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岩体工程原位监测

/in-situ monitoring in rock mass engineering/
条目作者姜龙

姜龙

最后更新 2022-12-23
浏览 120
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用量具或仪器量测岩体表面或内部在开挖、筑坝、水库蓄水等人为因素以及大气降水、地震等自然因素影响下的性态变化及其过程的技术。

英文名称
in-situ monitoring in rock mass engineering
所属学科
水利工程

岩体工程原位监测可掌握岩体性态变化,检验岩石力学分析理论,为岩体工程的安全施工与运行提供科学依据,提高岩石工程设计、施工、管理水平,进一步发展岩石力学。监测工作包括确定监测设计、监测项目、监测仪器选型、监测仪器埋设、监测自动化、观测及资料整理分析等内容。

岩体原位监测开始于20世纪50年代,70年代获得较大发展。90年代以来,岩体工程原位监测范围不断扩大,监测自动化系统、数据处理和资料分析系统、预测预报系统也在不断地完善。监测设备正向两个方面发展:一方面发展结构简单、便于维护检查、性能可靠的观测仪器;另一方面发展数据自动采集、传输、处理,能遥控遥测的监测系统。

监测设计应看成是整个工程设计中的一个组成部分。与其他设计(如结构、基础处理和水力学设计)一样需精心设计,要以现场地质条件、环境条件及其建筑物间的相互作用为基础,从确定目标开始,到进行操作和根据资料进行分析提出评价为止。完整的监测系统,分析和确定的条件主要包括:①根据预测确定表征岩体性状的要素;②确定对岩体整体起控制作用的单元;③确定能够最好反映岩体性状的物理量;④选择监测这些物理量的仪器及其安装方式、工艺要求;⑤选择仪器位置,确定仪器的数量、密度和分布;⑥确定观测频率。

监测项目主要有位移、应变、应力、地下水压力等,在地震区还有地震效应监测。原位监测是一项长期性的工作,要求仪器具有很高的可靠性与稳定性。各监测项目所用仪器设备类型众多,选型时应通过工程类比、理论假设及参阅设计资料,预估监测对象的变形、应力和地下水压力等参数的大小和变化范围,推定监测的时距和历时,并由此确定监测仪器应具备的精度、量程和最低的工作期限。

对于坝基与边坡,主要是观测垂直、水平位移及挠度,其中以对岩体稳定性影响较大的剪切位移最为重要。对于地下建筑物的位移监测见地下建筑物原型监测。由于变形监测成果比较直观可靠,资料易于分析,因而是原位监测中最普遍、最重要的项目。所用仪器设备有监测表面变形的经纬仪、水准仪、红外测距仪、收敛计、地面倾斜仪等,监测内部变形的多点位移计、钻孔测斜仪、挠度计等。

可测得岩体内各点的应变分布及其变化,并根据需要换算位移或应力。所用仪器设备有电阻应变片式、差动电阻式、钢弦式等应变计。单个应变计还可串联成锚杆应变计,或组装成平面应变及空间应变量测装置。

主要在岩体与建筑物接触面上进行量测,以了解二者之间的相互作用。对岩体内部应力,由于应力计和岩体之间的刚度匹配、埋设技术等还存在一些问题,尚难取得满意结果。所用仪器设备有电阻应变片式、差动电阻式、钢弦式及气压(或液压)平衡式等应力计。

包括岩体中的渗透压力、作用在混凝土建筑物底面上的扬压力及地下洞室支护结构上的外水压力等。所用仪器设备除测压管或水管式地下水压力监测仪器外,其余仪器的传感器与应力计相同,只是在测头传压膜之前用透水石代替应力计的压力囊。

是监测工作的一个重要环节。监测仪器埋设质量的好坏,将直接影响到监测结果的正确性,以至监测工作的成败。仪器通常埋设在预先准备好的孔(坑)内,对于周围的地质情况应作详细编录,并附以平面图和剖面图标出其位置。

开始是首先建立初始值,然后按计划定期量测,一般初期测次较密,以后则根据测值变化速率与工程要求(如水库水位涨落、大气降水、汛期等)逐步调整。观测数据经过仔细审核以后,绘制成测值与时间、工程活动(如开挖、浇筑、填筑、库水位变化等)或自然因素(如大气降水等)的关系曲线。监测资料应在尽可能短的时间内整理分析,发现问题,及时报告主管部门。

集工程建筑、传感器、测试仪表、微电子、计算机、自动化和通信技术为一体的系统工程。其主要技术指标包括:①各类传感器、测读装置及遥控接线箱等具有良好的可靠性、长期稳定性和对环境的适应性;②采集系统具有良好的通用性和兼容性;③数据库具有监测资料管理和分析功能;④系统反映岩体工程工作性态的各种模型(统计模型、确定性模型和混合模型),对监测资料进行分析,做出测值预报和评估。其系统结构包括集中式、分布式和混合式三种结构模式。

主要体现在五个方面:①搜集。监测资料的采集,与之相关的其他资料的搜集、记录、存储、传输和表示等。②整理。原始观测数据的检验、物理量计算、填表制图、异常值的识别剔除、初步分析和整编等。③分析。通常采用比较法、作图法、特征值统计法和各种数学、物理模型法,分析各监测物理量量值大小、变化规律、发展趋势、各种原因量和效应量的相关关系和相关程度,以便对岩土工程的安全状态和应采取的技术措施进行评估决策。④安全预报和反馈。应用监测成果,选用适宜的分析理论、模型和方法,分析解决岩土工程面临的实际问题。⑤综合评判和决策。应用系统工程理论方法,采用有关决策理论和方法,对各项资料和成果进行综合比较和推理分析,评判岩土工程的安全状态,制定防范措施和处理方案。

  • 《岩体工程安全监测手册》编委会.岩体工程安全监测手册.2版.北京:中国水利水电出版社,2008.

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