幾種常用的邊坡深部水平位移監測技術分析★

武博強 張衛東 楊永健

(中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西西安 710077)

2013年我國共發生地質災害15 403起，造成人員傷亡慘重，且直接經濟損失嚴重，其中近2/3為滑坡災害［1］。

為了減少滑坡災害造成的損失，工程界普遍采用邊坡位移監測技術對其安全狀況進行評價及發展趨勢進行預測。邊坡深部位移監測是邊坡監測體系的重要環節，主要內容為對邊坡體上所布設鉆孔的軸向(垂向)和側向(水平向)位移進行量測，以查明邊坡體內不同部位的位移大小、方向以及滑移面［2］。

目前常用的邊坡深部水平位移監測技術主要有鉆孔測斜儀、拉線式深部位移計、多點位移計和時域反射技術(Time Domain Reflectometry，以下簡稱 TDR 技術)等［3，4］。本文以這幾種邊坡深部水平位移監測技術為對象，簡述其原理、適用性及優缺點，并對其進行比較，為制定邊坡監測實施方案提供參考。

圖1 測斜儀的組成及工作原理示意圖

1 鉆孔測斜儀

鉆孔測斜儀的原理一般是根據擺錘受重力影響為基礎測定以垂線為基準的弧角變化。按使用方式，可分為滑動式測斜儀和固定式測斜儀。

其工作原理如圖1所示。

1．1 滑動式測斜儀

滑動式測斜儀的工作原理是在鉆孔中埋設測斜管并在其內部設置導槽，將帶有傾角傳感器的活動探頭在測斜管內自下而上劃過，再逐點記錄鉆孔沿線傾角的變化，根據傾角計算各測點的側向位移。滑動式測斜儀通過探頭在測斜管內的滑動，可精確探測沿線每一測點的傾角變化，但由于其每次測量過程需要沿測斜管上下移動探頭，尚無法實現自動化監測。

1．2 固定式測斜儀

固定式測斜儀的工作原理是在鉆孔中埋設測斜管并在其內部不同位置埋設傾角傳感器，邊坡發生側向位移時，傳感器之間傾角將會發生改變，據此結合其布設距離計算出各測點之間的相對位移。固定式測斜儀的傳感器價格相對較為昂貴且儀器安裝需要一定間距，只能根據需要在鉆孔內安裝數量有限的傳感器，測得各測點間相對位移的變化，故其判定滑面位置可能存在偏差，但此種測斜儀能夠實現自動化監測。當測斜管變形較大時，滑動式測斜儀的探頭會被卡住不能上下劃動而無法進行測量;固定式測斜儀的傾角傳感器精度較高，量程一般為±10°，當邊坡變形超出其量程時，固定測斜儀無法繼續監測。

2 拉線式深部位移計

拉線式深部位移計的工作原理是在鉆孔內的測管的不同部位錨固鋼絞線，令鋼絞線另一端可在測管內自由滑動，并拉出至地表，在外部與角位移傳感器相連接。當發生邊坡深部位移或滑面錯動，將使測管發生傾斜變形，固定在測管內的鋼絞線隨之發生位移，通過角位移傳感器記錄位移量。由此則對兩監測點間的相對位移進行捕捉，并可判斷出滑面的位置(見圖2)。

圖2 拉線式深部位移計組成及工作原理示意圖

與固定式測斜儀相比，拉線式深部位移計無需使用傾角傳感器，成本較低;可在測管內設置較多的鋼線，進而提高監測精度;拉線式深部位移計量程與鋼絞線長度有關，可至十幾米，當邊坡深部出現大位移或者滑面錯動較大距離，乃至測管錯斷，仍然可準確測得邊坡內部各測點的位移。拉線式深部位移計使用鋼絞線傳遞位移，因其材料性質監測精度會受到影響。同時其只能測得相對位移量，無法確定邊坡變形方向，且不能預先為其設定監測方向。

3 多點位移計

多點位移計工作原理與拉線式位移計相似，不同之處在于其使用剛性較大的測桿連接錨頭與傳感器。將布設于鉆孔不同深度的錨頭與周圍巖土體錨固為一體，其位移通過與錨頭聯結在一起的測桿傳遞到孔口的位移傳感器(見圖3)。

圖3 多點位移計組成及工作原理示意圖

多點位移計可沿鉆孔軸向來監測邊坡臨空面至內部水平方向多個部位的變形，具有靈敏度較高、穩定性強、溫度影響很小、防腐蝕性能好、防水性能好、可同時測量溫度等優點。

采用多點位移計監測邊坡水平位移只能將其水平布置，如需監測豎直方向不同深度的變形則要增設監測鉆孔。

4 TDR技術

TDR技術是一種電子測量技術，20世紀90年代以前應用于物體形態特征測量和空間定位［5］。TDR技術應用于滑坡監測的原理為:受巖土體擠壓變形位置電纜的阻抗特性將會發生變化，從地表電纜端頭向垂直埋設于滑坡體內部的同軸測試電纜內發射高頻脈沖測試信號，通過地表監測系統接收到反射信號的時間與振幅來計算邊坡位移及滑動面(見圖4)。

圖4 TDR技術工作原理示意圖

TDR技術幾秒鐘內即可測量整個鉆孔的變形，可實現自動化監測;與鉆孔傾斜儀相比所用的測試電纜成本較低;同時，能準確給出滑移面的位置，定位精度較高。TDR技術脈沖信號傳播過程中易受干擾，使得監測數據中產生異常數據;且與拉線式深部位移計相同，無法準確確定邊坡變形方向，也不能令其按照預先設定的方向進行監測;TDR技術以測量電纜變形造成的阻抗特性變化來進行邊坡變形的監測，因此當邊坡位移較小時，電纜變形也較小，可能難以得到準確的監測結果。

5 結論

結合以上幾種常用的邊坡深部水平位移監測技術原理及特點，各種技術方法對比情況見表1。

表1 常用的邊坡深部水平位移監測技術比較

6 結語

結合項目特點以及監測目標，選擇適宜的監測方法能夠有效降低成本、提高監測結果精度，最終為科學地進行滑坡的預測預報提供依據，以減少滑坡災害造成的損失。

［1］國土資源部．全國地質災害通報(2013年)．http://www．cigem．gov．cn/auto/db/detail．aspx? db = 1006＆rid =45932＆md=15＆pd=210＆msd=11＆psd=5＆mdd=11＆pdd=5＆count=20．

［2］沙曉軍．深部位移監測技術在滑坡治理中的應用［J］．工程技術，2012，3(2):182-183．

［3］馮 春，張 軍．滑坡變形監測技術的最新進展［J］．中國地質災害與防治學報，2011，22(1):11-16．

［4］衛建東．現代變形監測技術的發展現狀與展望［J］．測繪科學，2007，32(6):182-183．

［5］史彥新，張 青．TDR技術在雅安峽口滑坡監測中的應用［J］．勘察科學技術，2005(1):55-57．