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边坡连杆法位移监测偏差校验计算和减少偏差方法研究

范文

柳蕾傅长荣

摘要：边坡位移测量是判断边坡变形趋势和边坡稳定性的重要前提，出于经济和适用性方面考虑，连接杆测量法仍是目前应用较广的一种方法，但在连接杆测法中，监测点在水平和垂直方向并不一定是一条直线，传感器所测得的数据并不能准确代表水平和垂直位移。本文通过对现场安装方法加以规范调整，以提高连接杆测法的精确性。

关键词：边坡位移;连杆法;偏差校验

中圖分类号：TU43 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）12-0151-02

0 概述

我国70%的国土面积为山地，是一个山地灾害频发的国家。随着我国经济建设规模的迅猛发展，各种土木工程和采矿工业方兴未艾，在许多工程建设中形成一些临时或永久的工程边坡。为了预防和减轻自然边坡滑坡灾害和人工边坡事故，需对边坡位移进行监测并在达到设定的预警值后进行预警[1-2]。由于边坡岩土体性质复杂，地质分布不均匀性，且易受施工过程、外部环境、大气因素的影响，使得边坡位移监测成为一个复杂的系统工程问题[3]。由于边坡数量巨大，如果大面积开展GPS定位等现代化监测手段，将对国家和社会造成一定的经济压力。出于经济和适用性方面的考虑，本文尝试对传统监测方法即连杆监测方法，进行校验，以提高其精确度。

1 连杆法监测布置简述

连杆法是以坡顶外的一点（在滑动范围外）为固定基准点A，在滑动范围内的测点为动点B，通过硬杆件连接两点，并在杆件的端点处加设位移传感器，以测定动点B位移的方法。也可以通过连杆顺接BC、CD、DE等多点，测得的各点相对位移通过一定的算法确定各点相对A点的位移量。传统的算法是累加法，即C点的位移等于B点的相对位移加C点相对位移。事实上，由于B点与C点均有位移，其相对位移的改变使得相应的杆件角度发生变化，会发生隐性的位移量，再加上现场安装时动点之间不可能在一条直线上，其产生隐性位移几乎是必然的。

2 连杆条件下的位移数据特点

通常我们把动点的相对位移计安装在上游杆件的延长线上，因此我们实测得的相对位移是AD、DB的延长线上的变化量（见图1所示）。传统的相对位移累加法只有在以下情况中（1）+（2）或（1）+（3）时才是适用的：

（1）A、D、B在水平面上是一条直线;（2）A、B、D在垂直面上是一条直线;（3）AD、DB的角度测量准确。

但是我们在实际应用中难以保证上述条件的实现。首先，动点是依据设计图确定的，设计中只考虑测点能否全面管控住坡面的变形，而不会放在一条直线上;其次固定点需在滑动范围外，所以监测单位是希望越少越好，否则监测成本高、安装很不方便;再次，很多坡面陡峭，安装测点已非常困难，要测定杆件的角度更为困难，所以很少有监测单位测定杆件角度。因此，使用相对位移累加的方法来计算动点位移较为粗略，换句话说，我们仅仅知道这个测点有位移，其真正位移量不得而知，对于管理者而言，数据提供的决策意义要大打折扣。

3 地表变化对监测点位移变化的影响分析

以下分析以三点连杆为例。实际中以连杆检测法测地表位移时，监测点在水平和垂直方向并不一定是一条直线，因此，传感器所测得的数据并不能准确代表水平和垂直位移。例如，图1为某个连接杆观测法的俯视图，A点为边坡顶端固定观测点，B、D点为观测点在水平面上的投影，AD，DB之间连接两根连接杆，当地表位移引起D点的位移至D点时，B点也将发生位移至B点（为了计算方便，假定B点只能沿AB的连线上位移），B点在水平方向上实际有的位移，那么，实际上AB的水平位移应该在监测数据的基础上加。同理，AB的垂直位移也应该在监测数据的基础上加B点的垂直位移。

4 位移偏差校验计算

4.1水平位移修正计算

图2为俯视图，AD和DB为AB之间两根连接杆L1、L2在水平面上的投影（两根连接杆长度分别记为L1和L2）。θ1为连接杆L1与竖直平面的夹角，即AD与AB的夹角;θ2为连接杆L2与竖直平面的夹角，即DB与AB的夹角;θ为连接杆L1在水平面上的变化角度。同时，记L1与水平面的夹角为α1，L2与水平面的夹角为α2。那么有：

4.2垂直位移修正计算

图3为立面图，AF和FB为AB之间两根连接杆在立平面上的投影，两连接杆的连接点从F变化到F，假设L2仍经过B点，那么BB2即为垂直方向。α为连接杆L1在垂直平面上的角度变化;L1与水平面的夹角为α1，L2与水平面的夹角为α2，前面水平位移修正计算已有说明;α3为连接杆L2原与水平面的夹角。

5 减少偏差的方法

上述的修正方法显然需要已知的参数较多，事实上我们在现场很难测定各连接杆的角度和方向及其变化值，并且多杆连接后其偏差将更加明显，因此通过理论计算修正偏差的方法基本上不可行，只有通过规范测杆安装来减少偏差[4]。

保证各杆的连接点处于一个立面内，是减少偏差的最有效方法。各连杆处在一个立面内，意味着各连杆在水平面上的投影在一条直线上，那么可以认为测得的水平位移是沿着该投影线运行，此时只要将传感器沿投影线方向布置，测得的位移数据将接近真实位移值。测定各连杆结点的初始高程，将获得各连杆的初始倾角，粗略计算时，可以用最后一根测杆的角度代表位移方向，用以计算水平位移和垂直位移分量。如需要获得更加准确的测量值，建议每隔不多于三根杆放置一个传感器，形成多级测量体系，逐级校准修正。但无论如何，这种测量方式获得的数据仍然只能作为一种参考值，而不是精确值，这是由这种测量方式的先天不足造成的。

6 结语

用连接杆法测边坡的位移量时，随着位移的变化，一般情况下传感器测得的数据比实际位移要小。由于边坡位移预警阀值单位为厘米级，如果不进行校验，对边坡情况的判断将出现较大误差。本文提出的位移校验，充分证明了偏差值难以难免，必须规范现场安装来提高监测的有效性。

参考文献

[1] 宰金珉，王旭东，徐洪钟.岩土工程测试与监测技术[M].北京：中国建筑工业出版社，2017.

[2] 龚晓南，杨仲轩.岩土工程测试技术[M].北京：中国建筑工业出版社，2017.

[3] 邱冬炜，丁克良，黄鹤，等.变形监测技术与工程应用[M].武汉：武汉大学出版社，2016.

[4] 建设部综合勘察研究设计院.GB50021-2001，岩土工程勘察规范[S].

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