围岩及边坡检测

围岩与边坡工程安全检测技术

围岩与边坡的稳定性是岩土工程、矿山工程、交通水利等领域的基础性安全问题。系统的工程检测是评估稳定性、预警灾害、指导设计与施工的核心手段。本文旨在系统阐述围岩及边坡检测的关键技术体系。

一、 检测项目与方法原理

检测工作主要围绕岩土体的变形、应力状态及环境影响因素展开，可分为现场监测与物理探测两大类。

1. 变形监测
变形是稳定性最直观的表征。

• 表面位移监测：

  • 大地测量法： 采用全站仪、GNSS接收机对布设于坡体或洞周表面的监测点进行定期三维坐标测量，通过坐标变化计算位移量与方向。该方法精度高，适用于大范围监测。

  • 近景摄影测量与三维激光扫描： 通过非接触式快速获取监测对象表面的高密度三维点云数据，生成数字高程模型（DEM），进行整体变形分析和表面变化量计算，尤其适用于地形复杂、人员难以到达的区域。

• 内部位移监测：

  • 测斜法： 在钻孔内安装垂直向测斜管，使用便携式或固定式测斜仪探头，测量沿深度方向各点的水平位移，从而确定潜在滑动面的位置与深度。原理是基于加速度计测量探头轴线与重力方向的夹角。

  • 多点位移计： 在钻孔内不同深度安装锚固点，通过连接杆将各点位移传递至孔口传感器（通常为振弦式或LVDT式），测量岩土体沿钻孔轴向的拉伸或压缩变形，用于评价围岩松弛范围或边坡内部变形。

2. 应力与荷载监测

• 岩体应力监测： 采用钻孔应力计（如振弦式、光纤光栅式）或液压枕，直接测量岩体内部的应力变化。空心包体应变计法通过在钻孔中安装应变花并胶结，测量套钻解除过程中应变释放，反算原岩应力。

• 支护结构荷载监测： 使用钢筋计（振弦式或应变片式）监测锚杆、锚索的轴力；采用压力盒（振弦式或电阻应变式）监测喷射混凝土层与围岩间的接触压力，或格构梁、抗滑桩等支挡结构承受的土压力。

3. 地下水与环境因素监测

• 地下水位/孔隙水压力监测： 在监测钻孔中安装渗压计（振弦式或压阻式），连续监测水位或孔隙水压力变化。水压是影响边坡抗滑力与围岩稳定性的关键因素。

• 降雨量、裂缝开度、振动监测： 配套使用雨量计、裂缝计、爆破振动监测仪等，获取触发变形的主要外部因素数据。

4. 物理勘探与无损检测

• 声波/超声波测试： 通过在岩体表面或钻孔中激发和接收弹性波，测量波速。波速与岩体的完整性、密度、弹性模量密切相关，可用于评价岩体质量、松动圈范围及裂隙发育程度。

• 地质雷达： 向地下发射高频电磁脉冲，根据反射波的走时、振幅与波形，探测浅部岩土体的层理、裂隙、溶洞等不良地质体及潜在滑面。

• 微震监测： 在监测区域布设高灵敏度传感器阵列，捕获岩体破裂产生的微弱弹性波信号，通过反演定位微震事件源，实时评价岩体损伤累积过程与潜在失稳区域，属于前瞻性预警手段。

二、 检测范围与应用领域

检测需求贯穿于工程全生命周期，主要应用领域包括：

• 矿山工程： 露天矿边坡稳定性监测（重点为边坡表面与深部位移、爆破振动）、井下巷道与采场顶板及两帮围岩稳定性监测（位移、应力、松动圈）、尾矿库坝体安全监测。

• 交通工程： 铁路、公路路堑与路堤边坡的长期安全监测；隧道施工期与运营期围岩收敛、拱顶沉降、支护应力监测。

• 水利水电工程： 库区岸坡、大坝坝肩、溢洪道高边坡的稳定性监测；引水隧洞、地下厂房洞室群的围岩变形与支护效应监测。

• 建筑工程与城市地下空间： 深基坑开挖引起的边坡及周边环境变形监测；地铁隧道盾构或钻爆法施工中的围岩与地表沉降监测。

• 地质灾害防治： 对自然滑坡、崩塌、泥石流等灾害体进行专业监测，服务于预警预报与工程治理效果评估。

三、 检测标准与规范

检测工作须遵循严格的行业标准与规范，确保数据的科学性、准确性与可比性。

• 国际主要标准：

  • 国际岩石力学学会（ISRM）颁布的系列《岩石力学试验建议方法》，为监测技术提供了基础性指南。

  • 美国材料与试验协会（ASTM）相关标准，如ASTM D4408用于测斜仪测量。

• 中国国家标准（GB）与行业标准：

  • 通用标准： 《工程测量规范》（GB 50026）、《岩土工程监测规范》（YS/T 5229）。

  • 边坡工程： 《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330）中设有监测章节；《滑坡防治工程勘查规范》（GB/T 32864）、《非煤露天矿边坡工程技术规范》（GB 51016）均包含详细监测要求。

  • 地下工程： 《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB 50086）、《公路隧道施工技术规范》（JTG/T 3660）对隧道监控量测有明确规定。

  • 水利水电： 《水电水利工程边坡施工技术规范》（DL/T 5255）、《水电水利工程岩石试验规程》（DL/T 5368）。

  • 监测仪器： 各类监测仪器均有相应的产品标准与校准规程，如《振弦式传感器通用技术条件》（GB/T 13606）。

四、 主要检测仪器及其功能

1. 全站仪： 高精度角度与距离测量仪器，用于地表变形监测点的三维坐标测量，可实现自动化无人值守监测。

2. GNSS接收机： 通过接收全球导航卫星系统信号，实现监测点毫米级至厘米级精度的三维绝对位移实时监测，特别适用于大范围、长距离边坡监测。

3. 测斜仪系统： 由测斜管、探头（传感器）、读数仪及数据处理软件组成，用于精确测量岩土体内部水平位移沿深度的分布。

4. 多点位移计： 由锚头、位移传递杆（丝）、护管、孔口安装基座及传感器组成，用于监测岩体内部不同深度的轴向位移。

5. 振弦式传感器系列： 包括钢筋计、锚索测力计、土压力盒、渗压计等。其原理是钢弦的固有振动频率随其受力（应变）变化，通过测量频率变化换算出物理量。该类传感器性能稳定，抗干扰能力强，适于长期监测。

6. 光纤光栅传感器： 利用光纤光栅中心波长对温度与应变的敏感特性进行测量，可串联组网，实现分布式、长距离、抗电磁干扰的准分布式监测，适用于大型结构如边坡、大坝、长隧道。

7. 三维激光扫描仪： 快速获取被测物体表面海量点云数据，通过周期扫描对比，分析整体变形趋势与方量变化。

8. 声波检测仪： 由发射换能器、接收换能器及主机组成，用于测量岩体声波波速，评价岩体完整性。

9. 地质雷达： 由主机、天线及数据处理软件构成，用于浅层地质结构、隐蔽缺陷及地下埋藏物的无损探测。

10. 微震监测系统： 由高灵敏度检波器阵列、数据采集单元、数据传输网络及中央处理分析软件平台组成，用于实时监测岩体内部微破裂事件，进行损伤定位与稳定性分析。

结语
现代围岩与边坡检测技术已发展成为多参数、立体化、自动化与智能化的综合监测系统。通过科学规划检测项目，合理选用监测方法与仪器，并严格遵循相关标准规范，能够有效获取岩土体稳定性态的关键信息，为工程安全施工、运营维护及灾害预警提供不可或缺的数据支撑，最终实现防灾减灾、保障生命财产安全的目标。未来，随着物联网、大数据、人工智能等技术的深度融合，监测技术将向更高程度的实时化、智能化与预警精准化方向发展。