滑邊坡表面變形監測資料整理分析方法及相關問題探討

楊天俊,李治民

(中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司，西安 710065)

0 前 言

眾多工程可能變形滑邊坡均要布置大量的變形監測點，監測滑邊坡的變形情況，特別是已發生變形、具有明顯變形位移特征的滑邊坡，本文結合滑邊坡監測成果，重點總結表面監測成果資料分析整理方法及對相關問題的探討[1]。

1 滑邊坡監測意義、任務和目的

滑邊坡監測的意義在于提供滑邊坡穩定狀況、位移和變形的規律等，為滑邊坡預測預報提供依據。

滑邊坡監測的任務是確定滑邊坡在內外動力作用下的形狀、大小的位置變化的空間狀態和時間特征。

滑邊坡監測的目的是確定滑邊坡的范圍、變形量(水平位移量、垂直位移量、綜合位移量)與相關因素的關系、變形量隨時間的變化特征(又稱變形速率、位移速率)、一定時間范圍內的累計變形量等[2-3]。

2 監測點布置

巨型、大型滑邊坡多采用立體空間布置，滑邊坡內部需結合勘測工作布置相互綜合考慮，表面多按剖面布置監測點，剖面方向與滑邊坡變形水平方位基本一致，監測點除主要布置在變形區范圍內外，還需在變形區外的穩定區相應布置。根據需要進行定期和不定期的監測。

3 監測成果

監測單位提供的表面變形監測成果一般只包括三維坐標(X、Y、Z)、監測時間及監測點號，提供數據表格式一般如表1。

表1 變形監測原始數據表

4 監測成果資料整理分析

資料分析可以提供以下成果：

(1) 各監測點監測時間內的累計矢量位移量(水平ΔL′、垂直ΔZ′、綜合ΔS′)。指監測時間段內最后數據與首次監測數據間計算的位移量，單位為mm。

(2) 各監測點監測時間內平均變形速率(水平、垂直、綜合)。累計矢量位移量與監測時長的比值，一般情況下單位采用mm/d。

(3) 各監測點分析時間段內的累計矢量位移量(水平、垂直、綜合)。采用分析時段最后時間數據與首次時間數據間矢量差減去分析時段開始時間數據與首次時間數據間矢量差。

(4) 各監測點分析時間段內的平均變形速率(水平、垂直、綜合)。第(3)條計算數據與分析時間長的比值。

除此外，尚有相關的分析圖。

因此，監測資料整理分析圍繞上述成果進行。

整理分析資料時一般采用將監測單位每次提供的監測成果(見表1)重新編程寫入到資料分析工程師整理的文件中(有些監測單位直接提供該整理文件)，每個監測點均有單獨的表格。同時自動計算各種位移量(水平、垂直、綜合)、測間的位移速率、綜合位移傾角、綜合水平位移方向等(見表2)。

表2 據監測成果資料計算參數表(部分)

圖1 累計矢量位移與時間關系曲線圖

表2中：測間垂直位移速率、測間水平位移速率、測間綜合位移速率指本次監測值和上次監測值矢量差與2次監測時間段長的比值；綜合水平位移方向、綜合變位傾角是指本次監測值與首次監測值間計算值。

同時每次的監測成果增加到表格后面也會自動繪制該點的累計位移量隨時間的關系曲線、根據兩次間監測成果繪制的位移速率曲線及水平位移方向路徑見圖1～3。

整理后的成果表文件是全部最終分析資料的基礎。

按照整理后的成果表文件，通過輸入任意時間編程調用可以分析監測期內的累計矢量位移量(mm)及平均位移速率(mm/d)(見表3)、監測時間天數等。還可以計算任意時間區間內的累計變形量(mm)和區間內的平均位移速率(mm/d)等相關資料(見表4)。2種表格只需修改時間即可，其它均是自動計算的，主要用在分析不同時間段內的平均位移速率的變化規律及任意時間段滑邊坡變形各種參數的統計。

表3 監測成果統計計算表

表4 監測點任意時間區間內統計成果表

圖2 位移速率與時間關系曲線圖

圖3 監測點水平位移路徑圖

5 相關問題探討

(1) 如何根據曲線形態分析監測點是否發生了變形位移？

監測點曲線一般有2種類型，分別為類型1和類型2，相應的位移曲線隨時間過程線和水平位移路徑如圖4～6和圖1～3。

圖4反映累計矢量位移在0軸上下變化，圖5位移速率曲線基本圍繞0軸上下振蕩，圖6水平位移路徑反映了該點監測數據呈云團變化，位移方向紊亂，因此，該類型(類型1)監測點應是測量精度誤差，判斷沒有發生變形位移。圖1累計矢位移量隨時間持續增大，圖2位移速率曲線在0軸一側變化，圖3水平位移路徑反映了該點位移方向基本一致，因此，判斷該類型(類型2)監測點應是發生了變形位移。

(2) 位移速率曲線振幅較大，這些點主要是位移變形量很小的區域或穩定區域，監測單位若對數據進行適當的處理更好一些，有一些點在0軸附近振幅量值較大，也是測量精度可以解釋的。

圖4 累計矢量位移與時間關系曲線圖

圖5 位移速率與時間關系曲線圖

(3) 從水平位移路徑分析，監測時間段較短時還不能準確判斷該點是否產生了變形位移，監測時間放長能判斷該點有變形，水平位移路徑圖上是振蕩前行的，會存在不同的分析判斷，如何避免這樣狀況？純粹是測量精度還是有其它監測數據整理的原因？本文認為，從長期情況看，該類型監測點產生了位移。

圖7 監測點路徑示意圖

(4) 成果分析資料中，對于各監測點第1次監測值(初值)非常重要，因為計算的基礎均與初值有關，分析中也存在振蕩變化時的計算誤差(見圖7)，如計算2012-03-13至2012-03-25之間位移量時是采用2012-03-25與初值2012-03-05的差值減去2012-03-13與初值2012-03-05的差值， 從圖7中可以看出，如果將第1段AB投影到AD線上進行分析，兩者之間有一個誤差值，該誤差值在計算時間段較短時可能影響數據較大。

(5) 計算任意時間區間內的累計變形量(mm)和區間內的平均位移速率方法可以用圖8表示。

要計算2010-05-01到2010-05-18間的累計位移和位移速率，方法1是計算AD間矢量位移與AB間矢量位移的差值，即圖8中ED段，其它如矢量方位、位移速率等均按ED段計算，這樣計算成果中位移將會存在負值，如2010-05-01與2010-04-25間。是AB段矢量減去AF段矢量。方法2是直接計算BD段和FB段的矢量，位移中不會存在負值。從2種方法看，無論是累計位移量、位移速率、矢量方位均存在差異。哪種方法更為合理值得探討，本文認為方法1似乎更合理，因此采用此方法整理分析監測數據。

6 結 語

(1) 滑邊坡表面變形監測是非常重要的分析滑邊坡變形趨勢的方法之一，進行三維數據監測能對滑邊坡變形的空間狀態提供依據。

圖8 任意時間區間內的累計變形量和變形速率計算示意圖

(2) 監測單位可對監測數據的準確性先行判斷處理，避免數據分析時發現問題，引起不必要的錯誤；

(3) 如何整理分析原始監測數據還有許多需要探討和明確的方面，文中方法似乎更為合理。

(4) 編程可使數據整理分析更快捷。