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高速公路邊坡監測及信息管理系統應用研究
發布時間：2022-12-25 10:59
摘 要 I
Abstract III
第 1 章 引 言 1
1.1研究背景和研究意義 1
1.2國內外研究現狀 4
1.2.1邊坡監測現狀 4
1.2.2邊坡監測技術和方法現狀 5
1.2.3邊坡監測信息管理現狀 7
1.3研究內容和方法 10
1.4論文結構安排 11
第 2 章 邊坡監測常用方法及儀器 12
2.1邊坡監測中選擇儀器的基本原則 12
2.2邊坡監測常用方法及儀器 13
2.2.1邊坡變形監測方法及儀器 13
2.2.2壓力（應力）監測方法及儀器 15
2.2.3爆破影響監測方法及儀器 17
2.2.4降雨監測方法及儀器 18
2.2.5人工巡視監測 18
2.3本章小結 18
第3 章 邊坡信息化監測方案 19
3.1信息化監測的特點與要求 19
3.2信息化監測的設計原則 20
3.3監測周期 21
3.4監測資料的整理、分析處理和反饋 22
3.5本章小結 22
第 4 章 邊坡監測信息管理系統初步研究 23
4.1邊坡監測信息管理系統概述 23
4.2系統需求分析 23
4.2.1系統總體需求 23
4.2.2系統性能需求 24
4.2系統開發環境 24
4.3系統總體設計 25
4.3.1系統登錄及用戶管理 26
4.3.2數據采集 27
4.3.3數據管理 29
4.3.4繪制過程線 30
4.3.5傳感器設置 32
4.3.6系統設置 34
4.3.7系統數據庫設計 34
4.3.8系統安全設計 36
4.4本章小結 37
第 5 章 邊坡信息化監測的工程應用 38
5.1 實際工程應用技術內容和路線 38
5.2實際工程概述 39
5.3監測內容 40
5.4監測方案 40
5.5監測儀器的布設及運行狀況 42
5.5.1 錨索測力計 42
5.5.2鉆孔多點位移計 42
5.5.3地表位移監測 44
5.5.4地表裂縫監測 45
5.5.5雨量監測 46
5.5.6自動化數據采集箱子 46
5.5.7信息數據管理系統運行 47
5.6 本章小結 49
結 論 50
致 謝 52
參考文獻 53
攻讀學位期間取得學術成果 55
第1 章 引 言
1.1研究背景和研究意義
隨著中國經濟的發展和西部大開發的不斷推進，包括公路在內的多種基礎設 施建設已經進入快速發展階段。我國國土面積大，跨越的地域廣，地質條件差異 大，特別是中國西部地區，由于受到高原地質和地區特色地質活動影響，形成了 許多差異非常大的地貌特征。公路穿梭于各個城市和鄉村之間，途徑地質復雜地 區，面臨著多種地質環境異常變化的威脅。國務院在 2006年 2月 9日發布的《國 家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006-2020）》中將交通運輸業、信息產業及 現代服務業和公共安全三點作為重點領域及其優先主題［1］。國務院在 2006 年 1 月出臺了《關于加強地質工作的決定》［國發〔2006〕4 號］，在決定中也對“必 須從全面建設小康社會、加快推進社會主義現代化的戰略高度，切實加強地質調 查、礦產勘查和地質災害監測預警等工作”進行了明確的提示。《國土資源部中 長期科學和技術發展規劃綱要（2006-2020年）》中優先支持主題就包括“地質災 害監測預報理論與技術方法”、“地質災害調查評價應用技術”和“地質災害應急 處置及治理工程技術”，重大科技計劃中也包括了“地質災害監測預警預報關鍵 技術與平臺”。從以上政策可以看出國家對于地質災害的監測和預警的重視；對 邊坡工程進行安全監測，既符合國家規劃和發展要求，也能更好的為國民經濟建 設服務。
公路工程開發建設的需要，更多的人為對各種高邊坡進行開挖，形成了很多 環境復雜、地質條件復雜和大規模的開挖工程邊坡。長期的應力作用，多數邊坡 已達到了自然平衡狀態，當邊坡受到開挖破壞時，原有的應力平衡將會被打破， 在坡體構造應力和巖體卸荷作用的共同作用下，坡體的地應力分布情況將發生巨 大的變化，將通過坡體變形的方式重新分布應力以達到重新的應力平衡［2］。當坡 體不能靠自身的調整達到平衡時，坡體的變形將進一步加劇，表現為開裂、塌陷 等。當坡體變形超過其允許的范圍時，坡體將產生最終的失穩破壞（滑坡、塌滑 和崩塌等）。工程實踐表明，邊坡的變形和穩定問題與邊坡的開挖時間、邊坡所 在區域的氣候現象、極端自然現象等因素在時間上密切相關。地質條件復雜且規 模大的人工開挖邊坡，受地質條件和巖體開挖卸荷的影響非常顯著，施工引起的 應力應變、應力重新分布及變形將是一個漸變且長期的過程。因此對邊坡穩定性 情況進行系統監測，分析其變形特征和變形變化過程是十分必要的。在邊坡的開 挖過程中，以及其竣工驗收后邊坡的穩定性情況怎樣，是參與建設相關各方密切 關注的問題，而這些邊坡的穩定狀態，關系著整個工程建設和運營的安全與成敗， 會對工程的安全性、經濟性及可行性等起著制約作用，并影響工程的投資與效益。 要竭力解決這些問題，需要對邊坡進行施工期和運營期的長期跟蹤監測，及時獲 取監測數據，為邊坡變形情況分析提供數據支持，為邊坡的穩定性綜合分析提供 數據支撐［3］。
高邊坡的失穩一般會帶來重大的災難，國內外也發生了一些造成了嚴重后果 的邊坡失穩事件。如1963年意大利的瓦依昂大壩（Vajont Dam）拱壩的近壩左 岸庫區的邊坡曾發生坡體大滑坡，約2.5億m3的巖石沿垮塌的沿斜坡滑下，造 成 1925 人死亡，這是當時有記載的滑坡事故中滑動坡體規模最大、滑動速度最 快和造成的災害最大的事故［4］；法國的馬爾巴塞（Malpasset）雙曲拱壩在1959 年 12 月初，因下了一場大雨，庫區水位急劇上升，在揚壓力作用下，拱壩的左 壩肩部位的部分巖體產生了不均勻的變形和滑動，由于沒有進行系統的安全監測 在拱壩值守人員毫無察覺的情況下于12月2日晚發生潰壩，事故造成大壩下游 12km處的Frejust城鎮部分被淹沒，造成421人死亡，直接財產損失達300億法 郎，這是當時有記錄的潰壩中最高的壩［5］； 2012年6月26日，孟加拉國東南部 地區連降暴雨，引發多起山體滑坡、山洪等災害，造成至少88人死亡、10多人 受傷。在平常的生活中也曾發生邊坡失穩事件，對人們生命和財產造成了重大的 威脅和損失。 2013年1月11日，云南省的昭通市鎮雄縣果珠鄉高坡村趙家溝發 生大型山體滑坡，造成趙家溝村全部房屋被埋， 46 名村民被埋的事故； 2013 年 3 月 29 日 6 時左右，中國黃金集團位于西藏拉薩的墨竹工卡縣甲瑪礦區因自然 災害發生大面積山體滑坡，造成中國黃金集團華泰龍礦業開發公司83人被埋的 重大事故［6］。
可以從這些以往曾發生的工程事故中看出在邊坡的勘測、設計、施工與加固 階段對邊坡變形情況進行監測，及時準確地獲得邊坡的變形和其他異常信息等監 測信息的重要性。監測信息能及時指導現場施工、發現邊坡變形的跡象、也能對 邊坡支護措施進行一定量的檢驗，盡早的發現設計和施工過程中的一些不足的地 方，進而可以對施工方式進行改進或對支護方案進行調整或加固，將可能出現的 災害防患于未然，這樣可以有效的減少甚至避免事故的發生，因此對邊坡進行施 工期及運營期安全監測具有可觀的經濟效益和重要的社會效益。
貴州省畢（節）威（寧）高速公路是貴州省“十一五”規劃中新增的重點建 設項目，是《貴州省高速公路網規劃》（678 網）中“二橫”的重要組成部分、 貴州省西北部的重要快速通道［7］。公路起自畢節城南杭瑞高速公路和廈蓉高速公 路交匯的龍灘邊，和擬建的廈蓉高速公路的畢節至生機公路相接，經畢節市境內 的長春堡、撒拉溪、楊家灣后進入赫章縣的野馬川鎮，經過水塘和媽姑后，止于 威寧縣城北草海鎮周家院子，和云南昭通至貴州六盤水高速公路相接，全長約
125.5公里。全線采用雙向四車道高速公路標準建設，設計速度 80 公里/小時， 路基寬度 21.5米。項目總投資約 86.44億元，施工工期（建設期）為36 個月， 采用BT建設模式（Build、Transfer,即建設-移交，是政府部分利用非政府資金 來進行基礎性且非營利性設施建設項目的一種融資模式），該項目也是目前貴州 省最大的BT建設項目。其中第五合同段ZK93+437?ZK94+012段巖質高邊坡， 該段邊坡全長575m,自然坡橫坡向高陡，坡高約500米，坡度約60°。坡體上 覆第四系殘坡積粉質粘土，下伏二疊系下統茅口組灰巖。原設計該段線路為人工 開挖高邊坡方案，設計的最大開挖高度為125m （每級高度為15m，坡比為1： 0.3，平臺寬2m），邊坡主要采取綠化簡易防護措施。但隨著邊坡開挖支護的施 工進展，邊坡臨空面增大，坡體坡面破碎帶，隱伏裂隙與溶洞發育，同時局部坡 面在開挖后出現拉裂變形、塌方掉塊等現象。經過參建各方多次的現場踏勘和調 研，對該段邊坡實施設計方案的變更。根據前期施工揭露的邊坡工程地質條件與 動態設計信息化施工原則，將原設計方案調整為：邊坡最大開挖高度為 155.43m， 共設置十級邊坡，邊坡每級高15m，在第四、七級邊坡設置5m寬平臺，其余各 級邊坡設置2m寬平臺。開挖全坡面設置錨桿掛網噴射混凝土防護，錨桿長9m， 間距2m，遇到破碎地區調整間距為1.5m。對各級邊坡分別采取預應力錨索和主 動防護網措施，全坡面增設錨桿掛網噴漿，局部巖體結構破碎段采取錨索框架支 護措施。
工程實踐表明，邊坡在開挖以后，巖體的應力重新分布及調整和變形從失穩 而出現滑坡破壞不是立即的，要經歷一個相當長的時間，是累積性破壞的過程。 需要一段時間的“積蓄”，有一從量變到質變的過程，在邊坡失穩破壞過程中， 一般都會產生一系列不易被人發覺的地表、地下的微小變形現象。邊坡的變形和 穩定問題與邊坡的開挖時間、邊坡所在區域的氣候現象、極端自然現象等因素在 時間上密切相關。對于畢威高速公路第五合同段 ZK93+437?ZK94+012 段巖質 高邊坡這樣地質條件復雜且規模大的人工開挖邊坡，受地質條件和巖體開挖卸荷 的影響非常顯著，施工引起的應力應變、應力重新分布及變形將是一個漸變且長 期的過程。因此系統監測邊坡穩定性性態，掌握其變形破壞模式和巖體變化過程 是十分必要的。在邊坡的開挖過程中，以及其竣工驗收后邊坡的穩定性情況怎樣， 是與此段高速公路建設相關各方密切關注的問題，要竭力解決這些問題，需要長 期對邊坡進行施工期和運營期的跟蹤監測，及時獲取邊坡變形變化數據，為邊坡 變形情況和穩定性分析提供數據支持。
隨著邊坡工程安全監測的監測項目和監測方式多樣，及監測點數量大，且邊 坡工程自身的特殊性和復雜性，監測周期一般都較長，產生了大量的監測信息和 監測數據。全部依靠人工方式來對監測信息和監測數據進行整理及分析計算處理 不僅勞動量大，效率低，且人為影響較大，帶入人為因素造成監測數據分析的錯 誤。全靠人工分析這種落后的監測數據處理和分析帶來監測信息的分析、整理和 后續的評價已不能及時跟上項目的需要，不能及時的發現邊坡存在的安全隱患， 不能滿足工程安全監測及時、快速、全面、準確和可靠等方面的要求［8］。由于計 算機硬件和軟件技術的快速發展，采用計算機對監測資料進行整理和分析正在取 代人工作業，監測資料的信息化和監測資料整理的自動化正在逐步變為現實。
在導師的指導下，作者以畢節至威寧高速公路的ZK93+437?Zk94+012段開 挖工程邊坡施工期系統監測為工程實例，選《高速公路邊坡監測及信息管理系統 應用研究》為論文題目。
1.2國內外研究現狀
1.2.1 邊坡監測現狀
由于邊坡安全監測能及時反應被監測區域在不同時間的真實狀態且適合對 其做長期有效評價，現已成為一種判斷坡體穩定狀態的重要方法［9］。人們越來越 多地把工程安全情況的判斷，寄希望于工程建設過程中和竣工后的監測上。通過 監測，不但可以保證工程的安全施工及安全運行，同時，又可以通過監測來驗證 設計、優化設計、提高設計水平和提供可靠性評價依據。通過設計合理的安全監 測系統方案、及時準確的分析采集到的監測資料、選擇適合的安全監測方法和監 測儀器，不僅可以了解邊坡工作的性態，確保邊坡的安全性，還能為診斷、研究 和預測邊坡破壞模式及發展趨勢提供可靠的保證。我國有很多預測成功的例子， 例如：在1985年長江三峽灘發生的大滑坡，2000萬立方米的堆積體滑入長江中， 最后和新灘古鎮連在一起，使長江航道堵塞，但由于已對邊坡進行了長期監測， 使得當三峽灘出現險情了，及時的對社會進行了預報，及時疏散了人群，避免了 大量人員傷亡和重大財產損失［10］；在施工中國四川省西南邊陲攀枝花市鹽邊與 米易兩縣交界處的二灘水電站的2號水渠邊坡時，電站坡高150m,整體坡度六 十多度，在邊坡的開挖工程中，邊坡變形明顯，在對邊坡布設了系統監控后，監 測人員根據獲得的監測數據進行分析研究后，掌握了邊坡變形的破壞模式、滑動 面深度、變形區域的范圍與坡體變形的趨勢，有效、及時地對邊坡進行補強加固 處理，避免了該邊坡工程事故的發生，挽救了人民的生命和保證了人們的財產安 全［11］。
在隨著很多巖土工程的失事為人們提供教訓后，安全監測就不斷發展起來， 邊坡穩定分析和監控手段的多樣性也逐步發展起來。早在 20 世紀五六十年代， 國外就開展了對邊坡監測技術的研究。 1956 年前蘇聯學者葉米里揚諾娃發表了 《滑坡觀測技術指南》一書，總結了滑坡中重要的觀測法——位移觀測法的原理、 方法和應用［12］。K.W.John(1977)對與巖質邊坡設計有關的監測進行了討論。
G.Muller(1977)、 D.Kirschke(1977)、 Cox(1983)、 Kovari(1983) 、 Pilot(1984)、 U.Glause(1993)， N.Shimizu(1994)， Sakurai (1994)等對如何對邊坡進行穩定性監 測的方法進行了探討。哥倫比亞水電局(B. C.Hydro)(1983)研制了用于對大壩和滑 坡進行監測的自動數據釆集系統。日本人土谷尚等(1987)研制了滑坡自動化監測 系統［13］。
在我國 20 世紀 50?60 年代，隨著大興建設水電工程，而水電工程對其工程 范圍內邊坡的穩定性要求很高，所以邊坡安全監測在水工領域得到了很好的應用 和開展。由于大量大壩、隧洞、公路和鐵路等基礎設施建設中需要對其基巖變形 進行密切的跟蹤監測，巖石工程的安全監測也逐漸發展起來。雖然這一階段的監 測方法和手段較為簡單，但進入了巖體安全監測的新領域。
從20世紀80年代以來，我國成為世界上具有土木建設工程最大規模的國家， 由于安全監測與巖土工程安全施工緊密結合，安全監測進入了一個全面、迅速發 展的階段。主要體現在下面幾點：
1)對安全監測有了更加全面、更加細微、更加深入的了解和認識，并進一 步擴大了觀測范圍，把上部結構、地下基礎結構和基礎結構周圍巖土體有機的結 合在一起作為一個整體進行綜合分析。
2)在深入分析監測資料的同時也注重邊坡工作性狀的研究，注重普及安全 監控系統模型在實時控制中的應用和發展，以及更多地利用數學建模技術等對數 據進行處理。
3)不斷涌現新的測量儀器，新儀器對傳統儀器進行改進，使得監測更豐富 化、更先進化和更智能化，儀器的監測精度也得到不斷提高。
4)自動化監測系統快速發展，在許多地基基礎設施及大型建筑物、高陸邊 坡系統監測等領域實現了自動化監測，同時要求監測工作人員進行人工目視巡查 和定性分析。
5)在常規安全監測的基礎上，監測的手段更加豐富，監測的區域更加寬廣， 監測朝著手段更多、范圍更廣、尺度更大的方向發展。
1.2.2 邊坡監測技術和方法現狀
邊坡監測方法經歷了宏觀地質觀測法、簡易觀測法、儀表觀測法、設站觀測 法、遠程監測法、光時域反射法(OTDR)監測技術等這幾個發展階段，呈現明顯 的快速發展的趨勢［14］。
宏觀地質觀測法和簡易觀測法都是使用時間比較長久，積累經驗比較豐富的 方法，較多應用于對邊坡滑坡的地表宏觀變形破壞情況進行調查和測量，在實施 過程中定期的巡查和測量、記錄相關的變形等異常變化現象。在進行簡易觀測法 時，用測量常用的工具如卷子、游標卡尺、皮尺等對裂縫寬度及變化情況進行測 量。此類監測方法具有適用范圍廣、實用性強，靈活性高且觀測效果直觀的特點。 在邊坡的將進行開挖時、邊坡開挖前期、邊坡開挖時的人工巡視觀測中都可以使 用此類方法。
儀表觀測法是采用監測儀器對邊坡的地表、坡體內部及支護措施的變形開裂 情況、坡體深部位移變化情況、錨桿錨索等的應力應變情況、坡體及支護措施的 傾斜變化情況等邊坡變形變化物理量和影響邊坡穩定性的外界影響因素等進行 監測。儀表觀測法涉及監測的多個監測內容，涉及的監測儀器廣泛。
遠程監測法是通過儀表觀測法安裝監測儀器，通過監測數據采集系統對儀器 進行數據自動化采集，后通過無線或者有線的方式將數據傳輸到遠程的監測數據 中心或監控中心，遠程監測法具有實時采集監測數據、監測頻率高、比實地測量 安全風險低和可以同時對多個監測點和監測項目進行監測等優點［15］，但監測預 算費用相對較高，目前主要用于重點工程邊坡、危險邊坡工程監測、邊坡重點區 域進行監測或其他要求對邊坡變形變化情況密切跟蹤掌握等。
普遍使用的設站觀測方法主要包含的近景攝影測量法、大地測量方法、GPS 測量法等［16］。GPS測量是根據地面GPS儀器發送的信號，利用衛星導航系統中 的多顆衛星，聯合對地面信號發送點的三維空間坐標、運動速度和運動方向等物 理量進行確定，由于其具有能全天候進行實時工作、測量精度高、自動化程度高 且不受地形條件的限制等優點，現已在許多實際工程中得到廣泛的應用。近景攝 影測量方法是通過放置在被監測體一定距離的兩個或多個不同固定點的攝影測 量儀器同時對被監測體進行攝像，形成被監測體的立體像對，之后使用立方坐標 儀標注立體像對上被監測體的多個監測點的三維坐標，經過多次測量獲取的監測 點三維坐標數據進行比對，得到被監測點的變化情況。由于近景攝像測量方法具 有對被監測體進行非接觸性測量、一次能對多個監測點進行監測且可重復性高等 優點，適用于對包含大量測量信息的目標體進行監測和對危險部位進行監測，但 其觀測受氣候影響較大。該方法目前多應用一些人工難于到達或危險地區的監測 如對危巖體臨空都比上的裂縫監測或滑坡地表位移觀測。大地測量法主要是利用 全站儀、水準儀測距儀等監測儀器通過獲取被監測點和基準之間連線的距離和角 度的變化來計算被監測點的水平方向和垂直方向的變化情況，該方法具有觀測數 據比較直觀、觀測點距離被監測體有一定距離所以監測安全、監測精度高且監測 范圍大、便于確定滑坡的變形位移方向和變形速率等的特點，適用于邊坡不同變 形階段的監測，但受實際工程的地形通視條件和氣候條件影響較大。目前主要用 于變形速率較大的滑坡水平位移和垂直位移監測及危巖陡壁上的裂縫變化情況 監測。
OTDR 監測技術是利用光線在光纖中傳輸時進行的背向散射原理來進行監 測的一種技術［17］。當光纖的上的某一點受到外界的作用力或其他因素影響時， 該點的散射特性將發生改變，因此通過分析光線傳輸后的損耗與光纖長度的對應 關系來檢驗外界因素作用于傳感光纖上的信息。通過布設傳感光纖于被監測邊坡 上，分析光線信號在傳感光纖傳輸后的變化來確定被監測邊坡的變形、開裂跡象 和發展趨勢。此方法實現了對邊坡的多點分布式監測。此監測技術因成本較高， 分析結果受外界影響較大的特點，目前未大規模開展應用。
在最近幾年的時間里一項新的空對地遙感監測技術得到快速的發展，這就是 合成孔徑雷達干涉測量技術（InSAR） [18]。其通過衛星攜帶或者飛機攜帶的合成 孔徑雷達向地表發射微波信息，接收并記錄經地面散射后的微波強度信息和與斜 距相關的相位信息得到合成雷達孔徑（SAR）圖像，通過兩幅SAR圖像相互干 涉，就可以構建數字高程模型，通過三幅或者更多的 SAR 圖像通過二次差分干 涉技術就可得到地表形變信息。該方法具有監測成本低、能全天時對大范圍的監 測點進行全天候的連續性監測，被認為是具有很大發展潛力的空間對地觀測新技 術。
現在高陡邊坡的監測項目和監測方式的多樣化，由于監測數據種類多，信息 量巨大，需要強大的數據庫功能對已有的監測數據進行統一的管理。
1.2.3 邊坡監測信息管理現狀
獲得監測資料后采用相應方式方法對其進行整理和分析是邊坡安全監測工 作中不可或缺的一個步驟，也是達到診斷、預測、法律和研究等四方面需求的必 要過程，是進行邊坡安全監控、指導現場施工和改進防護設計方案的一個十分必 要環節，在各類巖土工程的施工期和運行期穩定性評價中發揮了必不可少的作用 [19,20]。而由于邊坡工程安全監測的監測方式多樣，監測點數量大，且由于邊坡工 程自身的特殊性和復雜性，監測時間一般都較長，產生了大量的監測信息。對數 量巨大的監測數據和信息靠人工方式來進行整理、計算和分析，不僅工作勞動量 大，而且效率低，數據分析的結果與分析人員的個人經驗和能力關系很大，具有 很強的人為性。采用人工分析帶來監測數據分析結果和監測效果評價不能及時滿 足實際工程的需要，不能及時掌握邊坡存在的安全隱患，不能滿足工程安全監測 中快速從監測數據中準確的獲取邊坡全面的監測結果情況并及時反饋給相關單 位和人員的要求。隨著計算機硬件和軟件技術的發展，使用計算機對監測資料進 行整理和分析正在逐步取代人工方式，正在逐步實現監測資料的信息化、自動化 整理和管理。
為提高監測數據的整理和分析效率，實現監測資料的信息化和監測資料整理 的自動化，已有許多專家和學者進行了相關的研究。如陳曉鵬、張強勇、劉大義 等人于2008年采用VC++編程語言和軟件工具及SQL Server 2000研發了邊坡 數據管理和分析系統，此系統具有可通用性、系統功能可擴展性、先進性和可擴 充性等特點［21］。為了驗證系統在實際工程中的應用情況，使用此系統對錦屏水 電站的監測數據進行整理和分析，基本實現了水電站監測信息和監測數據的集中 管理、整理和分析，在降低邊坡的施工期安全風險、運行時安全風險和降低設計 方案風險方面都發揮了無與倫比的作用。
近年來，為滿足一些科研和實際項目工程的需要，一些國內學者編制出了許 多針對監測數據整理、數據分析和數據處理的系統軟件，工程安全監測進入了人 工監測和自動化監測共同發展的時代。長江勘測技術研究所在1997年時開發了 把邊坡監測信息、監測數據和監測預警模型集成在一起的“邊坡監測數據處理與 預報系統”，系統包括控制程序、多個實現不同且相關功能的獨立模塊和系統數 據庫，控制程序與各個獨立模塊之間通過系統數據庫實現信息共享，以滿足監測 信息資料的查閱和調用、監測數據集中可視化顯示，并通過綜合已采集到的監測 數據進行位移監測量的預測和預報。河海大學在1999年研發了集成邊坡監測信 息管理、監測數據可視化查詢和管理、監測數據分析和根據監測數據進行穩定性 分析于一體的“邊坡監測信息系統”，此邊坡監測信息系統采用面向對象技術和 可視化技術，使得數據既具有各自特性的獨立性，又能在某些特性方面和其他數 據進行綜合性分析，該系統具有對邊坡采集到的監測數據進行整理、分析和進行 預測預報的功能［22］o 1999年,袁寶遠，呂建紅等在Window系統下采用Visual Basic 程序語言和 Access 數據管理軟件工具開發了具有可對監測數據信息和數據進行 可視化查詢功能和對監測數據進行分析功能的監測信息分析管理系統［23］，該系 統與一般其他的監測信息系統相比具有操作簡單、顯示直觀和使用方便等特點， 對使用人員要求不高，方便于一般大部分工程分析人員對監測數據進行整理和分 析，有助于工程分析人員很快建立布設的監測點和獲取的監測數據的空間概念， 為一個實用性比較強的軟件系統。在2000年，劉大安、楊志法等提出了 “綜合 地質信息系統（SGIS）”的構思［24］，該系統在基于一般的GIS （地理信息系統） 各項優秀的功能的基礎上結合工程地質相關知識、巖石力學相關知識等具有地質 特點的信息系統進行二次開發，系統主要由區域地質和工程信息系統、工程地質 信息系統和地質工程信息系統等三大系統組成。工程地質信息系統主要包括綜合 地質可視化分析系統、水文地質信息系統、地質快速勘察成圖系統和環境地質信 息系統等，地質工程信息系統主要由超前地質預報系統、工程地質力學分析系統、 信息化施工決策信息系統和可變更優化設計成圖系統等組成。該系統具有系統理 論功能完善，但由于功能太復雜，涉及的知識面非常廣，系統在部分功能方面未 進行完善。1999年，吳金華、丘先聲等研發了針對地下工程施工安全多發展的 監測數據處理系統——大地工程資訊系統 IDEAL （ Integrated Databases and Engineering Applications Library） ［25］，這個系統不僅可以用于對監測信息和監測 信息進行管理，如監測數據導入、監測數據數值判誤、錯誤數據數值修正及調整 外，當監測資料出現異常監測數據時，還可以顯示一系列相關的信息，以此來引 導工程分析人員采取措施，并通過系統中的預測模型進行預測預警，依據系統設 置的預警值、界限值和監測所獲得數據進行比較做出預警，必要時可以啟動相互 連接的預警通報系統，將信息及時傳達至相關單位和個人。該系統對監測數據的 有效性和正確性進行了檢查，比較全面考慮監測數據的處理，但是在監測信息和 監測數據的可視化方面等方面較弱。2000年開始，不少人員對地理信息系統(GIS, Geographic Information System)在巖土工程中的應用進行了研究，多以三維建模、 將監測點位置結合地形地貌情況進行可視化顯示、監測數據在布設了監測點的地 貌上進行可視化顯示、監測數據和地形地貌圖分開進行管理但在同一三維空間中 進行顯示，并在監測數據分析時將監測數據和監測點所在的地形地質情況結合進 行分析，如李青元［26］、毛善軍［27］、王笑海［28］等。2003 年，中南大學利用面向對 象技術研制了具有監測數據可視化功能的“邊坡變形監測數據管理系統”［29］， 該系統擁有人機交互界面友好、數據整理和分析全面、軟件操作簡單方便等特點， 在實際的工程應用中，實現了對監測數據信息化管理；河海大學在 2005年研發 了能滿足監測數據有效管理、監測數據可視化查詢、根據監測數據對邊坡穩定性 進行分析和分析后進行變形預測預警等功能的“邊坡監測信息分析系統”［30］， 通過應用于工程實踐，驗證該系統具有較強的可靠性和穩定性；2005 年，針對 小灣高邊坡工程的需要，中國國電公司昆明勘測設計研究院開發了集監測數據庫 監測數據處理方法庫、監測相關圖形庫和監測數據分析模型庫四種數據庫為一體 的信息管理分析系統——小灣水電站高邊坡安全監測數據庫及資料分析系統［31］ 實現了對小灣邊坡監測資料可視化顯示和分析，滿足工程現場對檢測數據進行及 時動態分析并對邊坡的穩定性狀態進行判斷的需要，同時提供監測數據超限預警 的功能。該系統具有較強的實用性和較好的先進性，該系統的研發和應用，為及 時提供小灣水電站邊坡施工期安全保證、現場施工、優化邊坡設計方案以及提高 邊坡施工質量和水平發揮了重要的指導作用。
由于邊坡工程安全監測自身的特殊性和復雜性，產生了數量巨大的監測信息 和監測數據。而傳統的依靠人工來對監測信息和監測數據進行整理、計算和分析 處理很難跟上實際工程項目的需要，不能及時從監測數據中的發現邊坡存在的安 全隱患并及時預測預報，反饋給相關單位和個人，不能滿足快速從監測數據中準 確的獲取邊坡全面的監測結果情況并及時反饋給相關單位和人員的要求。2008 年,趙博、徐衛亞、張冬梅、梁桂蘭等采用Visual Basic編程語言和SQL數據庫 管理系統，運用可視化技術，在VB和GIS的基礎上研制了應用于邊坡工程監測 信息管理的可視化分析系統［32］，系統主要包含數據庫及管理、監測數據綜合整 理分析及邊坡變形預測模塊和監測資料圖形可視化模塊，并將幾者進行無需數據 格式轉換的系統無縫集成，該系統具有監測數據可視化查詢、監測數據分析及根 據監測數據進行預測預報等功能，滿足了工程中將監測數據進行信息化管理、監 測數據可視化查詢及預測預報的需要，該系統具有使用方便、分析快捷、反饋及 時、數據顯示直觀和預測預報準確的特點。這些監測數據管理及分析的軟件的應 用，從不同的方面提高了監測信息和監測數據管理、監測數據分析和對邊坡異常 信息的預測預報的效率。
為及時了解和確保復雜邊坡的安全情況和穩定情況，必須在邊坡施工過程中 和竣工后的運行中對邊坡開展系統的監測工作，及時邊坡的變形情況進行跟蹤監 測，及時獲取監測數據，保證邊坡的坡體變形、邊坡支護措施變形和應力應變等 監測信息、監測數據及邊坡監測中的異常信息能夠及時的傳達給施工方、設計方、 監理方等相關單位及領導，滿足動態化設計、信息化施工原則。由于監測信息和 監測數據中包含邊坡當時的變化情況和變化趨勢，對數據進行分析能找出監測數 據中的異常信息，能及時獲取到坡體發生破壞性變形前的異常現象。監測信息化 是新一代對監測數據整理和管理的技術，是其未來發展的趨勢。監測數據不僅反 映了邊坡當時的物理量，也能作為預測邊坡變化趨勢的依據，及時對監測數據進 行整理分析和處理能及時獲取到坡體發生破壞性變形前的異常現象。因此，監測 數據處理和分析是邊坡安全監測工程是不可或缺的重要環節。
1.3研究內容和方法
本文擬通過收集前人已有的邊坡監測項目資料并進行分析，熟悉各種監測項 目，基于多種監測方式的監測數據，建立基于邊坡監測信息管理系統。并結合工 程實踐，對邊坡開展系統監測工作，對邊坡的變形情況進行跟蹤監測，及時獲取 監測數據，為邊坡變形情況和穩定性分析提供數據支持，為邊坡的穩定性分析提 供數據支撐。具體目的任務如下：
(1)說明邊坡進行安全監測的必要性和邊坡穩定性研究的目的和意義分析 監測技術在邊坡監測中的應用情況和邊坡監測在邊坡穩定性評價中發揮的作用。
(2)邊坡穩定性以及安全的監測方法研究：總結現有的監測技術手段，比較 各自的優勢和不足，在此基礎上進行集成，提出科學適合的監測方法，使監測工 作既符合實際工程的情況，又盡量經濟安全和實用穩定，避免單方面的去追求高 密度布設監測點和高精度監測儀器等。
(3)多種數據的信息化集中管理：在邊坡的監測過程中，由于監測方式的多 樣性，獲得了大量的監測數據，這些監測數據無論從采集的方式還是數據存儲的 格式上都存在很大的不同，數據的異構性較大。這些問題給多信息源數據的集成 應用帶來很大的困難，但是，多信息源數據的集成應用為數據整合、數據集中存 儲、數據更新及數據后續為其他服務也帶來了很大的數據資源和信息資源的優勢。 鑒于此，本文在通過整理目前常用的監測方式的數據格式的基礎上，建立通用的 數據庫，對常用監測方式獲得的數據進行統一的管理。
(4)利用C#編程語言和微軟的SQL Server 2008數據庫技術在Visual Studio .NET 2008 開發平臺上對監測信息管理系統進行設計和實現，該系統主 要實現監測數據的入庫管理、監測儀器的資料管理、監測數據管理、監測數據過 程線的繪制、監測數據可視化查詢、數據的導入和導出及監測預警等，系統能及 時從監測數據中分析出邊坡相關物理量的變化情況，滿足及時反饋監測結果給參 建各方的要求，從而為邊坡的安全施工與穩定性分析提供科學依據。
(5)邊坡穩定性及安全的監測工程示范研究：如何應對實際工程的復雜地質 情況和復雜環境情況，將研究取得的理論成果和研究系統成功應用到實際工程中 并發揮其作用是研究的關鍵問題。本文將結合貴州省畢節至威寧高速公路第五合 同段ZK93+437?ZK94+012段巖質高邊坡開挖工程邊坡施工期系統監測的實際 情況，選擇監測內容，設計監測方案，布設監測儀器，實現對邊坡監測數據的有 效管理和系統的應用。
1.4論文結構安排
本文分為五章，結構安排如下：
第1 章主要闡述本課題研究的背景、研究目的和意義，同時對邊坡監測研究、 邊坡監測技術和方法研究、監測信息管理系統研究等國內外研究現狀進行綜合分 析，并對論文的主要研究內容、研究方法、論文的整個結構安排進行說明。
第2章主要探討了邊坡監測中常用的儀器及其方法。對邊坡監測中選擇儀器 的基本原則進行了研究，并對現在邊坡監測中常用的邊坡方法及儀器進行了說明 綜合分析不同監測方法和采用不同監測儀器時的特點及適用情況。
第3 章探究了邊坡信息化監測方案。將對信息化監測的目的、特點及要求進 行說明，并將對信息化監測方案的設計中需要注意的問題和遵循的原則等進行說 明，以保證監測能兼顧全坡面，又能對重點區域重點關注，達到全面掌握邊坡變 形情況和變化情況，及時反饋監測效果的目的。
第4章對邊坡監測信息管理系統進行系統設計的需求分析和系統設計，對系 統的功能進行分析，選擇適合的開發環境，對系統的各個功能模塊進行實現并集 成，實現系統主要的功能。
第 5 章選取貴州省畢節至威寧高速公路第五合同段 ZK93+437?ZK94+012 段巖質高邊坡開挖工程邊坡施工期系統監測進行實際工程應用，主要進行實際工 程中監測內容的選取、監測儀器的選擇、監測方案的設計及儀器布設、監測數據 的采集和信息反饋等方面并進行總結。
第2 章 邊坡監測常用方法及儀器
觀測成果的可靠性和應用的及時性，取決于監測工程人員的素質，同時更加 重要的倚靠于監測儀器的性能及其使用條件。
2.1邊坡監測中選擇儀器的基本原則
由于邊坡監測的主要依據為獲取的監測信息和監測數據，所以監測儀器的選 取對邊坡安全監測整個過程影響很大。監測儀器應根據監測項目和實際監測工程 情況來進行選擇，而監測項目又要根據監測的邊坡工程的性質(被監測邊坡為自 然邊坡還是人工開挖邊坡)、邊坡監測工程的階段(其為施工期還是竣工后的運 行期)和邊坡支護方式(支護采用的錨桿、錨索、擋墻、抗滑樁以及排水措施等) 來進行確定［33］。邊坡安全監測中，選擇儀器主要遵循以下原則［34］：
(1)選擇儀器時，應先對儀器的使用條件和使用的歷史情況有比較清楚的 了解和認識。這些不僅包括儀器出廠說明書和儀器的檢測資料，更要對儀器能正 常運行的最長年限、儀器的使用環境、已有使用中儀器的事故率、儀器的準確度 和儀器的精度的變化范圍等性能的記錄資料進行詳細了解，這些信息比出廠說明 書和檢測標定資料更加能實際反映儀器的性能。
(2)要有能保證儀器正常工作性能的、高可靠的、監測儀器實用性強的生 產商家。監測儀器首先必須要求獲得的監測數據準確和可靠；具有防水性、防潮 性、防雷性和防磁性等性能，能在溫差較大的露天惡劣環境中工作且零漂較小。 這主要從生產商家已生產儀器在多種條件下使用時的完好率(在各種條件下使用 時，完好設備占已使用的全部設備的比率)及在完好率保證下的保證時間等標準 來判斷。
(3)選擇的監測儀器要具有良好的可靠性，儀器的耐用性、可重復使用性 和校正的一致性應具有足夠的可靠性。儀器選擇時，應多注意其核心部件的好壞， 而不能過多的去追求監測儀器外觀。如差動電阻式傳感器類儀器好壞的關鍵是張 緊在儀器內部的彈性電阻鋼絲的好壞及其密封絕緣性；振弦式傳感器類儀器好壞 的關鍵是儀器內部的鋼弦的質量、儀器的組裝工藝水平和弦的密封性；電感式傳 感器類儀器好壞關鍵是儀器內部產生電感的變化的線圈的質量、鐵芯的質量、活 動銜鐵的質量及其抗雷和防磁性。監測儀器的直線性和可重復性應符合相關規章 規程和規范的要求，一般要求其W(0.5%?1.0%) F • So
(4)儀器選擇時，必須根據工程的實際情況、工程性態可能的預測結果、 監測的項目及其物理量精度要求和變化范圍、工程現場的環境條件、監測的年限 等來確定監測儀器的類型和型號。如觀測項目是位移觀測時，對于軟弱破碎的巖 體, 一般需要0.1mm?1mm的精度能滿足工程實際要求，量程要求為100mm或 者更大，最好為量程能進行歸零設置或調整；對于相對堅硬和完整的巖體，一般 需要0.1mm?0.01mm甚至更高的精度要求，量程一般為10mm左右。
(5)邊坡施工期安裝的監測儀器應盡量具有結構、操作及安裝簡單，價格 便宜的特點。因為在施工期間，監測儀器受施工帶來的外界因素(坡面爆破開挖、 坡面鉆孔、現場運輸機械和施工人員等)的干擾較大，監測儀器容易受到損壞。 當監測儀器價格太高時，其造成的損失工程難以負擔。而對于要進行長期監測的 儀器則需要其后期維護中便于儀器維護、儀器部件更換和保護措施牢靠。
(6)兼顧自動化監測的需要。對于要進行監測數據自動化采集的監測項目， 選擇的監測儀器應能滿足實現監測自動化的要求，如自動化監測時測斜儀需固定 其埋設深度，但為了節約經費，做到有的放矢，可以在監測的前期進行活動式鉆 孔測量，待發現其滑動面和確定位置后，針對性的布設固定式測斜儀設備，使設 備剛好跨過滑動面，測斜儀的兩端固定在滑動面的兩邊。為防止在自動化監測儀 器在出現故障時能繼續得到真實可靠的監測數據，自動化監測儀器應留有人工觀 測接口。
(7)儀器的類型應盡量的單一。對于同一工程選用的監測儀器類型應盡量 的少和單一，以便于二次測量儀器的共同使用以及便于監測系統的集成(如自動 化集成)，如采用傳感器都是振弦式或者電阻式的監測儀器。
(8)綜合比較。在滿足監測儀器的可靠實用和其他基本要求后，選擇儀器 應進行綜合分析和比較，進行成本預算和功能比較，盡量做到功能強、價格低。
2.2邊坡監測常用方法及儀器
根據觀測項目類型的不同，對邊坡監測中常會用到的 4 個類型的常用監測儀 器進行簡單介紹。
2.2.1 邊坡變形監測方法及儀器
( 1)大地測量法用于對監測邊坡水平變形和垂直變形進行觀測。測量儀器 主要有進行邊距測量的精密測距儀、進行水準測量的精密水準儀和經緯儀等。通 過獲取被監測點和基準之間連線的距離和角度的變化來計算被監測點的水平方 向和垂直方向的變化情況。該方法具有觀測數據比較直觀、觀測點距離被監測體 有一定距離所以監測安全、監測精度高且監測范圍大、便于確定滑坡的變形位移 方向和變形速率等的特點，適用于邊坡不同變形階段的監測，但受實際工程的地 形通視條件和氣候條件影響較大，不能進行連續的觀測。目前主要用于變形速率 較大的滑坡水平位移和垂直位移監測及危巖陡壁上的裂縫變化情況監測。
（2） 近景攝影測量法是通過放置在被監測體一定距離的兩個或多個不同固 定點的攝影測量儀器同時對被監測體進行攝像，形成被監測體的立體像對，之后 使用立方坐標儀標注立體像對上被監測體的多個監測點的三維坐標，經過多次測 量獲取的監測點三維坐標數據進行比對，得到被監測點的變化情況。常用監測儀 器有量測攝影機、半量測攝影機和非量測攝影機等。近景攝像測量方法具有對被 監測體進行非接觸性測量、采集速度快、精度高且易存儲、、一次能對多個監測 點進行監測且可重復性高等優點，適用于對包含大量測量信息的目標體進行監測 和對危險部位進行監測，還能在較合適的距離拍攝較危險的攝影對象，但其觀測 受氣候影響較大。該方法目前多應用一些人工難于到達或危險地區的監測，如對 危巖體臨空都比上的裂縫監測或滑坡地表位移觀測。
（3） GPS 測量法是根據地面 GPS 儀器發送的信號，利用衛星導航系統中的 多顆衛星，聯合對地面信號發送點的三維空間坐標、運動速度和運動方向等物理 量進行確定。主要使用儀器為 GPS 儀，具有能全天候進行實時工作、測量精度 高、全天候連續運行以及自動化程度高、不受地形條件限制等特點，現已在許多 實際工程中得到廣泛的應用，適用于不同變形階段的地表三維位移監測，同時適 合于構建自動化監測系統。
（ 4）邊坡傾斜觀測有邊坡表面傾斜觀測和巖體內部傾斜監測。邊坡表面傾 斜觀是對邊坡表面巖體或結構物的水平傾斜變化或垂直傾斜（轉動）變化進行快 速觀測的一種方法。使用的監測儀器為傾斜儀，即傾角計，如基康的GK6300等。 此種方法具有經濟、可靠、測度精度、安裝和操作都很簡單的特點，使用于大部 分工程不同階段的傾斜監測。內部傾斜監測主要實現對巖體內部的傾斜向移動情 況進行監測，觀測巖體的分層水平位移、深層水平位移、垂直方向上的位移、斜 向位移和撓度等。邊坡工程中一般用內部傾斜監測來觀測邊坡不穩定區域潛在滑 動面的位置或已存在的滑動面的移動情況。目前內部測斜儀的主要觀測方式為活 動式，在難于進行活動式觀測時或者在確定滑動面后需要進行在線自動化監測時 采用固定式觀測方式。
（5） 鉆孔多點位移觀測主要用于對穩定性可能有問題的邊坡區域坡體的位 移變化進行觀測。觀測到的位移變化為順著埋設多點位移計鉆孔方向上的位移。 它不僅能提供被監測巖體表面至多點位移計埋設最深處間的位移變化量，還能提 供被監測巖體內部的位移空間分布，是當前邊坡穩定性分析的主要依據之一。此 方法具有測量精度高、顯示直觀的特點，但是對安裝的操作要求較高、儀器成本 較高。此方法使用于邊坡監測的各個階段，考慮此項監測的費用和作業因素，一 般用于對邊坡進行永久性監測。
（6） 測縫法是邊坡監測工程中主要的觀測手段之一。是測量結構接縫開度 或裂縫兩側塊體間相對位移的觀測手段。較多的用來觀測巖體和支護結構內部和 表面的接縫和裂縫變化情況。主要的監測儀器為裂縫量測儀、測縫儀、鋼卷尺、 位移計、伸縮自記儀、游標卡尺等，人工測縫法具有簡單直觀、測量量程可調、 監測資料可靠；自動測縫法自動化程度高、省人力等特點。現多采用自動測縫法， 但在巖土體升降變化、位錯、張開、閉合監測等內容亦大多采用人工測縫法。
2.2.2 壓力（應力）監測方法及儀器
邊坡在開挖施工過程和運營過程中，將發生應力應變和應力重新分布的過程 實現對該內容的監測將能及時的掌握邊坡的應力分布情況和邊坡實時的變化性 態。邊坡安全監測工程中，常進行的壓力（應力）監測為以下幾種：
1） 錨桿應力監測
邊坡在支護過程中，由于錨桿支護具有成本低、支護效果好、操作簡單、施 工靈活快速且占用施工空間小的優點，現已成為一種常用的邊坡支護手段。錨桿 支護是通過巖體內部的錨桿改變巖體本身的力學狀態，將需要支護的巖體和另外 相對完整或穩定的巖體連在一起，形成一個整體而又穩定的巖石帶，利用錨桿與 周圍巖體的共同作用，達到維護穩定的目的［35］。錨桿應力監測一般采用錨桿應 力計，錨桿應力計是將鋼筋計串聯在觀測錨桿上測定錨桿的軸力，錨桿鋼筋計一 般采用振弦式鋼筋計。
（2） 錨索預應力監測
預應力錨索是一種主動支護結構，相比較其他一些支護而言，具有施工靈活、 方便、強度更高、穩定性更可靠的優勢，目前已大規模應用于巖土工程監測，特 別在大壩監測、山區公路及鐵路等重要基礎設施中發揮著越來越重要的作用。錨 索預應力監測主要采用錨索測力計對預應力的大小和變化情況進行監測。目前的 不同測力計所采用的傳感器的不同，有差動電阻式測力計、電阻應變片式測力計 和振弦式測力計等多種測力計之分。由于振弦式類傳感器自身結構簡單可靠，傳 感器的設計、制造、安裝和調試都比較便捷，而且在鋼弦經過熱處理后其蠕變極 小且零點穩定，同時在監測數據傳輸時不受導線電阻影響，具有測量距離遠，儀 器靈敏度高，監測數據穩定可靠且易于實現自動化監測等優點［36］。近年來，在 歐洲和美國等地區和國家已經取代了其他類型的監測儀器傳感器，在國內外也得 到非常迅速的發展，國內目前主要采用的為振弦式測力計，如圖 2-1 所示。
圖 2-1 振弦式錨索測力計
振弦式測力計是根據鋼弦所受張緊力與鋼弦自身表現的諧振頻率成單值函 數關系設計的。鋼弦的自身表現的自振頻率由鋼弦的有效長度、采用鋼弦材料的 密度和鋼弦所受的應力。其關系式為：
2(»少7^ (2-1)
式 2-1 中：
f 鋼弦的自振頻率；
L——鋼弦的有效長度；
o—鋼弦所受應力
p——鋼弦材料的密度。
從式 2-1 中可以看出，當振弦式測力計一旦制造完成后，其鋼弦材料的密度 和鋼弦的有效長度均為不變量，鋼弦的自振頻率只與測力計鋼弦所受的應力有關 因此，應力可用頻率/•的關系式進行表達：
YF = K(f^-f^+A (2-2)
式 2-2 中：
YF——鋼弦應力；
K 傳感器標定系數；
fx 加載應力后的鋼弦的自振頻率；
f0——未加載應力時鋼弦傳感器的初始頻率；
A——修正常數。
從式 2-2中可以看出，振弦式傳感器的鋼弦所受應力與鋼弦的自振頻率的關 系為二次函數，自振頻率的平方與鋼弦所受應力為一次函數，可以通過最小二乘 法將式 2-2 變換為線性方程。
在測力計的實際使用中，當荷載作用于測力計時，測力計鋼筒產生軸向形變， 并帶動其中的鋼弦發生變化，其荷載量 P 與輸出頻率模數(鋼弦自振頻率平方) 的變化量AF具有如下關系：
P = K\F (2-3)
= F -Fo (2-4)
式 2-3 和式 2-4中：
P——測力計測量出的荷載量；
K—測力計的測量靈敏度，及標定系數；
△F——測力計的加載荷載后的測量值相對于基準值的變化量；
F——測力計的加載荷載后的測量值；
F。——測力計的基準值。
當測力計有多個傳感器時，測力計的所受荷載量計算公式為：
P = + AF2 + AF3 + - + ^Fn)/n (2-5)
式 2-5 中：
△他——測力計第n個傳感器的加載荷載后的測量值相對于基準值的變化量; n——測力計上有的傳感器的個數
2.2.3 爆破影響監測方法及儀器
邊坡巖體在進行爆破開挖的過程中，爆破產生的應力波通過巖層引起巖石質 點產生彈性振動，彈性振動以通過向外轉播彈性波的方式釋放能量，造成地面的 震動［37］。當爆破引起的地面震動擁有足夠的破壞力時，可能造成周圍巖體或周 圍其他構筑物的不可逆的傷害。爆破影響監測一般包括質點運動參數監測和質點 動力參數監測，質點運動參數監測已質點振動速度、加速度及幅度監測為主，質 點動力參數監測一般進行質點的動應變監測。對于破碎風化的巖體，介質振動頻 率較低，可選用低頻儀器。對堅硬完整的巖石，振動頻率較高，可選取頻帶高的 如 CDJ-28 型地震檢波器。此方法常用的監測儀器包括瞬態記錄儀(如 DL2808 型)、超動態應變儀(如YCD-1型)等。
目前，邊坡施工過程中采用專項的爆破影響監測儀器對邊坡開挖過程中的爆
破的影響進行觀測的不是很多，更多的是通過其他手段（如邊坡裂縫的變化、支 護措施的壓力（應力）的變化等）來間接的監測爆破對爆破點周圍巖體和其他構 筑物的影響。
2.2.4 降雨監測方法及儀器
調查表明， 60%以上的邊坡失穩是由于降雨引起的，降雨在邊坡的開挖施工 過程中和支護完成后的運行過程中對邊坡的變形和穩定性影響都較大。“十個邊 坡九個水”形象的反應了水活動和邊坡的緊密關系［38］。
降雨量監測采用雨量計進行實時監測。及有降雨時，及時監測并返回降雨量 多少。目前常用的雨量計有翻斗式雨量計和容柵式雨量計等。
2.2.5 人工巡視監測
儀器監測是邊坡監測的重要和主要手段，但是由于監測工程經費、監測技術 條件和儀器本身局限性的限制，儀器監測有限，不能覆蓋整個邊坡的各個點。因 此，人工巡視監測作為儀器監測的補充是不可或缺的［39］。人工巡視監測時觀測 人員或者組織有關設計人員、監理人員、施工人員等各方人員和觀測人員一起對 邊坡進行現場查看。人工巡視監測應有日常巡視、季年度巡視和遇到異常情況時 的臨時巡視，根據現場情況靈活進行。正常情況下，人工巡視為定期按照固定線 路進行，當在施工期、雨季和遇險情時應加密巡視。人工巡視主要查看邊坡地表 的裂縫發生和發展情況、巖體的坍塌情況、局部鍥形有無滑落、支護措施的變形 開裂情況、邊坡后緣有無拉裂縫、邊坡前緣有無剪切口出現、地下水的滲出情況、 安全監測儀器有無損壞等，并做好詳細的記錄。
2.3本章小結
本章主要探討了邊坡監測中常用的儀器及其方法。由于邊坡監測的主要根據 是獲取的監測信息和監測數據，所以監測儀器的選取對邊坡安全監測整個過程影 響很大，本章對邊坡監測中選擇儀器的基本原則進行了研究，并對現在邊坡監測 中常用的邊坡變形監測、壓力（應力）監測、爆破影響監測、降雨量監測和人工 巡視監測的方法及儀器進行了詳細說明，綜合分析了不同監測方法和采用不同監 測儀器時的特點及適用情況，為在實際監測工程中如何選擇監測內容和監測儀器 提供了參考。
第3 章 邊坡信息化監測方案
3.1信息化監測的特點與要求
對邊坡進行監測可以及時獲取邊坡在不同階段中的變形情況和穩定性相關 信息。在施工期進行監測可以得到邊坡在爆破、開挖過程及降雨等內外因素的影 響下的變化情況信息，并可以將得到的信息反饋給施工方和設計方，實現動態設 計、信息化施工的原則，并對設計水平和施工水平的提高有非常重要的指導作用。 分析監測數據的變化情況和趨勢，為邊坡可能發生的災害提供預測預警，可以降 低邊坡施工過程的安全風險。在竣工后對邊坡進行運行監測可以得出邊坡在已實 施的支護措施和外界降雨等因素的影響下的安全性狀和穩定性情況。
邊坡的信息化監測具有以下特點與要求：
（1） 監測及時性 為獲取到邊坡在開挖及運營后的相關監測信息和監測數據，了解邊坡的穩定 性狀態，滿足動態設計、信息化施工的要求，邊坡監測應隨著施工的開始而進行， 隨著施工進度，及時的安裝監測儀器、及時采集監測數據、及時對采集的監測數 據進行整理及分析、及時給相關單位和人員反饋邊坡目前的性狀、及時反饋監測 結果等［40］。
（2） 監測的針對性和靈活性
為邊坡設計信息化監測方案時應在全面考慮邊坡地質條件、邊坡支護設計方 案要求、影響邊坡變形或穩定性的因素和可能出現的破壞模式等后，有針對性的 設計監測項目和選擇監測儀器。如進行深部位移監測時，若邊坡存在較深的滑動 面，位移一般較大，一般采用鉆孔測斜儀進行監測；若邊坡存在傾倒式破壞，則 宜選擇多點位移計進行監測。在監測現場進行監測儀器的安裝時，不一定全部按 照設計圖紙進行，需根據邊坡的開挖情況、開挖中表現出來的變形跡象、已獲取 監測信息和監測數據中體現的異常信息等適時的調整監測點的位置，做到重點區 域重點關注。當監測過程中發現異常時，應靈活通知相關單位并調整監測頻率， 并及時的跟蹤邊坡變化情況。
（3）為邊坡穩定性評估提供依據 通過監測可以掌握邊坡在時間上和空間上的變形變化情況和穩定性情況，通 過監測信息和監測資料結合地質條件和環境條件，綜合分析其變形機制和穩定性 判斷，確定邊坡工程是否處于預計的穩定性狀態［41］。獲得的連續的監測信息和 監測數據可對邊坡的穩定性進行連續分析和評估，及時發現異常的現象，及時進
行險情的預測預報。
3.2信息化監測的設計原則
在對邊坡穩定性以及邊坡工程地質條件等有過研究的基礎上，充分考慮周邊 環境的影響后，才能有針對性、合理的進行邊坡安全監測設計。
由于不同的邊坡工程擁有不同的地質條件和環境因素，因分別根據邊坡的具 體情況來進行邊坡監測的設計。但是邊坡監測工程在監測內容、監測方式和要求 的監測效果等方面都有一定的共性，對于大部分邊坡，其監測設計的原則可以概 述為以下幾點［42］：
（1） 擁有明確的監測目的，并對重點區域進行重點和優先考慮。通過邊坡 監測，主要是為在邊坡的開挖施工中和邊坡支護完成后的運行中保證安全。邊坡 的安全監測應在滿足邊坡整體穩定性監測要求的情況下進行，并兼顧局部。邊坡 的安全監測以邊坡巖體整體穩定性監測為主，兼顧局部滑動楔體穩定性監測。滑 坡等邊坡災害的前期主要變現為過量變形，所以對巖體表層和深部進行變形監測 是邊坡安全監測的重點［43］。巖石邊坡中存在的不利結構面常常是引起邊坡破壞 的主要內在因素，所以巖體邊坡監測中的重點對象是巖體中的這些結構面，監測 點應重點放在這些對象上或者監測儀器的測量區域應穿過或跨過這些對象［44］。
（2） 監測應貫穿于邊坡開挖及支護措施施工完成后的整個時期。監測的及 時性是邊坡監測的重點特征和要求之一，為滿足動態化設計、信息化施工的要求， 在進行下一階段的施工時，應完成本階段監測儀器的安裝。在施工期的前期主要 為監測儀器的埋設和安裝、在施工未開始前得到邊坡未經施工時的初始參數；在 施工期的中期主要為和工程現場施工同步的監測，為邊坡設計和施工提供指導作 用，確保施工的安全；施工期的后期為竣工后對邊坡的性態進行監測，為邊坡的 支護效果進行判斷提供依據，也為邊坡的運行做好準備。
（3） 邊坡監測設計中，應考慮到運行期監測和施工期監測的連續性，考慮 到監測儀器和方法能繼續使用。盡量將施工期監測作為運行期監測的基礎，將運 行期的監測作為施工期監測的延續［45］。施工期監測和運行期監測都是邊坡安全 監測中不可缺少的組成部分［46］。
（4） 監測設計時應全面的覆蓋到邊坡的主要部分，且盡量少而精。根據工 程的實際情況、工程性態可能出現的預測結果和監測的項目，有針對性的選擇監 測儀器。在進行施工期和運行期的連續監測時，盡量在同一點使用同一監測儀器 進行監測。
（5） 做到儀器監測和人工巡視監測共同進行。邊坡監測以儀器監測為主要 部分，以人工巡視監測為不可缺少的輔助監測手段。在對監測重點區域、安全風 險較高的區域或者人工難于到達的區域宜采用自動化監測，但人工巡視不可缺失。 人工巡視監測結果和儀器監測結果進行比對和綜合，做到確保重點，全面兼顧。
（6）盡量減少外界因素對監測儀器的干擾。在施工現場，坡體爆破開挖、 坡面支護措施施工、施工人員的有意偷盜和無意的破壞等都會影響監測儀器的存 活和監測精度，進而影響到監測信息和數據的連續性。為此，在監測方案的設計 時，就應和參建各方進行協商，特別是和現場的施工方協商，在施工過程中做好 監測儀器的保護工作。在選擇監測儀器時，盡量使用抗干擾能力強的監測儀器， 安裝時，選擇便于保護的位置進行安裝并在監測儀器安裝的同時做好保護措施。
（7）監測設計應做冗余考慮，可在監測的過程中對監測方案進行修改、調 整和補充。由于邊坡工程自身的特殊性和復雜性，在監測過程中可能發現新的需 要監測對象、初始監測設計中未預料到的、監測儀器出現損壞及其它不確定因素。 為此，在設計時應在監測項目、監測儀器數量和監測經費預算上留有一定余地， 以應對上述所提及其他突發情況［47］。
3.3監測周期
根據邊坡監測方式和監測內容的不同，不同的監測項目具有不同的監測周期
（1）邊坡表面裂縫觀測
對邊坡表面裂縫進行觀測，每周 1到 2次，在每天施工前的定點時間點進行 監測。遇到爆破時，宜爆破前后各進行觀測。當監測數據反應裂縫有變大趨勢時， 調整為 1到 3天監測一次。如有特殊要求或遇特殊情況，根據實際情況適當加密 監測頻率。
（2）邊坡表面傾斜觀測 在監測儀器安裝完成后開始進行觀測，第一周內每天監測 1次，取得初始穩 定值后每周觀測一次。如有特殊要求或遇特殊情況，根據實際情況適當加密監測 頻率。
（3）鉆孔測斜儀觀測 在鉆孔和注漿后，待注漿體凝固后開始進行監測。監測初期宜每天觀測一次， 待獲得監測值處于相對穩定的狀態時轉入正式觀測階段。
正式觀測階段中，在邊坡施工期，3到 5天觀測一次，遇到爆破時，宜爆破 前后各進行觀測。在運行期，7 到10 天觀測一次。如有特殊要求或遇特殊情況， 根據實際情況適當加密監測頻率。
（4）錨索預應力監測 在進行錨索的張拉時，錨索測力計的安裝隨著同步進行，錨索張拉過程中， 階段性進行監測數據采集，掌握錨索的張拉效果。在安裝測力計的錨索完成張拉 后的最初十天進行每天一次的觀測，在第十天到一個月內每3 天觀測一次，以后 宜每月觀測一次。當錨索進行了補張拉時，監測頻率按照新安裝測力計監測頻率 重新計算。當遇到相鄰坡體開挖、周圍巖體變形開裂、相鄰錨桿錨索張拉、同一 巖塊體上錨桿錨索進行張拉、雨季、爆破等情況時，應加密監測頻率。如有其他 特殊要求或遇特殊情況，根據實際情況適當調整。
（5） 降雨量監測
應對降雨實行及時監測，即有降雨時，對降雨量進行監測。
（6） 人工巡視監測
在邊坡施工期間，監測人員需要每天對邊坡進行人工巡視監測，邊坡工程竣 工后，人工巡視監測每周進行 1 次，竣工一年以后，每月進行1 次巡視監測。在 雨季和遇突發地震等其它特殊情況時，應根據實際情況加密監測頻率。
3.4監測資料的整理、分析處理和反饋
對邊坡工程進行安全監測和控制時，要監測人員使用指定格式的表格對監測 數據進行如實記錄，在獲得儀器數據后對監測數據進行認真檢查，以便發現突然 變化和確定要求采取措施的趨勢，發現有誤時應進行重新測量和更正；并盡快對 測得的數據進行解釋，即對監測數據進行整理和分析處理，將一個個數據量解釋 成與邊坡變形量和穩定性相關的物理量，以圖表的形式匯總并指出工程安全監測 必須的資料，將觀測數據和監測數據允許變化范圍進行比較，并將結果以日報、 周報、月報和其它相關成果的方式反饋給監理方、設計方和施工方等相關參建單 位人員。
3.5本章小結
本章探究了邊坡信息化監測方案。從信息化監測的及時性、有針對性和靈活 性及為邊坡穩定性分析評估提供依據的特點和要求開始，對信息化監測設計中的 需要遵循的原則進行說明，以此來引導和督促信息化監測方案的設計；信息化監 測中，監測的周期（頻率）應主要根據監測結果的變化適時適當的調整；對于監 測獲得數據應及時解釋成與邊坡變形量和穩定相關的物理量，并將監測的結果反 饋給相關參見單位人員。
第4 章 邊坡監測信息管理系統初步研究
4.0 邊坡監測信息管理系統概述
本系統根據邊坡系統監測工程的特點，為邊坡監測信息和監測數據的整理、 分析及處理服務，系統圍繞以下思路進行設計：將邊坡監測的多項監測資料通過 多種手段輸入系統數據庫，通過計算機實施對監測資料進行管理的功能，系統利 用可視化技術實現對監測數據的查詢和顯示，方便監測人員操作，繪制過程線模 塊繪制不同監測內容監測量的時間-過程曲線圖，直觀的反映邊坡物理量的變化 趨勢，并在監測數據出現異常時進行預警。系統能很好的方便對監測信息和監測 數據進行管理、指導安全施工和為邊坡穩定性評價提供依據。
4.1 系統需求分析
系統需求分析是在對系統潛在的用戶進行相互交流和溝通后，根據用戶的要 求分析系統可行性和需要實現的功能。它是進行系統設計的基礎。
4.1.1 系統總體需求
邊坡工程安全監測的監測項目多樣，監測點數量大，且由于邊坡工程自身的 特殊性和復雜性，監測時間一般都較長，產生了大量的監測信息。依靠人工來對 監測信息和數據進行分析計算處理已不能滿足工程安全監測及時、快速、全面、 準確和可靠等方面的要求。由于計算機硬件、軟件技術和可視化技術等的快速發 展，為監測信息和數據的科學管理提供了新的理論基礎。邊坡監測信息管理系統 主要建立集邊坡系統監測數據采集、數據管理、數據維護、數據可視化顯示和查 詢、監測儀器資料管理和系統用戶管理于一體的多功能系統。
（1）實現不同監測項目的監測儀器和監測數據能輸入數據庫，并能通過系 統程序實現對它們的管理。
由于監測項目的多樣性，監測儀器和獲得的監測數據的在數據格式上存在較 大的差異。系統需要在整理目前常用的監測項目的監測儀器和數據格式的基礎上 建立通用的監測儀器數據庫和監測數據數據庫，實現對常用監測項目的監測儀器 及獲得的數據進行統一的管理。同時，系統能提供將人工監測數據輸入數據庫的 接口、監測數據修改、監測數據查詢和監測數據導出［48］。
（2）實現資料的可視化查詢。系統能方便用戶查詢某個監測儀器在一個時
間點或時間段內的監測數據，并對監測數據繪制直觀的過程線。
A.監測儀器的可視化查詢。由于邊坡監測項目的多樣性，監測儀器的種類 和監測儀器的數量都比較多而且雜，需對監測儀器進行集中統一的管理，并編號 入庫，方便監測工程人員在實際使用中對監測儀器的管理。
B.監測數據的可視化操作。系統能顯示用戶選定的監測儀器在一個時間點 或時間段內的監測數據，提供監測數據的導出功能，便于監測數據的脫機操作和 其他聯機操作。同時，對選取出的監測數據提供過程線繪制功能，提供過程線圖 的圖片導出功能。
（3）通過設定監測數據的允許變化范圍（即上限值和下限值）實現預測預 警功能。當監測數據的變化幅度大于了允許的變化范圍時，系統應進行預警。
4.1.2 系統性能需求
1） 系統界面友好，操作簡單：系統要有良好的人機交互界面，界面風格力 求簡潔明了，突出重點，化繁為簡。操作流程應盡可能簡單實用，盡量把復雜的 功能簡單化。
2） 系統穩定：系統具有一定容錯和糾錯功能。系統出現問題時能保證數據 的無損。
3） 系統效率：系統運行效率較高，盡量避免長時間的等待。
4） 安全性：對不同的用戶設置不同的操作權限，防止監測數據被惡意破壞， 實現對監測數據的備份和恢復操作。
5） 一定的吞吐量：系統應具有較強的信息處理能力。
6） 可擴展性。系統在設計時，應長遠點的考慮到給其他可能添加的功能模 塊留著接口，方便擴展。
4.2系統開發環境
基于邊坡監測信息管理系統的特點和現熟悉的開發環境，系統借助于計算機 技術、可視化技術和信息管理系統技術，采用 Visual Studio .NET 2008 作為軟件 開發平臺，數據庫服務器采用大型關系數據庫SQL Server 2008對數據進行統一 管理，開發語言選擇面向對象的C#編程語言。
Visual Studio .NET 2008 是微軟公司 2007年底推出的一款是面向 Windows
Vista、Office 2007、Web 2.0的開發工具。.NET平臺由4大核心技術組成：.NET Framework、 .NET 企業服務器、構建模塊服務、 Visual Studio .NET[49,50]。
VB> Visual C++、C#、JavaScript ...
• NET開發組件：
WPF、 WCF、 WWF…
ASP. NET ADO. NET WinForm
類庫（FCL）
Windows XP^ Windows Vista等操作系統
圖 4-1 . NET Framework 的結構
Microsoft SQL Server 2008 為微軟公司發布的一款 SQL Server 數據庫軟件 它是與.NET框架結合非常緊密的一種數據庫。適用于大規模聯機事務處理、數 據倉庫和電子商務應用的數據庫和數據庫分析平臺，SQL Server 2008集成了數 據庫引擎、數據處理、數據分析服務、數據集成服務、報表服務、通知服務等多 個技術領域［51］。
Microsoft SQL Server 2008 提供了一個可靠的、高效的、智能化的數據平臺 可運行需求最苛刻新功能的、完成關鍵任務的應用程序［52］。
4.3系統總體設計
系統設計應遵循先進性、實用性、可擴展性、開放性、可靠性、可維護性等 原則和目標［53］。為實現系統易擴展和方便維護，需要把系統劃分成若干個符合 一定要求且相互獨立的模塊是十分必要的。模塊是采用結構化設計方法中進行系 統設計的一個重要概念，因此，在系統總體設計階段，確定功能模塊結構及其承 擔的任務是其中一項主要的工作。
根據系統的模塊劃分原則，系統由系統登錄、用戶管理、數據采集、數據管 理、繪制過程線、傳感器設置和系統設置等 7 大功能模塊共同實現，每個模塊進 行一系列相互關聯的功能。系統功能結構圖如圖 4-2 所示。
4.3.1 系統登錄及用戶管理
為了系統的安全，滿足不同用戶的使用需要，防止監測數據被惡意破壞，系 統在啟動后首先進行用戶的登錄界面。為方便監測工程人員和一般適用人員對監 測數據的查看，系統對用戶設置了不同的權限，及“普通用戶”和“管理員”， 管理員適合監測工程人員使用，能使用系統的全部功能，并能實現對用戶的信息、 傳感器信息和監測數據信息進行更改；普通用戶只能使用系統限定的全部功能。 用戶管理界面如圖 4-3所示。
系統登錄的流程如下：
（1） 等待用戶輸入用戶名和密碼，并在用戶輸入時提示用戶用戶名和密碼 是區分大小寫。當大寫鍵打開時，提示大寫鍵已經打開。
（2） 系統根據接收到的用戶名和密碼在系統用戶數據庫查找用戶名及對應 密碼，判斷其正確性。若錯誤，返回錯誤信息，等待用戶重新輸入或退出程序。
（3） 用戶名和密碼對應正確后，正常啟動系統，系統主界面如圖4-4所示。
根據用戶的權限，對各個模塊進行初始化并顯示。
當成功登陸到系統后，每個用戶能更改自己的用戶密碼。當登錄用戶擁有管 理員權限的用戶進入系統后，可對系統所有用戶信息進行管理，包括添加用戶、 刪除用戶、修改用用戶名和用戶密碼等。
圖 4-3 用戶管理界面
4.3.2 數據采集
系統采集模塊主要實現監測信息和監測數據的入庫操作。監測數據的來源主 要有兩種，一種為通過自動化監測儀器進行自動化采集所得，一種為人工監測采 集所得或系統外的監測數據。自動化采集時，通過自動化監測儀器自動接收監測 數據到數據庫系統中，當外界原因造成采集到的監測數據不能自動傳送到自動監 測預警中心時，可采用離線采集方式對監測數據進行采集，如圖 4-5所示；人工 監測采集和有系統外來數據時，將已有數據進行預處理成滿足系統要求的固定表 格格式，然后采用數據導入功能，將數據逐條導入到數據庫中，如圖 4-6 所示，
從而實現自動化監測數據、人工監測數據和系統外監測數據綜合入庫分析，為邊 坡的分析提供充足的依據。
進行自動化監測儀器自動化采集時，流程如下：
（1） 自動化監測儀器按照設定的時間間隔采集數據；
（2） 將采集到的監測數據進行封裝，經過數據傳送單元，采用 GPRS 數據 傳輸或串口通信數據傳輸等方式將數據包傳送到自動監測預警中心；
（3） 監測預警中心接收到數據包后，對數據包進行解析，將解析出的監測 項目數據存入數據庫中；
（4） 自動化采集一般為自動進行，有時因其他外界原因造成采集到的監測 數據不能自動傳送到自動監測預警中心時，可采用離線采集方式，即手動觸發現
場自動化監測儀器進行自動采集，處理流程和上述一樣。
圖 4-5 監測數據自動化采集（離線采集）界面
圖 4-6 通過表格導入監測數據界面
4.3.3 數據管理
監測數據進行入庫后，可對已有數據進行管理。監測數據的管理主要為對數
據庫內的數據進行查詢、刪除、導出等操作。數據管理界面如圖 4-7所示。
圖 4-7 數據管理界面
監測數據管理實現的流程如下：
（1） 在查詢條件選擇區進行選擇查詢的條件、在儀器類型下來菜單羅列的 系統中已有的傳感器類型中選擇查詢監測儀器的傳感器類型、在設計編號下拉菜 單羅列的已選監測儀器類型下的所有監測儀器的設計編號中選擇的設計編號，調 整查詢監測數據的起始時間和終止時間，進行查詢，查詢結果在數據顯示區中顯 示。
（2） 查詢顯示后，可在操作工具區選擇對選中數據進行刪除、全部刪除和 查詢結果數據進行導出為Excel格式，便于數據進行脫機操作和其他聯機操作。
起始時間和終止時間復選框狀態與查詢時間范圍的關系如下表 4-1所示。
表 4-1 起始時間和終止時間復選框狀態與查詢時間范圍關系表
起始時間 終止時間 查詢時間范圍
□ □ -8 0時間W + 8
E □ 查詢時間三起始時間
□ 0 查詢時間W終止時間
回 0 起始時間W查詢時間W終止時間
4.3.4 繪制過程線
為直觀的展示用戶查詢到的監測信息，需要將查詢結構進行可視化顯示。繪 制監測數據的時間-測量值過程變化曲線能方便用戶對查詢結果進行直觀的了解 也能掌握數據的變化量和變化趨勢，為出現異常信息時的預測預警提供依據。繪 制過程線界面如圖 4-8所示。
繪制過程線功能實現的流程如下：
（1） 先進行監測數據的查詢，操作流程和數據管理中的數據查詢一樣；
（2） 選擇查詢的結果數據可能有多個數據項，選擇要參與繪制圖標的數據 項。
（3） 選擇繪制圖線，則選擇查詢到的監測數據及數據項顯示在圖線數據表 格中，同時將監測數據的數據項以圖形化的形式繪制在圖像輸出中。
（4） 當需要對監測數據的多個數據項或不同監測數據的同一數據項顯示在 一張圖像中時，先顯示一個數據項，再選擇其他數據項，選擇加入圖線，即將后 來選擇的數據項繪制成過程線添加到已有的圖像中。
（5） 圖像繪制完成后，可實現對已繪制圖表進行編輯；對圖表的標題內容 及格式和圖標的邊界進行設置；對圖例的標題、文字的內容和格式進行設置，對 圖例的擺放位置進行設置；對圖表的坐標軸進行設置等。
（6） 對圖表進行編輯完成后，可實現對已繪制和編輯好的圖像進行導出和 打印，導出為常用的圖片格式，如.BMP、JPG等，對繪制的圖像進行打印的界 面如圖 4-9所示。
菜單欄
ID
選擇圖表
錨索測力計和多點位移計溫度變化:
操作工具
數據條件
S!
數據顯示
30
圖表鋼輯
26
標題
22
C2圖表顯示二）
18
W
14
10
圖表編輯
8
5 J
2014-3-6
2014-3-13
2014-3-20
2014-4-3
2014-4-10
2014-4-：
儀器 類型
溫度：4級小樁號-1
當前設置：|【默認設置1】
2014-3-27
日期
溫度:151206-1
2014-03-05 12:30:01
2014-03-05 14:05:43
囪繪制圖線協加入圖線
圖線數擁
閣表 圖例 序列 坐耘軸設置
® IB S. H 0冥綽督??
主界面 數據采集 數據管理 繪制過程線 監測報表 倍感器設畳 用戶管理 系統設畳 幫助 關于
0顯示
名和|錨索測力計和參副 g .
I：Si
表尾
對齊：|置中
邊界㈱
叼顯示邊框
|振戔 屬| |4級小樁號-1
胡鬍回和件03-05 12:05:46 :］器何201H4-1T葉35汁訐^1|^^
時間CF軸）
圖 4-8 繪制過程線界面
圖 4-9 打印繪制圖像界面
4.3.5 傳感器設置
邊坡工程安全監測的監測項目和監測方式多樣，涉及的傳感器數據也較多， 需對傳感器進行統一的管理。傳感器設置模塊主要實現傳感器的添加，對傳感器 資料的修改和查看。傳感器資料設置界面如圖 4-10 所示。傳感器資料設置界面 中的工具欄界面如圖 4-11所示。
傳感器設置的實現流程如下：
（1） 系統開始使用時，需對邊坡監測工程中實際使用的傳感器進行一一統 計入庫。可以通過點擊工具欄的添加，逐條進行添加，也可以通過操作工具欄中 的導入已按照固定格式錄入傳感器資料的表格進行批量添加，如圖 4-12 所示。 填寫完成后的傳感器資料可以以Excel表格的形式導出，以便后續查閱、資料備 份及其他相關研究。
（2） 當入庫的傳感器多于一個時，可以通過工具欄實現對單個傳感器進行 選中，也可以直接通過右側的傳感器資料匯總表格直接選中。
（3） 選中一個傳感器資料后，可以通過工具欄和傳感器資料編輯實現對傳 感器的刪除、傳感器資料的修改等操作。如根據現場實際情況調整允許傳感器監 測的物理量的上限值和下限值，當監測物理量大于設定的上限值或小于設定的下 限值時，將啟動預警功能。
對于圖 4-11 工具欄中各個按鈕將實施的功能進行解釋，工具欄從左到右依 次對應的功能為：顯示第一個傳感器、顯示當前選擇的上一個傳感器、當前傳感 器序號、傳感器總數、顯示當前選擇的下一個傳感器、顯示最后一個傳感器。添 加傳感器、激活當前選中傳感器并進行編輯、刪除選中行的傳感器資料、刪除所 有傳感器資料、保存添加的或者進行修改后的傳感器的資料、取消操作。
孑爲凰也E X $ $ @0
界面 數據采集 額據管理 筮制過程線 監測報表 借感器設置 用戶管理 茶統設置 幫助 關于
菜單欄
工
y|
工程值1單位: 司 工程值2單位:廠
圖 4-10 傳感器資料設置界面
圖 4-11 傳感器設置中工具欄界面
選擇數據源
Mi crosoft Offi ce Excel 工作縛
選擇工作縛
F: \監測初始資料\傳感器設置資料. -
選擇工作表
圖 4-12 通過 Excel 將傳感器資料導入界面
4.3.6 系統設置
系統設置中主要實現進行自動化監測時，自動化監測儀器和監測預警中心的 數據傳輸方式，在系統開始運行之間，需根據監測工程中的實際使用情況，進行 選擇，選擇后對選擇的數據傳輸方式的相關參數進行設置，如用GPRS網絡作為 數據傳輸時，將要設置不同監測儀器使用的移動終端號碼，當用串口/RS485進 行數據傳輸時，需要設置數據交換時的串口號和波特率等。
對出現監測的物理量超出設定的允許物理量范圍時，設定監測報警時電腦發 出的聲音。
4.3.7 系統數據庫設計
在信息管理系統的研究匯總，數據庫的設計是至關重要的，這將嚴重的影響 到后續的數據的存儲、分析和運用。數據庫的設計中應確保數據的穩定性和準確 性。在設計數據庫的過程中，一個重要的步驟就是構建一個系統邏輯模型。通過 先初步設計一個系統數據庫，并根據系統的需求和工程的實際情況不斷的進行修 改，不斷的完善設計的數據庫。
系統數據庫的設計應完整的包含系統所需的所有原始數據和分析數據，同時 系統中所有的事物都最好只表達一次以達到節約數據庫的存儲空間達到減低成 本、提高數據訪問效率和避免部分數據修改后造成“臟數據”產生的目的。系統 對數據庫的中的數據操作比較頻繁，要求系統有較快的響應速度以提高系統性能 1) 數據描述
根據邊坡信息管理系統的需求和對需求的分析，得到主要的實體、實體的屬 性和實體之間的關系，得到系統的 E-R 圖。系統中主要的實體為監測儀器、監 測儀器獲得的監測數據和使用系統的用戶，監測儀器實體衍生出描述監測儀器的 儀器類型，不同用戶對監測數據不同的操作權限衍生出對用戶操作進行限制的權 限，對監測儀器集中管理和監測數據集中采集衍生出監測數據模塊和監測數據采 集箱實體。一個監測儀器具有多組監測數據，多個監測儀器連接在一個數據采集 模塊中，3-4個數據采集模塊集合裝在一套自動化數據采集箱中。系統的E-R圖 如圖 4-12所示。
2） 主要實體的數據庫表的設計
（1）用戶表 用戶表中記錄系統用戶的信息，如用戶序號、用戶名、密碼、權限等級和備 注信息等。用戶表結構如表 4-1所示。
表 4-1 用戶表
字段名稱 數據類型 是否允許NULL值 備注
userID int 不允許 用戶序號
userName nvarchar(50) 不允許 用戶名稱
password char(20) 允許 密碼
userLevel int 不允許 用戶權限等級
userOther nvarchar(128) 允許 用戶備注信息
（2）監測儀器表
監測儀器表中記錄監測儀器的設計編號、監測儀器的類型編號、監測儀器連 接的數據采集模塊的模塊編號、連入自動化數據采集箱的箱子編號、監測儀器的 安裝初始值、受監測儀器量程范圍影響和監測的物理量的允許變化范圍影響的數 據上限值和下限值。監測儀器表結構如表4-2所示。
表 4-2 監測儀器表
字段名稱 數據類型 是否允許NULL值 備注
miID nvarchar(128) 不允許 監測儀器編號
miTypelD int 不允許 監測儀器類型編號
miBoxID int 允許 監測儀器所屬箱子編號
miModID int 允許 連接的數據采集模塊編號
miMaxValue real 不允許 儀器測數允許的上限值
miMin Value real 不允許 儀器測數允許的下限值
miIniValue real 允許 儀器測數初始值
（3）監測數據表
監測數據表中記錄監測數據的序號、監測數據來自的監測儀器的儀器編號、 監測數據采集時的時間、采集的具體數值，并將采集到的監測數據值和監測儀器 允許的上限值和下限值進行比較，當超出允許范圍時，判定監測數據越限，同時 啟動監測預警。
表 4-3 監測數據表
字段名稱 數據類型 是否允許NULL值 備注
dataID int 不允許 監測數據編號
miID nvarchar(128) 不允許 監測儀器編號
dataDT datetime 不允許 數據采集時的時間
dataValue real 允許 采集到的數值
dataIsExceed bool 允許 監測數值是否超出允許范圍
4.3.8 系統安全設計
監測數據作為邊坡監測信息管理系統的基礎，保證數據的安全是非常重要的。 安全合理的管理以獲取的監測數據是此系統設計的重點工作之一。
（1）系統硬件保護 邊坡信息管理系統中主要涉及的系統硬件為監測預警中心的客戶端主機、網 絡設備、服務器和監測現場的監測儀器、監測數據采集模塊和采集箱等。系統硬 件保護主要是保護這些設備不被火災、洪水、地震等自然災害、被盜、使用人員 誤操作和其他人為、非人為破壞。保護的主要措施為在監測預警中心為監測主機 采用 UPS （Uninterruptible Power System/Uninterruptible Power Supply，不間斷電 源）提供電源、相關設備請專人看管并定期進行維護，監測主機禁止非工程人員 使用，并做好使用登記。在監測現場，做好監測儀器、監測數據采集模塊和采集 箱及監測線纜的保護工作，如采用澆筑混凝土匣子保護監測數據采集箱、用水泥 將監測線纜埋于坡面里等。
（ 2 ）系統安全防護
現在大部分計算機都是通過公共計算機網絡實現數據交換，所以系統安全防 護的重點工作之一是確保計算機網絡通信的安全［54］。網絡通信的安全防護是系 統安全防護的主要工作。要做到不隨意用監測主機做瀏覽互聯網和其他不相關事 情，做到專機專用，通過系統身份驗證、防火墻、數據加密等技術增加系統的安 全性。
（ 3）數據備份與數據恢復
數據處理和訪問軟件平臺故障、操作系統設計漏洞、系統硬件故障、人為不 正當操作、網絡惡意破壞和網絡供電故障等都可能造成數據的永遠丟失，所以時 常對數據進行備份是十分重要且不可缺少的。常用數據備份方法有在本機進行復 制備份、采用移動盤或者光盤備份和網絡備份等。
4.4本章小結
本章在對邊坡監測信息管理系統需要實現的功能和達到的要求進行概述的 基礎上，通過對系統進行需求分析和總體設計，將系統進行模塊劃分為七大主要 模塊：系統登錄、用戶管理、數據采集、數據管理、繪制過程線、傳感器設置、 系統設置。對各個模塊實現的流程進行詳細說明的同時，采用面向對象的C#編 程語言和關系型數據庫SQL Server 2008在Visual Studio .NET 2008開發平臺上實 現主要功能模塊的功能。對系統數據庫的設計進行了說明，找出系統中主要的實 體、實際的屬性和實體間的關系，給出了系統的 E-R 圖和部分實體的詳細數據 庫表單結構。為了監測數據的安全，系統設計中對系統的安全中常遇到的問題和 常規應對和解決方案進行了說明。
第5章 邊坡信息化監測的工程應用
本章將前面研究取得的邊坡監測中選擇儀器的基本原則、多種監測儀器的特 點及適用范圍、邊坡信息化監測方案設計原則和建立的邊坡監測信息管理系統應 用到實際邊坡監測工程中。本文選取貴州省畢節至威寧高速公路第五合同段 ZK93+437?ZK94+012段巖質高邊坡開挖工程邊坡施工期系統監測進行應用，主 要進行監測內容的選取、監測儀器的選擇、監測方案的設計及儀器布設、監測數 據的采集和信息反饋方面的實際工程應用。
5.1 實際工程應用技術內容和路線
根據實際工程應用的要求，需要在實際工程中進行監測儀器的選擇、監測內 容的選取、監測方案的設計、監測數據的采集和監測結果的反饋。根據工程的實 際情況和需要進行的內容，制定的實際工程應用的技術路線如圖 5-1 所示。
圖 5-1 實際工程應用技術路線圖
5.2實際工程概述
貴州省畢（節）威（寧）高速公路第五合同段ZK93+437?ZK94+012高邊 坡，該段邊坡全長575m,自然坡橫坡向高陡，坡高約500米，坡度約60°。坡 體上覆第四系殘坡積粉質粘土，下伏二疊系下統茅口組灰巖。設計方案為：邊坡 最大開挖高度為155.43m,共設置十級邊坡，邊坡每級高15m，在第四、七級邊 坡設置5m寬平臺，其余設置2m平臺。其中第一至第三級坡率為1： 0.3,第四 級至第十級坡率為 1： 0.5。各級邊坡分別采取預應力錨索和主動防護網措施，全 坡面增設錨桿掛網噴漿，局部巖體結構破碎段采取錨索框架支護措施。
工程場區在區域構造上屬于黔北臺隆遵義斷拱畢節北東向構造變形區畢節 向斜北西翼，附近有區域斷層野馬川斷層通過，受斷層影響，邊坡區巖體較破碎， 節理、裂隙發育，巖層及結構面產狀變化較大。橫坡高陡，自然坡高約 500 米， 坡度約 60°，坡面植被發育。場區邊坡原始地貌為多級陡坡，大面積出露基巖， 地層巖性為二疊系下統茅口組（P1m）灰巖，第四系殘坡積物（Qel+dl）發育，性 狀為松散黃褐色粉質粘土，邊坡開挖前原始地貌如圖5-2和圖5-3所示。
邊坡在開挖的過程中，揭露坡體坡面破碎帶，隱伏裂隙與溶洞發育，同時局 部坡面在開挖后出現拉裂變形、塌方掉塊的現象，為了保障邊坡施工的安全、為 邊坡動態化設計信息化施工提供依據、為邊坡的穩定性判斷提供依據根據及邊坡 的后期安全運營提供基礎，根據邊坡設計方案要求和邊坡工程實際情況，對 ZK93+437?ZK94+012段巖質高邊坡開挖工程邊坡展開施工期系統監測。
圖 5-2 邊坡開挖前原始地貌
圖 5-3 邊坡開挖前原始地貌
5.3監測內容
根據邊坡設計方案要求、現場實際情況、相關監測規范及動態化設計信息化 施工的監測要求，主要監測項目為地表變形（地表水平位移、地表垂直位移、地 表裂縫）監測、鉆孔多點位移監測、錨索預應力監測、降雨監測等四個部分。監 測內容為雨量自動化監測、坡面位移人工監測、地表裂縫自動化監測、錨索預應 力自動化監測、錨索預應力人工監測、鉆孔多點位移自動化監測和人工巡視監測 等。邊坡的監測內容和監測儀器如表 5-1所示。
通過以上的監測內容，構成此段開挖工程邊坡在施工期的立體監測網。實現 了由坡頂到坡腳的全坡面監測、由邊坡表面到邊坡巖體內部的巖體監測和支護措 施監測構成的系統監測。
5.4監測方案
綜合邊坡設計方案要求、邊坡的特點和監測經費等后，設計了邊坡的系統監 測方案。方案的數據采集采用人工監測和自動化監測相結合的方式進行。
根據邊坡開挖揭露的地質情況，將邊坡范圍兩個大區：大樁號側（里程樁號
K93+720?K94+012段)和小樁號側(里程樁號K93+437?K93+720側)。
初步設計布設 11 條監測斷面:ZK93+515(1-1' )、ZK93+540( 2-2' )、ZK93+570 ( 3-3'、ZK93+595( 4-4'、ZK93+620( 5-5'、ZK93+650( 6-6'、ZK93+670
(7-7'、ZK93+720(8-8'、ZK93+770(9-9'、 ZK93+840(10-10'、ZK93+920 (11-11'。由于邊坡兩側較矮，中間較高，且小樁號段地質情況復雜，故將 4-4' 斷面作為關鍵監測斷面， 3-3'、5-5'和 6-6'斷面作為重點監測斷面， 1-1'、2-2'、 7-7'、8-8'、9-9'、10-10'、11-11'斷面作為輔助監測斷面。各監測斷面在圖5-5 中進行標注。
小樁號側在開挖的過程中揭露出局部巖體破碎、巖溶發育程度高、裂隙發育、 傾外結構面發育等特點，所以作為監測的重點區域。在小樁號側區域內，進行了 地表裂縫自動化監測、地表位移人工監測、錨索預應力自動化監測、錨索預應力 人工監測、鉆孔多點位移自動化監測、雨量自動化監測和人工巡視監測等。大樁 號側在開挖過程中揭露地質較好，巖體較完整、局部裂隙發育的特點。在大樁號 側區域內，進行了地表裂縫人工監測、地表位移人工監測、錨索預應力人工監測 和人工巡視監測等。
表 5-1 邊坡監測內容和監測儀器表
序號 監測內容 監測元件與儀器 儀器類型/型號/精度
1 雨量自動化監測 雨量計 翻斗式/-/0.5mm
2 坡面位移人工監測 全站儀 II 級 /DR200+/ 1”
3 地表裂縫自動化監測 裂縫計 振弦式/量程100mm/0.05mm
4 錨索預應力自動化監測 錨索測力計 振弦式/多種型號/±0.25% F •S
5 錨索預應力人工監測 錨索測力計 振弦式/多種型號/±0.25% F • S
6 鉆孔多點位移自動化監測 多點位移計 振弦式/量程100mm/0.05mm
7 人工巡視監測 照相機、卷子、游標 尺等 -
8 自動化數據采集箱子 太陽能蓄電池、數據 采集模塊、數據傳輸 單元 -
9 自動監測預警中心 計算機控制臺、數據 接收設備、數據整理 和分析軟件等 -
5.5監測儀器的布設及運行狀況
5.5.1 錨索測力計
邊坡共計安裝測力計 196 個，其中 174 個進行正常數據采集工作， 12 個因 錨索張拉不成功，未進行數據采集，但儀器能正常工作。屬于監測儀器損壞的測 力計有10個（其中有6個是因為監測線纜損壞無法修復所致）。對邊坡安裝的測 力計位置按照大小樁號來進行劃分， 174個正常進行數據采集的測力計中有 114 個布設于地質條件較差的小樁號段， 60 個布設于大樁號段。小樁號側已布設測 力計的密度大約是大樁號側的兩倍。
現場測力計的安裝如圖 5-4所示。邊坡系統監測中錨索測力計的布設立面圖 如圖 5-5 所示。
圖 5-4 邊坡錨索應力測力計現場安裝圖
5.5.2 鉆孔多點位移計
在實際監測工作中，在邊坡的小樁號段的二級、三級、四級、六級、七級和 八級安裝多點位移計15套，其中二級4套，三級2套，四級2套，。六級2套， 七級3套和八級2套。其中4點的多點位移計13套， 5點的多點位移計2套， 2 套5點的多點位移分別安裝于關鍵監測斷面4-4'的七級邊坡和重點監測斷面6-6 的二級坡面。 15套多點位移計共計62支位移傳感器，所有多點位移均通過線纜 連接到附近的自動化數據采集箱子中進行自動化數據采集監測。經過接近一年的 監測，除有2支位移傳感器出現不同程度的損壞，其余工作正常。
多點位移計的安裝如圖5-6所示。邊坡多點位移計安裝立面圖和連接自動化
數據采集箱子如圖5-7和圖5-12所示所示。
圖 5-5 邊坡錨索應力測力計安裝位置立面圖
圖 5-7 邊坡多點位移安裝位置立面圖
5.5.3 地表位移監測
監測工作中共在開挖工程邊坡上埋設地表位移監測墩32個，其中邊坡四級 平臺11個，邊坡七級平臺10個，邊坡八級平臺5個，邊坡九級平臺1 個，邊坡 十級平臺5個。按照地表位移監測墩布設位置位于大小樁號來進行劃分，有10 個布設于大樁號側，有22個布設于小樁號側。地表位移監測點布設立面圖如圖 5-8所示。
圖 5-8 邊坡地表位移監測點立面圖
5.5.4 地表裂縫監測
在邊坡開挖過程中，小樁號的七級和八級坡面曾發生變形開裂，為了掌握此 裂縫的變化情況，在裂縫開裂最大的點附近安裝了兩支裂縫計，兩支裂縫計都跨 過裂縫，測量的相對變形方向都與安裝點裂縫的發展方向垂直。裂縫計按要求通 過水工觀測線纜連入自動化數據采集箱子，實現對裂縫的自動化監測。經過一年 多的連續監測，兩支裂縫計工作正常。
現場安裝的裂縫計如圖5-9所示。地表裂縫計安裝位置及連接自動化數據采 集箱子進行自動化監測在圖5-12中進行標示。
5.5.5 雨量監測
降雨在邊坡的開挖施工階段對邊坡的影響較大，為了解降雨對邊坡的變形情 況和其他支護措施的影響，在邊坡小樁號側的七級平臺ZK93+570附近的開闊處 安裝了一臺翻斗式雨量計，雨量計通過水工觀測線纜連入自動化數據采集箱子， 實現對邊坡降雨的實時監測。經過一年多的連續監測，雨量計工作正常。
現場安裝的雨量計如圖5-10所示，雨量計安裝位置及連接自動化數據采集 箱子進行自動化監測在圖 5-12中進行標示。
5.5.6 自動化數據采集箱子
為了掌握邊坡整體穩定性和重點變形區域小樁號側的變形等變化情況，及時 獲取此區域的監測數據，對邊坡小樁號側安裝的多種監測儀器的部分點進行自動 化，共在小樁號側的十級、八級、七級和四級平臺安裝了6 個自動化數據采集箱 子，同時多準備了一個自動化數據采集箱子作為備用，以便在已安裝的箱子出現 被盜或其他故障不能正常工作時進行及時更換，保證監測數據的連續性。
按照兼顧邊坡整體和局部重點區域的原則，選擇邊坡上的 47 臺（支、套） 監測儀器進行自動化監測。包括邊坡坡頂十級坡面的 2 臺錨索測力計、九級坡面 的 9 臺測力計、八級坡面的 5 臺測力計、七級坡面小樁號側的 4 臺測力計、六級 坡面小樁號側的 1 臺測力計、五級坡面小樁號側的 1 臺測力計、四級坡面小樁號 側的4臺測力計、三級坡面小樁號側的2臺測力計和二級坡面小樁號側的1臺測 力計、八級坡面的 2 支裂縫計、七級平臺的 1 臺雨量計、小樁號二至八級的 15 套鉆孔多點位移計。
現場安裝的自動化數據采集箱子如圖 5-11 所示。自動化監測自動化數據采 集箱子布設位置立面圖和通過水工觀測線纜連接的監測儀器如圖 5-12所示。
圖 5-9 邊坡自動化數據采集箱子現場安裝圖
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圖 5-10 邊坡自動化數據采集箱子布設立面圖
5.5.7 信息數據管理系統運行
伴隨著邊坡的開挖和支護，開挖工程邊坡施工期系統監測就及時進行，信息 數據管理系統從系統監測開始時即開始運行，如圖5-9、圖5-10和圖5-11所示。 邊坡支護措施完成后如圖 5-12 所示。
經過一年多的運行監測，系統能很好的完成監測數據的自動化入庫和人工數 據導入入庫、監測儀器的資料管理、監測數據管理、監測數據可視化查詢、監測 數據過程線的繪制、監測數據可視化成果輸出、監測數據的導出及監測預警等工 作，很好的滿足的現場監測的需要，減少了現場人員的工作量，降低了對部分區 域進行監測時的安全風險，提高了監測獲取和分析監測數據的效率，獲得了大量 有效的監測數據，自動化輸出大量監測數據成果。通過系統的運用，及時對邊坡 監測數據進行整理分析，以直觀的圖表展示監測數據的變化情況，多次成功發現 邊坡的異常變形情況并成功預警，對邊坡設計方案的調整、邊坡開挖支護方式的 調整和后期的補強加固方案設計提供了依據，得到參建各方的好評。
圖 5-11 數據管理系統運行圖
圖 5-12 邊坡支護措施施工完成后邊坡現場圖
5.6本章小結
本章就前面提及的邊坡監測中的監測儀器選擇的原則、多種監測儀器的特點 及使用范圍、邊坡信息化監測方案設計原則和建立的邊坡監測信息管理系統應用 到實際邊坡監測工程中。同時選擇貴州省畢節至威寧高速公路第五合同段 ZK93+437?ZK94+012高邊坡開挖工程邊坡施工期系統監測進行實際工程應用， 從實際工程應用的技術內容和路線、系統監測工程概述、工程中監測儀器的選擇、 監測內容的選取、監測方案的設計及儀器布設、監測數據的采集和信息反饋方面 進行詳細說明。通過實際工程實踐，從安裝的監測儀器的運行情況和監測的效果 來看，選擇的監測儀器（錨索測力計、鉆孔多點位移計、裂縫計、雨量計）完好 率高、可靠性強、可重復性好；獲得的監測數據穩定，受外界的影響較小，較好 的滿足了系統監測對監測數據的需要。設計的系統方案兼顧了對全坡的整體穩定 性的監測，又對重點區域進行了重點監測，即對邊坡地質條件較差、變形破壞跡 象明顯的小樁號側加強了監測點的布設密度和數據采集方式，對邊坡頂部和小樁 號側部分點進行自動化數據采集監測達到實時掌握邊坡整體、小樁號側變形破壞 跡象和變形趨勢的目的。從監控效果來看，及時的獲取了監測數據并用邊坡監測 信息管理系統對監測數據進行處理，多次及時發現監測數據中的異常信息并成功 預警，及時將監測結果反饋給參建各方，對邊坡設計方案的調整、邊坡開挖支護 方式的調整和后期的補強加固方案設計提供了依據，得到參建各方的好評。
結 論
本文依托貴州省畢節至威寧高速公路第五合同段K93+437?ZK94+012高邊 坡開挖工程邊坡施工期系統監測，對邊坡監測中常用的監測儀器的特點及適用范 圍、多種監測方式、監測方案的設計、監測數據的獲取和監測數據的分析反饋進 行研究。開發了一套邊坡監測信息管理系統，并在實際邊坡系統監測工程中進行 應用。將本文得到的結論總結如下：
（1） 綜合分析了邊坡監測中不同監測方法和采用不同監測儀器時的特點及 適用情況，為在實際監測工程中如何選擇監測內容和監測儀器來進行監測方案的 設計提供了參考。
（2） 對信息化監測的特點、要求和設計原則等進行了詳細說明，為邊坡信 息化監測方案設計提供了依據和方向。
（3） 為了更加方便的獲取到監測數據并能及時、直觀的從監測數據中找到 需要的監測結果，采用面向對象的C#編程語言和微軟的關系型數據庫SQL Server 2008在 Visual Studio .NET 2008開發平臺上開發了邊坡信息管理系統，實 現了對監測數據的入庫管理、監測數據管理、監測數據可視化查詢、監測數據過 程線的繪制、數據的導入和導出、監測儀器的資料管理及監測預警等，系統能及 時從監測數據中分析出邊坡相關物理量的變化情況，滿足及時預警、及時反饋監 測結果給參建各方的要求。開發的邊坡信息管理系統具有如下特點：
①能廣泛應用于大型邊坡的工程的安全監測中；
②采用可視化技術，繪制監測量的時間-過程曲線圖，直觀顯示監測結果， 操作簡單，界面友好，便于監測工作人員使用。
③實現監測數據和監測儀器資料的導入和導出備份，保障監測數據的安全 和可通過擴展滿足其他新增的功能需求。
（4） 將監測儀器選擇的原則、多種監測儀器的特點及使用范圍、邊坡信息 化監測方案設計原則和建立的邊坡監測信息管理系統使用在實際邊坡監測工程 中，實現了監測數據的信息化管理和監測數據的可視化查詢、顯示和分析，減少 了現場監測人員的工作量，降低了對部分不安全區域進行監測時的安全風險，提 高了監測獲取和分析監測數據的效率，獲得了大量有效的監測數據，輸出大量監 測數據圖表成果，多次成功發現邊坡異常變形情況應成功預警，對邊坡設計方案 的調整、邊坡開挖支護方式的調整和后期的補強加固方案設計提供了依據。
（5） 通過工程實踐，在進行巖質高邊坡的監測時，宜選分辨率高、量程可 重復置零的監測儀器；振弦類傳感器監測儀器因結構、操作和安裝簡單，且采集 的數值結果在經過線纜進行傳輸時不受線纜電阻的影響，應在儀器選擇時優先考 慮；監測方案設計時，在滿足邊坡整體監測要求的情況下，對重點觀測區域應增 加監測方式、增強監測點布設密度和監測數據采集頻率等；施工期監測儀器的損 壞主要為現場施工影響所致，儀器的安全保護措施應在儀器安裝時及時進行實施 本文由于受到時間因素的限制，加之作者的知識能力限制，后續應在以下方 面加強研究：
（1） 進一步完善監測的可視性功能。如建立被監測邊坡的三維立體模型， 將各個監測儀器埋設于立體模型中，直觀展示監測儀器的空間關系、直觀展示各 個監測儀器控制的區域，當監測數據發生變化時，便于定位邊坡發生變形的位置 和變化的趨勢。
（2） 擴展系統的功能，引入邊坡預測方法，建立預測分析模型，根據監測 數據對邊坡變形進行預測分析。
（3） 邊坡破壞并不是瞬間形成的，而是有一個逐漸發展，由質變到量變的 過程。通過觀測這一過程及邊坡最終發生破壞時的條件，研究邊坡監測時的預警 值將是一個艱難而十分必要的課題。
致 謝
時光匆匆，三年的研究生生活即將結束，再回首三年的學習生活，充滿了老 師的悉心教導和無私關愛，充滿了朋友的鼓勵和幫助，充滿了親人的默默支持和 關心。在此向所有關心和幫助過我的人道一聲感謝。
首先，感謝我的恩師庹先國教授。在三年的學習和生活中，得到了庹老師諸 多幫助和支持。在學習中，庹老師為我們提供了優越的科研條件，使我們能靜下 心來專心做科研。同時，為我們提供了良好的學習平臺和營造了良好的學術氛圍， 并積極鼓勵大家參與科研項目。在生活中，為我們營造了“團結、和諧、進步、 創新”的工作生活氛圍，激勵著我們奮發向上，敢于拼搏。此外，還讓我們積極 參與到實際工程項目中去，培養我們綜合素質，包括語言表達能力、組織協調能 力、工程管理能力以及團隊協作能力等。在此，再次誠摯的感謝庹老師三年來為 培養我們所花費的心血與精力。
感謝信息科學與技術學院和研究生院的領導與老師們，在學習期間他們給了 我無私的幫助與支持。
在此，我也要感謝工作室的奚大順教授、劉明哲教授、任家富教授、成毅副 教授、余小平副教授、楊劍波副教授、蔡彪副教授、施剛老師、王磊老師、王洪 輝老師、趙曉云老師、穆克亮、連曉雯、李平川、岳萍、王琳、石睿、彭鳳凌、 任俊、廖斌等老師、長輩和同學們在這三年中給予我的支持和付出。同時也感謝 貴州省畢威五標項目經理部的田應端經理、孔余江經理和其他同事們，在論文進 行實際工程項目實踐時得到了他們很大的幫助和支持。
感謝我的家人在我慢慢求學路上的默默關心與支持，正是有他們的鼓勵和支 持，在我求學路上迷茫的時候給我堅決的支持和鼓勵，使我一路平坦的走來，才 會順利的完成學業。我要特別感謝我的父母，沒有他們的辛苦付出，就沒有我今 天的成績。
最后，感謝各位專家和評委的耐心審閱，感謝你們提出的寶貴意見和建議。
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