深部位移监测技术在滑坡治理中的应用

摘要：本文系统介绍深孔监测技术的常用仪器、方法与数据处理原理，列举深部位移监测的多组工程应用情况。提出根据滑坡的不同变形阶段，选择深部位移监测时机。

关键词：深孔监测 滑坡 监测阶段分类 时机选择

滑坡是斜坡上岩土体在重力作用为主下，由于种种原因改变坡体内一定部位的软弱带（面）中的应力状态，或因其他物理、化学作用降低其强度，以及因地震或其他作用破坏其结构，该带在应力大于强度下产生剪切破坏，带以上岩土体失稳而作整体或几大块沿之向下和向前滑动的现象。滑坡发生的突变力学过程，其实质是滑带塑性区的发育和发展的过程，不论受何种地形、坡体结构的影响，滑坡从孕育到发生是有阶段性的，各个阶段变形特征存在较大差异[1]。因此建立合理的滑坡监测体系，对了解滑坡不同发展阶段的变形特征及受控因素具有非常重要的意义。

对于大规模滑坡病害往往一次难以根治，需分期、分阶段逐步实施，监测工作意义更加重大。深部位移监测是滑坡监测体系中重要的一环，主要监测内容为沿着竖直钻孔进行位移矢量剖面的量测，可以分析轴向应变分布中的突出峰值和差动的侧向位移，查明位移场中不连续点的位置，从而对滑坡进行准确的分级、分块、分层，在验证勘察成果指导防治工程的实施和效果检验方面极为有效，且与地表监测、结构物应力监测等项目共同构成了施工安全保证体系。

1 深部位移测量方法及常用仪器

滑坡稳定性监测最重要的两个参数是地下水位和移动特征，滑坡的移动特征由滑动面的深度、方向、移动量和移动速度来表征。手动探头式倾斜仪是最常用的滑坡长期监测仪器[2]。

此类测斜仪主要由五部分组成：滑动式探头（探测器）、便携式数据采集仪、数据传输电缆、内置导向槽测斜管、旋转式探测仪。其中测头的精度、数据采集仪的转换精度、数据处理的正确性、测斜管的质量以及使用中的问题往往会决定测斜仪精度的主要因素。

岩土体内部位移的测量、计算方法分为正序和倒序，即从地面向深处计算或者从深处向地面计算。一般情况下，倒序计算时需将测管深入至不变的基础处，如基岩；正序时，测协管管口处的方位，需要使用经纬仪等仪器对不同时间的确切位置进行确定，以便对测试结果进行修正。

2 数据处理方法

本文只介绍常用的倒序计算方法。探头沿测斜管导槽底自下而上每隔0.5m测读读数并提拉而上，直至孔口各读数为A0；探头取出旋转180°再次放入管底，测得A180，同理测得与之垂直的另一组导槽B0读数及B180读数。从而A0-A180为A组在各个部位的读数差，B0-B180为B组在各个部位的读数差。将各位置的读数差与初始值相比较，可求得各位置A及B相对位移变化量，即其差数。该变化量为电压量，除以100即为位移值（mm）。故从孔底累计到该位置的差数和即其位移值，各位置A方向的位移量DA=ΣA差数；B方向DB=ΣB差数。最后对同一位置DA与DB两矢量合成，即求出该部位的位移量及位移方向[3]。

用于判断滑面或者软弱带位置的典型数据处理曲线如图1，通过对两条曲线的综合对比分析来确定拐点是否为滑面或软弱带。

3 工程应用

综合分析深部位移监测技术在多处滑坡治理中的应用性质，可将其大致划分为以下几类：

3.1 第一类，滑坡勘测期间的监测

这类滑坡的监测主要以确定滑动面的位置、提高勘察精度、指导设计为主。该滑坡为特大型深层碎石土滑坡，滑坡变形速度极快，根据简易地表观测在2004年9月~11月期间，后缘裂缝最大变形速度达到每天10mm。由于滑面及滑床均为碎块石，若干钻孔从地表下几米至三十几米深均为块石，单纯通过地质上钻孔岩芯的鉴定和分析无法确定滑面位置，而滑动面判定不准，不是造成浪费，就是造成工程的失败。为准确揭示滑动面位置，勘察过程中采用了深孔测斜，监测出滑面位置对应钻孔深度的岩芯为块石土，通过深孔测斜准确的确定了滑面位置，提高了勘察的精度，为设计提供了依据。监测还表明滑坡中部的变形达每天5～7mm（见图2），滑坡变形速度较快，属整体变形，并处于加速变形期。根据监测结果对滑坡进行预警，并提出了在滑坡前缘填土反压的紧急预案，工程实施后滑坡变形速度降低，为治理工程赢取了时间。

对于类似碎石土滑坡，滑体内无明显软弱带或夹层，滑面位置通过常规钻探难以揭示，通过深孔监测能提高勘察精度，为随后的设计工作提供依据。而对于应急工程，深孔测斜能够准确判定滑面位置及坡体变形速度，但当坡体变形过快时测斜管容易被剪断，建议结合简易地表监测系统使用，以确保应急工程安全，并为后期完善滑坡治理工程的时机提供参考。

3.2 第二类，防治工程期间的安全监测

这类监测主要目的是保障施工过程的安全。2004年9月~2006年12月，滑坡经历了施工前期小扰动、施工中大扰动与主体工程完工三个主要阶段（见图3），滑坡变形范围波动较大。监测可以达到安全预报与预警的目的，为施工安全服务效果良好。

用于保证施工安全的监测工作极为必要，通常辅以地表位移观测、裂缝观测、深部位移观测、结构物应力观测等。深部位移观测可以很好的量测出滑坡深部的微变形，与其他观测手段相比较而言更加直接、及时。施工中的安全监测宜适量布置测孔，由于施工扰动往往会造成滑坡局部或浅表层的加速变形，测管极易遭到破坏，可选择有代表性的断面布置两个钻孔即可，还应重点结合其他监测手段辅助进行安全预报工作。

3.3 第三类，治理后效果评价

由于治理工程发挥作用，深孔曲线图上不再有大的位移变化，典型的工后效果监测成果曲线如图4，变换量在mm级别。

除结构物的应力变化长期观测外，深部位移监测也是评价工程治理效果的一项重要手段。综合类似工程经验，选择最不利断面加设工后测孔，能够降低施工破坏风险，较之结构物的应力观测更加易于操作，宜作为后评价的主要手段。

3.4 第四类，对大型古滑坡的监测

由于滑坡本身的性质极为复杂，新近有活动的多个小滑坡均发育在古滑坡体上，勘探工作者对古滑坡的定性问题多有争议，且项目区处于口岸位置，若发生滑动势必带来巨大的损失，所以在古滑坡勘察阶段同时进行了深孔位移监测，用以辅助钻探工作，为准确判定滑面层数、位置及滑坡的稳定性提供资料。当古滑坡稳定时，主要表现为位移曲线变化平缓，基本无突变（见图5）。若（古）滑坡处于蠕动挤压变形或速滑阶段，其曲线特征为第一种、第二种类型。

对于大型、复杂的（古）滑坡或交通位置重要的滑坡，因投资等问题暂不进行治理的，勘察阶段宜配套采用深部位移监测技术，可以准确判定滑面层位以及滑坡体的稳定性状态。

4 结束语

综上所述，深部变形监测工作在滑坡监测特别是多处滑坡监测中起到了很大的作用，特别是对于投资受到限制、地质地层情况复杂、钻探工作难以准确界定滑面层位等情况特别适用。结合滑坡所处的变形阶段，考虑投资情况，滑坡深部变形工作必将越来越大的发挥辅助勘察、辅助设计与后评价的作用。

参考文献:

[1]韩爱果，聂德新，任光明.滑坡变形监测系统深部与地表位移关系初探[J].山地学报，2000(18):108-111.

[2]邬晓岚，涂亚庆.滑坡监测的现状及进展[J].无损检测，2001，23(11):475-478.

[3]徐邦栋.滑坡分析与防治[M].北京:中国铁道出版社，2001.