滑边坡表面变形监测资料整理分析方法及相关问题探讨

杨天俊,李治民

(中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，西安 710065)

0 前 言

众多工程可能变形滑边坡均要布置大量的变形监测点，监测滑边坡的变形情况，特别是已发生变形、具有明显变形位移特征的滑边坡，本文结合滑边坡监测成果，重点总结表面监测成果资料分析整理方法及对相关问题的探讨[1]。

1 滑边坡监测意义、任务和目的

滑边坡监测的意义在于提供滑边坡稳定状况、位移和变形的规律等，为滑边坡预测预报提供依据。

滑边坡监测的任务是确定滑边坡在内外动力作用下的形状、大小的位置变化的空间状态和时间特征。

滑边坡监测的目的是确定滑边坡的范围、变形量(水平位移量、垂直位移量、综合位移量)与相关因素的关系、变形量随时间的变化特征(又称变形速率、位移速率)、一定时间范围内的累计变形量等[2-3]。

2 监测点布置

巨型、大型滑边坡多采用立体空间布置，滑边坡内部需结合勘测工作布置相互综合考虑，表面多按剖面布置监测点，剖面方向与滑边坡变形水平方位基本一致，监测点除主要布置在变形区范围内外，还需在变形区外的稳定区相应布置。根据需要进行定期和不定期的监测。

3 监测成果

监测单位提供的表面变形监测成果一般只包括三维坐标(X、Y、Z)、监测时间及监测点号，提供数据表格式一般如表1。

表1 变形监测原始数据表

4 监测成果资料整理分析

资料分析可以提供以下成果：

(1) 各监测点监测时间内的累计矢量位移量(水平ΔL′、垂直ΔZ′、综合ΔS′)。指监测时间段内最后数据与首次监测数据间计算的位移量，单位为mm。

(2) 各监测点监测时间内平均变形速率(水平、垂直、综合)。累计矢量位移量与监测时长的比值，一般情况下单位采用mm/d。

(3) 各监测点分析时间段内的累计矢量位移量(水平、垂直、综合)。采用分析时段最后时间数据与首次时间数据间矢量差减去分析时段开始时间数据与首次时间数据间矢量差。

(4) 各监测点分析时间段内的平均变形速率(水平、垂直、综合)。第(3)条计算数据与分析时间长的比值。

除此外，尚有相关的分析图。

因此，监测资料整理分析围绕上述成果进行。

整理分析资料时一般采用将监测单位每次提供的监测成果(见表1)重新编程写入到资料分析工程师整理的文件中(有些监测单位直接提供该整理文件)，每个监测点均有单独的表格。同时自动计算各种位移量(水平、垂直、综合)、测间的位移速率、综合位移倾角、综合水平位移方向等(见表2)。

表2 据监测成果资料计算参数表(部分)

图1 累计矢量位移与时间关系曲线图

表2中：测间垂直位移速率、测间水平位移速率、测间综合位移速率指本次监测值和上次监测值矢量差与2次监测时间段长的比值；综合水平位移方向、综合变位倾角是指本次监测值与首次监测值间计算值。

同时每次的监测成果增加到表格后面也会自动绘制该点的累计位移量随时间的关系曲线、根据两次间监测成果绘制的位移速率曲线及水平位移方向路径见图1～3。

整理后的成果表文件是全部最终分析资料的基础。

按照整理后的成果表文件，通过输入任意时间编程调用可以分析监测期内的累计矢量位移量(mm)及平均位移速率(mm/d)(见表3)、监测时间天数等。还可以计算任意时间区间内的累计变形量(mm)和区间内的平均位移速率(mm/d)等相关资料(见表4)。2种表格只需修改时间即可，其它均是自动计算的，主要用在分析不同时间段内的平均位移速率的变化规律及任意时间段滑边坡变形各种参数的统计。

表3 监测成果统计计算表

表4 监测点任意时间区间内统计成果表

图2 位移速率与时间关系曲线图

图3 监测点水平位移路径图

5 相关问题探讨

(1) 如何根据曲线形态分析监测点是否发生了变形位移？

监测点曲线一般有2种类型，分别为类型1和类型2，相应的位移曲线随时间过程线和水平位移路径如图4～6和图1～3。

图4反映累计矢量位移在0轴上下变化，图5位移速率曲线基本围绕0轴上下振荡，图6水平位移路径反映了该点监测数据呈云团变化，位移方向紊乱，因此，该类型(类型1)监测点应是测量精度误差，判断没有发生变形位移。图1累计矢位移量随时间持续增大，图2位移速率曲线在0轴一侧变化，图3水平位移路径反映了该点位移方向基本一致，因此，判断该类型(类型2)监测点应是发生了变形位移。

(2) 位移速率曲线振幅较大，这些点主要是位移变形量很小的区域或稳定区域，监测单位若对数据进行适当的处理更好一些，有一些点在0轴附近振幅量值较大，也是测量精度可以解释的。

图4 累计矢量位移与时间关系曲线图

图5 位移速率与时间关系曲线图

(3) 从水平位移路径分析，监测时间段较短时还不能准确判断该点是否产生了变形位移，监测时间放长能判断该点有变形，水平位移路径图上是振荡前行的，会存在不同的分析判断，如何避免这样状况？纯粹是测量精度还是有其它监测数据整理的原因？本文认为，从长期情况看，该类型监测点产生了位移。

图7 监测点路径示意图

(4) 成果分析资料中，对于各监测点第1次监测值(初值)非常重要，因为计算的基础均与初值有关，分析中也存在振荡变化时的计算误差(见图7)，如计算2012-03-13至2012-03-25之间位移量时是采用2012-03-25与初值2012-03-05的差值减去2012-03-13与初值2012-03-05的差值， 从图7中可以看出，如果将第1段AB投影到AD线上进行分析，两者之间有一个误差值，该误差值在计算时间段较短时可能影响数据较大。

(5) 计算任意时间区间内的累计变形量(mm)和区间内的平均位移速率方法可以用图8表示。

要计算2010-05-01到2010-05-18间的累计位移和位移速率，方法1是计算AD间矢量位移与AB间矢量位移的差值，即图8中ED段，其它如矢量方位、位移速率等均按ED段计算，这样计算成果中位移将会存在负值，如2010-05-01与2010-04-25间。是AB段矢量减去AF段矢量。方法2是直接计算BD段和FB段的矢量，位移中不会存在负值。从2种方法看，无论是累计位移量、位移速率、矢量方位均存在差异。哪种方法更为合理值得探讨，本文认为方法1似乎更合理，因此采用此方法整理分析监测数据。

6 结 语

(1) 滑边坡表面变形监测是非常重要的分析滑边坡变形趋势的方法之一，进行三维数据监测能对滑边坡变形的空间状态提供依据。

图8 任意时间区间内的累计变形量和变形速率计算示意图

(2) 监测单位可对监测数据的准确性先行判断处理，避免数据分析时发现问题，引起不必要的错误；

(3) 如何整理分析原始监测数据还有许多需要探讨和明确的方面，文中方法似乎更为合理。

(4) 编程可使数据整理分析更快捷。