔隙水、裂隙水为主, 水的补给主要以大气降水为主。地表水的下渗、地下水的软化、托浮和润滑作用, 是坡体失稳下滑的重要原因。 (2) 地表水。场区内未见地表水径流, 基本由大气降水补给。

2滑坡稳定性分析

滑坡特征有以下几点:

(1) 滑坡形态。该开挖斜坡整体形态呈“簸箕”形, 边坡后缘高程为195-210m, 前缘高程约为178m, 高差30m左右, 天然坡度约15-25°。线位位于坡体中部, 路线及隧道洞口仰坡开挖后形成人工边坡陡坎, 开挖后边坡坡度约为55-60°, 高度约15m。

(2) 岩土特征。该滑坡滑体物质由坡积粉质粘土, 呈褐红色, 可塑-硬塑状, 含碎石;残积砂质粘性土, 灰黄色, 可塑-硬塑状, 局部含少量角砾;底部为云母石英片岩及其风化层, 岩层产状与坡向顺倾, 不利于边坡稳定;本段坡积土中常含碎砾石, 残积层中含少量不均匀风化岩核, 总厚度约1.0-22.5米不等, 为云母石英片岩风化产物, 土质不均匀。

(3) 不稳定滑坡体的变形特征与成因分析。根据野外调查和勘探, 该不稳定斜坡是新近形成的, 据访问该边坡于本工程开挖之前未有变形滑动迹象, 目前因高速路修建, 开挖路基及边坡, 高度约15m, 由于降雨, 坡底渗水, 坡顶开始开裂, 随着雨季, 坡底水量增大, 坡顶裂缝增大甚至滑塌。现状下可观测到的坡体变形特征: (1) 后缘:普遍裂缝宽约为3-5cm不等, 裂缝延伸范围一般大于40米, 其中坡顶民房墙体裂面清晰, 未见明显落距, 现场见到错断面; (2) 坡体:由于坡体土体的饱水作用后, 自重增加, 同时由于高速公路开挖形成临空面, 坡体应力状态改变, 产生不稳定的变形, 坡面产生滑塌; (3) 坡体的施工:坡体中的施工后坡面可见较多的隆起裂缝, 也给土体提供了临空面及渗水途径; (4) 坡脚前缘:坡体前缘局部段见错断, 但经锚杆等加固措施处理后, 目前坡体暂时稳定, 但未加固段局部仍存在崩塌。

从总体上来看, 该不稳定的斜坡体形态明显, 特征清晰。分析成因主要有以下几点: (1) 内因:场区上覆厚层的坡积粉质粘土、残积砂质粘性土, 下伏强风化云母石英片岩, 且发育顺坡面层理, 层理面饱水后抗剪强度低, 坡体以松散土层及强风化岩为主, 渗透系数相对较大, 下伏弱风化岩为相对隔水, 在雨季时雨水下渗后, 地下水位在此处抬高, 促使上部土层相对饱和软化, 抗剪强度降低。 (2) 外因:高速路修建, 隧道及路面开挖深度约10.0m, 且未及时支护, 使坡体中部的厚度达10.0多米的上覆土层形成临空面, 改变了原有山体的应力平衡, 大面积山体裸露, 促使坡体产生变形。 (3) 诱因:连续暴雨使土体饱水, 导致土体自重增加, 抗剪强度降低, 诱发土体变形滑动。

3坡体稳定性评价

3.1定性评价

据现场调查和测绘表明, 滑坡体所反应的宏观变形迹象已明显, 坡体后缘拉张裂缝及前缘裂缝明显, 目前局部坡面已加固, 但锚固深度未穿透滑移面进入稳定层, 坡顶的裂缝未封闭及坡面的排水系统未完善, 为地下水的入渗提供通道, 可能会导致该坡体进一步下滑, 并牵引后方发生更大规模滑塌, 对高速公路建设会造成直接威胁。

3.2滑坡稳定性计算

考虑当前坡体处于不稳定状态, 安全系数略小于1, 据此对现有滑动面进行模拟分析 (见下图) , 得滑动面综合抗剪强度参数c=15k Pa, φ=13°。

而推测滑动面附近地层土样的室内重复剪试验成果, 其标准值c=12.9k Pa, φ=10.8°, 较反算结果稍低。综合分析, 重合剪试验所取样品系整个推测可能滑动面范围内的最软弱岩芯, 因此试验结果能代表了最软弱夹层的抗剪强度, 但是这些最软弱层并未能全部贯通。综合滑体出口、坡顶裂缝 (错台) 及钻孔揭示岩层情况推测的最危险滑动面甚至局部通过砂土状强风化云母石英片岩, 因此最危险滑动面的综合抗剪强度参数为应比试验结果高。根据滑体破坏速率, 原坡体稳定系数小于1但是不应小很多, 取FS=0.97应是适宜的, 据此反算的综合抗剪强度参数也应当是合理的。综合试验成果, 推荐本工程最危险滑动面综合抗剪强度参数:c=15k Pa, φ=13°。根据该参数, 对各断面中推测滑动面进行稳定验算, 其稳定系数FS=1.15~1.18, 属稳定滑坡, 但考虑到已变形滑动部分如进一步发展, 可能引起更大范围变形, 应尽快加固处理。

4工程地质评价及处理建议

该路段为剥蚀丘陵地貌, 天然坡度15-25°, 坡体地层主要为:表层为残坡积土层, 其下为震旦系龙北溪组云母石英片岩岩及其风化层。不稳定坡体路段位于高速路中右侧区域, 根据坡体变形的原因, 建议采取调治地表水与地下水、结合适当支挡防护 (锚索框架式抗滑桩等) 措施进行综合治理, 并加强变形监测, 防止其进一步发展。建议根据具体不稳定体的分布, 根据计算采用相应的加固治理措施。

5结束语

该坡体目前暂时稳定, 但在公路开挖和浸水情况下可能会重新变形, 因此根据坡体各部分的稳定性、推力大小等特点, 可分段采取不同的整治措施。具体措施如下: (1) 工程措施。由于该坡体以粘性土质为主, 对现有的崩塌坡体进行清理, 但清理时会降低坡体后部和两侧山体的稳定性, 因此在清理过程中应加强对后缘坡体变形的观测, 防止后缘产生新的变形, 并根据开挖的坡面情况适时加固后缘坡体。对已产生变形的坡体, 根据数模计算采用相应的加固措施, 防止变形继续发展。降雨入渗是加剧变形活动的触发因素。因此, 要尽快完善坡面上及坡顶的排水, 具体可根据地形和已有自然冲沟设置截排水系统。由于坡顶存在较多的小裂缝, 应及时封闭, 避免雨水渗入。

(2) 建议。 (1) 该不稳定斜坡以残坡积粘性土和砂土状强风化层为主, 根据坡体变形的原因, 采取调治地表水与地下水、堆载反压结合必要的支挡措施进行综合治理等工程措施进行处理, 并注意防止其进一步发展。当采用锚固时, 锚索宜根据剖面图进入碎块状强风化岩体中。同时应对整个坡体进行长期人工观测。建议根据具体不稳定体的分布, 依计算采用相应的加固治理措施。 (2) 应不定时地清除截排水沟中的土, 以免截排水设施堵塞起不到应有的作用。 (3) 建议在施工期间对坡体进行人工观测, 对已加固段也应加强应进行锚索的应力测试, 及时了解施工及雨水对坡体的影响和变形的发展趋势, 保证施工安全。

参考文献

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[6]常士骠.工程地质手册[M].北京:中国建筑工业出版社, 1993.

公路滑坡监测 篇9

滑坡灾害轻则造成大量经济损失,重则造成人民生命受到严重威胁,因此地质滑坡监测预警、滑坡防治工作已势在必行。据国土资源部通报,每年全国发生的地质灾害中,滑坡地质灾害占60%~70%的比重,可见,滑坡是最主要的地质灾害类型,在地质灾害防治方面至关重要。

基于全球导航卫星系统(GNSS)技术的滑坡监测理论与方法,是当前广泛采用的滑坡监测新方法、新技术之一。GNSS定位技术相比于传统的测绘作业方法与模式有着显著的特点和优越性,其优越的性能及广泛的适用性,是常规测量作业难以比拟的。GNSS以其全天候、高精度、高效率和实时动态等优点,成为当今极为重要的监测手段之一。

如今,自主研制的北斗卫星导航系统已经正式运行并提供服务,北斗高精度接收机研制技术也取得很大发展。在这种背景下,北斗高精度定位技术在各个行业和领域的应用也得到了大大的扩展。在滑坡监测方面,北斗高精度监测也得到了一定的应用。

本文将根据滑坡监测的实际应用需求、监测模式以及精度要求,对高精度监测理论算法进行深入研究,研制实现实时和事后处理2种监测处理模式,并通过测试实验对不同模式的算法进行验证。

1 系统组成与工作原理

1.1 系统组成

基于北斗的高精度滑坡监测系统由数据采集子系统、数据通信子系统、数据处理子系统及辅助支持子系统组成。系统体系架构如图1所示。

数据采集子系统主要实现北斗导航信号接收与观测数据采集功能,包括GNSS天线、北斗接收机和观测墩等设备。

数据通信子系统将采集的北斗观测数据上报给数据处理子系统,同时将数据处理子系统的监控指令发送给北斗接收机。

数据处理子系统主要完成数据处理与系统监控功能。数据处理包括实时处理和事后处理2种方式:通过实时数据处理,得到cm级的滑坡监测结果,并自动进行系统监控;事后处理能够得到mm级的滑坡监测结果。

辅助支持子系统主要包括供电、避雷等设备,满足在野外恶劣条件下系统建设。

基于北斗的高精度滑坡监测系统的典型建设与实施如图2所示。数据采集终端采用太阳能供电,并采取保护措施,建设在简易观测墩上;通信链路采用无线方式(3G或网桥等)实现数据通信[1];数据处理与监控系统安装在室内,对数据进行处理分析与监控。

1.2 工作原理

基于北斗的高精度滑坡监测系统的工作原理为:2台高精度北斗接收机进行连续观测采集北斗观测数据,通过通信链路将观测数据发送给数据处理子系统;数据处理子系统的数据处理软件实时接收各个接收机采集上报的北斗高精度观测数据,并根据配置好的处理模式和参数进行实时处理,生成实时监测结果,并发送给系统监控计算机;系统监控计算机实时显示监测结果和系统运行状态,将收到的监测处理结果进行判断,如果结果异常则进行告警。

事后处理模式与实时处理模式类似,区别在于实时模式处理的是实时上报的观测数据,而事后模式处理的是按照固定格式存储的观测数据文件。

2 数据处理算法

设有2台接收机Ti(i=1,2)分别安置在基线的两端,在历元时刻t对卫星j和k进行同步观测,得到4个独立的载波相位观测量:。分别得到对应的站间单差、星间单差为[2]:

在站间单差的基础上再求星间单差,便得到双差观测值为[3]:

考虑电离层延迟Iij(t)、对流层延迟Tij(t)、卫星钟差δtj(t)和接收机钟差δti(t)时,测站i观测卫星j的原始载波相位观测值为:

式中,ρij(t)为几何距离;Nij(t0)为整周模糊度;f为频率;c为光速。

将式(3)代入双差组合方程式(2)中,并顾及T1和T2两测站同步观测j和k两颗卫星,在忽略大气折射残差影响的情况下,双差观测方程为[4]:

可以看出卫星钟差和接收机钟差也已经被消除,这是双差模型的重要优点。

若取测站T1为已知参考点,则在双差观测方程中,除了测站T2的位置为待定参数之外,还包含有整周模糊度参数项。通常在构成双差观测时,除了取一个测站为参考点外,同时也要取一颗观测卫星为参考星[5]。

如果要实现单历元解算(或进行实时动态定位),则必须先解算出整周模糊度,这个过程就是RTK初始化过程。

2.1 RTK解算

载波相位动态相对定位(RTK)的数学模型(双差观测方程)为[6]:

式中,

由于流动站的位置是不断变化的,所以RTK一般采用一个历元的观测值。若以Nr和Ns表示包括参考站在内的测站总数和同步观测的卫星数,则一个历元的双差观测方程的未知数个数和观测方程个数分别为[2]:

未知数个数=3(Nr-1)+(Ns-1)(Nr-1),

单历元双差观测值数=(Ns-1)(Nr-1)。

可见,单历元解算的条件无法满足,由于整周模糊度在信号锁定的情况下是保持不变的,一旦初始化完成,则在每个历元就只有3(Nr-1)个未知数,则可解的条件变为:

或

只要同步观测的卫星数大于4颗,就可以进行RTK定位解算。定位过程中一旦发生失锁,则要重新进行初始化。

2.2 静态基线解算

若两测站同步观测卫星为Sj和Sk,设Sj为参考卫星,则可得双差观测方程的线性化形式[7],即:

式中,

令

则可改写为如下误差方程式的形式[8],即:

当两测站同步观测的卫星数为ns时,可得误差方程组如下[9],即:

式中,

如果在基线的两端,对同一组卫星观测的历元数为nt,那么相应的误差方程组由上式可得[10]:

式中,

相应的法方程及其解,可表示为[11]:

式中,

3 测试结果分析

为了测试滑坡监测系统的功能与性能,使用北斗高精度接收机进行了大量的试验,包括RTK实时动态测试与静态基线测试,2组试验均在事先高精度标定的基线场内进行。2台北斗接收机分别架设在基准点观测墩上,数据采样率为1 s,基线长度为5.760 m,试验持续时间为2 h。

3.1 实时动态监测

将2台北斗接收机采集的观测数据导出,用高精度数据处理软件进行RTK单历元解算,解算结果如图3和表1所示。

由图3可知,用北斗滑坡监测系统进行实时处理监测,当基线为6 m左右时,其X、Y和Z三个方向的精度都达到mm级,基线长度监测精度也达到mm级。随着基线长度的增加,当基线长度为2 km以上时,精度会有所下降,可能会达到cm级。

3.2 事后处理监测

将2台北斗接收机采集的观测数据导出,用自研的高精度数据处理软件进行静态基线解算,解算结果如图4所示。

由图4可见,静态基线后处理解算结果(5.760 9 m)与真值(5.760 m)相差0.000 9 m,绝对精度优于1 mm,其统计精度为0.000 170 9,达到亚毫米级。静态基线后处理精度比实时RTK处理精度高,当基线长度较长时,可以采用实时监测处理和事后基线处理2种方式,以提高系统的可靠性和准确度。

3.3 结论

通过系统原型搭建与试验数据分析,可以得到以下结论:

(1)用滑坡监测系统进行实时监测处理时,处理精度可以达到cm级(短基线)甚至mm级(超短基线);

(2)利用事后静态基线进行数据处理的方式,处理精度可以达到mm级甚至亚毫米级;

(3)实时处理模式精度比事后处理模式低一个量级,但是具有实时性好、监测内容直观的优点;

(4)根据不同的监测环境可以选择不同的处理模式(实时处理模式或事后处理模式),但采用2种模式相结合的模式能够提高系统的可靠性和准确度。

4 结束语

本文对基于北斗的高精度滑坡监测系统进行了设计,并结合工程实际给出了系统的建设实施方案。在对高精度数据处理算法进行理论阐述的基础上研发出实时和事后高精度数据处理软件,并分别进行不同的测试试验对系统性能进行测试。由试验数据及处理结果证明,本文提出的滑坡监测系统及其数据处理方法能够有效对滑坡进行监测评估,并且可以根据实际情况选择不同的处理模式,具有高精度、灵活性等特点。

参考文献

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