岩土工程表面变形监测技术分析

引言​

岩土工程作为交通、水利、矿山等基础设施建设的核心组成部分，其表面变形直接关系到工程结构安全与周边环境稳定。边坡失稳、基坑坍塌、路基沉降等变形灾害，不仅可能导致工程停工、经济损失，更会威胁人员生命安全。

一、岩土工程表面变形监测基础理论

1.1 岩土工程表面变形机理

岩土工程中，表面变形的发生源于多种复杂因素的综合作用。从内部因素来看，岩土体自身性质是关键。例如，土体的颗粒组成、孔隙比，岩体的节理裂隙发育程度等，都会影响其力学性能。当土体孔隙率较大、颗粒间黏聚力较小时，在荷载作用下易发生压缩变形；而岩体中若存在大量节理裂隙，其完整性被破坏，在应力作用下更易产生位移与开裂。外部荷载同样不可忽视。建筑物的自重会对地基产生垂直压力，引发地基沉降，车辆行驶、地震等动荷载，则会使岩土体承受额外的振动应力，促使变形加速。

1.2 表面变形监测核心指标

精度要求是变形监测的重要考量。对于一般岩土工程，毫米级精度通常可满足需求，能有效捕捉基础沉降、边坡微小位移等变形情况。监测周期的设定取决于工程特点与变形发展态势。在工程施工阶段，变形速率较快，需加密监测周期，如每日甚至实时监测，以便及时发现异常。工程运营稳定期，可适当延长监测周期，如按月或季度监测。要依据变形变化灵活调整，当变形出现加速趋势时，立即缩短监测周期。数据可靠性关乎监测成果的有效性。

1.3 监测技术分类原则

依据监测原理，技术可分为几何测量类、遥感探测类、传感器感知类。几何测量类如水准测量、全站仪测量，基于几何原理，通过测量角度、距离等计算变形量；遥感探测类像 InSAR，利用雷达波获取大面积地表变形信息；传感器感知类则借助各类传感器，如测斜仪、位移计，直接感知岩土体变形参数。从监测效率层面，有静态监测与动态监测之分。静态监测适用于变形缓慢、变化平稳的情况，可周期性进行，获取阶段性变形数据，动态监测则针对变形迅速、需实时掌握变化的场景，如地震期间边坡的动态响应，能持续提供实时变形信息。按成本划分，存在低成本常规技术与高精度高端技术。

二、主流表面变形监测技术原理与特征

2.1 传统几何测量技术

常规几何量测是一种基于几何关系进行间接测量的方法，包括建立基准点与巡检点位置的相互关系进行计算得出变形量的方法，如水准测量就是通过两段高程差计算得出监测点相对于基点的垂向变化，该方法操作步骤严谨，仪器设备相对较小。三角高程测量法是以三角形边角关系为基础测量两位置之间的高程差，并且不需要测量两位置之间的距离，一般情况下利用观测竖直角度得出两点之间的高差。

2.2 现代空间测量技术

目前，通过卫星信号和雷达遥感的空间测量非接触性监测方式，其中，GNSS 测量是利用多颗卫星的测定位参考信号定位监测点的位置，根据测量时序变形趋势来解算得出监测点的三维位置，能够全天候在视野开阔环境下完成监测，InSAR 测量是利用卫星雷达对同一区域的重复观测，根据雷达波相位差来反演得到地表的形变量，它可在 200km×200km 的范围内完成范围的扫描，突破了空间的障碍，可以对山区、矿区等地形条件复杂的地区进行扫描。

2.3 三维激光扫描技术

激光三维扫描系统通过发射激光脉冲测量物体表面进行高精度扫描，利用激光光束的飞行时间测量距离，通过扫描角度获得目标三维的点云模型，通过前后两次采集的点云数据可以直接反映出表面形变的空间变化，甚至可以捕捉到裂缝延伸等变化趋势。激光三维扫描系统为非接触式测量手段，不会引起监测对象的干扰与变形，并且点云模型可以很好地体现地表的所有细节。然而，激光三维扫描系统的扫描精度受到射程限制，通常可以满足百米量级范围内的测点，激光三维扫描系统受天气影响，如雨天及强光照射，都会对其测量精度造成一定的影响。

2.4 传感器类监测技术

测斜仪、沉降仪：直接埋设传感器进行测量，利用嵌入传感器中的敏感元件直接测取变形物理解，包括测斜仪等。利用倾斜传感器探测测斜管与竖直方向的角度偏差换算成水平位移量，埋设在岩土体中进行深层变形的跟踪；利用位移传感器检测监测点的高程变化，埋设在监测点，自动化程度较高的沉降仪还能够实现自动测量和记录相关数据。与埋设式监测方法相比，该方法监测深度可以较大，可在隐蔽性强的地表布设，成本较低，但多为单点，需要较多设备才能掌握变形全过程，传感器埋设期间的岩土体腐蚀、温度影响因素等也会导致测量准确性下降，测量工作期间还需要做好维修校对工作。

三、不同工程场景下监测技术的应用与适配性分析

3.1 边坡工程表面变形监测

山地斜坡一般设在山区或丘陵地段，易于受到雨、震等外力作用而造成变形，既要保证大面积的监测，又要能对潜在隐患进行发现。 InSAR 能够实现几百公里尺度的监测，可对区域整体变形情况进行快速大范围的监测，便于对大范围隐患进行初步排查，GNSS 可在较平缓的坡面区域进行实时动态监测并可提前发现变形量增大的迹象；三维激光雷达可以在坡顶、坡脚位置进行监测，采用激光三维点云对比的方法可对裂缝发展情况进行较为准确的监测分析。InSAR、GNSS、三维激光雷达三者联合起来可以达到大范围、中尺度和点面结合的监测网络化，克服了单一技术适应性差的问题。

3.2 基坑工程表面变形监测

基坑工程集中在城市密集区，周边建筑密集且施工周期短，变形具有突发性和局部性特点。静态 GNSS 配合水准测量可实现毫米级精度监测，满足基坑周边沉降的高精度要求。测斜仪埋入围护结构，能直接获取侧向位移数据，提前预警坍塌风险。这类技术设备体型小巧，适合狭窄施工空间，且数据处理简单，可快速反馈变形信息，适配基坑施工的动态调整需求。

3.3 地基与路基表面变形监测

地基与路基变形以缓慢沉降为主，需长期监测其稳定性，且覆盖范围随工程线性延伸。时序 InSAR 技术通过长期数据积累，能清晰呈现沉降的空间分布规律，适合路基等线性工程的整体监测；水准测量可对桥梁、涵洞等关键节点进行定期校准，保障局部精度。两者结合既满足大范围长期监测需求，又能通过局部验证提升数据可靠性，适配路基变形整体缓慢、局部敏感的特征。

结语

岩土工程表面变形监测技术的发展已形成多元技术体系，传统与现代技术各有适配场景。单一技术难以应对复杂工程需求，多技术融合是必然趋势。当前技术在场景适配、数据处理等方面仍有不足，需通过智能化升级与低成本改良突破。持续推动技术创新与标准化建设，提升监测效能，为岩土工程安全提供更可靠保障，助力基础设施高质量发展。

参考文献：

[1] 呼延安娣 . 基坑支护结构设计中改善岩土工程地质条件的常见方法 [J].四川水泥 ，2022，（10）：150-152.

[2] 郑闽 . 关于岩土工程施工中防水防渗施工技术分析 [J]. 建材发展导向 ，2023，21（20）：157-159.