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1、岩土工程勘察,第八章 岩土工程监测,学习要求：了解岩土工程监测的意义掌握监测点的一般布置原则掌握各类监测的目的、要求及其布置4.熟悉监测数据的处理和分析方法,第八章 岩土工程监测,第8章 岩土工程监测,8.1 概述（1）岩土工程监测是采用专门的仪器，监（观）测岩土体或建筑物的某些要素如变形、应力、水位等以及相关影响因素如降雨等随时间变化的过程和规律，据此分析其发展变化趋势，预测和评价它们对工程建筑和地质环境的影响。（2）监测必须在查明工程地质条件的基础上进行。（3）岩土体是一个开放、动态变化的复杂系统，监测对于设计、信息化施工、施工期安全和工程效果来说是必不可少的，为保证工程的长期安全，也离不
2、开长期监测。监测可指导设计及变更、施工、验证设计和计算方法、以及工程运行。,岩土体受人为的或自然的影响（加固、开挖等）所反应表现的各种信息，是可以量测的，通过对这些信息的分析处理，可以预测岩土体的状态及可能的变化趋势、采取的工程措施。同时通过测到的信息，反估岩土体力学特征的参数和地应力参数。反分析法位移反分析法实际上是对传统的岩石力学试验方法的突破。互相关联的监测、反分析、预测对岩土体设计施工具有重要意义。,（4）岩土工程监测根据观测时期分为定期观测和不定期观测，定期观测是按固定的时间间隔，不定期观测是为某一专门目的而进行的短期观测。（5）岩土工程监测根据性质划分为岩土体物理量监测、影响因素监
3、测、物理地质现象观测、建筑物变形、沉降和地下水观测。（6）现场监测指的是在工程勘察、施工以至运营期间，对工程有影响的不良地质现象、岩土体性状和地下水等进行监测，其目的是为了工程的正常施工和运营，确保安全。,监测工作主要包含三方面内容：第一、施工和各类荷载作用下岩土反应性状的监测。例如，土压力观测、岩土体中的应力量测、岩土体变形和位移监测、孔隙水压力观测等。第二、对施工或运营中结构物的监测。对于像核电站等特别重大的结构物，则在整个运营期间都要进行监测。第三、对环境条件的监测。包括对工程地质和水文地质条件中某些要素的监测，尤其是对工程构成威胁的不良地质现象，在勘察期间就应布置监测(如滑坡、崩塌、泥
4、石流、土洞等)；除此之外，还有对相邻结构物及工程设施在施工过程中可能发生的变化、施工振动、噪声和污染等的监测。,8.2 监测原则（1）可靠性原则 仪器的可靠性、监测网、设计、施工的统筹安排。（2）多层次监测 监测对象以位移为主，辅以其它项目；仪器上以多种仪器配合、补充。测点布置上:a.充分利用有利的工程条件 b.地表、地下测点或三维监测用 c.监测点覆盖面。（3）优先监测关键部位原则（4）分期监测原则前期、施工后期监测（5）方便实用原则（6）高效原则测清及其和信息反馈及时（7）无干扰和少干扰的原则（8）地质信息重要（9）经济合理原则,8.3 监测技术与仪器 1.收敛计 是用来测量地下厂房、坑道
5、、隧道或坑口对应的墙体间或顶面到地面间距的微小变化，也可以用于监测结构与支承物的变形，以及测量不稳定边坡的移动性。,钢尺收敛计,数显收敛计,2.钻孔伸长量测 钻孔位移计，测定深部岩体沿钻孔轴向位移的装置。它由连接件、锚固器、量测头和测量计等部分组成。测量时，用锚固器将连接件固定在钻孔的一定深度上，在孔口设量测头和测量计，以孔底为基准点，测定各测点与基准点的距离。3.倾斜量测 用倾斜仪量测两点之间的相对倾斜量。倾斜计、倾斜仪、高精度激光倾斜仪。4.裂缝量测 用于监测坝体、边坡、工程岩体或山体裂缝的张开、闭合或上下左右的错动变形,倾斜仪,三向测缝计,溢流式连通管沉降仪,多点伸长计（6点）,5.光学
6、仪器 经纬仪、水准仪、激光测距仪、全站仪。6.GPS 利用卫星进行绝对位置监测，速度快、精度高。7.孔隙水压力仪 采用孔隙水压力仪，对岩土体孔隙水压力随时间变化规律的动态观测。,8.土压力计 土压力计（土压力盒）,GYH1型 双膜土压力计,分离式土压力计,9.应力应变计 测力计、应变计,应变计,测力计,8.4 岩土体变形监测,1.岩土体变形监测的意义 岩土体的变形量是评价岩土体及建筑物稳定状态或建筑物是否能正常使用最直接的指标，监测结果亦可用作反演计算的参数或检验计算方法的适宜性。对工程岩土体采取加固措施时也需以变形监测资料作依据。由于岩土体的工程性质复杂而多变，勘察时往往难以掌握清楚，以致所
7、作的评价不够确切。对一些重大工程，尤其是复杂地质条件的工程，进行岩土体和建筑物变形监测就十分必要。不仅可及时发现问题，采取对策和措施，以保证工程的正常施工和使用，而且积累有价值的经验资料，对发展岩土力学和提高勘察工作水平皆有重要意义。,2.岩土体变形监测的内容和方法 岩土体变形监测内容广泛，主要包括各种不良地质现象和各类工程（各种地基基础工程、边坡工程和地下工程）所涉及的岩土体内部的压缩、拉伸及剪切变形和表面位移量的监测。这里着重介绍边坡工程和滑坡以及地下工程岩土体变形监测的内容和方法。,1)边坡工程和滑坡的监测 边坡工程和滑坡监测的目的，一是正确判定其稳定状态，预测位移、变形的发展趋势，作出
8、边坡失稳或滑坡临滑前的预报；二是为整治提供科学依据以及检验整治的效果。监测内容可分地面位移监测、岩土体内部变形和滑动面位置监测以及地下水观测三项。,a.地表位移监测 主要采用经纬仪、水准仪或光电测距仪重复观测各测点的位移方向和水平、铅直距离，以此来判定地面位移矢量及其随时间变化的情况。测点可根据具体条件和要求布置成不同型式的线、网，一般在条件较复杂和位移较大的部位测点应适当加密。图1为长江三峡工程库区内新滩滑坡地面位移观测点平面布置图，测点主要集中布置在地面位移量较大的姜家坡一带。对于规模较大的滑坡，还可采用航空摄影测量和全球卫星定位系统来进行监测，也可采用伸缩仪和倾斜计等简易方法监测。,图1
9、新滩滑坡垂直位移时间关系曲线,图2 新滩滑坡垂直位移时间关系曲线,监测结果应整理成曲线图，并以此来分析滑坡或工程边坡的稳定性发展趋势，作临滑预报。下即为新滩滑坡铅直位移时间关系曲线，从图2上可以清晰地看出，该滑坡从1985年5月开始铅直位移量显著增大，到6月12日便发生了整体下滑，滑坡方量约3107m3。由于临滑预报非常成功，避免了人员伤亡的重大事故。,日本某滑坡用光电测距仪监测所获得的位移矢量图，可以看出滑坡的位移范围、方向和各部位位移量的大小。铁路线和国道位于滑坡位移区之外，不受该滑坡的影响。,图3 光电测距仪测量的位移矢量图,李家峡水电站号滑坡的监测,坝高155m，库容16.5亿m3，装
10、机200万千瓦,初期蓄水后号滑坡动态特征距坝300800m,水库1996年12月26日下闸蓄水,1号滑坡剖面图,2号滑坡剖面图,水库蓄水后从右岸看号滑坡,滑坡前沿出现大量拉裂缝,岸 坡 垮 塌,滑坡后缘出现大量拉裂缝,1号滑坡远景,1号滑坡拉裂缝,1号滑坡前沿拉裂缝,1号滑坡后缘拉裂缝,蓄水期间号滑坡布置了监测点,各点动态,各代表性测点位移速率,坡体出现拉裂缝，开裂速率先大，后减缓,号滑坡在水蓄水后有同样的反应,号滑坡各点位移及速率,根据位移建立的粘弹塑性方程，对库水位升高位移曲线拟合，基本一致,方程：,b.岩土体内部变形和滑动面位置监测 准确地确定滑动面位置是进行滑坡稳定性分析和整治的前提条
11、件，它对于正处于蠕滑阶段的滑坡效果显著。目前常用的监测方法有：管式应变计、倾斜计和位移计等。它们皆借助于钻孔进行监测的。（一）管式应变计监测是在聚氯乙烯管上隔一定距离贴电阻应变片，随后将其埋置于钻孔中，用于测量由于滑坡滑动引起管子的变形。其安装方法如图4所示。安装变形管时必须使应变片正对着滑动方向。测量结果可清楚地显示出滑坡体随时间不同深度的位移变形情况以及滑动面的位置。,图5即为某滑坡用管式应变计监测的成果，滑动面深度为4.4m。此法较简便，在国内外使用最为广泛。,图4 管式应变测量计安装图,图5 某管式应变测量仪测量成果图,（2）倾斜计是一种量测滑坡引起钻孔弯曲的装置，可以有效地了解滑动面
12、的深度。该装置有两种型式：一种是由地面悬挂一个传感器至钻孔中，量测预定各深度的弯曲（图9）；另一种是钻孔中按深度装置固定的传感器（图10）。其监测结果如图11所示，滑动面深度为3.5m。,图6 放入型倾斜计测量实例,图7倾斜计测量结果示意图,（3）位移计是一种靠测量金属线伸长来确定滑动面位置的装置，一般采用多层位移计量测，将金属线固定于孔壁的各层位上，末端固定于滑床上。它可以用来判断滑动面的深度和滑坡体随时间的位移变形。,（4）洞室壁面收敛量测 收敛量测是直接量测岩体表面两点间的距离改变量，它被用于了解洞室壁面间的相对变形和边坡上张裂缝的发展变化，据以对工程稳定性趋势作出评价和对破坏时间作出预
13、报。边坡张裂缝量测方法比较简单，一般在裂缝两侧埋设固定点，用钢卷尺直接量测即可。洞室壁面收敛量测则需借助于专用的收敛计。变形测量一般采用多点位移计。,水平坑道支护上的围岩压力图,8.5 地下水的监测,1.地下水监测的意义和条件,地下水对工程岩土体的强度和变形以及对建筑物稳定性的影响，都是极为重要的。例如，在高层建筑深基坑开挖和支护中，由于地下水的作用，可能会导致坑底上鼓溃决、流砂突涌、支护结构移位倾倒、降水引起周围地面沉降而导致建筑物破坏。因此在深基坑施工过程中要加强地下水的监测。地下水也是各种不良地质现象产生的重要因素。例如，作用于滑坡上的孔隙水压力、浮托力和动水压力，直接影响滑坡的稳定性；
14、饱水砂土的管涌和液化、岩溶区的地面塌陷等，无不与地下水的作用息息相关。因此要对地下水压力、孔隙水压力准确控制，以保证工程顺利、安全施工和正常运行。,在下列条件下应进行地下水的监测：1)当地下水位的升降影响岩土体稳定，以致产生不良地质现象时；2)当地下水位上升对构筑物产生浮托力或对地下室和地下构筑物的防潮、防水产生较大影响时；3)当施工排水对工程有较大影响时；4)当施工或环境条件改变造成的孔隙水压力、地下水压力的变化对岩土工程有较大影响时。地下水监测的内容包括：地下水位的升降、变化幅度及其与地表水、大气降水的关系；工程降水对地质环境及附近建筑物的影响；深基、洞室施工，评价斜坡、岸边工程稳定和加固
15、软土地基等进行孔隙水压力和地下水压力的监控；管涌和流土现象对动水压力的监控；当工程可能受腐蚀时，对地下水水质的监测等。,2.孔隙水压力监测,孔隙水压力对岩土体变形和稳定性有很大的影响，因此在饱和土层中进行地基处理和基础施工过程中以及研究滑坡稳定性等问题时，孔隙水压力的监测很有必要。其具体监测目的如下表所示：,监测孔隙水压力所用的孔隙水压力计型号和规格较多，应根据监测目的、岩土的渗透性和监测期长短等条件选择，其精度、灵敏度和量程必须满足要求。孔隙水压力计类型、适用条件及计算公式：,3.地下水压力（水位）和水质监测,地下水压力(水位)和水质监测工作的布置，应根据岩土体的性状和工程类型确定。一般顺地
16、下水流向布置观测线。为了监测地表水与地下水之间关系，则应垂直地表水体的岸边线布置观测线。在水位变化大的地段、上层滞水或裂隙水聚集地带，皆应布置观测孔。基坑开挖工程降水的监测孔应垂直基坑长边布置观测线，其深度应达到基础施工的最大降水深度以下1m处。动态监测除布置监测孔外，还可利用地下水天然露头或水井。,地下水动态监测应不少于1个水文年。观测内容除了地下水位外，还应包括水温、泉的流量,在某些监测孔中有时尚应进行定期取水样作化学分析和抽水。观测时间间隔视目的和动态变化急缓时期而定，一般雨汛期加密，干旱季节放疏，可以3-5天或10天观测一次，而且各监测孔皆同时进行观测。作化学分析的水样，可放宽取样时间
17、间隔，但每年不宜少于4次。观测上述各项内容的同时，还应观测大气降水、气温和地表水体(河、湖)的水位等，藉以相互对照。监测成果应及时整理，并根据所提出的地下水和大气降水量的动态变化曲线图、地下水压(水位)动态变化曲线图、不同时期的水位深度图、等水位线图、不同时期有害化学成分的等值线图等资料，分析对工程设施的影响，提出防治对策和措施。,8.6 建筑物的沉降观测,1.沉降观测的对象（1）一级建筑物。（2）不均匀或软弱地基上的重要二级及以上建筑物。（3）加层、接建或因地基变形、局部失稳而使结构产生裂缝的建筑物。（4）受邻近深基坑开挖施工影响或受场地地下水等环境因素变化影响的建筑物。（5）需要积累建筑经
18、验或进行反分析计算参数的工程。,2.观测点的布置沉降观测点的布设应遵循以下原则。(1)通常在建筑物的四角点、中点、转角处等能反映变形特征和变形明显的部位布设沉降观测点，点间距一般为1020 m。(2)对于设有后浇带及施工缝的建筑物，还应在其两侧布设沉降观测点。(3)对于新建建筑物与原有建筑物的连接处，应在其两侧的承重墙或支柱上布设沉降观测点。(4)对于一些大型工业厂房，除按上述原则布设沉降观测点外，还应在大型设备四周的墩重墙或支柱上布设沉降观测点；对于砖混结构可设于承重墙上；对于框架结构，可每隔13个柱子设一点。(5)观测点要符合各施工阶段的观测要求，牢固可靠，特别要考虑到装修装饰阶段因墙或柱
19、饰面、水电施工等破坏或掩盖住观测点，不能连续观测而失去观测意义。,3.观测方法 距离建筑物一定范围设基准点，从建筑物修建开始直至竣工以后的相当长时间内定期观测各测点高程的变化。观测次数和间隔时间应根据观测目的、加载情况和沉降速率确定。当沉降速率小于1mm/100d时可停止经常性的观测。建筑物竣工后的观测间隔按下表确定。,根据观测结果绘制加载、沉降与时间的关系曲线。由此可以较好地划定地基土的变形性和均一性；与预测的结论对比，以检验计算采用的理论公式、方案和所用参数的可靠性；获得在一定土质条件下选择建筑结构型式的经验。也可由实测结果进行反分析，即反求土层模量或确定沉降计算经验系数。,北京国际信托大厦系一剪力墙内筒外框结构的高层建筑，地面以上28层(高104.1m)。地下两层，采用箱形基础，埋深12.73m。该工程自箱基的隔水架空层浇筑完毕起沿基础的纵横轴线安设了138个观测点进行系统的沉降观测，截止竣工后约4年的观测资料如下图所示。,
