高速公路邊坡變形監(jiān)測(cè)

PAGE46摘要隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的高速發(fā)展，公路交通事業(yè)取得了巨大成就，然而在公路建設(shè)過(guò)程中，出現(xiàn)了大量的邊坡病害，為了預(yù)防邊坡病害所帶來(lái)的損失，必須對(duì)其實(shí)施變形監(jiān)測(cè)。本文從邊坡地表開(kāi)裂、沉降、位移、失穩(wěn)等方面的分析入手，詳細(xì)闡述了高速公路邊坡的變形類型；本文從邊坡地表變形監(jiān)測(cè)、邊坡深部位移監(jiān)測(cè)、地下水監(jiān)測(cè)等方面的分析入手，詳細(xì)闡述了高速公路邊坡的監(jiān)測(cè)方法，本文通過(guò)分析認(rèn)為應(yīng)以邊坡位移監(jiān)測(cè)為主。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合所得的數(shù)據(jù)研究了各種技術(shù)方法在邊坡變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，進(jìn)而展現(xiàn)了實(shí)施邊坡變形監(jiān)測(cè)的重要意義。最后，在現(xiàn)有方法的基礎(chǔ)上對(duì)邊坡變形監(jiān)測(cè)新方法進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞：邊坡，變形監(jiān)測(cè)，方法，數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)ABSTRACTWithhighspeeddevelopmentofdomesticfoundationconstruction，roadtrafficprojectobtainsgreatachievement.Howeverthereareabundanceofslopediseases，whichcausedagreatdealofloss，wemustcarryoutdeformationmonitoringtopreventthosediseases．Thepaperstartwithanalysisofsurfacedehiscence、surfacedisplacement、surfacesubside、surfaceunregularandsoon.itstatesthekindofroadmonitoring.Thepaperstartwithanalysisofslopesurfacedeformationmonitoring、slopedeepdisplacementmonitoring、groundwaterMonitoringandsoon.itstatesthemethodofroadslopemonitoringdetail．Theauthordrawaconclusionthatweshouldconcenrateonslopedisplacementmonitoringinthispaper,onthebasisofthisconclusion，withthesystemofdata，authorstudiedmanykindsofmethodsinslopedeformationmonitoring，what’smore，thenitshowsthemeansofslopedeformationmonitoring.Intheend，authorworkesonthebasisofmethodsexsitedandmakesanimagineaboutslopedeformationmonitoringinthefuture.KEYWORDS:slope，deformationmonitoring,method,analyse,data，forecast目錄TOC\o"1-3"\h\u26199ABSTRACT 2211671前言 5246271.1本文研究背景 5166281.2國(guó)內(nèi)外監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀 8163751.3本文研究的意義及內(nèi)容 8265051.3.1本文的意義 8106771.3.2本文的內(nèi)容 911461.4邊坡變形的類型 9277762邊坡監(jiān)測(cè)工程的基本要求 10304322.1目的明確、重點(diǎn)監(jiān)測(cè)、兼顧全面 10199912.2選擇的監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)可靠、系統(tǒng)、適用、經(jīng)濟(jì) 10277463變形監(jiān)測(cè)的內(nèi)容 12207023.1邊坡變形監(jiān)測(cè) 1291563.1.1地表位移監(jiān)測(cè) 12119563.1.2邊坡表面裂縫量測(cè) 12135463.1.3邊坡深部位移測(cè)量 13223773.2邊坡應(yīng)力監(jiān)測(cè) 1346003.2.1邊坡內(nèi)部應(yīng)力監(jiān)測(cè) 13306823.2.2巖石邊坡地應(yīng)力監(jiān)測(cè) 13211123.2.3邊坡錨固應(yīng)力測(cè)試 13304653.3邊坡地下水監(jiān)測(cè) 1483653.3.1地下水位監(jiān)測(cè) 141263.3.2孔隙水壓力監(jiān)測(cè) 1488294邊坡工程監(jiān)測(cè)的技術(shù)和儀器 16123814.1外部觀測(cè)法 16170414.2內(nèi)部觀測(cè)法 16210374.3巡視觀察法 1791204.4邊坡監(jiān)測(cè)部分儀器 18301124.4.1多點(diǎn)位移計(jì) 1858964.4.2錨索測(cè)力計(jì) 19279744.4.3測(cè)縫計(jì) 19310014.4.4沉降儀 19123334.4.5收斂計(jì) 21104255邊坡監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)方法 2275275.1監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)流程 2215706圖5－１ 22227175.2監(jiān)測(cè)方法簡(jiǎn)介 23300295.2.1大地測(cè)量法 23292215.2.2全球定位技術(shù) 23266135.2.3攝影測(cè)量技術(shù) 29219355.2.4光纖傳感監(jiān)測(cè)技術(shù) 3088195.2.5基準(zhǔn)線測(cè)量法 30122885.2.6監(jiān)測(cè)機(jī)器人技術(shù) 31191305.2.7合成孔徑雷達(dá)技術(shù) 3250235.2.8地面三維激光掃描技術(shù) 3310646數(shù)據(jù)處理方法 35198616.1灰色系統(tǒng)理論 35271676．1．1灰色系統(tǒng)GM(1,1)模型 3531296．2人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 39225816．2．1人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的概念 39207586.2．2BP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及算法 40135426．2．3BP網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)算法 41121116．2．4BP模型在邊坡變形中的預(yù)測(cè) 41232896.3小結(jié) 43243137結(jié)論 4425130致謝 456504參考文獻(xiàn) 461前言隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)高速公路建設(shè)正進(jìn)入飛速發(fā)展時(shí)期，但由于我國(guó)高速公路建設(shè)起步較晚，邊坡問(wèn)題的嚴(yán)重性已經(jīng)日益顯現(xiàn)出來(lái)。作為地球三大地質(zhì)災(zāi)害（地震、洪水、崩塌滑坡泥石流）之一的邊坡失穩(wěn)坍塌嚴(yán)重威脅到國(guó)家財(cái)產(chǎn)和人民群眾的安全。隨著國(guó)家高速公路網(wǎng)的建設(shè)，高速公路邊坡的穩(wěn)定性已經(jīng)越來(lái)越重要。因此對(duì)高速公路邊坡特別是對(duì)破壞后果嚴(yán)重的重點(diǎn)邊坡應(yīng)當(dāng)建立行之有效的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，做好監(jiān)測(cè)與設(shè)計(jì)、施工、勘察的動(dòng)態(tài)互補(bǔ)，以監(jiān)測(cè)與勘查指導(dǎo)設(shè)計(jì)、施工，確保公路的正常運(yùn)營(yíng)。1.1本文研究背景邊坡工程是修建于巖土體上或巖土體中的地質(zhì)工程。其物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)以及它們所處的環(huán)境是如此復(fù)雜，以至于單純靠數(shù)學(xué)、力學(xué)方法是很難以工程設(shè)計(jì)要求的精度對(duì)工程巖土體的變形破壞過(guò)程進(jìn)行預(yù)測(cè)的?？尚械姆椒ㄊ且岳碚摲治龊蛯＜医?jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，然后以監(jiān)測(cè)手段逐步對(duì)其修正，以便向更合理、更真實(shí)的實(shí)際情況逼近，達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的發(fā)展是隨著巖土工程失事造成的巨大損失為人們提供教訓(xùn)后，不斷的尋求解決方法面逐步發(fā)展完善起來(lái)的。在此之前，巖土工程主要依靠結(jié)構(gòu)物的可靠度設(shè)計(jì)保證其安全，但由于巖土體的復(fù)雜性和不確定性，加之巖土力學(xué)又是一門新的科學(xué)，尚屬半經(jīng)驗(yàn)半理論的性質(zhì)，這就使巖土工程具有很大的風(fēng)險(xiǎn)性。20世紀(jì)50年代以來(lái)，工程界逐步認(rèn)識(shí)到，巖土工程事故大多是由于基礎(chǔ)失穩(wěn)引起的，對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，及時(shí)得到基礎(chǔ)信息并采取相應(yīng)的防范補(bǔ)救措施，可以預(yù)報(bào)、預(yù)防事故的發(fā)生，減少或防止財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方法逐漸得到重視。20世紀(jì)70年代以來(lái)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的確定，監(jiān)測(cè)儀器的選擇、布置，監(jiān)測(cè)儀器的埋設(shè)技術(shù)，以及觀測(cè)方法和觀測(cè)資料的整理分析等方面的研究工作大大加強(qiáng)。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的硬件和軟件迅速發(fā)展，范圍不斷擴(kuò)大，監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，資料分析系統(tǒng)，安全預(yù)報(bào)系統(tǒng)不斷完善，工程設(shè)計(jì)采用新的可靠度設(shè)計(jì)理論方法以來(lái)，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)作為必要手段，已成為提供設(shè)計(jì)依據(jù)，優(yōu)化設(shè)計(jì)和可靠度評(píng)價(jià)不可缺少的一部分。我國(guó)從20世紀(jì)80年代開(kāi)始，結(jié)合一些大型工程項(xiàng)目對(duì)工程中存在的問(wèn)題進(jìn)行研究，提出了一些考慮地質(zhì)條件，巖體性質(zhì)，監(jiān)測(cè)空間和時(shí)間連續(xù)性要求監(jiān)測(cè)布置原則和方法，促進(jìn)了監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)和監(jiān)測(cè)方法的發(fā)展。在充分研究了監(jiān)測(cè)儀器的使用效果和經(jīng)驗(yàn)，儀器的種類和技術(shù)性能，質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，確認(rèn)了一批供現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)選用的儀器。同時(shí)對(duì)這些儀器的技術(shù)指標(biāo)、適用條件、穩(wěn)定性等也有了評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)．對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)儀器安裝埋設(shè)與觀測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)化、程序化和質(zhì)量控制措施也在逐步的形成和完善之中。由于道路工程發(fā)生破壞時(shí)產(chǎn)生的災(zāi)害性后果和社會(huì)影響相對(duì)于水電站、礦山、橋梁、隧道等其它工程低，且在發(fā)生破壞后可以采取一定程度的補(bǔ)救措施，從而客觀上降低了人們對(duì)道路工程危險(xiǎn)性的重視程度，影響到現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)在道路工程中的應(yīng)用?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)工作首先是由于安全監(jiān)測(cè)的需要，在一些大型的礦山和水電工程中得到應(yīng)用，如湖北大冶礦露天采場(chǎng)邊坡作過(guò)多點(diǎn)位移計(jì)、測(cè)斜儀、錨桿應(yīng)力計(jì)等監(jiān)測(cè)，四川二灘電站庫(kù)滑坡作了變形網(wǎng)、鉆孔測(cè)斜儀、滲壓計(jì)、平洞位移、應(yīng)力等監(jiān)測(cè)，湖北三峽工程茅坪溪防護(hù)工程泄水洞的進(jìn)口高邊坡作了鉆孔測(cè)斜儀、多點(diǎn)位移計(jì)、測(cè)縫計(jì)和錨桿應(yīng)力計(jì)等監(jiān)測(cè)，這些工程中現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的成功應(yīng)用和監(jiān)測(cè)取得的成果為現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)在其它工程中的應(yīng)用起到了良好的示范推動(dòng)作用。隨后在一些可靠度要求高的工程中，逐漸開(kāi)展了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的應(yīng)用，如：基坑開(kāi)挖、地下工程的建設(shè)等?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)在道路工程中的應(yīng)用開(kāi)始于上世紀(jì)末，在橋梁、隧道、高邊坡等易發(fā)生安全事故的部位開(kāi)展了一些現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)工作，如對(duì)橋梁、隧道及邊坡進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)以預(yù)防其發(fā)生失穩(wěn)破壞。其中出現(xiàn)了許多較新的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方法，在變形監(jiān)測(cè)中控制網(wǎng)的重要性不言而喻，如控制點(diǎn)發(fā)生變化則無(wú)法保證監(jiān)測(cè)結(jié)果的正確性，有文獻(xiàn)針對(duì)這一情況提出一種在作業(yè)條件困難的情況下以相對(duì)固定點(diǎn)為已知點(diǎn)，用后方交會(huì)的方法建立一個(gè)近似于施工坐標(biāo)系的獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)作為變形監(jiān)測(cè)的參考網(wǎng)，為變形區(qū)域較大的地區(qū)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)工作的開(kāi)展提供了借鑒。由于起步較晚，加之道路工程自身的復(fù)雜性使得現(xiàn)有的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方法仍有許多不足之處。表現(xiàn)為缺少經(jīng)驗(yàn)，面對(duì)現(xiàn)有的眾多的監(jiān)測(cè)方法和監(jiān)測(cè)儀器，無(wú)法針對(duì)被監(jiān)測(cè)對(duì)象的具體特點(diǎn)，充分考慮各種有效的監(jiān)測(cè)方案和監(jiān)測(cè)儀器的性能特點(diǎn)，選擇最有效的監(jiān)測(cè)方案和監(jiān)測(cè)儀器，使得在面對(duì)具體工程和結(jié)構(gòu)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)果的代表性低，同時(shí)無(wú)法確保監(jiān)測(cè)結(jié)果在時(shí)間上和空間上的連續(xù)性要求，影響現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)在道路工程中的應(yīng)用與發(fā)展。現(xiàn)階段，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展對(duì)道路工程的要求不斷提高，使現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)在道路工程中得到應(yīng)用與發(fā)展。同時(shí)也對(duì)道路工程的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)提出了新的要求，這種要求有幾個(gè)方面：一是對(duì)道路工程安全性的要求，隨著新建道路等級(jí)的提高和對(duì)舊有道路的改建，道路沿線的橋梁、隧道、高邊坡、高填方等工程也不斷增加，為確保這些工程施工及運(yùn)行中的安全，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)被廣泛采用。二是對(duì)道路工程實(shí)用性的要求，它要求針對(duì)道路工程中的如路基沉降、路面開(kāi)裂等問(wèn)題開(kāi)展科學(xué)研究，提出解決辦法。三是一些新的施工工藝、方法如加筋土擋墻、錨桿、錨索等的應(yīng)用，也迫切需要通過(guò)科學(xué)研究提供理論依據(jù)和支持。要開(kāi)展這些科研工作，需要應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方法，取得工程的實(shí)際數(shù)據(jù)，這也從一個(gè)方面推動(dòng)了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)在道路工程中的應(yīng)用。四是道路工程的維護(hù)保養(yǎng)是在大規(guī)模道路工程建設(shè)后的一個(gè)重要的工作內(nèi)容，借助現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方法，可以對(duì)道路的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行科學(xué)的評(píng)價(jià)，為道路工程的維護(hù)保養(yǎng)提供依據(jù)，是道路工程現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的一個(gè)發(fā)展方向。上世紀(jì)九十年代以來(lái)，在許多大型工程的設(shè)計(jì)、施工中大量運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方法，基本實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化、標(biāo)準(zhǔn)化，出現(xiàn)了監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)、安全預(yù)報(bào)系統(tǒng)和一批新的具有優(yōu)良性能的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)儀器。高速公路工程現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)將在吸收新成果的同時(shí)，總結(jié)、發(fā)展和完善適合于自身特點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方法，推動(dòng)高速公路工程的發(fā)展。1.2國(guó)內(nèi)外監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀現(xiàn)在邊坡監(jiān)測(cè)最簡(jiǎn)易的最常見(jiàn)的觀測(cè)法，即在關(guān)鍵裂縫處通過(guò)做標(biāo)記、樹(shù)標(biāo)桿等方法來(lái)量取裂縫長(zhǎng)度、寬度、深度的變化以及延伸方向。大地測(cè)量法是一種常見(jiàn)的觀測(cè)方法，這種方法的發(fā)展主要是依靠高精度的光學(xué)及光電儀器的發(fā)展而不斷完善的。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的硬件和軟件迅速發(fā)展，范圍不斷擴(kuò)大，監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，資料分析系統(tǒng)，安全預(yù)報(bào)系統(tǒng)不斷完善，加之工程設(shè)計(jì)采用新的設(shè)計(jì)理論和方法，利用全球定位系統(tǒng)（GPS）的方法、遙控和合成孔徑雷達(dá)法以及地面攝影測(cè)量法也迅速應(yīng)用到邊坡監(jiān)測(cè)中來(lái)。伴隨著電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，聲發(fā)射方法，時(shí)域反射法，光時(shí)域反射法等也正被應(yīng)用于邊坡監(jiān)測(cè)之中。采用各種傳感器進(jìn)行裂縫、位移、高差、應(yīng)力、應(yīng)變測(cè)量，如測(cè)縫計(jì)、伸縮儀、液體靜力水準(zhǔn)儀和溫度、應(yīng)力、應(yīng)變儀等，也是重要的手段和補(bǔ)充。同時(shí)，由于網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，邊坡的現(xiàn)代監(jiān)測(cè)方法正向著遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控方向發(fā)展。1.3本文研究的意義及內(nèi)容1.3.1本文的意義隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，高速公路建設(shè)已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)入飛速發(fā)展時(shí)期，邊坡穩(wěn)定問(wèn)題是在高速公路建設(shè)中最常見(jiàn)的工程問(wèn)題之一。而且，隨著工程規(guī)模的加大加深及場(chǎng)地不斷擴(kuò)大，經(jīng)常需在復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境條件下開(kāi)挖邊坡。而且邊坡工程的穩(wěn)定狀態(tài)，事關(guān)工程建設(shè)的成敗與安全，會(huì)對(duì)整個(gè)高速公路工程的可行性、安全性及經(jīng)濟(jì)性等起著重要的制約作用，并在很大程度上影響著高速公路工程建設(shè)的投資及效益。邊坡失穩(wěn)產(chǎn)生的滑坡現(xiàn)象已變成與地震和火山相并列的全球性三大地質(zhì)災(zāi)害之一。從1998年至2000年，公路建設(shè)投資由1800億元發(fā)展為2400億元，居于全國(guó)各行業(yè)之首。據(jù)交通部規(guī)劃，到2010年，我國(guó)公路總里程已達(dá)250萬(wàn)公里，其中高速公路總里程達(dá)5萬(wàn)公里。公路建設(shè)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)起到了巨大的推動(dòng)作用，但同時(shí)對(duì)生態(tài)環(huán)境也造成了一些負(fù)面的影響。高速公路每年產(chǎn)生數(shù)千至上萬(wàn)的邊坡，這些邊坡的質(zhì)量成為影響高速公路營(yíng)運(yùn)的主要因素。高速公路邊坡監(jiān)測(cè)的目的是提供監(jiān)測(cè)資料并以此為依據(jù)進(jìn)一步反映邊坡安全狀態(tài)，及時(shí)修改和調(diào)整邊坡巖土體物理力學(xué)參數(shù)和巖土介質(zhì)物理力學(xué)模型，使之更加符合巖土工程實(shí)際，最后對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，通過(guò)綜合理論方法對(duì)高速公路邊坡的安全與穩(wěn)定狀態(tài)提出預(yù)警信息，并將該預(yù)警信息及時(shí)反饋，以便設(shè)計(jì)單位及管理單位及時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)與施工的變更優(yōu)化，確保邊坡的長(zhǎng)期穩(wěn)定。因此，高速公路邊坡穩(wěn)定性的檢測(cè)，被認(rèn)為是維持高速公路正常運(yùn)行的重要方法。1.3.2本文的內(nèi)容本文主要介紹邊坡監(jiān)測(cè)工程從設(shè)計(jì)到施工的全部流程，為監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)及實(shí)施提供一定參考。其他主要內(nèi)容包括：本文研究背景、邊坡監(jiān)測(cè)工程的基本要求以及邊坡監(jiān)測(cè)的內(nèi)容、技術(shù)、儀器，同時(shí)對(duì)各種常見(jiàn)的監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行了介紹、對(duì)比，結(jié)合數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，對(duì)邊坡的變形治理與預(yù)防具有指導(dǎo)意義。1.4邊坡變形的類型邊坡在坡體自重、震動(dòng)或地震等外荷載作用下，常會(huì)產(chǎn)生邊坡表面開(kāi)裂、沉降、位移甚至失穩(wěn)破壞，因此有必要對(duì)邊坡的變形情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。2邊坡監(jiān)測(cè)工程的基本要求2.1目的明確、重點(diǎn)監(jiān)測(cè)、兼顧全面監(jiān)測(cè)的布置應(yīng)當(dāng)以安全監(jiān)測(cè)為主，兼顧設(shè)計(jì)、施工和科研的需求。對(duì)監(jiān)測(cè)內(nèi)容應(yīng)當(dāng)明確，以監(jiān)測(cè)內(nèi)容為基礎(chǔ)選擇儀器及布設(shè)儀器。監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)不可能面面俱到，在監(jiān)測(cè)過(guò)程中，不能對(duì)邊坡變形做到完全的全面控制，而應(yīng)該對(duì)重點(diǎn)地段、重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，同時(shí)兼顧全局。在進(jìn)行監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)前，應(yīng)首先分析各邊坡的工程地質(zhì)條件，確定其主要的變形和破壞模式以及需控制的關(guān)鍵部位，還應(yīng)分析坡體的變形影響深度，估計(jì)其正?；虍惓顟B(tài)下的變形量并預(yù)測(cè)其運(yùn)行狀況。監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)應(yīng)建立在邊坡穩(wěn)定性分析研究的基礎(chǔ)上，盡能做到有的放矢。2.2選擇的監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)可靠、系統(tǒng)、適用、經(jīng)濟(jì)無(wú)論采用哪種監(jiān)測(cè)手段，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性是第一位的。同時(shí)對(duì)整體穩(wěn)定性的監(jiān)測(cè)，應(yīng)當(dāng)考慮多種方法相結(jié)合，以便相互印證形成一個(gè)系統(tǒng)。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有很強(qiáng)的可操作性。在確定了監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)和關(guān)鍵部位及主要的監(jiān)測(cè)物理量后，應(yīng)選擇技術(shù)先進(jìn)、系統(tǒng)可靠、方便適用、經(jīng)濟(jì)合理的觀測(cè)手段和方法。對(duì)涉及整體穩(wěn)定性的邊坡監(jiān)測(cè)，應(yīng)考慮多種方法的結(jié)合，以便相互印證。對(duì)淺表部開(kāi)挖邊坡，估計(jì)初期階段應(yīng)力重分布引起的變形一般不會(huì)太大（如30mm以下），在I級(jí)監(jiān)測(cè)階段，從技術(shù)的先進(jìn)性和方法的適應(yīng)性看，應(yīng)以內(nèi)部觀測(cè)為主。無(wú)論采用哪一種觀測(cè)手段，系統(tǒng)的可靠與技術(shù)的先進(jìn)是第一位的。系統(tǒng)的可靠首先應(yīng)表現(xiàn)在儀器設(shè)備的可靠，而不能以儀器價(jià)格來(lái)支配儀器選定，因?yàn)椴豢煽康谋O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)會(huì)造成對(duì)邊坡穩(wěn)定性的錯(cuò)誤判斷。在儀器選型時(shí)應(yīng)了解所選儀器在已有工程的應(yīng)用情況，選擇歷史較長(zhǎng)、能保證儀器工作性能的制造廠家，儀器應(yīng)有足夠的準(zhǔn)確性和長(zhǎng)期的穩(wěn)定性。儀器應(yīng)適應(yīng)施工現(xiàn)場(chǎng)較惡劣的環(huán)境，應(yīng)操作方便、維護(hù)簡(jiǎn)單、經(jīng)久耐用。儀器的量程根據(jù)分析及預(yù)測(cè)選取，同時(shí)應(yīng)考慮儀器的分辨率、精度等是否滿足要求。一個(gè)好的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)能監(jiān)控邊坡穩(wěn)定性變化的全過(guò)程，能實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)信息的及時(shí)反饋，這就要求監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理、分析、管理等方面皆有較高的自動(dòng)化程度。監(jiān)鍘設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的另一個(gè)問(wèn)題是實(shí)施的可能性和施工、安裝、觀測(cè)的方便，避免或減少對(duì)土建工程施工的干擾，如在可能情況下將儀器布置在各級(jí)馬道上，便于鉆孔、儀器安裝與維護(hù)維修。有時(shí)方法可能看似先進(jìn)，但實(shí)施的難度或?qū)χ黧w工程的影響大，實(shí)施的可能性就很小。有些方法看似簡(jiǎn)單，但非常直觀和可靠的，也是應(yīng)在工程中采用的，如裂縫的簡(jiǎn)易觀測(cè)等。3變形監(jiān)測(cè)的內(nèi)容邊坡的破壞，一般不是突然發(fā)生的，破壞前總是有相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間的變形發(fā)展期。通過(guò)對(duì)邊坡的變形量測(cè)，不但可以預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)邊坡的失穩(wěn)滑動(dòng)，同時(shí)運(yùn)用變形的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律檢驗(yàn)邊坡治理設(shè)計(jì)的正確性。邊坡變形監(jiān)測(cè)包括大地變形監(jiān)測(cè)、地表裂縫位錯(cuò)位移監(jiān)測(cè)、地面傾斜監(jiān)測(cè)、裂縫多點(diǎn)位移監(jiān)測(cè)、邊坡深部位移監(jiān)測(cè)等項(xiàng)目?jī)?nèi)容。對(duì)于實(shí)際工程應(yīng)根據(jù)邊坡具體情況設(shè)計(jì)位移監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和測(cè)點(diǎn)。3.1邊坡變形監(jiān)測(cè)邊坡變形監(jiān)測(cè)包括地表大地變形監(jiān)測(cè)、地表裂縫位錯(cuò)位移監(jiān)測(cè)、地面傾斜監(jiān)測(cè)、裂縫多點(diǎn)位移監(jiān)測(cè)、邊坡深部位移監(jiān)測(cè)等項(xiàng)目?jī)?nèi)容。對(duì)于具體工程應(yīng)根據(jù)邊坡具體情況設(shè)計(jì)位移監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和測(cè)點(diǎn)。3.1.1地表位移監(jiān)測(cè)地表位移監(jiān)測(cè)通常應(yīng)用的儀器有：一是大地測(cè)量（精度高的）儀器，如紅外儀、經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、全站儀、GPS等。二是專門用于邊坡變形監(jiān)測(cè)的儀器，如裂縫計(jì)、鋼尺和標(biāo)樁、地表位移伸長(zhǎng)計(jì)和全自動(dòng)無(wú)線邊坡監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。測(cè)量?jī)?nèi)容包括邊坡水平位移、垂直位移、以及變化速率。邊坡地表變形觀測(cè)通常采用的網(wǎng)型：十字交叉網(wǎng)型、放射狀網(wǎng)法、任意觀測(cè)網(wǎng)法。3.1.2邊坡表面裂縫量測(cè)邊坡表面的裂縫變化往往是邊坡巖土體失穩(wěn)的前兆，因此對(duì)于出現(xiàn)的裂縫應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)。地表裂縫位監(jiān)測(cè)可采用仲縮儀、位錯(cuò)計(jì)、千分卡直接測(cè)量，也可在裂縫兩側(cè)設(shè)樁、設(shè)固定標(biāo)尺或在建筑物裂縫兩側(cè)貼片等方法。測(cè)量?jī)?nèi)容包括裂縫的拉開(kāi)速度以及兩端的擴(kuò)展情況。對(duì)裂縫兩側(cè)的邊坡觀測(cè)樁的位移資料的整理可以較明顯的顯示邊坡穩(wěn)定性。3.1.3邊坡深部位移測(cè)量邊坡深部位移監(jiān)測(cè)是監(jiān)測(cè)邊坡整體變形的一種重要方法。地表位移測(cè)量具有范圍大、精度高的特點(diǎn)。邊坡表面裂縫量測(cè)具有較強(qiáng)的直觀性和實(shí)用性。但他們都無(wú)法觀測(cè)邊坡的內(nèi)部巖體的變化。邊坡深部位移測(cè)量主要采用的儀器有：鉆孔引伸儀和鉆孔傾斜儀兩大類。3.2邊坡應(yīng)力監(jiān)測(cè)邊坡應(yīng)力監(jiān)測(cè)包括邊坡內(nèi)部應(yīng)力監(jiān)測(cè)、巖石邊坡地應(yīng)力監(jiān)測(cè)、錨桿（索）預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)。3.2.1邊坡內(nèi)部應(yīng)力監(jiān)測(cè)邊坡內(nèi)部應(yīng)力監(jiān)測(cè)主要用到的儀器為壓力盒。通過(guò)壓力盒量測(cè)滑帶承重阻滑受力和支護(hù)結(jié)構(gòu)受力來(lái)了解邊坡傳遞給支檔工程的壓力以及支護(hù)結(jié)構(gòu)的可靠性。3.2.2巖石邊坡地應(yīng)力監(jiān)測(cè)邊坡地應(yīng)力監(jiān)測(cè)主要針對(duì)大型巖石邊坡工程，其是為了了解邊坡地應(yīng)力或在施工過(guò)程中地應(yīng)力變化而進(jìn)行的一項(xiàng)重要監(jiān)測(cè)工作。地應(yīng)力監(jiān)測(cè)包括絕對(duì)應(yīng)力監(jiān)測(cè)和地應(yīng)力變化監(jiān)測(cè)。絕對(duì)應(yīng)力測(cè)量在邊坡開(kāi)挖前和邊坡開(kāi)挖中期以及邊坡開(kāi)挖完成后各進(jìn)行一次，以了解三個(gè)不同階段的地應(yīng)力場(chǎng)情況，采用的方法一般是深孔應(yīng)力解除法。地應(yīng)力變化監(jiān)測(cè)即在開(kāi)挖前，利用原地質(zhì)勘探平洞埋設(shè)應(yīng)力監(jiān)測(cè)儀器，以了解整個(gè)開(kāi)挖過(guò)程中地應(yīng)力變化的全過(guò)程。目前應(yīng)力變化監(jiān)測(cè)傳感器主要有Yoke應(yīng)力計(jì)、國(guó)產(chǎn)電容式應(yīng)力計(jì)、磁壓式應(yīng)力計(jì)等。3.2.3邊坡錨固應(yīng)力測(cè)試在邊坡應(yīng)力監(jiān)測(cè)中除了邊坡內(nèi)部應(yīng)力、結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測(cè)外、對(duì)于邊坡錨固應(yīng)力監(jiān)測(cè)也是一項(xiàng)重要的監(jiān)測(cè)內(nèi)容。邊坡錨桿錨索拉力的變化是邊坡載荷變化的直接反映。錨桿軸力量測(cè)：錨桿軸力量測(cè)的目的在于了解錨桿實(shí)際工作狀態(tài)，結(jié)合位移量測(cè)，修正錨桿的設(shè)計(jì)參數(shù)。錨桿軸力量測(cè)主要使用的是量測(cè)錨桿。量測(cè)錨桿的桿體是用中空的鋼材制成，其材質(zhì)同錨桿一樣。量測(cè)錨桿主要有機(jī)械式和電阻應(yīng)變片式兩類。錨索預(yù)應(yīng)力損失的量測(cè)：對(duì)預(yù)應(yīng)力錨索應(yīng)力監(jiān)測(cè)，其目的是為了分析錨索的受力狀態(tài)、錨固效果及預(yù)應(yīng)力損失情況，因預(yù)應(yīng)力的變化將受到邊坡的變形和內(nèi)在載荷的變化的影響，通過(guò)監(jiān)控錨固體系的預(yù)應(yīng)力變化可以了解被加固邊坡的變化與穩(wěn)定狀況。通常一個(gè)邊坡工程長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的錨索數(shù)，不少于總數(shù)的5%。監(jiān)測(cè)設(shè)備一般采用圓環(huán)形測(cè)力計(jì)（液壓式或鋼弦式）或電阻應(yīng)變式壓力傳感器。3.3邊坡地下水監(jiān)測(cè)地下水是邊坡失穩(wěn)的主要誘發(fā)因素之一，對(duì)邊坡工程而言，地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)也是一項(xiàng)重要的監(jiān)測(cè)內(nèi)容，特別是對(duì)地下水豐富的邊坡，應(yīng)特別引起重視。地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)以了解地下水位為主，根據(jù)工程要求，可進(jìn)行地下水孔隙水壓力、揚(yáng)壓力、動(dòng)水壓力、地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)等。3.3.1地下水位監(jiān)測(cè)我國(guó)早期用于地下水位監(jiān)測(cè)的定型產(chǎn)品是紅旗自計(jì)水位儀，它是浮標(biāo)式機(jī)械儀表，因多種原因現(xiàn)已很少使用。近十幾年來(lái)國(guó)內(nèi)不少單位研制過(guò)壓力傳感式水位儀，均因各自的不足或缺陷而不能在地下水監(jiān)測(cè)方面得到廣泛應(yīng)用。目前在地下水監(jiān)測(cè)工作中，幾乎都是用簡(jiǎn)易水位計(jì)或萬(wàn)用表進(jìn)行人工觀測(cè)。我國(guó)在20年代90年代初成功研制了WLT－1020地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)儀，后又經(jīng)過(guò)兩次改進(jìn)，現(xiàn)在性能已經(jīng)完善。3.3.2孔隙水壓力監(jiān)測(cè)在邊坡工程中的孔隙水壓力是評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)邊坡穩(wěn)定性得一個(gè)重要因素，因此需要在現(xiàn)場(chǎng)埋設(shè)儀器進(jìn)行觀測(cè)。目前監(jiān)測(cè)孔隙水壓力主要采用孔隙水壓力儀，根據(jù)測(cè)試原理可分為四類：1.液壓式孔隙水壓力儀2.電氣式孔隙水壓力儀3.氣壓式孔隙水壓力儀4.鋼弦式孔隙水壓力儀?？紫端畨毫τ^測(cè)點(diǎn)的布置視邊坡工程具體情況而定。一般原則是將多個(gè)儀器分別埋于不同觀測(cè)點(diǎn)的不同深處，形成一個(gè)觀測(cè)剖面以觀測(cè)孔隙水壓力的空間分布。4邊坡工程監(jiān)測(cè)的技術(shù)和儀器邊坡動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)，大體上可分為三大類：4.1外部觀測(cè)法包括精密大地測(cè)量技術(shù)、GPS測(cè)量技術(shù)、近景攝影測(cè)量和INSAR干涉雷達(dá)測(cè)量等，上述方法都以坡體表面位移（包括水平位移測(cè)量和垂直位移測(cè)量）為觀測(cè)對(duì)象，其中精密大地測(cè)量技術(shù)最為成熟、精度最高，是目前廣泛應(yīng)用的最有效外觀方法；GPS測(cè)量技術(shù)出于觀測(cè)精度不斷提離，已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)入實(shí)用階段，有較樂(lè)觀的發(fā)展前景；而近景攝影測(cè)量與INSAR于涉雷達(dá)測(cè)量主要出于精度較低，對(duì)變形較大的邊坡可以作為探索性研究手段，離工程實(shí)用還有一定差距。外觀法（通常指大地測(cè)量方法）測(cè)點(diǎn)布置相對(duì)容易，可控較大區(qū)域并確定邊坡地表的變形范圍，能觀測(cè)到坡體的絕對(duì)位移值，故在邊坡監(jiān)測(cè)中應(yīng)用最為廣泛。但外觀法只能觀測(cè)地表點(diǎn)的位移情況，對(duì)坡體內(nèi)部變形發(fā)展情況卻無(wú)法確定，不利于研究坡體的變形特征和為工程提供足夠的設(shè)計(jì)依據(jù)。外觀的監(jiān)測(cè)精度相對(duì)（內(nèi)觀）較低，適應(yīng)于監(jiān)測(cè)坡體的大位移滑動(dòng)，對(duì)于小變形其觀測(cè)精度不理想。外觀方法在觀測(cè)時(shí)要求人員較多，野外作業(yè)及資料整理時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，不利于監(jiān)測(cè)信息的及時(shí)反饋；外觀工作的設(shè)備投入和觀測(cè)費(fèi)用明顯高于內(nèi)觀；受通視條件和氣象條件影響較大，與內(nèi)觀法比較誤差相對(duì)較大，連續(xù)觀測(cè)能力較差，難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化觀測(cè)等。4.2內(nèi)部觀測(cè)法將儀器埋入坡體內(nèi)部，監(jiān)測(cè)坡體在工程實(shí)施過(guò)程中的各種物理量的變化的方法。內(nèi)觀法仍以最直觀的物理量——坡體變形作為主要的觀測(cè)對(duì)象，常用的儀器有：多點(diǎn)位移計(jì)、傾斜儀、測(cè)縫計(jì)、沉降儀、收斂計(jì)等，其最大的優(yōu)點(diǎn)在于可了解坡體內(nèi)部的變形分布，確定坡體的變形深度及加固處理的深度。另外，儀器的觀鍘精度較高（可達(dá)0.01～0.1mm），可更早的探測(cè)到坡體變形的異常現(xiàn)象，同時(shí)觀測(cè)資料的規(guī)律性較好，可較好地對(duì)坡體的變形發(fā)展趨勢(shì)作出預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。內(nèi)觀法可對(duì)影響坡體變形的相關(guān)因子和環(huán)境因素進(jìn)行觀測(cè)，如水位、滲壓、應(yīng)力變化、降雨、地溫、地聲、振動(dòng)等，便于分析坡體變形的原因。內(nèi)觀法還可觀測(cè)支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)（如采鋼筋計(jì)、錨索測(cè)力計(jì)、應(yīng)變計(jì)、壓力計(jì)等），與變形觀測(cè)成果進(jìn)行綜合分析，了解支護(hù)體工作狀態(tài)：并評(píng)價(jià)支護(hù)的有效性等。由于傳感器技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，埋入式儀器大都可以實(shí)現(xiàn)集中遙測(cè)或自動(dòng)化觀測(cè)，觀測(cè)周期短且可連續(xù)進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)。由于上述優(yōu)點(diǎn)，內(nèi)觀法逐漸成為工程邊坡監(jiān)測(cè)的主要方法，但內(nèi)觀法的施工難度和技術(shù)要求較高，且測(cè)量的變形時(shí)相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)的變形，儀器以及電纜的保護(hù)工作量較大、損壞后更換困難等。4.3巡視觀察法定期安排地質(zhì)人員沿一定線路對(duì)邊坡及可能影響的范圍內(nèi)進(jìn)行巡視觀察，觀測(cè)坡面、地表附近建筑物、構(gòu)筑物是否有裂縫、是否產(chǎn)生地面鼓脹、局部崩塌，仔細(xì)尋找發(fā)現(xiàn)其變形跡象及地面裂縫的發(fā)展變化，同時(shí)對(duì)地下水的溢出情況及其它異常情況進(jìn)行觀測(cè)并現(xiàn)場(chǎng)填寫觀測(cè)記錄，對(duì)地表裂縫等進(jìn)行編錄并注記于地形圖上，分析變形的原因，努力捕捉邊坡失穩(wěn)的前兆，必要時(shí)對(duì)重要的建筑物、構(gòu)筑物裂縫、地裂縫，跨縫布設(shè)簡(jiǎn)易測(cè)縫計(jì)進(jìn)行觀測(cè)，并從地質(zhì)出發(fā)對(duì)坡體穩(wěn)定性做出宏觀分析判斷。裂縫、地下水調(diào)查及簡(jiǎn)易觀測(cè)是巡視法的主要內(nèi)容，簡(jiǎn)易觀測(cè)方法包括：騎縫式簡(jiǎn)易觀測(cè)樁、黏貼式玻璃條、水泥砂漿皮帶、紅油漆標(biāo)記等，使用的工具和材料包括羅盤、地質(zhì)錘、鋼卷尺、水泥釘、塞尺、照相機(jī)、望遠(yuǎn)鏡、紅油漆等，巡視法有直觀、可靠、方便的優(yōu)點(diǎn)，可從宏觀上發(fā)現(xiàn)坡體的穩(wěn)定性異常信息，對(duì)更全面掌握坡體的變形特征有很大幫助。但地質(zhì)巡視只能觀測(cè)坡體明顯的異常現(xiàn)象，如較大的裂縫等，不可能觀測(cè)到微小的坡體變形。從監(jiān)測(cè)的角度出發(fā)，巡視只能作為補(bǔ)充而不能起主導(dǎo)作用。各類觀測(cè)方法各有其適用范圍及優(yōu)缺點(diǎn)。外部觀測(cè)法特別適用于變形較大的地方，且能控制較大的工程范圍，作為發(fā)生異常事件后的一種有效控制手段，可在坡體臨滑前進(jìn)行觀測(cè)并給出滑坡程度。內(nèi)部觀測(cè)法可觀測(cè)到非常微小的坡體變形，及時(shí)發(fā)現(xiàn)坡體的穩(wěn)定性異?，F(xiàn)象，可掌握坡體的內(nèi)部的變形特征，確定滑動(dòng)面的位置、滑動(dòng)方向，可進(jìn)行連續(xù)的觀測(cè)控制其變化發(fā)展過(guò)程，非常有利于分析坡體的變形破壞機(jī)理和有針對(duì)性的開(kāi)展支護(hù)處理設(shè)計(jì)，這是外觀方法不可能達(dá)到的。巡視觀測(cè)法可控制較大的范圍，結(jié)合地質(zhì)宏觀判斷也可對(duì)坡體的穩(wěn)定性做出定型結(jié)論，無(wú)論采用內(nèi)觀法或外觀法，巡視法觀測(cè)法都是坡體穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)的必要補(bǔ)充，有時(shí)也是非常有效和直觀的。4.4邊坡監(jiān)測(cè)部分儀器監(jiān)測(cè)儀器的選擇原則是，在滿足數(shù)據(jù)采集精度需求的前提下，以最經(jīng)濟(jì)的方案為目標(biāo)加以選擇。從監(jiān)測(cè)儀器型號(hào)或量程上講，儀器量程過(guò)大則精度降低，過(guò)小又可能無(wú)法滿足監(jiān)測(cè)需求。因此，監(jiān)測(cè)儀器的選型，需根據(jù)邊坡防護(hù)工程設(shè)計(jì)參數(shù)加以確定。4.4.1多點(diǎn)位移計(jì)用于觀測(cè)邊坡內(nèi)部各測(cè)點(diǎn)沿鉆孔軸線方向的位移，提供邊坡表面和內(nèi)部的位移分布，了解邊坡在邊坡開(kāi)挖時(shí)的變形的大小及變化發(fā)展過(guò)程，經(jīng)過(guò)連續(xù)的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)了解邊坡的穩(wěn)定性動(dòng)態(tài)，評(píng)價(jià)邊坡在施工期及運(yùn)行期的穩(wěn)定性。位移計(jì)不是由單個(gè)元件組成的，而是由幾個(gè)部分組成的位移測(cè)量系統(tǒng)。（1）錨固部分：錨頭用于與邊坡巖體錨固在一起以保證同步位移。在同一鉆孔內(nèi)可安裝多個(gè)錨頭，采用灌漿錨頭，鉆孔在儀器安裝后用灌漿回填。（2）位移傳遞部分：用測(cè)桿與錨頭連接，將位移傳遞到孔口，此部分包括測(cè)桿和保護(hù)管?？刹捎眠B續(xù)的玻纖桿（直徑為1／4"）作為測(cè)桿，同時(shí)用1／2"。直徑的聚乙烯管作為保護(hù)管。（3）位移計(jì)測(cè)頭組件：測(cè)頭組件位于孔口，用于安裝位移傳感器并引出電纜，在測(cè)頭組桿內(nèi)安裝一只熱敏電阻溫度計(jì)，測(cè)頭組件應(yīng)與孔壁牢固地結(jié)合成一體。（4）位移傳感器：位移傳感器位于測(cè)頭組件內(nèi)并與測(cè)稈連接，用于將錨頭的位移轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)輸出。將最深點(diǎn)錨頭打入基礎(chǔ)部分，認(rèn)為最深點(diǎn)錨頭為不動(dòng)點(diǎn)，并將各測(cè)點(diǎn)傳感器與表筒連接，然后將表筒與坡體用砂漿連接在一起。當(dāng)坡體變形時(shí)，表筒位置隨坡體變化，而鋼弦傳感囂也的長(zhǎng)度發(fā)生變化，鋼弦的振動(dòng)頻率隨之變化，將傳感器鋼弦頻率的電信號(hào)用讀數(shù)儀讀取數(shù)并按照率定資料轉(zhuǎn)化成實(shí)際變形，即是邊坡表面測(cè)點(diǎn)的變形。其他測(cè)點(diǎn)的變形是相對(duì)于表面測(cè)點(diǎn)的相對(duì)變形，與表面測(cè)點(diǎn)的變形進(jìn)行換算，即可得到各測(cè)點(diǎn)與最深點(diǎn)（不動(dòng)點(diǎn)）的相對(duì)位移。4.4.2錨索測(cè)力計(jì)當(dāng)采用錨索支護(hù)時(shí)應(yīng)選擇部分錨索，安裝錨索測(cè)力計(jì)觀測(cè)錨索載荷。荷載的變化可間接反映坡體的穩(wěn)定性狀態(tài)，也可評(píng)價(jià)支護(hù)效果等。在錨索測(cè)力計(jì)內(nèi)有4個(gè)鋼弦式傳感器，當(dāng)錨索張拉時(shí)，錨墊板受到錨索荷載并傳遞給錨索測(cè)力計(jì)的銅圈，銅圈產(chǎn)生變形并使內(nèi)部的傳感器中的鋼弦長(zhǎng)度發(fā)生變化，鋼弦振動(dòng)頻率發(fā)生變化，測(cè)讀4個(gè)鋼弦振動(dòng)頻率的電信號(hào)變化取平均值，并按率定資料轉(zhuǎn)換為載荷即為錨索載荷。4.4.3測(cè)縫計(jì)適用于長(zhǎng)期理設(shè)在水工建筑物或其它混凝土建筑物內(nèi)或表面，測(cè)量結(jié)構(gòu)物為伸縮縫或周邊縫的開(kāi)臺(tái)度（變形），并可同步測(cè)量埋設(shè)點(diǎn)的溫度，具有很高的精度和靈敏度、卓越的防水性能、耐腐蝕性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。加裝配套附件可組成基巖變位計(jì)、表面裂縫計(jì)、多點(diǎn)變位計(jì)等測(cè)量變形的儀器。4.4.4沉降儀沉降儀能夠較為精確的測(cè)量出路基的沉降變形特點(diǎn)，主要用于土方回填、擋土墻、路基，堤壩等結(jié)構(gòu)變形的測(cè)量。我國(guó)的沉降儀主要有：（1）剖面沉降儀：剖面沉降儀又可俗稱為水平鉆孔測(cè)斜儀，測(cè)斜儀是一種測(cè)定鉆孔傾角和方位角的儀器，它的主要原理是利用水平面與垂直面之間的夾角來(lái)計(jì)算距離，將這種方法應(yīng)用于垂直面從而可以測(cè)量路基等的沉降量。該儀器主要用于邊坡、地基、公路等施工環(huán)境測(cè)試剖面沉降量。該儀器操作簡(jiǎn)單，特別是采用的傳感器抗振動(dòng)性能強(qiáng)，因此是目前剖面沉降較理想的儀器。（2）磁環(huán)沉降儀：它包括磁鐵、磁場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)試探頭、盛放磁流變液的器皿以及支架，磁鐵及盛放磁流變液的器皿安裝在支架上，磁場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)試探頭安裝在磁鐵上。它是利用磁流變液磁導(dǎo)率隨磁流變液固含量變化而變化的原理制作而成的測(cè)試設(shè)備。（3）壓力沉降儀：它一般主要原理是：將壓力傳感器布置在沉降范圍以外的地方，分別在沉降區(qū)內(nèi)外埋設(shè)兩個(gè)儲(chǔ)液罐，分別將它們的液壓調(diào)制相同，當(dāng)沉降區(qū)的儲(chǔ)液罐相對(duì)于沉降區(qū)以為的基準(zhǔn)罐發(fā)生沉降時(shí)，將引起該罐內(nèi)液面的上升或下降。傳感器與儲(chǔ)液罐之間的高差通過(guò)傳感器而被監(jiān)測(cè)到，從而計(jì)算出沉降量。（4）電測(cè)桿式沉降儀：它的結(jié)構(gòu)主要包括：在外殼內(nèi)安裝的位移傳感器，該外殼呈管狀，其殼壁上對(duì)稱設(shè)置著兩條縱向滑槽，外殼套裝在擋土滑套內(nèi)，擋土滑套的長(zhǎng)度大于縱向滑槽的長(zhǎng)度，擋土滑套上對(duì)稱設(shè)置著兩個(gè)通孔，擋土滑套外套裝著環(huán)狀連動(dòng)盤。外殼的頂部設(shè)置著一個(gè)堵頭，堵頭下方的一側(cè)外殼壁上設(shè)置著傳感器電纜出孔，傳感器的頂端與堵頭固接在一起，其底端鉸接著一根能在所說(shuō)的縱向滑槽內(nèi)上、下移動(dòng)的水平桿，水平桿的兩端從擋土滑套上的兩個(gè)通孔中穿出并分別固接在環(huán)狀連動(dòng)盤的盤面上。國(guó)外新出現(xiàn)的沉降儀：傳感器式沉降儀。比如日本株式會(huì)社興和正道系統(tǒng)科技有限公司生產(chǎn)的分層沉降計(jì)，它主要使用磁致式直線型位移傳感器可進(jìn)行高精度的監(jiān)測(cè)。4.4.5收斂計(jì)收斂計(jì)是專門用來(lái)測(cè)定隧道巷道硐室及其他工程圍巖壁面上任意兩點(diǎn)間的距離變化(即收斂值)的量測(cè)儀器。通過(guò)對(duì)收斂值分析、計(jì)算，達(dá)到研究工程圍巖及支護(hù)的變形發(fā)展規(guī)律，探索支護(hù)效果、評(píng)定工程穩(wěn)定狀態(tài)的目的。收斂計(jì)可分為卷尺式伸長(zhǎng)計(jì)、銦鋼絲收斂計(jì)和套管式收斂計(jì)3種。銦鋼絲收斂計(jì)的主要特點(diǎn)是采用了銦鋼絲作為粗測(cè)元件，還采用靈活轉(zhuǎn)動(dòng)的萬(wàn)向接頭，具有較高的量測(cè)重復(fù)性、精度和溫度穩(wěn)定性。其缺點(diǎn)是銦鋼絲的基距受限制，在多斷面多地點(diǎn)量測(cè)時(shí)使用很不方便。目前應(yīng)用最多的是卷尺式伸長(zhǎng)計(jì)，其主要優(yōu)點(diǎn)是采用鋼尺作為粗測(cè)元件，使用方便，量測(cè)精度較高，安裝簡(jiǎn)易。5邊坡監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)方法5.1監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)流程高速公路邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)方案流程圖5－1現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)調(diào)研現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)調(diào)研工程地質(zhì)勘資料分析察選擇邊坡地表變形監(jiān)測(cè)線和監(jiān)測(cè)點(diǎn)選擇邊坡深部變形監(jiān)測(cè)線和監(jiān)測(cè)點(diǎn)選擇邊坡地下水監(jiān)測(cè)線和監(jiān)測(cè)點(diǎn)邊坡地表變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建立邊坡深部變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建立邊坡地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建立監(jiān)測(cè)、試驗(yàn)資料分析工程應(yīng)用與反饋設(shè)計(jì)邊坡變形破壞預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型建立圖5－１5.2監(jiān)測(cè)方法簡(jiǎn)介5.2.1大地測(cè)量法隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和對(duì)變形監(jiān)測(cè)的要求不斷提高，變形監(jiān)測(cè)技術(shù)也在不斷地發(fā)展。在20世紀(jì)80年代以前，變形監(jiān)測(cè)主要是采用常規(guī)大地測(cè)量和某些特殊測(cè)量技術(shù)。常規(guī)大地測(cè)量方法是變形監(jiān)測(cè)的傳統(tǒng)方法，它主要包括三角測(cè)量、水準(zhǔn)測(cè)量、交會(huì)測(cè)量等方法，采用經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、測(cè)距儀、全站儀等常規(guī)測(cè)量?jī)x器測(cè)定點(diǎn)的變形值，同時(shí)它也是目前變形監(jiān)測(cè)的主要手段。特殊測(cè)量手段包括應(yīng)變測(cè)量、準(zhǔn)直測(cè)量和傾斜測(cè)量，它具有測(cè)量過(guò)程簡(jiǎn)單、可監(jiān)測(cè)變形體內(nèi)部的變形、容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，但通常只能提供局部的和相對(duì)的變形信息。優(yōu)點(diǎn)是：能夠提供變形體整體的變形狀態(tài)，監(jiān)測(cè)面積大，可以有效地監(jiān)測(cè)、確定變形體的變形范圍和絕對(duì)位移量。測(cè)量通過(guò)組成網(wǎng)的形式可以進(jìn)行測(cè)量結(jié)果的校核和精度評(píng)定。適用于不同的監(jiān)測(cè)精度要求、不同形式的變形體和不同的外界條件。缺點(diǎn)是：外業(yè)工作量大，布點(diǎn)受地形條件影響，不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。在大多數(shù)國(guó)家中，傳統(tǒng)的常規(guī)大地測(cè)量方法仍然是人類進(jìn)行工程建筑物變形監(jiān)測(cè)的主要手段。而且在一些有關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，其他技術(shù)（如現(xiàn)代空間定位技術(shù)）尚無(wú)法替代傳統(tǒng)的常規(guī)大地測(cè)量方法。例如在工程建筑物的沉降方面，精密水準(zhǔn)測(cè)量目前仍然是精度最高、成果最可靠且簡(jiǎn)便易行的方法。所以傳統(tǒng)的測(cè)量方法，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中仍有巨大的作用。5.2.2全球定位技術(shù)全球定位系統(tǒng)GPS的應(yīng)用是測(cè)量技術(shù)的一項(xiàng)革命性變革。在變形監(jiān)測(cè)方面，與傳統(tǒng)方法相比較，GPS技術(shù)不僅具有精度高、速度快、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，而且利用GPS和計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)及數(shù)據(jù)處理與分析技術(shù)進(jìn)行集成，可實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)采集、傳輸、管理到變形分析及預(yù)報(bào)的自動(dòng)化，達(dá)到遠(yuǎn)程在線實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的。優(yōu)點(diǎn)主要有：①測(cè)站間無(wú)需通視；②可同時(shí)提供監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三維位移信息；③全天候監(jiān)測(cè)；④監(jiān)測(cè)精度高；⑤操作簡(jiǎn)便易于實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)自動(dòng)化；⑥GPS大地高可用于垂直位移監(jiān)測(cè)。GPS技術(shù)用于變形監(jiān)測(cè)存在如下不足之處：①GPS接收機(jī)在高山峽谷、地下、建筑物密集地區(qū)和密林深處，由于衛(wèi)星信號(hào)被遮擋及多路徑效應(yīng)的影響．其監(jiān)測(cè)精度和可靠性不高導(dǎo)致無(wú)法進(jìn)行監(jiān)測(cè)；②GPS用于動(dòng)態(tài)變形監(jiān)測(cè)時(shí)，由于GPS動(dòng)態(tài)測(cè)量的精度只能達(dá)到厘米級(jí)。對(duì)微變形量，GPS測(cè)量誤差成為強(qiáng)噪聲，從受強(qiáng)噪聲干擾的序列觀測(cè)數(shù)據(jù)中提取微弱的變形信息，是GPS動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)應(yīng)解決的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題；③GPS與一般全站儀、測(cè)斜儀等監(jiān)測(cè)設(shè)備相比，設(shè)備成本較高，一般要3臺(tái)以上GPS接收機(jī)；④GPS誤差源多，與傳統(tǒng)大地測(cè)量手段相比,GPS定位結(jié)果和觀測(cè)值之間的函數(shù)關(guān)系復(fù)雜，誤差源多，數(shù)據(jù)處理過(guò)程中任一環(huán)節(jié)處理不好都將影響最終的監(jiān)測(cè)精度。近些年來(lái)隨著GPS衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展和精度的提高，使GPS技術(shù)在變形監(jiān)測(cè)方面得到了廣泛的應(yīng)用。特別是在板塊運(yùn)動(dòng)、地表沉降，大壩自動(dòng)化監(jiān)測(cè)、陸海垂直運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、滑坡監(jiān)測(cè)等方面，獲得了令人滿意的結(jié)果和精度，為管理和決策提供了重要的依據(jù)。隨著技術(shù)的進(jìn)步，GPS技術(shù)在變形監(jiān)測(cè)方面將有更長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展。GPS技術(shù)應(yīng)用于變形監(jiān)測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)，可概括為以下幾個(gè)方面。①建立GPS變形監(jiān)控在線實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)。對(duì)于大壩、橋梁、高層建筑物，滑坡和地區(qū)性地殼變形監(jiān)測(cè)，研究建設(shè)技術(shù)先進(jìn)而又實(shí)用的GPS變形監(jiān)控在線實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)是一個(gè)重要的發(fā)展趨勢(shì)。由于建立連續(xù)運(yùn)行的GPS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行大壩和滑坡等變形監(jiān)測(cè)。成本較為昂貴，因此，研究低成本的GPS一機(jī)多天線變形在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)，也是一個(gè)頗有實(shí)際意義的研究方向。②建立“3S”(GPS、GIS、RS)集成變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、無(wú)線電通訊技術(shù)、空間技術(shù)及地球科學(xué)的迅猛發(fā)展?！?S”技術(shù)已從各自獨(dú)立發(fā)展進(jìn)入相互集成融合的階段?！?S”技術(shù)集成，可為分析、研究包括變形信息在內(nèi)的各種災(zāi)變信息之間的相互關(guān)系提供技術(shù)支撐，特別是時(shí)態(tài)GIS(TGIS)技術(shù)的應(yīng)用，它可以描述四維空間的地質(zhì)現(xiàn)象，除具有一般GIS的功能外，還能夠記載研究區(qū)域內(nèi)各種地質(zhì)現(xiàn)象隨時(shí)間的演繹過(guò)程，這對(duì)滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)具有非常重要的作用。因此。研究“3S”集成變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，也是變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的重要發(fā)展趨勢(shì)之一。③建立GPS與其它變形監(jiān)測(cè)技術(shù)集成組合的綜合變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。為了克服GPS技術(shù)用于變形監(jiān)測(cè)的不足和局限性，根據(jù)變形監(jiān)測(cè)的對(duì)象和目的，將GPS與其它變形監(jiān)測(cè)技術(shù)(如INSAR、攝影測(cè)量和特殊變形測(cè)量技術(shù)等)組合形成綜合變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)不同監(jiān)測(cè)技術(shù)之間的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。④將小波分析理論用于GPS動(dòng)態(tài)變形分析。為了克服經(jīng)典Fouirer分析不能描述信號(hào)的時(shí)頻特征缺陷，可將小波變換用于GPS動(dòng)態(tài)變形分析，即利用小波變換的高頻和低頻的高分辨率特性，實(shí)現(xiàn)GPS動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的濾波、變形特征信息的提取以及不同變形頻率的分離。通過(guò)小波變換提取變形特征的研究工作已經(jīng)起步，但尚未取得實(shí)質(zhì)性的研究成果。小波分析為高精度變形特征提取提供了一種數(shù)學(xué)工具，可解決其他方法無(wú)法解決的難題，對(duì)非平穩(wěn)信號(hào)消噪有著其它方法無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。因此，小波分析理論在GPS動(dòng)態(tài)變形監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)處理與分析方面將發(fā)揮重要作用。GPS定位的基本原理測(cè)距碼單點(diǎn)定位測(cè)距碼偽距就是由衛(wèi)星發(fā)射的測(cè)距碼到觀測(cè)站的傳播時(shí)間乘以光速所得出的距離，稱為偽距。建立偽距觀測(cè)方程，必須顧及衛(wèi)星鐘差，接收機(jī)鐘差以及大氣折射延遲等。以下公式用k表示測(cè)站編號(hào)，j表示衛(wèi)星編號(hào)，i表示觀測(cè)歷元編號(hào)，偽距觀測(cè)值(k，j，i)可表示為：(k，j，i)=(k，j，i)+c·（5-1）式中：為接收機(jī)鐘差，為衛(wèi)星鐘差，表示對(duì)流層折射影響，它包括干分量和濕分量，可按測(cè)站上實(shí)測(cè)得氣象元參數(shù)及至衛(wèi)星的高度角，采用對(duì)流層改正模型進(jìn)行計(jì)算改正，表示電離層折射影響，也采用改正模型進(jìn)行改正，p(k，j，i)為正確的衛(wèi)地距，其計(jì)算公式為：(k，j，i)=(5—2)衛(wèi)星坐標(biāo)是已知的。顧及式(3-6)，在式(3-5)中只有4個(gè)未知數(shù)：測(cè)站三個(gè)坐標(biāo)未知數(shù)另一個(gè)未知數(shù)是接收機(jī)鐘差。因此在同一觀測(cè)歷元，只須同時(shí)觀測(cè)4顆衛(wèi)星，即可獲得4個(gè)觀測(cè)方程式，求解出這4個(gè)未知數(shù)。如果同時(shí)觀測(cè)的衛(wèi)星數(shù)多于4個(gè)，則存在多余觀測(cè)，此時(shí)，將式(3—5)線性化，再按最小二乘法進(jìn)行平差計(jì)算。如果一開(kāi)始所給出的測(cè)站在WGS—84坐標(biāo)系中的近似值偏差過(guò)大，則因線性化后的觀測(cè)方程式僅取了一次項(xiàng)，為避免略去的高次項(xiàng)對(duì)解算結(jié)果的影響，可利用解算出的測(cè)站坐標(biāo)重新作為近似值，迭代求解。相對(duì)定位觀測(cè)方程相對(duì)定位是用兩臺(tái)接收機(jī)分別安置于基線的兩端，同步觀測(cè)相同的衛(wèi)星，以確定基線向量。在一個(gè)端點(diǎn)坐標(biāo)已知的情況下，可以用基線向量來(lái)推求另一點(diǎn)的坐標(biāo)。接收機(jī)所采用的時(shí)鐘為一般的晶體振蕩器，其穩(wěn)定性只有10-6。顯然，在計(jì)算中接收機(jī)鐘差很難估計(jì)準(zhǔn)確，必須在數(shù)據(jù)處理中加以消除掉。為此，將同一時(shí)刻觀測(cè)的兩顆衛(wèi)星的單差觀測(cè)值求差，便可以獲得消除了衛(wèi)星鐘差和接收機(jī)鐘差影響的雙差觀測(cè)值。假設(shè)基準(zhǔn)衛(wèi)星為SI，則：（5-3,5-4）將式(5-3)與(5-4)相減可得：（5-5）式(5—5)中，為兩顆衛(wèi)星的單差觀測(cè)值之差，即為雙差相位值：為兩顆衛(wèi)星的單差模糊度之差，即為兩顆衛(wèi)星之間的雙差整周模糊度。實(shí)際運(yùn)算中，必須首先將觀測(cè)方程進(jìn)行線性化。運(yùn)用泰勒級(jí)數(shù)將雙差觀測(cè)方程式(5-4)線先化后有：（5-6）在雙差觀測(cè)方程中，如果兩個(gè)測(cè)站同步觀測(cè)n顆衛(wèi)星，則未知數(shù)中除了含有3個(gè)未知測(cè)站坐標(biāo)分量改正數(shù)外，還有n-1個(gè)載波相位雙差整周模糊度。其雙差誤差方程為(5-7)從式(5-7)中可以看出，在雙差觀測(cè)方程中只剩下基線向量和雙差相位整周模糊度。在接收機(jī)不失鎖的情況下，相位整周模糊度己成為固定值，不再變化，因此，對(duì)相鄰歷元t1,t2的雙差觀測(cè)方程再取差，便得到三差觀測(cè)方程。（5-8）（5-9）式(5-8)為t1歷元衛(wèi)星Sl、S2對(duì)于測(cè)站Tl、T2的雙差觀測(cè)方程,式(5-9)為f，歷元衛(wèi)星Sl、S2對(duì)于測(cè)站Tl、T2的雙差觀測(cè)方程。兩式求差后便得到相對(duì)定位的三差方程為（5-10）從式(5-10)中可以看出，該方程只包含3個(gè)坐標(biāo)分量未知數(shù)。式(5-10)只要3個(gè)觀測(cè)方程就可以進(jìn)行求解。實(shí)際觀測(cè)中存在多余觀測(cè)，可以組成誤差方程，然后組成法方程式進(jìn)行求解。由于進(jìn)行了3次差分處理，所以計(jì)算結(jié)果精度不高，一般都不采用。不過(guò)我們可以先用三差方程進(jìn)行基線向量近似值的求解一以提供較好的未知測(cè)站近似坐標(biāo)。載波相位測(cè)量瞬間載波相位差指的是在某一指定時(shí)刻由接收機(jī)產(chǎn)生的參考載波信號(hào)的相位與此時(shí)接收到的衛(wèi)星載波信號(hào)的相位之差。載波相位差的觀測(cè)方程為：（5-11）式中：是分別在接收機(jī)鐘及衛(wèi)星鐘所定義的時(shí)間尺度中所度量的初始?xì)v元(鐘面時(shí)刻為t1)相位值；f為載波頻率；分別表示衛(wèi)地距、衛(wèi)地距率；分別為接收機(jī)鐘差和衛(wèi)星鐘差：N(k，J，1)表示初始?xì)v元的整周待定值；為對(duì)流層折射改正項(xiàng)；為電離層折射改正項(xiàng)。載波相位測(cè)量，由任一測(cè)站k在任一觀測(cè)歷元i對(duì)衛(wèi)星j均可由接收機(jī)取得觀測(cè)值，式(3-15)為其數(shù)學(xué)模型。式子的右端包括大量未知數(shù)：衛(wèi)星至測(cè)站幾何距離及其變率、衛(wèi)星鐘鐘差、接收機(jī)鐘差等，其中接收機(jī)的絕對(duì)鐘差(相對(duì)于GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí))很難用兩三個(gè)鐘差來(lái)模擬，式(3—15)右端的前兩項(xiàng)也難予以參數(shù)化，再則衛(wèi)星軌道、大氣折射殘余誤差等等也都會(huì)影響定位。在平差計(jì)算中，包括了大量并非我們實(shí)際需求的未知參數(shù)。這些參數(shù)用來(lái)模擬相位觀測(cè)值中的一些系統(tǒng)性誤差影響，因其數(shù)學(xué)模型難以完善，必然存在可觀的模型誤差。因此，實(shí)踐證明，在平差過(guò)程中引入過(guò)多的參數(shù)往往會(huì)降低解的精度和可靠度。因此，(非差分)載波相位觀測(cè)量還難于用于單點(diǎn)絕對(duì)定位。實(shí)際上，我們通過(guò)對(duì)載波相位測(cè)量值進(jìn)行各種線性組合，便可獲得高精度的GPS相對(duì)定位結(jié)果。如站際一次差分，即我們通常況的相對(duì)定位，借助于精密星歷和高精度相對(duì)定位軟件，很容易獲得很高的定位結(jié)果。在監(jiān)測(cè)工程中，由于對(duì)精度具有較高的要求，因此數(shù)據(jù)處理的對(duì)象通常為載波相位觀測(cè)量。5.2.3攝影測(cè)量技術(shù)攝影測(cè)量技術(shù)包括地面攝影測(cè)量技術(shù)和航空攝影測(cè)量技術(shù)。近10年來(lái)，近景攝影測(cè)量在隧道、橋梁、大壩、滑坡、結(jié)構(gòu)工程及高層建筑變形監(jiān)損4等方面得到了應(yīng)用，其監(jiān)測(cè)精度可達(dá)到毫米級(jí)。與其它變形監(jiān)測(cè)技術(shù)相比較，近景攝影測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)：①可在瞬間精確記錄下被攝物體的信息及點(diǎn)位關(guān)系；②可用于規(guī)則、不規(guī)則或不可接觸物體的變形監(jiān)測(cè)；③像片上的信息豐富、客觀而又可長(zhǎng)期保存，有利于進(jìn)行變形的對(duì)比分析；④監(jiān)測(cè)工作簡(jiǎn)便、快速、安全。但該方法也存在一定的缺陷，主要是測(cè)量的精度相對(duì)較低，對(duì)于高精度要求的監(jiān)測(cè)工作還需要作進(jìn)一步的研究。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，攝影測(cè)量已進(jìn)入了數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量時(shí)代。通過(guò)將攝影的相片轉(zhuǎn)換成數(shù)字(用數(shù)字來(lái)表示每一個(gè)像素的灰度值)影像或用特殊攝影機(jī)直接獲取被攝物體的“數(shù)字影像”，然后利用數(shù)字影像處理技術(shù)和數(shù)字影像匹配技術(shù)獲得同名像點(diǎn)的坐標(biāo)，進(jìn)而計(jì)算對(duì)應(yīng)物點(diǎn)的空間坐標(biāo)。整個(gè)過(guò)程是由計(jì)算機(jī)完成的，因此也稱“計(jì)算機(jī)視覺(jué)”。這種處理方式可以是“離線”(事后處理)的，也可以是“在線”(實(shí)時(shí)處理)的。后者稱為實(shí)時(shí)地面攝影測(cè)量。地面攝影測(cè)量的這種進(jìn)步將會(huì)在變形監(jiān)測(cè)中發(fā)揮越來(lái)越大的作用。5.2.4光纖傳感監(jiān)測(cè)技術(shù)光纖傳感監(jiān)測(cè)技術(shù)已應(yīng)用于土木工程的位移、裂縫、應(yīng)力、應(yīng)變、溫度、滲流等的監(jiān)測(cè)。該技術(shù)具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：①將傳感器和數(shù)據(jù)通道集為一體、便于組成遙測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在線分布式監(jiān)測(cè)；②測(cè)量對(duì)象廣泛，適于各種物理量的觀測(cè)；③體積小、重量輕、非電連接、無(wú)機(jī)械活動(dòng)件，不影響埋設(shè)點(diǎn)特性；④靈敏度高、可遠(yuǎn)距測(cè)量；⑤耐水性、電絕緣好、耐腐蝕、抗電磁干擾；⑥頻帶寬，有利于超高速測(cè)量。因此，該技術(shù)有著很強(qiáng)的適應(yīng)能力，尤其可以替代高雷區(qū)、強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)或潮濕地帶的電子儀器，有著廣泛的應(yīng)用前景。光導(dǎo)纖維是以不同折射率的石英玻璃包層及石英玻璃細(xì)芯組合而成的一種新型纖維。它使光線的傳播以全反射的形式進(jìn)行，能將光和圖像曲折傳遞到所需要的任意空間。光纖靈敏度相當(dāng)高，其位移傳感器能測(cè)出0.01mm的位移量，溫度傳感器能測(cè)出0.01℃5.2.5基準(zhǔn)線測(cè)量法基準(zhǔn)線法是變形監(jiān)測(cè)的常用方法，該方法特別適用于直線形建筑物的水平位移監(jiān)測(cè)(如：直線形大壩等)，其類型主要包括：視準(zhǔn)線、引張線、激光準(zhǔn)直和垂線等。視準(zhǔn)線法所用設(shè)備普通，操作簡(jiǎn)便，費(fèi)用少，曾經(jīng)是土工建筑物普遍采用的變形監(jiān)測(cè)方法之一。但是，該方法受多種因素的影響，如照準(zhǔn)精度、大氣折光等，操作不當(dāng)時(shí)，誤差不容易控制，精度會(huì)受到明顯的影響。因此，該方法近年來(lái)在大型工程中已較少采用。引張線法是精密基準(zhǔn)線測(cè)量的主要方法之一，廣泛應(yīng)用于各種工程測(cè)量，前蘇聯(lián)較早將其應(yīng)用于大壩水平位移觀測(cè)，20世紀(jì)60年代該方法引入我國(guó)，并在我國(guó)大壩監(jiān)測(cè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。用引張線方法測(cè)量水平位移，因其具有設(shè)備簡(jiǎn)單、測(cè)量方便、速度快、精度高、成本低等特點(diǎn)，在我國(guó)得到了廣泛的應(yīng)用，特別是在大壩監(jiān)測(cè)中起著重要作用。早期的引張線儀由人工測(cè)讀水平位移，隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)已有步進(jìn)電機(jī)光電跟蹤式引張線儀、電容感應(yīng)式引張線儀、CCD式引張線儀以及電磁感應(yīng)式引張線儀等。目前，在工程中實(shí)際應(yīng)用的引張線基本都實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化觀測(cè)。為此，取消了系統(tǒng)中的浮托裝置，這樣不但可以減少誤差，提高引張線的綜合精度，而且可以簡(jiǎn)化引張線的觀測(cè)程序，便于其實(shí)現(xiàn)完全的自動(dòng)化觀測(cè)。激光準(zhǔn)直測(cè)量按照其測(cè)量原理可分為直接測(cè)量和衍射法準(zhǔn)直測(cè)量?jī)煞N，按照其測(cè)量環(huán)境可分為大氣激光準(zhǔn)直和真空激光準(zhǔn)直。在大氣條件下，激光準(zhǔn)直的精度一般為±(～)，影響其精度的主要原因是大氣折光的影響。在真空條件下，激光準(zhǔn)直的精度可達(dá)±(～)，其精度較大氣激光準(zhǔn)直有明顯的提高，但其工程的造價(jià)和系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)用也相應(yīng)的提高。目前，在水利工程的變形監(jiān)測(cè)中，主要采用衍射法激光準(zhǔn)直測(cè)量。真空管道激光準(zhǔn)直測(cè)量在我國(guó)的水利工程變形監(jiān)測(cè)中也有許多成功的應(yīng)用，近年來(lái)，真空激光準(zhǔn)直系統(tǒng)有了新的發(fā)展，采用密封式激光點(diǎn)光源、聚用光電耦合器件CCD(面陣)作傳感器、采用新型的波帶板和真空泵自動(dòng)循環(huán)冷卻水裝置等新措施和新技術(shù)，將進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。垂線有兩種形式：正垂線和倒垂線。正垂線一般用于建筑物各高程面處的水平位移監(jiān)測(cè)、撓度觀測(cè)和傾斜測(cè)量等。倒垂線大多用于巖層錯(cuò)動(dòng)監(jiān)測(cè)、撓度監(jiān)測(cè)或用作水平位移的基準(zhǔn)點(diǎn)。目前，垂線監(jiān)測(cè)大多采用遙測(cè)垂線坐標(biāo)儀進(jìn)行自動(dòng)化觀測(cè)，是水利工程變形監(jiān)測(cè)的主要方法。5.2.6監(jiān)測(cè)機(jī)器人技術(shù)測(cè)量機(jī)器人是自動(dòng)全站儀RTS(RoboticTotalStation)的俗稱，與一般全站儀相比，RTS具有自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別傳感裝置和提供照準(zhǔn)部轉(zhuǎn)動(dòng)的兩個(gè)步進(jìn)馬達(dá)。內(nèi)置于全站儀中的CCD陣列傳感器，可以識(shí)別被測(cè)量棱鏡返回的紅外光，CCD判別接受后，馬達(dá)就驅(qū)動(dòng)全站儀自動(dòng)轉(zhuǎn)向棱鏡，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)精確照準(zhǔn)。CCD識(shí)別的是不可見(jiàn)紅外光，它能夠在夜間、霧天甚至雨天(保證鏡面無(wú)雨水)進(jìn)行測(cè)量，可以實(shí)現(xiàn)常規(guī)監(jiān)測(cè)網(wǎng)測(cè)量的自動(dòng)化。測(cè)量機(jī)器人監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一般分為移動(dòng)式和固定持續(xù)式兩種監(jiān)測(cè)方式。移動(dòng)式基于常規(guī)的搬站方式，利用便攜計(jì)算機(jī)或全站儀內(nèi)置程序自動(dòng)控制全站儀進(jìn)行測(cè)量。該方式簡(jiǎn)單靈活、成本低。已應(yīng)用在上海磁懸浮工程、南水電站大壩等工程的外部變形監(jiān)測(cè)中。固定持續(xù)監(jiān)測(cè)方式將全站儀長(zhǎng)期固定在測(cè)站上，在野外需在測(cè)站上建立監(jiān)測(cè)房，通過(guò)供電通信系統(tǒng)，與控制機(jī)房?jī)?nèi)的控制計(jì)算機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守、全天候的連續(xù)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)數(shù)據(jù)處理、自動(dòng)報(bào)警、遠(yuǎn)程監(jiān)控等，目前該類系統(tǒng)有單臺(tái)極坐標(biāo)模式、多臺(tái)空間前方變會(huì)模式、多臺(tái)網(wǎng)絡(luò)模式等。單臺(tái)極坐標(biāo)模式，配置簡(jiǎn)單，設(shè)備利用率高，但監(jiān)測(cè)范圍較小．無(wú)法組網(wǎng)測(cè)量，要達(dá)到亞mm級(jí)精度必須采取合理的測(cè)量方案和數(shù)據(jù)處理方法。特別適用于小區(qū)域(約1內(nèi))，需實(shí)時(shí)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的變形體。目前該模式已在新疆三屯河水庫(kù)大壩、港口灣水庫(kù)大壩、廣州地鐵等進(jìn)行了很好的應(yīng)用。測(cè)量機(jī)器人監(jiān)測(cè)技術(shù)的不足：測(cè)量機(jī)器人的目標(biāo)自動(dòng)識(shí)別的最遠(yuǎn)距離一般為lkm左右，監(jiān)測(cè)范圍?。疁y(cè)量速度也決定了用于高頻率的振動(dòng)測(cè)量比較困難。5.2.7合成孔徑雷達(dá)技術(shù)合成孔徑雷達(dá)(SAR)是以無(wú)線電波為媒介的主動(dòng)微波遙感工具。通過(guò)合成孔徑雷達(dá)，探測(cè)目標(biāo)物的后向散射系數(shù)特征，通過(guò)雙天線系統(tǒng)或重復(fù)軌道法可以由相位和振幅觀測(cè)值實(shí)現(xiàn)干涉雷達(dá)測(cè)量。隨著SAR技術(shù)的飛速發(fā)展，20世紀(jì)60年代末出現(xiàn)了新興的交叉學(xué)科合成孔徑雷達(dá)干涉技術(shù)InSAR，它是SAR與射電天文學(xué)干涉測(cè)量技術(shù)的完美結(jié)合，該技術(shù)特別適于解決大面積的滑坡、崩塌、泥石流以及地裂縫、地面沉降等地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)，精度可以達(dá)到毫米量級(jí)，是一項(xiàng)快速、經(jīng)濟(jì)的空間探測(cè)高新技術(shù)。早期InSA系統(tǒng)主要是機(jī)載系統(tǒng)，由于機(jī)載系統(tǒng)的不穩(wěn)定性及數(shù)據(jù)獲取能力的局限性，一定程度上限制了ln-SAR技術(shù)的成長(zhǎng)，1978年世界上第一顆合成孔徑雷達(dá)衛(wèi)星(美國(guó)seasat衛(wèi)星)發(fā)射成功，開(kāi)始了衛(wèi)星搭載合成孔徑雷達(dá)的時(shí)代。差分干涉(DiffrentialInsAR，簡(jiǎn)稱D-InSAR)技術(shù)是在InSAR技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它以合成孔徑雷達(dá)復(fù)數(shù)據(jù)提供的相位信息為信息源，可從包含目標(biāo)區(qū)域地形和形變等信息的一幅或多幅干涉紋圖中提取地面目標(biāo)的微小形變信息，主要用于對(duì)DEM修測(cè)和精化、地殼形變監(jiān)測(cè)、地震變形監(jiān)測(cè)、地面沉降監(jiān)測(cè)及滑坡監(jiān)測(cè)等，監(jiān)測(cè)精度可達(dá)到厘米到毫米量級(jí)。目前，隨著對(duì)SAR技術(shù)的研究熱潮的掀起，In-SAR技術(shù)也逐漸走向成熟。但由于InSAR技術(shù)對(duì)大氣誤差、衛(wèi)星軌道誤差、地表狀況以及時(shí)態(tài)不相關(guān)等因素非常敏感，這造成了該技術(shù)在地表形變探測(cè)應(yīng)用中的困難。因此，GPS與InSAR技術(shù)的結(jié)合，也成了一種必然。采用GPS—InSAR合成技術(shù)，將突破單一技術(shù)應(yīng)用的局限，發(fā)揮其各自優(yōu)勢(shì)，極大地改善空間域和時(shí)間域的分辨能力。因此，必將在地表形變監(jiān)測(cè)方面展現(xiàn)出大范圍覆蓋與高精度的巨大潛力。5.2.8地面三維激光掃描技術(shù)激光雷達(dá)通過(guò)發(fā)射紅外激光直接測(cè)量雷達(dá)中心到地面點(diǎn)的角度和距離信息，獲取地而點(diǎn)的三維數(shù)據(jù)。激光雷達(dá)屬于無(wú)何作目標(biāo)測(cè)量技術(shù)，不需要任何測(cè)量專用標(biāo)志，直接對(duì)物體測(cè)量，能夠快速獲取高密度的三維數(shù)據(jù)．所以又稱三維激光掃描技術(shù)。根據(jù)承載平臺(tái)不同，三維激光掃描儀分機(jī)載型、車載型、站載型，其中車載型和站載型屬于地面三維激光掃描。三維激光掃描技術(shù)的特點(diǎn)：三維激光掃描主要特點(diǎn)體現(xiàn)在數(shù)據(jù)采集的高密度、高速度和無(wú)何作目標(biāo)測(cè)量。用戶可以設(shè)置測(cè)點(diǎn)間隔密度為0.1m～2m，以每秒幾十點(diǎn)、幾千個(gè)點(diǎn)乃至上萬(wàn)個(gè)點(diǎn)的速度測(cè)量，具有很強(qiáng)的數(shù)字空間模型信息的獲取能力。地面三維激光掃描儀在測(cè)程上，根據(jù)儀器種類不同，從幾米到2千米以上。10m以內(nèi)測(cè)程為超短程，10m～100m為短程，100m～300m為中程，300m以上為遠(yuǎn)程三維激光掃描系統(tǒng)。由于三維激光掃描測(cè)量受步進(jìn)器的測(cè)角精度、儀器測(cè)時(shí)精度、激光信號(hào)的信噪比、激光信號(hào)反射率、回波信號(hào)強(qiáng)度、背景輻射噪聲強(qiáng)度、激光脈沖接收器靈敏度、測(cè)量距離、儀器與被測(cè)目標(biāo)面所形成的角度等方面的影響，一般中遠(yuǎn)程三維激光掃描儀的單點(diǎn)測(cè)量精度在幾毫米到數(shù)毫米之間，模型的精度要遠(yuǎn)高于單點(diǎn)精度可達(dá)2～3mm。地面三維激光掃描儀作為非接觸式高速激光測(cè)量方式，在地面景觀形體測(cè)量，文物保護(hù)建模，高陡邊坡地形測(cè)量及工程量計(jì)算等具有明顯優(yōu)勢(shì)。與同樣具有快速測(cè)量?jī)?yōu)勢(shì)的數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量相比，降低了對(duì)地表紋理的要求，無(wú)需像控點(diǎn)，能反應(yīng)對(duì)象細(xì)節(jié)信息等特點(diǎn)。三維激光掃描在工程變形監(jiān)測(cè)中的優(yōu)勢(shì)及問(wèn)題：三維激光掃描技術(shù)能快速準(zhǔn)確地生成監(jiān)測(cè)對(duì)象的三維數(shù)據(jù)模型，已開(kāi)始在橋梁、文物、滑坡體、泥石流、火山等領(lǐng)域監(jiān)測(cè)中進(jìn)行應(yīng)用。激光掃描系統(tǒng)得到是海量數(shù)據(jù)，直接利用三維激光掃描數(shù)據(jù)比較困難。必須建立針對(duì)三維激光掃描技術(shù)的整體變形監(jiān)測(cè)概念。研究與之相適應(yīng)的變形監(jiān)測(cè)理論及數(shù)據(jù)處理方法?，F(xiàn)有的基于監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變形監(jiān)測(cè)模式不適用于基于三維激光掃描儀的變形監(jiān)測(cè)，必須探討無(wú)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)對(duì)象測(cè)量方法。研究監(jiān)測(cè)對(duì)象三維模型的建立和模型的匹配；研究基于三維監(jiān)測(cè)對(duì)象模型的變形分析理論及方法；建立基于激光三維掃描技術(shù)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和模型精度的評(píng)價(jià)體系等。6數(shù)據(jù)處理方法變形觀測(cè)的數(shù)據(jù)處理對(duì)于變形觀測(cè)的目的的實(shí)現(xiàn)起著重要的作用。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，變形觀測(cè)資料的積累，觀測(cè)數(shù)據(jù)處理愈益引起人們的重視。6.1灰色系統(tǒng)理論灰色系統(tǒng)理論適應(yīng)于系統(tǒng)模型不明確、行為信息不完全、運(yùn)行機(jī)制不清楚的系統(tǒng)。很適合從與時(shí)間有關(guān)的離亂監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中獲取事物的變化發(fā)展規(guī)律。6．1．1灰色系統(tǒng)GM(1,1)模型灰色系統(tǒng)GM(I，1)模型的原理和計(jì)算過(guò)程為：設(shè)有原始數(shù)列按式(6-1)（6-1）對(duì)作一次累加，得生成數(shù)列的GM(I，1)模型白化形式的微分方程為(6-2)其中a，u為待定參數(shù)，將(6—2)式離散化，即（6-3）式中，為在k+1時(shí)刻的累減生成序列：為在k+l時(shí)刻的背景值。（6-4)（6-5）將式(6-3)式(6-4)代入式(6—2)，得（6-6）(6-7)則式(4—7)可寫為（6-8）（6-9）于是(4—5)式改寫為（6-10）式中參數(shù)向量可用最小二乘法求取，即（6-11）將代入(6—2)式進(jìn)行求解，即求解得微分方程式得?當(dāng)時(shí)，則(6-12)將式(4-13)代入式(4-12)，得時(shí)間響應(yīng)函數(shù)為當(dāng)時(shí)，，則當(dāng)t=t+1，x(t)=x(t+1)，即對(duì)于一次累加生成數(shù)列，則有(6-13)對(duì)式(4-14)求導(dǎo)數(shù)，得還原模型為（6-1