基于CX—3C型鉆孔測(cè)斜儀在巖體邊坡位移監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

毛威 劉賽

摘要:滑動(dòng)式測(cè)斜儀具有方便操作、測(cè)量精度高、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)巖體內(nèi)部的位移量、變形趨勢(shì)及移動(dòng)方向，對(duì)于研究巖體邊坡內(nèi)部狀態(tài)，判斷穩(wěn)定性以及預(yù)警有著及時(shí)的作用。本文簡(jiǎn)要介紹了CX—3C型測(cè)斜儀的工作原理和實(shí)際使用方法，并結(jié)合其在某實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，證明該儀器能夠?yàn)榉治鰩r體邊坡結(jié)構(gòu)性位移、預(yù)防滑坡、及時(shí)采取加固措施等提供有效幫助，在實(shí)際監(jiān)測(cè)中發(fā)揮了良好的效果。

關(guān)鍵詞：滑動(dòng)式測(cè)斜儀；結(jié)構(gòu)性位移；滑坡；監(jiān)測(cè)

中圖分類號(hào)：P258 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1、概述

近年來，隨著我國(guó)水利水電的發(fā)展，巖體結(jié)構(gòu)安全成為了重要問題，這對(duì)施工質(zhì)量的優(yōu)劣產(chǎn)生了重大影響。巖體在內(nèi)外各種不平衡應(yīng)力為主的長(zhǎng)期作用下，會(huì)產(chǎn)生彈塑性小應(yīng)變（如裂縫、裂隙擴(kuò)張等）以及滑坡和地質(zhì)沉陷等結(jié)構(gòu)面滑移特性。實(shí)際上，巖體的滑坡形成需經(jīng)歷從早期的裂縫形成到蠕滑拉裂直至結(jié)構(gòu)體滑移等過程。實(shí)際工程中，巖體失衡會(huì)出現(xiàn)滑坡現(xiàn)象，而滑坡的形成前會(huì)產(chǎn)生一定的結(jié)構(gòu)體位移。由于結(jié)構(gòu)體位移難于監(jiān)測(cè)，通常可根據(jù)結(jié)構(gòu)上某些位置點(diǎn)的位移大小來判定巖體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。因此，工程中更注重以結(jié)構(gòu)體相對(duì)位移為依據(jù)來判斷巖體邊坡的穩(wěn)定性。我國(guó)每年的巖體發(fā)生滑坡、泥石流等災(zāi)害較多。2008年在四川汶川地震后發(fā)生的山體滑坡、泥石流等自然災(zāi)害，給生產(chǎn)生活帶來極大的危害。為了盡可能消除潛在隱患，需要建立安全監(jiān)控系統(tǒng)，這對(duì)于及時(shí)掌握巖體的安全性能和采取進(jìn)一步防護(hù)措施有著積極作用。

目前，滑動(dòng)式測(cè)斜儀監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用范圍較廣?；瑒?dòng)式測(cè)斜儀通過觀測(cè)鉆孔內(nèi)各分段部分的傾角，利用對(duì)比基準(zhǔn)角度的偏移求出各段鉆孔水平方向位移量，進(jìn)而檢測(cè)出巖體的結(jié)構(gòu)性位移。由于巖體存在的內(nèi)部復(fù)雜土體結(jié)構(gòu)及不規(guī)則變形，應(yīng)力分布并不很集中。為了能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)巖體的位移情況，可以靈活地在巖體不同位置安裝測(cè)斜儀。掌握各個(gè)部分的變形情況。為災(zāi)害監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)提供可靠保障。近年來，測(cè)斜儀在壩體檢測(cè)、地基、公路、巖體邊坡方面發(fā)揮了重要作用。本文從實(shí)際應(yīng)用的角度出發(fā)，選取國(guó)內(nèi)的武漢基深測(cè)斜儀有限公司生產(chǎn)的CX-3C測(cè)斜儀為例，介紹該測(cè)斜儀的測(cè)量原理和使用方法，說明它在實(shí)際巖體邊坡變形監(jiān)測(cè)中的測(cè)量效果。

CX-3C測(cè)斜儀簡(jiǎn)介

2.1 CX-3C測(cè)斜儀的測(cè)量原理

CX-3C鉆孔測(cè)斜儀由2m長(zhǎng)度的70mm直徑PVC測(cè)斜管、全封固化滑動(dòng)測(cè)斜探頭、自動(dòng)采集顯示儀、電纜組成。該測(cè)斜儀的基本原理是，將測(cè)斜探頭的連接電纜與自動(dòng)采集顯示儀接通，通過裝有滑輪的測(cè)斜探頭順著測(cè)斜管槽下放，每隔0.5m測(cè)量一個(gè)點(diǎn)，裝有傳感器的探頭會(huì)逐一測(cè)出每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的相對(duì)于基準(zhǔn)線的某個(gè)方向的傾角，通過與起始測(cè)得傾角值之差，根據(jù)正弦公式計(jì)算出水平線上某個(gè)方向的相對(duì)位移值。然后再把測(cè)量段的位移值相加，求出埋入巖體內(nèi)部測(cè)斜管各段的位移值。該測(cè)斜儀測(cè)量精度達(dá)到了水平方向上0.01mm/50mm。其中，測(cè)量探頭內(nèi)部帶有指示南北方向的傳感器，x軸代表的是正北方，y軸代表的是正東方，如圖1所示為坐標(biāo)軸圖。

1、坐標(biāo)軸圖

2.2CX-3C測(cè)斜儀的使用方法

為了測(cè)量巖體的穩(wěn)定情況，在可能發(fā)生滑坡的邊坡表面選擇兩到三組測(cè)試點(diǎn)，在測(cè)量點(diǎn)處垂直的鉆孔（孔徑為90-110mm），將2m長(zhǎng)70mm直徑的測(cè)斜管豎直放入孔內(nèi)，測(cè)斜管底部用蓋子蓋好。?測(cè)試前，應(yīng)在測(cè)斜管管口用刻痕做一個(gè)記號(hào)，每次電纜深度都應(yīng)以該記號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)起點(diǎn)。圖2所示為滑動(dòng)測(cè)斜儀的測(cè)量原理。同時(shí)，將探頭放入測(cè)斜管，輕微晃動(dòng)測(cè)斜管，觀察自動(dòng)采集顯示儀的讀數(shù)，當(dāng)x、y方向值為零時(shí)，穩(wěn)定住測(cè)斜管，往孔與測(cè)斜管間隙部位填入細(xì)沙和清水，并用力壓實(shí)。取出探頭，在電纜上做的記號(hào)間隙0.5米，每次都應(yīng)以記號(hào)一邊作為標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)，以免誤差過大。同時(shí)，為了消除儀器的零漂和測(cè)量誤差，在每次測(cè)量時(shí)，測(cè)出位移的正方向后，側(cè)頭調(diào)轉(zhuǎn)再測(cè)一次位移值，用正反兩次的測(cè)量值代數(shù)差的平均值為傾角值。當(dāng)探頭測(cè)量出的某段顯示的傾角為，該段對(duì)應(yīng)的水平位移為時(shí)，則

=L

整個(gè)測(cè)斜管的水平位移為

D=

圖3所示為各測(cè)量段的水平位移。

因?yàn)闇y(cè)斜管不可能絕對(duì)垂直，由于誤差、鉆孔角度等因素，起初放置的測(cè)斜管埋好后會(huì)發(fā)生微小傾角，經(jīng)探頭多次測(cè)定測(cè)得的某段傾角為,該段對(duì)應(yīng)的水平位移為=L，初始測(cè)斜管某段水平位移為

=

那么整個(gè)水平位移應(yīng)為

則與初始位移為參照的實(shí)際位移如圖4所示。

圖2、測(cè)斜儀測(cè)量原理 圖3、各測(cè)量段的水平位移圖4、實(shí)際位移

3、邊坡測(cè)斜儀的分組埋設(shè)

通常，在數(shù)據(jù)采集完成后，通過采集儀上的USB接口與電腦相連，電腦根據(jù)已經(jīng)安裝的數(shù)據(jù)處理軟件顯示出x、y方向上沿深度方向的位移變化曲線，可以根據(jù)曲線來初步判定位移方向及巖體邊坡的穩(wěn)定性。實(shí)際上，數(shù)據(jù)采集儀將采集的數(shù)據(jù)傳遞給電腦上的軟件，軟件會(huì)依據(jù)初始傾角的位移與測(cè)得傾角位移進(jìn)行差值計(jì)算，因而即便鉆孔中的測(cè)斜管不完全垂直也不會(huì)影響所測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。針對(duì)邊坡的情況和滑坡特征，在滑坡的不同高度間隔式分組布置測(cè)量點(diǎn)。選取某巖體邊坡部分檢測(cè)點(diǎn)的位置放置（對(duì)每個(gè)鉆孔監(jiān)測(cè)點(diǎn)標(biāo)號(hào)）如圖5所示，

圖5、監(jiān)測(cè)放置標(biāo)記點(diǎn)

根據(jù)鉆孔點(diǎn)的放置的測(cè)儀采集的數(shù)據(jù)，通過RS-485總線與主機(jī)相連，從而顯示出水平位移與深度隨時(shí)間變化的曲線圖，依據(jù)位移曲線圖可以直觀了解巖體的偏移情況，為進(jìn)一步提前進(jìn)行災(zāi)害預(yù)測(cè)和巖體邊坡加固提供理論依據(jù)。圖6所示為監(jiān)測(cè)標(biāo)記點(diǎn)剖視圖。經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)證明，該型測(cè)斜儀測(cè)斜性能優(yōu)異，達(dá)到了令人滿意的效果。

圖6、監(jiān)測(cè)點(diǎn)側(cè)面剖視圖

結(jié)束語(yǔ)

本文通過采用CX—3C型測(cè)斜儀對(duì)巖體邊坡的整體水平位移的檢測(cè)，結(jié)合該型測(cè)斜儀的測(cè)量原理，總結(jié)了滑動(dòng)測(cè)斜儀應(yīng)用的實(shí)際過程和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的方法，初步得出的結(jié)論如下：

（1）測(cè)斜儀是一種能有效且精確地測(cè)量巖體邊坡深層水平位移的工程監(jiān)測(cè)儀器，具有準(zhǔn)確度高、靈敏度好等優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)用其測(cè)斜的工作原理可以監(jiān)測(cè)巖土體、地下結(jié)構(gòu)的深層水平位移。

（2）根據(jù)測(cè)得數(shù)據(jù)繪制的水平位移與深度隨時(shí)間變化的曲線，可以直觀的由曲線了解巖體邊坡隨時(shí)間變化的位移趨勢(shì)及數(shù)值。根據(jù)位移值，結(jié)合監(jiān)測(cè)規(guī)程及地層情況，判斷出巖體邊坡的內(nèi)部局部或部分的變形趨勢(shì)，對(duì)于確定巖土體的穩(wěn)定性，預(yù)防滑坡等危害的預(yù)警和采取相應(yīng)措施爭(zhēng)取了寶貴時(shí)間。

（3）通過實(shí)踐證明，該測(cè)斜儀在實(shí)際安全監(jiān)測(cè)中取得了良好的效果。由于滑動(dòng)測(cè)斜儀具有的一系列優(yōu)點(diǎn)，其在今后的巖土體監(jiān)測(cè)中將發(fā)揮更大的作用。

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作者信息：

劉賽，男，云南大學(xué)城市建設(shè)與管理學(xué)院，防災(zāi)減災(zāi)及防護(hù)工程碩士研究生

毛威，男，云南大學(xué)信息學(xué)院，檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)化裝置碩士研究生