邊坡聲發(fā)射監(jiān)測(cè)研究綜述

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(江西理工大學(xué) a.資源與環(huán)境工程學(xué)院； b.江西省礦業(yè)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 贛州 341000)

1 研究背景

目前，邊坡失穩(wěn)滑塌已成為山區(qū)道路交通、礦山、水電等領(lǐng)域的一大安全隱患[1]。邊坡失穩(wěn)滑塌的產(chǎn)生并非發(fā)生在瞬間時(shí)間段內(nèi)，而是經(jīng)過(guò)一定時(shí)期不穩(wěn)定性因素的積累，從蠕動(dòng)向失穩(wěn)滑動(dòng)發(fā)展。對(duì)各個(gè)時(shí)期的邊坡變形量、變形速率以及變形發(fā)展趨勢(shì)的連續(xù)監(jiān)測(cè)，是評(píng)價(jià)邊坡能否產(chǎn)生破壞性滑坡，從而及時(shí)對(duì)邊坡進(jìn)行安全處置的核心；而掌握潛在滑移面的分布規(guī)律是邊坡失穩(wěn)監(jiān)測(cè)與邊坡防護(hù)的關(guān)鍵，因此，對(duì)邊坡潛在滑移面進(jìn)行有效準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)是減輕滑坡災(zāi)害損失、減少人員傷亡的最有效途徑。

因?yàn)檫吰麻_(kāi)始破壞前期的變形非常小，傳統(tǒng)位移監(jiān)測(cè)手段往往很難監(jiān)測(cè)到巖質(zhì)邊坡破壞的前期信號(hào)。尤其是脆性巖石，破壞之前幾乎沒(méi)有明顯的變形，實(shí)際上在邊坡破壞早期階段就開(kāi)始有微裂隙的產(chǎn)生。這一微觀破壞伴隨著相關(guān)的變形增量并且有微弱的彈性波的發(fā)射，這種彈性波就是聲發(fā)射，這就使得捕捉邊坡破壞早期的信號(hào)成為了可能。邊坡聲發(fā)射監(jiān)測(cè)方法能夠?qū)吰禄泼孢M(jìn)行定位，可對(duì)滑坡進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)警，最大限度地減輕滑坡災(zāi)害損失、減少人員傷亡[2]。

2 邊坡監(jiān)測(cè)技術(shù)

現(xiàn)階段，對(duì)邊坡潛在滑移面監(jiān)測(cè)的處理方法主要有位移監(jiān)測(cè)技術(shù)、應(yīng)力監(jiān)測(cè)技術(shù)、聲波監(jiān)測(cè)技術(shù)、電磁法監(jiān)測(cè)技術(shù)等。

以位移監(jiān)測(cè)為原理的技術(shù)主要是在穩(wěn)定地段建立測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)，在被測(cè)量的地段上設(shè)置若干個(gè)有傳感器的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，用儀器定期監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)的位移變化，通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)推斷邊坡滑移面發(fā)展趨勢(shì)[3]。但該方法中監(jiān)測(cè)的位移量多大時(shí)邊坡才會(huì)滑移還未有公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)，故難以識(shí)別其滑移面。

以應(yīng)力監(jiān)測(cè)為原理的技術(shù)主要是利用錨桿、錨索等作為加固手段，對(duì)所用的錨桿、錨索、主鋼筋等進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測(cè)，以便確定被加固巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性及其加固效果。其次，也需利用應(yīng)力計(jì)、鋼筋計(jì)等儀器直接量測(cè)工程巖體土中某點(diǎn)的應(yīng)力[4]。但該方法中錨桿(索)、應(yīng)力計(jì)的布置在規(guī)范中并不明顯，大多根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘探資料和工程師經(jīng)驗(yàn)來(lái)布設(shè)，且判斷巖質(zhì)邊坡滑移時(shí)的應(yīng)力量化都沒(méi)有公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)，只能為巖質(zhì)邊坡當(dāng)前所處的穩(wěn)定狀態(tài)及其發(fā)展趨勢(shì)提供依據(jù)，不能判斷其滑移面。

聲波監(jiān)測(cè)技術(shù)是在邊坡布置監(jiān)測(cè)網(wǎng)，通過(guò)埋設(shè)在測(cè)點(diǎn)的探頭來(lái)接收巖體內(nèi)部產(chǎn)生的彈性波或人工在巖體中激發(fā)的彈性波，最后分析研究接收的波動(dòng)信息，來(lái)確定巖體的力學(xué)特性，了解其內(nèi)部缺陷[5-6]。但該方法中監(jiān)測(cè)孔的間距、位置、孔深的選擇只能根據(jù)地質(zhì)資料和工程師經(jīng)驗(yàn)確定；而且，在分析聲波信號(hào)過(guò)程中，巖體失穩(wěn)的聲波信號(hào)特性參數(shù)指標(biāo)達(dá)到什么樣的臨界值就可判斷其滑移，都沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，因此該方法只能夠?qū)r體失穩(wěn)破壞起到預(yù)報(bào)預(yù)警的作用，無(wú)法確定其滑移面位置。

電磁法監(jiān)測(cè)主要是通過(guò)向地下發(fā)射信號(hào)，并接收地層界面反射后的信號(hào)，對(duì)該信號(hào)的特征參量進(jìn)行分析，用以表明地層特征信息[7]。但該方法中測(cè)線的布置在規(guī)范中并不明確，而且該方法探查滑動(dòng)層或滑動(dòng)帶的效果明顯，對(duì)于巖質(zhì)邊坡滑移面中的裂隙和裂縫無(wú)法判斷。

3 邊坡聲發(fā)射監(jiān)測(cè)發(fā)展

3.1 聲發(fā)射監(jiān)測(cè)技術(shù)

聲發(fā)射是材料在破壞過(guò)程中能量以彈性波的形式急劇釋放產(chǎn)生的，聲發(fā)射監(jiān)測(cè)技術(shù)是借助靈敏的傳感器將彈性波轉(zhuǎn)換為可采集的電信號(hào)，再通過(guò)放大器、濾波、信號(hào)處理，最后對(duì)所采集的信號(hào)進(jìn)行分析處理來(lái)判斷聲發(fā)射源存在的缺陷。

早在1923年國(guó)外學(xué)者霍奇森就提出亞聲噪聲現(xiàn)象[8]，美國(guó)杰克遜在1937年提出研究這種現(xiàn)象，1940年Obert和Duvall在銅礦山檢測(cè)到了聲發(fā)射現(xiàn)象；1950年前后，國(guó)外眾多學(xué)者通過(guò)聲發(fā)射監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)礦山及隧道工程的穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)。隨著眾多學(xué)者對(duì)聲發(fā)射現(xiàn)象展開(kāi)了研究工作，并逐漸應(yīng)用到邊坡監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，1956年，蘇聯(lián)列寧格勒礦業(yè)學(xué)院率先研制成功巖體聲發(fā)射監(jiān)測(cè)儀，并成功預(yù)報(bào)格里沃羅格礦區(qū)露天邊坡巖體垮落[9]。

3.2 國(guó)外邊坡聲發(fā)射監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀

國(guó)外學(xué)者較早對(duì)邊坡聲發(fā)射監(jiān)測(cè)領(lǐng)域展開(kāi)了研究工作，然而埋設(shè)聲發(fā)射傳感器只能監(jiān)測(cè)到傳感器周?chē)蛐畏秶鷥?nèi)巖體的變化，不能夠監(jiān)測(cè)到從監(jiān)測(cè)孔口到孔底之間各個(gè)部位的信號(hào)變化，這是由于巖體中存在節(jié)理、裂隙、破碎帶等地質(zhì)結(jié)構(gòu)影響，使得聲發(fā)射信號(hào)在傳播過(guò)程中嚴(yán)重衰減、阻斷、反射等[10]，于是研究者提出了利用波導(dǎo)桿埋設(shè)于邊坡中來(lái)傳遞聲發(fā)射信號(hào)，以達(dá)到連續(xù)監(jiān)測(cè)的目的。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者用聲發(fā)射技術(shù)研究巖質(zhì)邊坡和土質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性已經(jīng)超過(guò)了50 a[11]。前后經(jīng)歷了從便攜式聲發(fā)射儀到自動(dòng)化監(jiān)控多通道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，從單個(gè)傳感器監(jiān)測(cè)到多個(gè)傳感器聯(lián)合波導(dǎo)桿監(jiān)測(cè)，從巖質(zhì)邊坡發(fā)展到監(jiān)測(cè)土質(zhì)邊坡。

20世紀(jì)60年代日本Chichibu等人利用波導(dǎo)桿插入路堤邊坡，將聲發(fā)射傳感器安裝于波導(dǎo)桿端部來(lái)監(jiān)測(cè)信號(hào)，對(duì)邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)起到一定作用，但是該作者并沒(méi)有考慮波導(dǎo)桿與鉆孔間的耦合作用對(duì)聲發(fā)射信號(hào)傳播的影響，以及聲發(fā)射信號(hào)在波導(dǎo)桿中反射對(duì)后期信號(hào)分析處理產(chǎn)生的影響[12]。

20世紀(jì)70年代Hardy研究發(fā)現(xiàn)邊坡在微裂隙發(fā)展、裂隙擴(kuò)展、裂隙重新發(fā)展過(guò)程中都有聲發(fā)射產(chǎn)生，但并未對(duì)邊坡破壞進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)[2]。

20世紀(jì)80年代Koerner進(jìn)行了大量的室內(nèi)和室外土質(zhì)邊坡聲發(fā)射監(jiān)測(cè)試驗(yàn)，結(jié)果表明聲發(fā)射水平和土的應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)；但當(dāng)時(shí)邊坡聲發(fā)射監(jiān)測(cè)主要用做定性的粗略預(yù)測(cè)方法，還缺少聲發(fā)射信號(hào)傳播的研究以及不同波導(dǎo)桿對(duì)信號(hào)量化評(píng)估影響的研究[13]。

20世紀(jì)90年代英國(guó)Dixon嘗試采用PVC管作為波導(dǎo)桿，管內(nèi)充滿(mǎn)水，聲發(fā)射傳感器懸掛于水中來(lái)監(jiān)測(cè)邊坡[13]；1996年Cruden通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)得到邊坡變形與聲發(fā)射率間的標(biāo)準(zhǔn)，分為慢、中等、快3個(gè)量級(jí)，并應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中[14]；1999年日本Shiotani研究聲發(fā)射信號(hào)在鋁管和PVC管中的的傳播特征；并利用聲發(fā)射圖形分析、聲發(fā)射b值、聲發(fā)射速率過(guò)程分析來(lái)判斷邊坡的穩(wěn)定性[15]；1999年日本Fujiwara，Shiotani和Ohtsu將波導(dǎo)桿埋設(shè)于土壤邊坡，周?chē)靥钌白?，聲發(fā)射傳感器安裝于波導(dǎo)桿頂部來(lái)監(jiān)測(cè)邊坡穩(wěn)定性[11]，然而以上學(xué)者對(duì)聲發(fā)射信號(hào)的解釋僅僅是定性的。

隨著波導(dǎo)桿的廣泛應(yīng)用，不少學(xué)者提出了波導(dǎo)桿結(jié)合聲發(fā)射的多種監(jiān)測(cè)裝置，同時(shí)結(jié)合其他儀器聯(lián)合監(jiān)測(cè)邊坡穩(wěn)定性，并應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，成功監(jiān)測(cè)到了邊坡破壞[10]。

到21世紀(jì)初，日本學(xué)者Shiotani提出WEAD裝置來(lái)監(jiān)測(cè)巖質(zhì)邊坡，即將多個(gè)聲發(fā)射傳感器按一定距離安裝在波導(dǎo)桿中，并用水泥砂漿埋設(shè)于巖質(zhì)邊坡中來(lái)監(jiān)測(cè)邊坡穩(wěn)定性[16]。2003年英國(guó)Dixon利用鋼管作為波導(dǎo)桿，周?chē)靥钌白雍退槭?，單個(gè)聲發(fā)射傳感器耦合于波導(dǎo)桿端部，并聯(lián)合測(cè)斜儀來(lái)監(jiān)測(cè)邊坡，將變形速率和聲發(fā)射率進(jìn)行量化，但是該量化標(biāo)準(zhǔn)中的變形速率是利用2 min內(nèi)位移的平均值來(lái)對(duì)應(yīng)聲發(fā)射率的平均值，計(jì)算過(guò)程中存在較大誤差[17]；2011年韓國(guó)Dae-Sung Cheon在Shiotani的WEAD基礎(chǔ)上提出了一種改進(jìn)的監(jiān)測(cè)裝置，即直徑32 mm的波導(dǎo)桿兩端分別安裝一個(gè)聲發(fā)射傳感器，周?chē)么嘈阅z結(jié)材料包裹，該裝置全部埋設(shè)于地表以下，排除了地表噪音的干擾[18]。2012年韓國(guó)Yo-Seph Byun提出了一種監(jiān)測(cè)裝置，類(lèi)似于Shiotani的裝置，并且可以對(duì)聲發(fā)射源定位，通過(guò)分析剪切或者彎曲破壞來(lái)計(jì)算最終破壞事件[2]。

3.3 國(guó)內(nèi)邊坡聲發(fā)射監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀

我國(guó)聲發(fā)射邊坡監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究與應(yīng)用始于20世紀(jì)70年代，主要利用聲發(fā)射儀對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)[8],至80年代，國(guó)內(nèi)各大研究院對(duì)聲發(fā)射儀進(jìn)行了研制和改進(jìn)，多用于礦山地壓監(jiān)測(cè)。1984—1985年，于濟(jì)民[19]在觀音山車(chē)站巖體高邊坡研究了聲發(fā)射計(jì)數(shù)與地下水位的關(guān)系；1985—1987年陜西韓城電廠滑坡監(jiān)測(cè)中將聲發(fā)射探頭埋設(shè)于監(jiān)測(cè)孔中，確定了滑坡帶形成過(guò)程，找出了孔內(nèi)受擠壓應(yīng)力集中部位[20]；1991年馬步坎高邊坡中將探頭置于孔底，監(jiān)測(cè)大事件頻度隨時(shí)間的變化；1992年于濟(jì)民[20]在黃土地區(qū)進(jìn)行了聲發(fā)射滑坡監(jiān)測(cè)，2個(gè)相距0.3 m的垂直平行鉆孔，其中一個(gè)孔用旁壓儀加壓，另一個(gè)孔監(jiān)測(cè)，來(lái)研究土體破壞時(shí)聲發(fā)射參數(shù)特征。

表1 損傷水平準(zhǔn)則Table 1 Criteria for damage levels

4 邊坡聲發(fā)射監(jiān)測(cè)的影響因素

4.1 耦合材料

邊坡聲發(fā)射監(jiān)測(cè)中耦合劑的作用是將巖體產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)或者自身產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)傳遞給波導(dǎo)桿。當(dāng)波導(dǎo)桿是實(shí)心鋼棒或銅棒時(shí)，耦合劑有砂子、碎石、水泥漿、巖石相似材料；當(dāng)波導(dǎo)桿是空心管時(shí)，回填材料有砂子、樹(shù)脂、玻璃纖維等[21]；1993年英國(guó)Dixon利用膨潤(rùn)土、中粒砂、細(xì)礫石作為耦合劑[10]；1999年日本Shiotani用水(PVC管)、顆粒土壤作為耦合劑[15]；2001年日本Shiotani在聲發(fā)射邊坡監(jiān)測(cè)中使用的耦合劑即回填材料，是由氧化鈣、二氧化硅、氧化鋁、三氧化硫按一定比例配置的[16]；2006年日本Shiotani在聲發(fā)射邊坡監(jiān)測(cè)中耦合劑為水泥漿[21]；2011年韓國(guó)Dae-Sung Cheon聲發(fā)射邊坡監(jiān)測(cè)中波導(dǎo)桿周?chē)靥钏嗌皾{，通過(guò)水泥砂漿破裂來(lái)產(chǎn)生聲發(fā)射信號(hào)[18]；2012年韓國(guó)Yo-Seph Byun在聲發(fā)射邊坡監(jiān)測(cè)中耦合劑使用水泥漿[2]。

4.2 波導(dǎo)桿選型

巖體中由于存在裂隙、斷層、節(jié)理等結(jié)構(gòu)面，使得聲發(fā)射信號(hào)在傳遞過(guò)程中衰減或被阻斷，很難被傳感器捕捉。

20世紀(jì)60年代，日本學(xué)者開(kāi)始使用波導(dǎo)桿來(lái)傳遞聲發(fā)射信號(hào)，1993年英國(guó)Dixon利用直徑50 mm的鋼管作為波導(dǎo)桿來(lái)監(jiān)測(cè)海岸邊上的懸崖穩(wěn)定性[10]；1999年日本Shiotani使用PVC管、鋁管作為波導(dǎo)桿[15]；2001年日本Shiotani在聲發(fā)射邊坡監(jiān)測(cè)中選用直徑13 mm的加強(qiáng)棒[16]；2011年韓國(guó)Dae-Sung Cheon聲發(fā)射邊坡監(jiān)測(cè)中使用直徑32 mm的波導(dǎo)桿[18]；2012年韓國(guó)Yo-Seph Byun在聲發(fā)射邊坡監(jiān)測(cè)中使用鋼棒[2]。

4.3 傳感器布置形式

聲發(fā)射在邊坡監(jiān)測(cè)應(yīng)用中，首先是使用單個(gè)傳感器通過(guò)監(jiān)測(cè)孔耦合于被監(jiān)測(cè)巖體中。由于聲發(fā)射信號(hào)在巖體中衰減、中斷等因素，于是有學(xué)者提出使用波導(dǎo)桿來(lái)傳遞聲發(fā)射信號(hào)，即波導(dǎo)桿埋入監(jiān)測(cè)孔，周?chē)靥铖詈喜牧?，傳感器布置于波?dǎo)桿上。20世紀(jì)60年代日本Chichibu等人將傳感器黏貼于鋼棒的頂端來(lái)監(jiān)測(cè)土質(zhì)路堤邊坡；1993年英國(guó)Dixon用單個(gè)聲發(fā)射傳感器貼于波導(dǎo)桿表面來(lái)監(jiān)測(cè)邊坡[10]；1999年日本Shiotani將PVC管注滿(mǎn)水，并將傳感器懸浮于水中或貼于PVC管內(nèi)壁[15]；2001年日本Shiotani在聲發(fā)射邊坡監(jiān)測(cè)中使用5個(gè)傳感器均勻布置[16]；2011年韓國(guó)Dae-Sung Cheon聲發(fā)射邊坡監(jiān)測(cè)中波導(dǎo)桿上布置2個(gè)傳感器[18]；2012年韓國(guó)Yo-Seph Byun在聲發(fā)射邊坡監(jiān)測(cè)中使用4個(gè)傳感器均勻布置于波導(dǎo)桿上[2]。

5 聲發(fā)射邊坡監(jiān)測(cè)實(shí)例

5.1 實(shí) 例

監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于某市郊區(qū)，是一個(gè)開(kāi)挖邊坡，以前就有滑坡的記錄，雖然部分邊坡已經(jīng)加固，但有可能會(huì)再次發(fā)生滑坡。監(jiān)測(cè)之前首先對(duì)聲發(fā)射監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)水泥漿包裹波導(dǎo)桿的試件進(jìn)行剪切和彎曲試驗(yàn)，得到了損傷水平準(zhǔn)則，如表1所示。

該邊坡長(zhǎng)約200 m，高50 m，其中上部土質(zhì)邊坡的邊坡比為1∶1.5，下部破碎巖質(zhì)邊坡的邊坡比為1∶1，開(kāi)挖邊坡有煤層和黏土層出露。

圖1為傳感器的布置方式，2個(gè)監(jiān)測(cè)孔分別位于地表20，40 m，孔1深10 m，4個(gè)聲發(fā)射傳感器從孔底依次布置，間隔2 m，孔口2 m充填砂子，防止外部噪音對(duì)聲發(fā)射信號(hào)的干擾，其余部分回填水泥漿?？?深12 m，孔底2 m充填砂子，依次布置4個(gè)聲發(fā)射傳感器，間隔2 m，孔口2 m同樣用砂子封口，剩余部分同樣充填水泥漿。聲發(fā)射門(mén)檻為40 dB，傳感器為防水探頭，工作頻率為35～100 kHz，監(jiān)測(cè)信號(hào)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)傳輸?shù)奖O(jiān)測(cè)站。

5.1.1 聲發(fā)射信號(hào)分析

由圖2可以看出，監(jiān)測(cè)孔1的累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)在2007年，從6月至9月大幅度增加到190 000左右，表明聲發(fā)射活動(dòng)在這段時(shí)間內(nèi)比較活躍；監(jiān)測(cè)孔2的聲發(fā)射撞擊數(shù)從6月至7月高達(dá)360 000，這是由于邊坡滑移面的移動(dòng)造成的。聲發(fā)射撞擊數(shù)在7月份和9月份有突增現(xiàn)象。監(jiān)測(cè)孔1在7月份記錄 220個(gè)事件，監(jiān)測(cè)孔2在9月份記錄2 100個(gè)事件。

考慮到監(jiān)測(cè)孔2記錄的撞擊、事件數(shù)比監(jiān)測(cè)孔1更多，表明監(jiān)測(cè)孔2中有更多聲發(fā)射活動(dòng)。觀測(cè)地表發(fā)現(xiàn)，膨脹土有一條擴(kuò)展的裂縫，因此推斷邊坡內(nèi)部已經(jīng)發(fā)生變形。

根據(jù)聲發(fā)射源定位分析，由圖3可以看出，在監(jiān)測(cè)孔1的通道3和4之間監(jiān)測(cè)到大量的聲發(fā)射撞擊數(shù)，我們可以理解為在深度-6～-4 m之間有一個(gè)滑移面。監(jiān)測(cè)孔2中的聲發(fā)射撞擊數(shù)被所有的傳感器監(jiān)測(cè)到，是因?yàn)榧僭O(shè)聲發(fā)射撞擊數(shù)定位在監(jiān)測(cè)孔2附近有應(yīng)力或者變形發(fā)生的地方。圓的直徑大小反映了聲發(fā)射源的振鈴計(jì)數(shù)的規(guī)模，因此假設(shè)邊坡內(nèi)部拉伸破壞正在向剪切破壞轉(zhuǎn)變，因?yàn)槁暟l(fā)射撞擊數(shù)屬于損傷水平1或者損傷水平2。

圖4 監(jiān)測(cè)孔2在9月份的聲發(fā)射撞擊率[2]Fig.4 AE impact rate of hole 2 in September[2]

5.1.2 降雨的影響

降雨是影響邊坡穩(wěn)定性的重要因素之一，它不僅增加了滑體的重量，還減小了邊坡的抗滑力。2007年，月降雨量超過(guò)100 mm的有4次，超過(guò)300 mm的有2次，超過(guò)500 mm的有1次，這1 a中記錄降雨量最高的是9月份，503 mm/月。因此對(duì)9月份聲發(fā)射活動(dòng)與降雨的關(guān)系做進(jìn)一步調(diào)查。

圖4顯示了監(jiān)測(cè)孔2在9月份的聲發(fā)射撞擊率，通道5在9月23日的聲發(fā)射撞擊數(shù)最大值為2 456，在9月17日通道8的聲發(fā)射撞擊數(shù)最大值為3 035。

根據(jù)這一事實(shí)，推測(cè)聲發(fā)射撞擊的突增是由降雨引起的，尤其是累計(jì)降雨量。推斷累計(jì)降雨引起了孔隙水壓力和滲透力的增加，導(dǎo)致飽和帶的變形，從而影響邊坡的穩(wěn)定性。因此，證實(shí)了聲發(fā)射撞擊數(shù)是由各種降雨因素影響，從而影響邊坡的穩(wěn)定性，表明降雨和聲發(fā)射撞擊數(shù)有著密切的聯(lián)系。

5.2 小 結(jié)

上述實(shí)例在邊坡監(jiān)測(cè)預(yù)警、降雨影響等方面取得較好的階段性研究成果，對(duì)我國(guó)聲發(fā)射邊坡監(jiān)測(cè)具有很好的參考價(jià)值和借鑒意義。

利用網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)獲得實(shí)時(shí)聲發(fā)射信號(hào)有助于提高聲發(fā)射監(jiān)測(cè)的可靠性。此外，在將來(lái)預(yù)測(cè)邊坡滑塌的每個(gè)位置都將成為可能，巖石邊坡早期預(yù)警也將實(shí)現(xiàn)。

聲發(fā)射撞擊數(shù)與降雨量的增長(zhǎng)規(guī)律類(lèi)似，當(dāng)降雨量是恒定值時(shí)，聲發(fā)射撞擊數(shù)率趨于收斂，這表明邊坡穩(wěn)定性主要受降雨量影響。

6 存在的問(wèn)題

6.1 硬件設(shè)備及軟件

由于野外環(huán)境條件惡劣，不僅有人工開(kāi)挖、爆破等因素，還受暴雨、雷電、高溫、嚴(yán)寒、大風(fēng)等惡劣環(huán)境的影響，使得聲發(fā)射監(jiān)測(cè)設(shè)備受到嚴(yán)峻的考驗(yàn)[22]，因此聲發(fā)射傳感器和電纜線埋設(shè)于地下要做好接頭處的保護(hù)工作，防止地下水的腐蝕。野外監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵問(wèn)題之一就是供電問(wèn)題，選擇太陽(yáng)能和蓄電池聯(lián)合供電，但因狂風(fēng)暴雨等惡劣天氣容易導(dǎo)致電源損壞，需工作人員定期檢查電源能否正常工作。

6.2 定位精度

波導(dǎo)桿、耦合劑及傳感器的布置方式的選擇對(duì)聲發(fā)射定位精度產(chǎn)生很大影響。在邊坡監(jiān)測(cè)中，聲發(fā)射在不同直徑的波導(dǎo)桿中傳播規(guī)律不同，在不同長(zhǎng)度的波導(dǎo)桿中的衰減量也不同，因此需要用聲發(fā)射源定位技術(shù)來(lái)測(cè)定聲發(fā)射信號(hào)的衰減量。水泥漿、砂子、礫石等不同耦合劑在邊坡監(jiān)測(cè)過(guò)程中產(chǎn)生的聲發(fā)射特性、參數(shù)量級(jí)不同，故現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用之前一定要在室內(nèi)精確測(cè)定耦合劑的聲發(fā)射特性。傳感器的布置方式是邊坡聲發(fā)射定位的關(guān)鍵因素，傳感器布置的個(gè)數(shù)、方式、位置都會(huì)對(duì)聲發(fā)射定位產(chǎn)生影響，所以傳感器的布置方式有待更進(jìn)一步的研究與探討。

7 結(jié)論與討論

7.1 結(jié) 論

本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外聲發(fā)射邊坡監(jiān)測(cè)狀況，與現(xiàn)有的邊坡監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，闡述了聲發(fā)射監(jiān)測(cè)技術(shù)在邊坡監(jiān)測(cè)中的發(fā)展歷程與優(yōu)點(diǎn)，指出了聲發(fā)射監(jiān)測(cè)技術(shù)在邊坡監(jiān)測(cè)應(yīng)用中存在的一些問(wèn)題，主要研究結(jié)論如下：

(1)當(dāng)前應(yīng)用的邊坡監(jiān)測(cè)技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)，難以對(duì)邊坡滑移面有效的監(jiān)測(cè)，波導(dǎo)桿結(jié)合聲發(fā)射監(jiān)測(cè)邊坡在滑移面定位及聲發(fā)射量化等方面具有一定優(yōu)勢(shì)，可以有效地對(duì)邊坡滑移進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)警。

(2)通過(guò)分析聲發(fā)射技術(shù)結(jié)合波導(dǎo)桿監(jiān)測(cè)邊坡的實(shí)例，發(fā)現(xiàn)該裝置不僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)邊坡滑移面定位，還能對(duì)邊坡破壞水平進(jìn)行分析，將聲發(fā)射參數(shù)劃分為不同的破壞等級(jí)來(lái)判斷邊坡的穩(wěn)定性。

(3)由于邊坡特殊的地質(zhì)條件，聲發(fā)射結(jié)合波導(dǎo)桿裝置監(jiān)測(cè)時(shí)，在波導(dǎo)桿和耦合劑的選擇、傳感器布置方式以及耦合劑產(chǎn)生的聲發(fā)射與周?chē)鷰r體破壞的相關(guān)性等方面有待進(jìn)一步的研究與探索。

7.2 討 論

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明了這種監(jiān)測(cè)裝置和準(zhǔn)則對(duì)邊坡穩(wěn)定性的評(píng)估是可行的，該方法間接地評(píng)估巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性，其中有優(yōu)點(diǎn)也有缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)是此方法忽略了地質(zhì)條件而建立了損傷準(zhǔn)則，監(jiān)測(cè)巖質(zhì)邊坡脆性破壞的前兆。但是有一個(gè)爭(zhēng)論點(diǎn)，即關(guān)于波導(dǎo)桿裝置的聲發(fā)射損傷水平與邊坡不穩(wěn)定性之間的相關(guān)性。因此，聲發(fā)射活動(dòng)與真正巖體的破壞，以及聲發(fā)射活動(dòng)是由水泥砂漿產(chǎn)生的還是巖體自身產(chǎn)生的都是需要解決的問(wèn)題。