第五章 工程地質(zhì)長期觀測

1、 第一篇第一篇 工程地質(zhì)勘察通論工程地質(zhì)勘察通論第五章第五章 工程地質(zhì)長期觀測工程地質(zhì)長期觀測第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 一、工程地質(zhì)長期觀測的特點(diǎn)一、工程地質(zhì)長期觀測的特點(diǎn)工程地質(zhì)長期觀測是在長期觀測站采用專門的儀器上觀測工程地質(zhì)條件的某些要素如水文地質(zhì)條件，物理地質(zhì)作用，以及工程地質(zhì)作用等隨時間變化隨時間變化的規(guī)律，了解其變化的過程和發(fā)展趨勢，用以預(yù)測和評價它們對工程建筑和地質(zhì)環(huán)境的影響。 2. 工程地質(zhì)觀測必須在查明工程地質(zhì)條件查明工程地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上進(jìn)行。 3. 地質(zhì)環(huán)境是一個開放、動態(tài)變化的復(fù)雜系統(tǒng)，地質(zhì)環(huán)境是一個開放、動態(tài)變化的復(fù)雜系統(tǒng)，觀測對于設(shè)計(jì)、信息化施工、施工期安全和工程效果來

2、說是必不可少的，為保證工程的長期安全，也離不開長期觀測。觀測可指導(dǎo)設(shè)計(jì)及變更、施工、驗(yàn)證設(shè)計(jì)和計(jì)算方法、以及工程運(yùn)行。第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 4. 工程地質(zhì)長期觀測根據(jù)觀測時期分為定期觀測和不定期觀測和不定期觀測，定期觀測，定期觀測是按固定的時間間隔，不定期觀測是為某一專門目的而進(jìn)行的短期觀測。 5. 工程地質(zhì)長期觀測根據(jù)性質(zhì)劃分為巖土體物理量監(jiān)巖土體物理量監(jiān)測、影響因素監(jiān)測、物理地質(zhì)現(xiàn)象觀測、建筑物變形、沉測、影響因素監(jiān)測、物理地質(zhì)現(xiàn)象觀測、建筑物變形、沉降和地下水觀測。降和地下水觀測。 6. 現(xiàn)場觀測指的是在工程勘察、施工以至運(yùn)營期間，對工程有影響的不良地質(zhì)現(xiàn)象、巖土體性狀和地下水等進(jìn)行監(jiān)

3、測，其目的是為了工程的正常施工和運(yùn)營，確保安全。 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 二、觀測工作主要包含三方面內(nèi)容二、觀測工作主要包含三方面內(nèi)容 1. 施工和各類荷載作用下巖土反應(yīng)性狀的觀測。例如，土壓力觀測、巖土體中的應(yīng)力量測、巖土體變形和位移監(jiān)測、孔隙水壓力觀測等。 2. 對施工或運(yùn)營中結(jié)構(gòu)物的觀測。對于像核電站等特別重大的結(jié)構(gòu)物，則在整個運(yùn)營期間都要進(jìn)行觀測。 3. 對環(huán)境條件的觀測。包括對工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件中某些要素的觀測，尤其是對工程構(gòu)成威脅的不良地質(zhì)現(xiàn)象，在勘察期間就應(yīng)布置觀測(如滑坡、崩塌、泥石流、土洞等)；除此之外，還有對相鄰結(jié)構(gòu)物及工程設(shè)施在施工過程中可能發(fā)生的變化、施工振動、噪聲

4、和污染等的觀測。 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述三、觀測原則三、觀測原則 1.可靠性原則可靠性原則 儀器的可靠性、監(jiān)測網(wǎng)、設(shè)計(jì)、施工的統(tǒng)籌安排。 2.多層次觀測多層次觀測 觀測對象以位移為主，輔以其它項(xiàng)目；儀器上以多種儀器配合、補(bǔ)充。測點(diǎn)布置上： （1）充分利用有利的工程條件 （2）地表、地下測點(diǎn)或三維監(jiān)測用 （3）監(jiān)測點(diǎn)覆蓋面。第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 3. 優(yōu)先觀測關(guān)鍵部位原則優(yōu)先觀測關(guān)鍵部位原則 4. 分期觀測原則分期觀測原則 一般由初勘階段開始，詳勘階段進(jìn)行，根據(jù)觀測的內(nèi)容，工程類型不同而不同。例如滑坡在防治前和變形中進(jìn)行；孔隙水壓力在工程建筑中、后期進(jìn)行；地基變形在建筑后進(jìn)行。 5. 方便實(shí)用

5、原則方便實(shí)用原則 6. 高效原則高效原則 觀清及其和信息反饋及時 7. 無干擾和少干擾的原則無干擾和少干擾的原則 8. 地質(zhì)信息重要地質(zhì)信息重要 9. 經(jīng)濟(jì)合理原則經(jīng)濟(jì)合理原則 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述四、長期觀測點(diǎn)的布置四、長期觀測點(diǎn)的布置 1. 觀測線應(yīng)涉及問題最多的具體位置，觀測對象變化大的方向； 2. 觀測站均勻布置，重點(diǎn)加密； 3. 觀測點(diǎn)線與工程建風(fēng)暴切聯(lián)系，按建筑物輪廓布置； 4. 點(diǎn)線的方向控制（一維，二維，三維空間） 5. 空間上能夠?qū)τ^測對象空控制，需要變化方向設(shè)線，重點(diǎn)地段設(shè)點(diǎn)加密。第一節(jié)第一節(jié) 概述概述五、監(jiān)測技術(shù)與儀器五、監(jiān)測技術(shù)與儀器 1. 收斂計(jì)收斂計(jì) 用來測量地下

6、廠房、坑道、隧道或坑口對應(yīng)的墻體間或頂面到地面間距的微小變化，也可以用于監(jiān)測結(jié)構(gòu)與支承物的變形，以及測量不穩(wěn)定邊坡的移動性。第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 2. 鉆孔伸長量測鉆孔伸長量測 鉆孔位移計(jì)，測定深部巖體沿鉆孔軸向位移的裝置。它由連接件、錨固器、量測頭和測量計(jì)等部分組成。測量時，用錨固器將連接件固定在鉆孔的一定深度上，在孔口設(shè)量測頭和測量計(jì)，以孔底為基準(zhǔn)點(diǎn)，測定各測點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)的距離。 3. 傾斜量測傾斜量測用傾斜儀量測兩點(diǎn)之間的相對傾斜量。有傾斜計(jì)、傾斜儀、高精度激光傾斜儀。第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 4.4.裂縫量測裂縫量測用于監(jiān)測壩體、邊坡、工程巖體或山體裂縫的張開、閉合或上下左右的錯動變形。

7、 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 5.5.光學(xué)儀器光學(xué)儀器 經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、激光測距儀、全站儀。 經(jīng)緯儀是用來測量水平或豎直角度的儀器。 水準(zhǔn)儀是根據(jù)水準(zhǔn)測量原理測量地面點(diǎn)間高差的儀器。 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 激光測距儀是利用激光對目標(biāo)的距離進(jìn)行準(zhǔn)確測定的儀器。 全站儀是一種集光、機(jī)、電為一體的高技術(shù)測量儀器，是集水平角、垂直角、距離(斜距、平距)、高差測量功能于一體的測繪儀器系統(tǒng)。 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 6. GPS 利用衛(wèi)星進(jìn)行絕對位置監(jiān)測，速度快、精度高。 7. 孔隙水壓力儀孔隙水壓力儀 采用孔隙水壓力儀，對巖土體孔隙水壓力隨時間變化規(guī)律的動態(tài)觀測。第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 8. 土壓力計(jì)土壓

8、力計(jì) 用于長期測量土石壩、土堤、邊坡、路基等結(jié)構(gòu)物內(nèi)部土體的壓應(yīng)力。 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 9. 應(yīng)力應(yīng)變計(jì)應(yīng)力應(yīng)變計(jì)測力計(jì)利用金屬的彈性制成標(biāo)有刻度用以測量力的大小的儀器。 應(yīng)變計(jì)用于長期埋設(shè)在混凝土結(jié)構(gòu)的梁、柱、樁基、支撐、擋土墻、水工建筑物、襯砌、墩與底腳、橋梁、隧道襯砌及其基巖中監(jiān)測其應(yīng)力與應(yīng)變 。第二節(jié)第二節(jié) 孔隙水壓力觀測孔隙水壓力觀測 一、地下水觀測的意義一、地下水觀測的意義 地下水動態(tài)的變化，對評價地基土的允許承載力、預(yù)測道路凍害的嚴(yán)重程度、基坑涌水量的大小和坑壁穩(wěn)定性有重要意義。通過對地下水動態(tài)的長期觀測，還可檢驗(yàn)壩基、壩肩防滲處理的效果。 例如，在高層建筑深基坑開挖和支護(hù)

9、中，由于地下水的作用，可能會導(dǎo)致坑底上鼓潰決、流砂突涌、支護(hù)結(jié)構(gòu)移位傾倒、降水引起周圍地面沉降而導(dǎo)致建筑物破壞。因此在深基坑施工過程中要加強(qiáng)地下水的監(jiān)測。地下水也是各種不良地質(zhì)現(xiàn)象產(chǎn)生的重要因素。第二節(jié)第二節(jié) 孔隙水壓力觀測孔隙水壓力觀測 二、孔隙水壓力觀測的意義二、孔隙水壓力觀測的意義 孔隙水壓力在水庫誘發(fā)地震、地面沉降和斜坡穩(wěn)定性中都有重大作用。設(shè)計(jì)堆填土壩、海堤和路堤等并驗(yàn)算其邊坡穩(wěn)定性，評價貯油罐地基穩(wěn)定性以及斜坡產(chǎn)生滑動的可能性等都需要有孔隙水壓力的確切數(shù)值、分布情況及其隨荷載增加等外界因素的變化情況。 例如，作用于滑坡上的孔隙水壓力，直接影響滑坡的穩(wěn)定性；飽水砂土的管涌和液化、巖溶

10、區(qū)的地面塌陷等，無不與孔隙水壓力息息相關(guān)。因此要對孔隙水壓力準(zhǔn)確控制，以保證工程順利、安全施工和正常運(yùn)行。第二節(jié)第二節(jié) 孔隙水壓力觀測孔隙水壓力觀測 三、觀測點(diǎn)的布置三、觀測點(diǎn)的布置 觀測點(diǎn)的布置視觀測的目的不同而異，一般是將多個壓力計(jì)分別埋置于不同地點(diǎn)的不同深度處以形成觀測剖面和觀測網(wǎng)，觀測孔隙水壓力的大小，空間分布及其影響因素。 埋設(shè)壓力計(jì)可采用鉆孔法或壓入法鉆孔法或壓入法。壓入法只適用于軟弱地基。采用鉆孔法時，鉆達(dá)埋置深度后先于孔底填入少量砂，待置入測頭后在其周圍和上部填砂，最后用膨脹性粘土球?qū)@孔全部嚴(yán)密封好。兩種方法都應(yīng)提前埋設(shè)儀器待其恢復(fù)原狀后才進(jìn)行觀測。間高差為觀測點(diǎn)與壓力計(jì)基面

11、為壓力計(jì)讀數(shù)，為水的密度，式中：）可按下式計(jì)算：各測點(diǎn)的孔隙水壓力（hpphppwwww第二節(jié)第二節(jié) 孔隙水壓力觀測孔隙水壓力觀測 四、孔隙水壓力具體觀測目的四、孔隙水壓力具體觀測目的 孔隙水壓力對巖土體變形和穩(wěn)定性有很大的影響，因此在飽和土層中進(jìn)行地基處理和基礎(chǔ)施工過程中以及研究滑坡穩(wěn)定性等問題時，孔隙水壓力的監(jiān)測很有必要。其具體觀測目的如下表所示：項(xiàng) 目觀 測 目 的加載預(yù)壓地基估計(jì)固結(jié)度以控制加載速率強(qiáng)夯加固地基控制強(qiáng)夯間歇時間和確定強(qiáng)夯度預(yù)制樁施工控制打樁速率工 程 降 水監(jiān)測減壓井壓力和控制地面沉降研究滑坡穩(wěn)定性控制和治理第三節(jié)第三節(jié) 斜坡巖土體變形和滑坡動態(tài)觀測斜坡巖土體變形和滑坡

12、動態(tài)觀測 一、斜坡巖土體變形觀測的意義一、斜坡巖土體變形觀測的意義 1. 在滑坡、崩塌發(fā)生前對斜坡巖土體變形的發(fā)展情況進(jìn)行觀測，以預(yù)報(bào)滑坡、崩塌的發(fā)生； 2. 滑動后觀測其動態(tài)及其與周圍環(huán)境因素的關(guān)系，準(zhǔn)確測定滑動帶位置，為滑坡的整治提供可靠依據(jù)； 3. 在整治滑坡的過程中，監(jiān)測滑坡的發(fā)展變化情況，預(yù)測其發(fā)展趨勢，作出險情預(yù)報(bào)； 4. 整治之后觀測的目的在于檢驗(yàn)整治措施的效果，以及測定作用于抗滑結(jié)構(gòu)上的土壓力，以檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的正確性和施工質(zhì)量。第三節(jié)第三節(jié) 斜坡巖土體變形和滑坡動態(tài)觀測斜坡巖土體變形和滑坡動態(tài)觀測 二、巖土體變形監(jiān)測的內(nèi)容和方法二、巖土體變形監(jiān)測的內(nèi)容和方法 巖土體變形監(jiān)測內(nèi)容廣泛

13、，主要包括各種不良地質(zhì)現(xiàn)象和各類工程（各種地基基礎(chǔ)工程、邊坡工程和地下工程）所涉及的巖土體內(nèi)部的壓縮、拉伸及剪切變形和表面位移量的監(jiān)測。這里著重介紹邊坡工程和滑坡以及地下工程巖土體變形監(jiān)測的內(nèi)容和方法。 監(jiān)測內(nèi)容可分地面位移觀測、巖土體內(nèi)部變形和滑動面位置觀測。 1. 滑坡地面位移觀測滑坡地面位移觀測 主要采用經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀或光電測距儀重復(fù)觀測各測點(diǎn)的位移方向和水平、鉛直距離，以此來判定地面位移矢量及其隨時間變化的情況。第三節(jié)第三節(jié) 斜坡巖土體變形和滑坡動態(tài)觀測斜坡巖土體變形和滑坡動態(tài)觀測 測點(diǎn)可根據(jù)具體條件和要求布置成不同型式的線、網(wǎng)，一般在條件較復(fù)雜和位移較大的部位測點(diǎn)應(yīng)適當(dāng)加密。圖為長江

14、三峽工程庫區(qū)內(nèi)新灘滑坡地面位移觀測點(diǎn)平面布置圖，測點(diǎn)主要集中布置在地面位移量較大的姜家坡一帶。 對于規(guī)模較大的滑坡，還可采用航空攝影測量和全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)來進(jìn)行監(jiān)測，也可采用伸縮儀和傾斜計(jì)等簡易方法監(jiān)測。第三節(jié)第三節(jié) 斜坡巖土體變形和滑坡動態(tài)觀測斜坡巖土體變形和滑坡動態(tài)觀測 監(jiān)測結(jié)果應(yīng)整理成曲線圖，并以此來分析滑坡或工程邊坡的穩(wěn)定性發(fā)展趨勢，作臨滑預(yù)報(bào)。從圖上可以清晰地看出，該滑坡從1985年年5月月開始鉛直位移量顯著增大，到6月月12日日便發(fā)生了整體下滑，滑坡方量約3107m3。由于臨滑預(yù)報(bào)非常成功，避免了人員傷亡的重大事故。第三節(jié)第三節(jié) 斜坡巖土體變形和滑坡動態(tài)觀測斜坡巖土體變形和滑坡動態(tài)

15、觀測 2. 巖土體內(nèi)部變形和滑動面位置觀測巖土體內(nèi)部變形和滑動面位置觀測 準(zhǔn)確地確定滑動面的位置是進(jìn)行滑坡穩(wěn)定分析和整治的前提條件，僅用鉆探的方法往往難以達(dá)到目的，若配合滑面的長期觀測工作則可以順利解決這一問題，特別是對于已經(jīng)開始蠕動的滑坡，其效果更為顯著。 目前常用的監(jiān)測方法有：管式應(yīng)變計(jì)、傾斜計(jì)和位移計(jì)管式應(yīng)變計(jì)、傾斜計(jì)和位移計(jì)等。等。它們皆借助于鉆孔進(jìn)行監(jiān)測的。 （1）管式應(yīng)變計(jì)監(jiān)測管式應(yīng)變計(jì)監(jiān)測是在聚氯乙烯管上隔一定距離貼電阻應(yīng)變片，隨后將其埋置于鉆孔中，用于測量由于滑坡滑動引起管子的變形。其安裝方法如圖所示。安裝變形管時必須使應(yīng)變片正對著滑動方向。測量結(jié)果可清楚地顯示出滑坡體隨時間不

16、同深度的位移變形情況以及滑動面的位置。第三節(jié)第三節(jié) 斜坡巖土體變形和滑坡動態(tài)觀測斜坡巖土體變形和滑坡動態(tài)觀測 上圖即為某滑坡用管式應(yīng)變計(jì)監(jiān)測的成果，滑動面深度為4.4m。此法較簡便，在國內(nèi)外使用最為廣泛。第三節(jié)第三節(jié) 斜坡巖土體變形和滑坡動態(tài)觀測斜坡巖土體變形和滑坡動態(tài)觀測 （2）傾斜計(jì)傾斜計(jì)是一種量測滑坡引起鉆孔彎曲的裝置，可以有效地了解滑動面的深度。該裝置有兩種型式： 放入型傾斜計(jì)放入型傾斜計(jì)是由地面懸掛一個傳感器至鉆孔中，量測預(yù)定各深度的彎曲。第三節(jié)第三節(jié) 斜坡巖土體變形和滑坡動態(tài)觀測斜坡巖土體變形和滑坡動態(tài)觀測 固定型傾斜計(jì)固定型傾斜計(jì)是鉆孔中按深度裝置固定的傳感器。 監(jiān)測結(jié)果如圖所示

17、，監(jiān)測結(jié)果如圖所示，滑動面深度為滑動面深度為3.5m。第三節(jié)第三節(jié) 斜坡巖土體變形和滑坡動態(tài)觀測斜坡巖土體變形和滑坡動態(tài)觀測 （3）位移計(jì)位移計(jì)是一種靠測量金屬線伸長來確定滑動面位置的裝置，一般采用多層位移計(jì)量測，將金屬線固定于孔壁的各層位上，末端固定于滑床上。它可以用來判斷滑動面的深度和滑坡體隨時間的位移變形。 第三節(jié)第三節(jié) 斜坡巖土體變形和滑坡動態(tài)觀測斜坡巖土體變形和滑坡動態(tài)觀測 （4）洞室壁面收斂量測洞室壁面收斂量測 收斂量測收斂量測是直接量測巖體表面兩點(diǎn)間的距離改變量，它被用于了解洞室壁面間的相對變形和邊坡上張裂縫的發(fā)展變化，據(jù)以對工程穩(wěn)定性趨勢作出評價和對破壞時間作出預(yù)報(bào)。 邊坡張裂

18、縫量測邊坡張裂縫量測方法比較簡單，一般在裂縫兩側(cè)埋設(shè)固定點(diǎn)，用鋼卷尺直接量測即可。洞室壁面收斂量測則需借助于專用的收斂計(jì)。 變形測量變形測量一般采用多點(diǎn)位移計(jì)。 第三節(jié)第三節(jié) 斜坡巖土體變形和滑坡動態(tài)觀測斜坡巖土體變形和滑坡動態(tài)觀測 3. 巖土體內(nèi)部應(yīng)力量測巖土體內(nèi)部應(yīng)力量測 巖土體內(nèi)部應(yīng)力量測與變形量測的意義一樣，可用來監(jiān)測建筑物的安全使用，亦可檢驗(yàn)計(jì)算模型和計(jì)算參數(shù)的適用性和準(zhǔn)確性。 巖土體內(nèi)部的應(yīng)力可分為初始應(yīng)力和二次應(yīng)力。 初始應(yīng)力也稱地應(yīng)力。 二次應(yīng)力主要指的是房屋建筑基礎(chǔ)底面與地基土的接觸壓力；擋土結(jié)構(gòu)上的土壓力以及洞室的圍巖壓力等的量測問題。第三節(jié)第三節(jié) 斜坡巖土體變形和滑坡動態(tài)

19、觀測斜坡巖土體變形和滑坡動態(tài)觀測 巖土壓力的量測是借助于壓力傳感器裝置壓力傳感器裝置來實(shí)現(xiàn)的，一般將壓力傳感器埋設(shè)于結(jié)構(gòu)物與巖土體的接觸面上。目前國內(nèi)外采用的壓力傳感器多數(shù)為壓力盒，有液壓式、氣壓式、鋼弦式和電阻應(yīng)變式等不同型式和規(guī)格的產(chǎn)品，以后兩種較常用。 通過定時觀測，便可獲得巖土壓力隨時間變化的資料。第四節(jié)第四節(jié) 建筑物沉降與變形觀測建筑物沉降與變形觀測 一、沉降觀測的對象一、沉降觀測的對象 1. 一級建筑物。 2. 不均勻或軟弱地基上的重要二級及以上建筑物。 3. 加層、接建或因地基變形、局部失穩(wěn)而使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的建筑物。 4. 受鄰近深基坑開挖施工影響或受場地地下水等環(huán)境因素變化影響

20、的建筑物。 5. 需要積累建筑經(jīng)驗(yàn)或進(jìn)行反分析計(jì)算參數(shù)的工程。第四節(jié)第四節(jié) 建筑物沉降與變形觀測建筑物沉降與變形觀測 二、觀測點(diǎn)的布置二、觀測點(diǎn)的布置 沉降觀測點(diǎn)的布設(shè)應(yīng)遵循以下原則。 1. 通常在建筑物的四角點(diǎn)、中點(diǎn)、轉(zhuǎn)角處四角點(diǎn)、中點(diǎn)、轉(zhuǎn)角處等能反映變形特征和變形明顯的部位布設(shè)沉降觀測點(diǎn)，點(diǎn)間距一般為1020m。 2. 對于設(shè)有后澆帶及施工縫的建筑物，還應(yīng)在其兩側(cè)布設(shè)沉降觀測點(diǎn)。 3. 對于新建建筑物與原有建筑物的連接處，應(yīng)在其兩側(cè)的承重墻或支柱上布設(shè)沉降觀測點(diǎn)。 第四節(jié)第四節(jié) 建筑物沉降與變形觀測建筑物沉降與變形觀測 4. 對于一些大型工業(yè)廠房，除按上述原則布設(shè)沉降觀測點(diǎn)外，還應(yīng)在大型設(shè)備四周的墩重墻或支柱上布設(shè)沉降觀測點(diǎn)；對于磚混結(jié)構(gòu)可設(shè)于承重墻上；對于框架結(jié)構(gòu)，