边坡变形监测方法及其精度评估研究

引言 : 边坡作为工程建设中常见的地质体，其稳定性直接关系到工程的安全和经济效益。边坡变形是边坡稳定性变化的直接表现，因此，对边坡变形进行监测是评估边坡稳定性的重要手段。本文旨在综述边坡变形监测的主要方法，探讨其精度评估方法和影响因素，为边坡工程的安全稳定提供技术支持。

1 边坡变形监测方法

1.1 简易观测法

简易观测法是一种基础而直观的监测手段，它依赖于人工对边坡进行定期的巡视和观察。这种方法主要关注边坡上出现的坍塌、沉降、地面鼓胀、地表裂缝等现象。虽然操作简单，但对于那些变形速率较大的边坡，它仍然是一种有效的初步判断手段。通过与其他更精确的监测方法结合使用，可以大致判定边坡所处的变形阶段，并预测其短时期内的滑动趋势。然而，简易观测法受人为因素影响较大，监测精度相对较低。

1.2 设站观测法

设站观测法通过在边坡上设立变形观测点，并在变形区影响范围之外的稳定地点设置固定观测站，使用专业的测量仪器定期测量变形区内网点的三维位移变化。这种方法包括近景摄影测量、大地测量以及GPS 测量等。

近景摄影测量：利用摄影技术进行边坡位移变形监测，通过在边坡上设置摄影站点，对边坡进行定期拍摄，然后通过图像处理技术提取出边坡上目标点的位移变形信息。该方法具有非接触式测量、操作简便等优点，但受光照条件、拍摄角度等因素影响，测量精度可能受到一定限制。

大地测量：采用传统的测量仪器和方法，如全站仪等，对边坡进行高精度测量。该方法测量精度高，但受天气条件影响较大，如大风、雨雪等恶劣天气可能导致测量精度下降。

GPS 监测法：基于全球定位系统，通过在边坡上布置 GPS 接收机，实时获取边坡上目标点的三维坐标信息。通过比较不同时间点的坐标数据，可以计算出边坡的位移变形量。该方法具有测量精度高、实时性强等优点，适用于大型边坡工程和复杂地形条件下的监测。但 GPS 监测法需要专业的设备和技术支持，成本相对较高。

1.3 仪表观测法

仪表观测法利用精密的仪表对边坡地表位移进行监测。它可以分为电子仪表观测法和机械式仪表观测法两类。这种方法能够避免恶劣环境对测试仪表的损害，具有仪器易于携带、测量精度高等特点。其观测成果资料可靠度高，因此适用于边坡变形的中、长期监测。

电子仪表观测法：常采用二次仪表观测，将由电子元件制成的传感器埋设于边坡可能会变形的部位，通过电子仪表接受信号读数。该方法技术比较先进，监测内容比机械式仪表观测法丰富，仪表灵敏度也更高，但其原理、结构较复杂。

机械式仪表观测法：利用机械式仪表对边坡地表位移进行监测，如百分表、千分表等。该方法操作简单，但测量精度相对较低。

1.4 远程自动化监测法

随着计算机技术和电子技术的快速发展，远程自动化监测系统应运而生。这种系统能够实现连续观测、自动采集、存储、打印和显示观测数据。它是边坡崩塌、滑坡监测的发展方向，因为它能够提供实时、连续的监测数据，有助于及时发现边坡的变形趋势。然而，仪器设备的可靠性和长期稳定性是远程自动化系统成败的关键。目前，这种设计主要针对人工边坡实施，对于自然边坡，由于仪器设备必须长期在恶劣的野外环境工作，其可靠度和稳定性尚难以满足监测要求。

1.5 卫星遥感监测法

卫星遥感监测法是一种新兴的边坡变形监测手段。它通过卫星遥感技术对边坡进行监测，可以连续观测边坡周围地物的变化，如道路、建筑等，从而评估边坡的稳定性水平。该方法具有监测范围广、数据获取迅速等优点，特别适用于大范围边坡工程的监测。然而，由于卫星遥感技术的复杂性和成本考虑，它在实际应用中的普及程度还有待提高。

1.6 其他方法

除了上述主要方法外，还有一些其他边坡变形监测方法，如 TDR（时域反射技术）等。TDR 是一种用于测量土壤或岩石中水分含量和分布的技术，它也可以用于边坡变形监测。该方法具有高精度、高灵敏度、抗电磁干扰等优点，适用于复杂环境下的边坡变形监测。

2 边坡变形监测方法的精度评估

2.1 精度评估方法

误差分析：通过对监测数据的误差分析，评估监测方法的精度。误差来源主要包括系统误差、随机误差和粗差等。系统误差可以通过校准和修正来减小或消除；随机误差可以通过多次测量取平均值来减小；粗差则需要通过数据筛选和异常值检测等方法来识别和剔除。

比较法：将不同监测方法的监测结果进行比较，评估其一致性。如果不同方法的监测结果相差较大，则需要对监测方法进行进一步的分析和评估。

模拟实验：通过模拟实验来评估监测方法的精度。在实验室条件下，利用已知变形量的模型或标准件进行监测，将监测结果与实际变形量进行比较，从而评估监测方法的精度。

2.2 精度影响因素

监测方法本身：不同监测方法的原理、结构和精度等存在差异，因此其监测结果也会有所不同。在选择监测方法时，需要根据边坡的具体情况和监测需求进行综合考虑。

监测设备：监测设备的精度和稳定性对监测结果有直接影响。因此，在选择监测设备时，需要选择精度高、稳定性好的设备，并定期进行校准和维护。

监测环境：监测环境对监测结果也有一定影响。例如，天气条件、光照条件、拍摄角度等因素都可能影响近景摄影测量的精度；地质条件、地下水位等因素也可能影响其他监测方法的精度。

人为因素：人为因素也是影响监测精度的重要因素之一。例如，观测人员的操作水平、经验等都可能影响监测结果。因此，在进行边坡变形监测时，需要加强对观测人员的培训和管理，提高其操作水平和经验。

3 工程实例分析

3.1 工程概况

以某高速公路路堑高边坡为例，该边坡最大长度为150 米，最大坡高36 米，边坡开挖分成四级。所处地区为陇东黄土高原丘陵沟壑区，黄土分布面积较广，地形波状起伏，土质不均，总体地势北高南低，地质构造较为复杂。公路边坡的稳定性关系到公路工程的质量和安全，因此需要对边坡进行变形监测。

3.2 监测方法选择

根据工程实际情况和监测需求，选择了 GPS 监测法、全站仪监测法和裂缝监测法等多种监测方法进行综合监测。其中，GPS 监测法用于实时监测边坡的整体位移变化；全站仪监测法用于对边坡上的特定目标点进行高精度测量；裂缝监测法则用于实时监测边坡表面的裂缝变化情况。

3.3 监测结果与分析

通过一段时间的监测，获得了大量的监测数据。对监测数据进行分析发现，边坡在开挖过程中出现了不同程度的位移和变形。其中，GPS 监测结果显示边坡整体位移量在可控范围内；全站仪监测结果显示边坡上特定目标点的位移量也在合理范围内；裂缝监测结果则显示边坡表面未出现明显的裂缝扩展现象。综合分析监测结果可以得出，该边坡在开挖过程中稳定性较好，但仍需继续加强监测和观察。

3.4 精度评估

对监测数据进行了精度评估。通过误差分析发现，GPS 监测法、全站仪监测法和裂缝监测法的监测结果均具有较高的精度和可靠性。其中，GPS 监测法的测量精度最高，能够满足大型边坡工程和复杂地形条件下的监测需求；全站仪监测法则适用于对边坡上的特定目标点进行高精度测量；裂缝监测法则能够实时监测边坡表面的裂缝变化情况，为判断边坡稳定性提供重要依据。

结论

本文概述了边坡变形监测的多种方法，如简易观测、设站观测、仪表观测、远程自动化监测和卫星遥感监测，并讨论了它们的精度评估和影响因素。分析表明，选择监测方法时需考虑边坡特点和监测需求。精度评估对数据可靠性至关重要，需采用恰当的方法。监测技术正随着科技进步而发展，未来可探索无人机遥感、物联网监测等新技术，提高监测效率和精度。同时，利用大数据和人工智能等技术深化监测数据分析，为边坡工程安全提供更坚实的技术支持。

参考文献

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