D0I:10.13374/i.i8sm1001-t53.2010.01.012 第32卷第1期 北京科技大学学报 Vol 32 No 1 2010年1月 Journal of Un iversity of Science and Technolgy Beijing Jan 2010 综合监测技术在高陡边坡中的应用 余伟健)高谦) 1)湖南科技大学能源与安全工程学院，湖南湘潭4112012)北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083 摘要针对厂坝铅锌露天矿高陡边坡的特点，确定了以“GPS监测手段为主，以水准仪、裂缝仪等监测手段为辅”的监测方 案，详细介绍了该方案的设计与布设.以北帮边坡1500m台阶的监测数据为例进行了变形规律分析，并评价了北帮边坡的综 合监测结果.结果表明：在监测点B03~B06的北帮边坡稳定性最差，近600d的最大位移量为231.1mm,存在着滑移岩体： 1500边坡岩体的变形速率曲线显现出明显的S形，凸起段表现为由雨季降水引起的加速变形期：裂缝的累积变形阶段呈现 出初期的相对稳定期、中期的变形触发期和第3阶段的稳定变形持续期：北帮中部台阶1500m边坡的变形较其他台阶边坡显 著，稳定性最差。因此，该监测系统的应用效果较好，是高陡边坡变形监测的重要方法之一· 关键词监测；全球定位系统(GPS):高陡边坡；变形分析 分类号D325+.3 Application of a syn thetic m on itoring techn ique to high and steep slopes YU Wei-jian.GAO Qian) 1)School of Energy and Safety Engineering Hunan University of Science and Technology X iangtan 411201.China 2)School of Civil and Envimommental Engineerng University of Science and Technology Beijing Beijng 100083 China ABSTRACT According to the characteristics of a high and steep sbpe in Changba Lead-zinc Open-pitM ine a slope monitoring pm- ject was selected which is chiefly by GPS secondly by leveling instnments and crack instnments Designing and constmuction of the monitoring system were ntmoduced n detail Monitoring data of the 1500m step of the north wall slope were taken for example to ana- lyze the defomation law.and synthetic monitoring results of the north wall slope were evalated The results show that the stability of the north wall slope between B03 and B06 is the poorest its maximumn displacenent reached 231.1mm in nearly 600d and slip rock mass may exist in the segm ent slope The displacement rate curves display an obvious S-shape and the convex segn ent shows an ac- celeration defomation stage by rainfall in rainy season Accumulated defomation of cracks can be divided into three stages early rela- tive stable stage middle defomation triggering stage and the thid stage stable defomation duration Monitoring data indicate that the displacement of the m iddle 1500m step slope is greater than any others and its stability is the poorest The application effect of the monitoring system is significantly which is one of iportantmethods for displacem entmonitoring of high and steep slopes KEY W ORDS monitoring global positioning systemn(GPS):steep slope defomation analysis 厂坝铅锌露天矿是目前我国为数不多的高陡矿 纬仪和全站仪为主，这些方法具有成本低、使用方便 山边坡之一，具有坡面高陡、岩体风化严重以及构造 等优点，其缺点是不适用于高差悬殊的边坡.由于 带活跃等特点，在矿体开采的过程中各台阶边坡面 全球定位系统(glbal position ing system,GPS)系统 开裂严重，时有大小石头滚下，曾发生多次滑坡1-9 能够实现全球范围内全天候、高精度地提供从地面 (图1)，为了确保露天转井下开采的顺利实施，有 到9000km高空之间的任意位置的三维坐标[3-0). 必要对该矿山边坡进行监测和变形分析，以便在紧因此，针对厂坝铅锌露天矿的特点，确定了以“GPS 急情况下采取相应的安全措施，确保矿山安全生产， 监测手段为主，以水准仪、裂缝仪等监测手段为辅” 目前，国内外矿山边坡变形监测方式仍以水准仪、经 的边坡监测方案 收稿日期：2008-10-06 基金项目：国家科技支撑计划资助项目(N。2008BAB32BO1) 作者简介：余伟健(1978)男，博士研究生：高谦(195G)男，教授，博士生导师，E mail gaoqian@ces us山cd加cm
第 32卷 第 1期 2010年 1月 北 京 科 技 大 学 学 报 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ Ｖｏｌ．32Ｎｏ．1 Ｊａｎ．2010 综合监测技术在高陡边坡中的应用 余伟健 1） 高 谦 2） 1） 湖南科技大学能源与安全工程学院湖南 湘潭 411201 2） 北京科技大学土木与环境工程学院北京 100083 摘 要 针对厂坝铅锌露天矿高陡边坡的特点确定了以 “ＧＰＳ监测手段为主以水准仪、裂缝仪等监测手段为辅 ”的监测方 案详细介绍了该方案的设计与布设．以北帮边坡 1500ｍ台阶的监测数据为例进行了变形规律分析并评价了北帮边坡的综 合监测结果．结果表明：在监测点 Ｂ03～Ｂ06的北帮边坡稳定性最差近 600ｄ的最大位移量为 231∙1ｍｍ存在着滑移岩体； 1500ｍ边坡岩体的变形速率曲线显现出明显的 Ｓ形凸起段表现为由雨季降水引起的加速变形期；裂缝的累积变形阶段呈现 出初期的相对稳定期、中期的变形触发期和第 3阶段的稳定变形持续期；北帮中部台阶1500ｍ边坡的变形较其他台阶边坡显 著稳定性最差．因此该监测系统的应用效果较好是高陡边坡变形监测的重要方法之一． 关键词 监测；全球定位系统 （ＧＰＳ）；高陡边坡；变形分析 分类号 ＴＤ325 ＋∙3 Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆａｓｙｎｔｈｅｔｉｃｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅｔｏｈｉｇｈａｎｄｓｔｅｅｐｓｌｏｐｅｓ ＹＵＷｅｉ-ｊｉａｎ 1）ＧＡＯＱｉａｎ 2） 1） ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｅｒｇｙａｎｄＳａｆｅｔｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＨｕｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＸｉａｎｇｔａｎ411201Ｃｈｉｎａ 2） ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇＢｅｉｊｉｎｇ100083Ｃｈｉｎａ ＡＢＳＴＲＡＣＴ ＡｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆａｈｉｇｈａｎｄｓｔｅｅｐｓｌｏｐｅｉｎＣｈａｎｇｂａＬｅａｄ-ｚｉｎｃＯｐｅｎ-ｐｉｔＭｉｎｅａｓｌｏｐｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｐｒｏ- ｊｅｃｔｗａｓｓｅｌｅｃｔｅｄｗｈｉｃｈｉｓｃｈｉｅｆｌｙｂｙＧＰＳｓｅｃｏｎｄｌｙｂｙｌｅｖｅｌｉｎｇｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓａｎｄｃｒａｃｋｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ．Ｄｅｓｉｇｎｉｎｇａｎｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ．Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｄａｔａｏｆｔｈｅ1500ｍｓｔｅｐｏｆｔｈｅｎｏｒｔｈｗａｌｌｓｌｏｐｅｗｅｒｅｔａｋｅｎｆｏｒｅｘａｍｐｌｅｔｏａｎａ- ｌｙｚｅｔｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｌａｗａｎｄｓｙｎｔｈｅｔｉｃｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｎｏｒｔｈｗａｌｌｓｌｏｐｅｗｅｒｅｅｖａｌｕａｔｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆ ｔｈｅｎｏｒｔｈｗａｌｌｓｌｏｐｅｂｅｔｗｅｅｎＢ03ａｎｄＢ06ｉｓｔｈｅｐｏｏｒｅｓｔｉｔｓｍａｘｉｍｕｍｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｒｅａｃｈｅｄ231∙1ｍｍｉｎｎｅａｒｌｙ600ｄａｎｄｓｌｉｐｒｏｃｋ ｍａｓｓｍａｙｅｘｉｓｔｉｎｔｈｅｓｅｇｍｅｎｔｓｌｏｐｅ．ＴｈｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｒａｔｅｃｕｒｖｅｓｄｉｓｐｌａｙａｎｏｂｖｉｏｕｓＳ-ｓｈａｐｅａｎｄｔｈｅｃｏｎｖｅｘｓｅｇｍｅｎｔｓｈｏｗｓａｎａｃ- ｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｔａｇｅｂｙｒａｉｎｆａｌｌｉｎｒａｉｎｙｓｅａｓｏｎ．Ａｃｃｕｍｕｌａｔｅｄｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｃｒａｃｋｓｃａｎｂｅｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏｔｈｒｅｅｓｔａｇｅｓ：ｅａｒｌｙｒｅｌａ- ｔｉｖｅｓｔａｂｌｅｓｔａｇｅｍｉｄｄｌｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｔｒｉｇｇｅｒｉｎｇｓｔａｇｅａｎｄｔｈｅｔｈｉｒｄｓｔａｇｅｓｔａｂｌｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｄｕｒａｔｉｏｎ．Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｄａｔａｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｍｉｄｄｌｅ1500ｍｓｔｅｐｓｌｏｐｅｉｓｇｒｅａｔｅｒｔｈａｎａｎｙｏｔｈｅｒｓａｎｄｉｔｓｓｔａｂｉｌｉｔｙｉｓｔｈｅｐｏｏｒｅｓｔ．Ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｉｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｗｈｉｃｈｉｓｏｎｅｏｆｉｍｐｏｒｔａｎｔｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｏｆｈｉｇｈａｎｄｓｔｅｅｐｓｌｏｐｅｓ． ＫＥＹＷＯＲＤＳ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；ｇｌｏｂａｌｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｓｙｓｔｅｍ（ＧＰＳ）；ｓｔｅｅｐｓｌｏｐｅ；ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓ 收稿日期：2008--10--06 基金项目：国家科技支撑计划资助项目 （Ｎｏ．2008ＢＡＢ32Ｂ01） 作者简介：余伟健 （1978— ）男博士研究生；高 谦 （1956— ）男教授博士生导师Ｅ-ｍａｉｌ：ｇａｏｑｉａｎ＠ｃｅｓ．ｕｓｔｂ．ｅｄｕ．ｃｎ 厂坝铅锌露天矿是目前我国为数不多的高陡矿 山边坡之一具有坡面高陡、岩体风化严重以及构造 带活跃等特点在矿体开采的过程中各台阶边坡面 开裂严重时有大小石头滚下曾发生多次滑坡 ［1--2］ （图 1）．为了确保露天转井下开采的顺利实施有 必要对该矿山边坡进行监测和变形分析以便在紧 急情况下采取相应的安全措施确保矿山安全生产． 目前国内外矿山边坡变形监测方式仍以水准仪、经 纬仪和全站仪为主这些方法具有成本低、使用方便 等优点其缺点是不适用于高差悬殊的边坡．由于 全球定位系统 （ｇｌｏｂａｌｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｓｙｓｔｅｍＧＰＳ）系统 能够实现全球范围内全天候、高精度地提供从地面 到 9000ｋｍ高空之间的任意位置的三维坐标 ［3--10］． 因此针对厂坝铅锌露天矿的特点确定了以 “ＧＰＳ 监测手段为主以水准仪、裂缝仪等监测手段为辅 ” 的边坡监测方案． DOI :10．13374／j．issn1001—053x．2010．01．012
第1期 余伟健等：综合监测技术在高陡边坡中的应用 ,15. a 图1厂坝露天铅锌矿高陡边坡.(a)北帮边坡；(b)1500m平台 Fig 1 High and steep slope of Changha Lead zinc Open pitM ne (a)north slope (b)1500m step 定的 1边坡监测系统设计与布设 (3)监测点设计与施工·监测点点位的标石、 (1)边坡监测范围与GPS监测网布设.通过对 标志及其埋设应按下列要求：①土体上的观测点： 该矿区开采现状的实地考察和边坡滑坡分析，认为 可埋设预制混凝土标石·顶部采用嵌入半球状钢筋 北帮边坡坡面高而陡，存在滑坡的隐患；并考虑到随 标志，而在冻土地区，标石应埋至标准冻土线以下 着开采深度的增加，东帮和西北帮边坡也存在失稳 0.5m,标石顶部须露出地面10am左右，②岩体上 的可能.因此，GPS监测控制网的设计应以北帮边 的观测点：可采用砂浆现场浇固的钢筋标志.凿孔 坡监测为主，同时兼顾东帮和西北帮边坡，北帮监 深度不宜少于10am,埋好后，标志顶部须露出岩体 测点主要布设在1334m台阶、1382m台阶、1500m 面约5m 台阶和1622m台阶这四个台阶；东帮监测点布设在 (4)位移监测实施，雨季可能导致边坡稳定性 1538m台阶；南帮监测点布设在1358m台阶.布设 降低，因此雨季期间应缩短监测周期：开采也会使边 范围为33~53线，并以33~45线为主要监测区，监 坡的稳定性降低，在接近开采界限时，应及时关注边 测点一般沿勘探线布置，根据《GJ尔8-1997建筑 坡的稳定性，适当加密监测次数，尤其加密水准仪和 变形测量规程》规定以及监测网的用途，确定本次 经纬仪监测次数，因此，在进行边坡位移监测的同 GPS监测网为一级变形监测网.监测网如图2 时，应加强边坡的管理与巡视，通过对边坡的宏观变 所示 形破坏现象调查（如裂缝），来调整位移监测周期， NOSADA01 以便对边坡的滑坡做出及时预报， 北香动装16自的或行加 w8965 2监测成果分析 /D07 B10B08 D4东帮边被 北帮边坡 u面函m 位01台的 北帮是采场的最高边坡，是此次监测的重点地 -1500m台阶_B16B15 段.分别在北帮边坡上部(162216101582m,编 号为A)、中部(1500m台阶，编号为B)和下部 北帮边坡 (1382m台阶，编号为C)这三个台阶上布置GPs测 南帮边坡 0,1382m台阶 1358m台阶.Z02 点，并在测点间增设水准测点，以便准确地获取北帮 北帮边坡 g01 边坡的变形量和发展趋势，由于篇幅原因，在此只 14n台价0 对北帮边坡重点区域1500m台阶的监测数据进行 图2厂坝露天铅锌矿GPS监测系统 分析 Fig 2 GPS monitoring systen of Changba Lead-zine Open pit M ine 2.1累积位移分析 (2)水准仪和经纬仪监测点与监测网，为了观 北帮边坡1500m水平处留有宽约5m的过渡 测GPS监测点之间局部岩体的移动与滑移，在GPS 平台，将北帮边坡分成上部和下部.上部边坡不仅 监测网的基础上，布设水准仪和经纬仪监测点，并通 较缓，而且由于该平台的缓冲作用，使得上部边坡对 过水准仪和经纬仪监测网进行局部岩体的监测和小 采场的影响相对较小.1500m平台以下边坡较陡， 滑坡预报，监测网设计需要考虑实际边坡情况以及 且滑体直接冲入采场，威胁采场安全生产.因此，在 GP$监测网的监测点位置，因此水准仪和经纬仪监 1500m平台上自东向西，布置编号为B01~B16的 测网布设的具体位置是根据具体环境和条件而确 16个GPS位移测点，其中有12个测点所获得的资
第 1期 余伟健等： 综合监测技术在高陡边坡中的应用 图 1 厂坝露天铅锌矿高陡边坡．（ａ） 北帮边坡；（ｂ）1500ｍ平台 Ｆｉｇ．1 ＨｉｇｈａｎｄｓｔｅｅｐｓｌｏｐｅｏｆＣｈａｎｇｂａＬｅａｄ-ｚｉｎｃＯｐｅｎ-ｐｉｔＭｉｎｅ：（ａ） ｎｏｒｔｈｓｌｏｐｅ；（ｂ）1500ｍｓｔｅｐ 1 边坡监测系统设计与布设 （1） 边坡监测范围与 ＧＰＳ监测网布设．通过对 该矿区开采现状的实地考察和边坡滑坡分析认为 北帮边坡坡面高而陡存在滑坡的隐患；并考虑到随 着开采深度的增加东帮和西北帮边坡也存在失稳 的可能．因此ＧＰＳ监测控制网的设计应以北帮边 坡监测为主同时兼顾东帮和西北帮边坡．北帮监 测点主要布设在 1334ｍ台阶、1382ｍ台阶、1500ｍ 台阶和 1622ｍ台阶这四个台阶；东帮监测点布设在 1538ｍ台阶；南帮监测点布设在 1358ｍ台阶．布设 范围为 33～53线并以 33～45线为主要监测区监 测点一般沿勘探线布置．根据 《ＪＧＪ／Ｔ8—1997建筑 变形测量规程 》规定以及监测网的用途确定本次 ＧＰＳ监测网为一级变形监测网．监测网如图 2 所示． 图 2 厂坝露天铅锌矿 ＧＰＳ监测系统 Ｆｉｇ．2 ＧＰＳｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｏｆＣｈａｎｇｂａＬｅａｄ-ｚｉｎｃＯｐｅｎ-ｐｉｔＭｉｎｅ （2） 水准仪和经纬仪监测点与监测网．为了观 测 ＧＰＳ监测点之间局部岩体的移动与滑移在 ＧＰＳ 监测网的基础上布设水准仪和经纬仪监测点并通 过水准仪和经纬仪监测网进行局部岩体的监测和小 滑坡预报．监测网设计需要考虑实际边坡情况以及 ＧＰＳ监测网的监测点位置因此水准仪和经纬仪监 测网布设的具体位置是根据具体环境和条件而确 定的． （3） 监测点设计与施工．监测点点位的标石、 标志及其埋设应按下列要求：① 土体上的观测点： 可埋设预制混凝土标石．顶部采用嵌入半球状钢筋 标志而在冻土地区标石应埋至标准冻土线以下 0∙5ｍ标石顶部须露出地面 10ｃｍ左右．② 岩体上 的观测点：可采用砂浆现场浇固的钢筋标志．凿孔 深度不宜少于 10ｃｍ埋好后标志顶部须露出岩体 面约 5ｃｍ． （4） 位移监测实施．雨季可能导致边坡稳定性 降低因此雨季期间应缩短监测周期；开采也会使边 坡的稳定性降低在接近开采界限时应及时关注边 坡的稳定性适当加密监测次数尤其加密水准仪和 经纬仪监测次数．因此在进行边坡位移监测的同 时应加强边坡的管理与巡视通过对边坡的宏观变 形破坏现象调查 （如裂缝 ）来调整位移监测周期 以便对边坡的滑坡做出及时预报． 2 监测成果分析 北帮是采场的最高边坡是此次监测的重点地 段．分别在北帮边坡上部 （162216101582ｍ编 号为 Ａ）、中部 （1500ｍ台阶编号为 Ｂ）和下部 （1382ｍ台阶编号为 Ｃ）这三个台阶上布置 ＧＰＳ测 点并在测点间增设水准测点以便准确地获取北帮 边坡的变形量和发展趋势．由于篇幅原因在此只 对北帮边坡重点区域 1500ｍ台阶的监测数据进行 分析． 2∙1 累积位移分析 北帮边坡 1500ｍ水平处留有宽约 5ｍ的过渡 平台将北帮边坡分成上部和下部．上部边坡不仅 较缓而且由于该平台的缓冲作用使得上部边坡对 采场的影响相对较小．1500ｍ平台以下边坡较陡 且滑体直接冲入采场威胁采场安全生产．因此在 1500ｍ平台上自东向西布置编号为 Ｂ01～Ｂ16的 16个 ＧＰＳ位移测点其中有 12个测点所获得的资 ·15·
,16 北京科技大学学报 第32卷 料有效.表1给出了北帮边坡1500m平台12个测 点的位移矢量 表1北帮1500m边坡测点位移值 Table 1 Diplcenent vahes ofmeasuring points on the north wall 1500m step sbpe mm 位移D=(△2+△，+△)12 监测时间 边坡东侧 边坡西侧 阶段 d B01 B02 B03 B06 B07 B08 B09 B10 B11 B13 B15 B16 103 15.3 15.0 25.7 29.8 23.0 19.1 15.5 10.4 8.8 11.6 12.7 11.1 93 28.3 28.8 40.1 45.6 35.8 24.1 23.3 20.6 25.6 25.7 27.0 30.5 62 17.0 13.6 55.3 34.5 25.3 17.2 11.9 12.7 3.8 4.5 5.6 0.1 N 7.7 8.1 15.6 12.5 9.7 9.1 6.4 7.0 5.3 5.4 4.1 1.3 144 13.3 12.0 33.0 32.5 23.4 12.3 9.2 8.1 4.9 2.6 0.1 1.0 105 29.0 27.0 61.4 59.2 41.4 30.2 30.3 21.7 22.5 21.4 26.3 25.3 图3和图4给出了1500m平台东、西侧的位 小.B03点的最大位移达到231.1mm,最小累积位 移时间曲线图.从图中所显示的测点累积位移曲 移也超过50mm因此，监测，点B03~B06的边坡岩 线可以看出，1500m台阶边坡位移的变化趋势存在 体稳定性最差， 明显的三个阶段，即减速变形阶段、稳定变形阶段和 2.2测点位移速率分析 加速变形阶段，其最大位移达到231.1mm,接近于 为了评价边坡的稳定性，可根据测，点位移速率 东帮最大累积位移(85.2mm)的3倍.另外，以测点 矢量=[（△十△y十△）1（伪监测时间）算 B03~B06的边坡累积位移最大，而以B03~B06两 出位移速率.图5显示了1500m平台各阶段的位 侧测点的最大累积位移则以中心分别向两侧逐渐减 移速率，图6给出了1500m平台各测点平均位移速 250 率.从图5可见，1500m边坡岩体在整个监测阶段 +B01 200 ·B02 的变形速率显现出明显的S形，S形的前个凸起段 +B03 B06 150 表现为加速变形期，其原因为受当年雨季降水的影 +B08 +B09 响：随后，由于旱季降雨减少，边坡处于相对稳定期， 变形速率随之减小；$形后部，变形速率又急剧增 50 加，这正和当年的长期降雨密切相关.由图5还可 0 103 196258347 491596 以发现，位于北帮37线附近的B03和BO6两个测 监测时间 点的位移速率最大，尤其BO3测点在第Ⅲ监测阶 图31500m平台东部边坡累积位移曲线 段，其最大变形速率达到0.89mmd,该段边坡具 Fig 3 Accumulative displacement curves of the east slope of the 1500m step 有显著的变形加速特性·从图6可知，测点B03~ BO6的边坡平均变形速率明显地高于东、西两侧的 120 岩体变形速率，在长达596d的变形监测阶段，其平 +B09 100 ·B10 均变形速率接近于0.4mm·d厂，说明该段边坡一直 +B11 0 -B13 10r+B01 -B07--B11 +B15 60 +B16 08 。-B02 +-B08+-B13 +-B03 +-B09-B15 -B06 40 06 —-B10+-B16 20 0 103196258347491596 监测时间 图41500m平台西部边坡累积位移曲线 监测阶段 Fig 4 Accmulative displacement curves of the west slope of the 图51500m平台各阶段位移速率图 1500m step Fig 5 Displacement mate curves of the 1500m step in different stages
北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 料有效．表 1给出了北帮边坡 1500ｍ平台 12个测 点的位移矢量． 表 1 北帮 1500ｍ边坡测点位移值 Ｔａｂｌｅ1 Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｖａｌｕｅｓｏｆｍｅａｓｕｒｉｎｇｐｏｉｎｔｓｏｎｔｈｅｎｏｒｔｈｗａｌｌ1500ｍｓｔｅｐｓｌｏｐｅ ｍｍ 监测 阶段 时间／ ｄ 位移 Ｄ＝（Δｘ2＋Δｙ2＋Δｚ2） 1／2 边坡东侧 边坡西侧 Ｂ01 Ｂ02 Ｂ03 Ｂ06 Ｂ07 Ｂ08 Ｂ09 Ｂ10 Ｂ11 Ｂ13 Ｂ15 Ｂ16 Ⅰ 103 15∙3 15∙0 25∙7 29∙8 23∙0 19∙1 15∙5 10∙4 8∙8 11∙6 12∙7 11∙1 Ⅱ 93 28∙3 28∙8 40∙1 45∙6 35∙8 24∙1 23∙3 20∙6 25∙6 25∙7 27∙0 30∙5 Ⅲ 62 17∙0 13∙6 55∙3 34∙5 25∙3 17∙2 11∙9 12∙7 3∙8 4∙5 5∙6 0∙1 Ⅳ 89 7∙7 8∙1 15∙6 12∙5 9∙7 9∙1 6∙4 7∙0 5∙3 5∙4 4∙1 1∙3 Ⅴ 144 13∙3 12∙0 33∙0 32∙5 23∙4 12∙3 9∙2 8∙1 4∙9 2∙6 0∙1 1∙0 Ⅵ 105 29∙0 27∙0 61∙4 59∙2 41∙4 30∙2 30∙3 21∙7 22∙5 21∙4 26∙3 25∙3 图 3和图 4给出了 1500ｍ平台东、西侧的位 移--时间曲线图．从图中所显示的测点累积位移曲 线可以看出1500ｍ台阶边坡位移的变化趋势存在 明显的三个阶段即减速变形阶段、稳定变形阶段和 加速变形阶段其最大位移达到 231∙1ｍｍ接近于 东帮最大累积位移 （85∙2ｍｍ）的 3倍．另外以测点 Ｂ03～Ｂ06的边坡累积位移最大而以 Ｂ03～Ｂ06两 侧测点的最大累积位移则以中心分别向两侧逐渐减 图 3 1500ｍ平台东部边坡累积位移曲线 Ｆｉｇ．3 Ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｖｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｃｕｒｖｅｓｏｆｔｈｅｅａｓｔｓｌｏｐｅｏｆｔｈｅ 1500ｍｓｔｅｐ 图 4 1500ｍ平台西部边坡累积位移曲线 Ｆｉｇ．4 Ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｖｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｃｕｒｖｅｓｏｆｔｈｅｗｅｓｔｓｌｏｐｅｏｆｔｈｅ 1500ｍｓｔｅｐ 小．Ｂ03点的最大位移达到 231∙1ｍｍ最小累积位 移也超过 50ｍｍ．因此监测点 Ｂ03～Ｂ06的边坡岩 体稳定性最差． 图 5 1500ｍ平台各阶段位移速率图 Ｆｉｇ．5 Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｒａｔｅｃｕｒｖｅｓｏｆｔｈｅ1500ｍｓｔｅｐｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｔａｇｅｓ 2∙2 测点位移速率分析 为了评价边坡的稳定性可根据测点位移速率 矢量 ｖ＝［ （Δｘ 2＋Δｙ 2＋Δｚ 2 ） 1／2／ｔ］ （ｔ为监测时间 ）算 出位移速率．图 5显示了 1500ｍ平台各阶段的位 移速率图 6给出了 1500ｍ平台各测点平均位移速 率．从图 5可见1500ｍ边坡岩体在整个监测阶段 的变形速率显现出明显的 Ｓ形．Ｓ形的前个凸起段 表现为加速变形期其原因为受当年雨季降水的影 响；随后由于旱季降雨减少边坡处于相对稳定期 变形速率随之减小；Ｓ形后部变形速率又急剧增 加这正和当年的长期降雨密切相关．由图 5还可 以发现位于北帮 37线附近的 Ｂ03和 Ｂ06两个测 点的位移速率最大尤其 Ｂ03测点在第Ⅲ监测阶 段其最大变形速率达到 0∙89ｍｍ·ｄ —1该段边坡具 有显著的变形加速特性．从图 6可知测点 Ｂ03～ Ｂ06的边坡平均变形速率明显地高于东、西两侧的 岩体变形速率在长达 596ｄ的变形监测阶段其平 均变形速率接近于 0∙4ｍｍ·ｄ —1说明该段边坡一直 ·16·
第1期 余伟健等：综合监测技术在高陡边坡中的应用 ,17. 处于变形发展期.，在该段边坡两侧，平均变形速率 2.3测点水平位移和垂直位移（沉降分析 明显减小，位移西侧的B15和B16测点的平均变形 为了了解边坡变形机理和滑动模式，需要分析 速率仅为0.12mmd左右， 边坡的水平位移和垂直位移（下沉），水平位移分量 是由x方向和y方向的位移分量合成（矢量），即 0.45 u=(△+△，)；垂直位移分量为方向的位移， 为测点的下沉量，即w=△h表2给出了1500m平 0.30 台东侧测点累积水平位移和累积垂直位移.从表2 0.15 可以得到：随着时间的增加，1500m边坡水平位移和 垂直位移也随着增加；在整个监测阶段，水平位移基 显邕留盖盆盖盈品云监出兰 本上遵循线性变化，但垂直位移（边坡下沉）有所不 监测点编号 同：在观测的前590d边坡垂直位移也呈线性增长， 图61500m平台各测点平均位移速率图 但增长显著加快；在东侧边坡，B03测点的水平位移 Fig 6 Average displacement mate curves ofdifferentmeasuring ponts on the 1500m step 和垂直位移最大，分别达到了151.7mm和-169.7 mm 表2北帮1500m边坡东侧测点累积水平位移和累积垂直位移 Table 2 Accumultive level displacements and vertical displacenents of the east sbpe of the 1500m step mm 测点水平位移u=(△2十△y2)B,垂直下沉位移w=△h 身 累积 B01 B02 B03 B06 B07 B08 段 时间/d u u u I 103 13.0 -8.1 12.5 -8.3 21.7 -13.8 26.9 -12.8 20.4 -10.7 19.1 -8.5 I 196 25.7 -33.4 29.1 -31.8 47.0 -44.9 58.1 -46.1 48.6 -32.8 33.6 -27.7 Ⅲ 258 42.6 -35.4 42.7 -32.7 91.5 -77.8 87.0 -64.9 70.5 -45.5 49.2 -35.0 347 48.2 -40.7 42.8 -40.8 99.1 -91.4 92.2 -76.3 74.4 -54.4 54.6 -42.4 V 491 51.2 -53.7 42.8 -52.8 119.4 -117.4117.0 -97.3 93.2 -68.4 65.3 -48.4 596 61.2 -81.049.0 -79.1151.7 -169.7149.9-146.6116.4 -102.780.2 -74.7 图7给出了1500m平台各测点在596d的监测 2.4重点地段的辅助监测与分析 过程中的平均水平位移速率和垂直位移速率。由此 厂坝露天矿边坡的稳定性监测的指导思想是以 可见，测点岩体的向采矿区内的水平位移速率和沉 GPS监测技术为主，同时施以其他措施，如现场宏观 降速率表现出相同的变形趋势，即BO3~B06的变 调查、水准测量等，尤其对北帮1500m平台边坡重 形速率较为显著，由此向东、西两侧逐渐减小.相比 点地段安装裂缝仪、采用钢尺进行裂缝变位测量等， 较，岩体下沉速率大于水平变形速率，其最大速率分 2.4.1钢尺裂缝测量数据分析 别为-0.28mm·d和0.25mm·d厂.显然，测点 边坡宏观调查已经揭示，北帮边坡1500m台阶 BO2~B07的边坡是北帮边坡变形最剧烈的地段，存 BO3测点范围边坡变形显著，在该平台上出现与边 在滑移岩体 坡近于平行的张裂缝.为了避免张裂缝的扩展，在 此布设三根钢筋水泥抗拉梁，并在梁的两端埋置两 0.3m 02 个测点，根据抗拉梁两端的距离值测出坡顶张裂缝 0.1 0 的水平位移，从而判断该处边坡的稳定状态，由于 -0.1 这种测量简单、易行和直观，尽管精度不高，但足以 -0.2 +水平速率 -0.3 一沉降速率 识别该滑移体的稳定状态，是进行局部滑移体监测 -04 邕曾盖盆盖盈品玉盟始兰 的辅助手段之一.图8是BO3号GPS测，点附近的钢 监测点编号 尺裂缝测量示意图.根据所获得的测量结果，可以 图71500m平台各测点平均水平位移速率和垂直位移速率曲线 计算出监测时间间隔的相对位移和累积位移. Fig 7 Average leveldisplacement rate and vertical displacement rate 图9给出了1500m平台B03测点附近基于三 curves of differentmeasuring points on the 1 500m step 个抗拉梁钢尺测量的累积位移变化曲线，经过将近
第 1期 余伟健等： 综合监测技术在高陡边坡中的应用 处于变形发展期．在该段边坡两侧平均变形速率 明显减小位移西侧的 Ｂ15和 Ｂ16测点的平均变形 速率仅为 0∙12ｍｍ·ｄ —1左右． 图 6 1500ｍ平台各测点平均位移速率图 Ｆｉｇ．6 Ａｖｅｒａｇｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｒａｔｅｃｕｒｖｅｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｅａｓｕｒｉｎｇｐｏｉｎｔｓ ｏｎｔｈｅ1500ｍｓｔｅｐ 2∙3 测点水平位移和垂直位移 （沉降 ）分析 为了了解边坡变形机理和滑动模式需要分析 边坡的水平位移和垂直位移 （下沉 ）．水平位移分量 是由 ｘ方向和 ｙ方向的位移分量合成 （矢量 ）即 ｕ＝（Δｘ 2＋Δｙ 2 ） 1／2；垂直位移分量为 ｚ方向的位移 为测点的下沉量即 ｗ＝Δｈ．表 2给出了1500ｍ平 台东侧测点累积水平位移和累积垂直位移．从表 2 可以得到：随着时间的增加1500ｍ边坡水平位移和 垂直位移也随着增加；在整个监测阶段水平位移基 本上遵循线性变化但垂直位移 （边坡下沉 ）有所不 同：在观测的前 590ｄ边坡垂直位移也呈线性增长 但增长显著加快；在东侧边坡Ｂ03测点的水平位移 和垂直位移最大分别达到了 151∙7ｍｍ和 —169∙7 ｍｍ． 表 2 北帮 1500ｍ边坡东侧测点累积水平位移和累积垂直位移 Ｔａｂｌｅ2 Ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｖｅｌｅｖｅｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｓａｎｄｖｅｒｔｉｃａｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅｅａｓｔｓｌｏｐｅｏｆｔｈｅ1500ｍｓｔｅｐ ｍｍ 阶 段 累积 时间／ｄ 测点水平位移 ｕ＝（Δｘ2＋Δｙ2） 1／2垂直下沉位移 ｗ＝Δｈ Ｂ01 Ｂ02 Ｂ03 Ｂ06 Ｂ07 Ｂ08 ｕ ｗ ｕ ｗ ｕ ｗ ｕ ｗ ｕ ｗ ｕ ｗ Ⅰ 103 13∙0 —8∙1 12∙5 —8∙3 21∙7 —13∙8 26∙9 —12∙8 20∙4 —10∙7 19∙1 —8∙5 Ⅱ 196 25∙7 —33∙4 29∙1 —31∙8 47∙0 —44∙9 58∙1 —46∙1 48∙6 —32∙8 33∙6 —27∙7 Ⅲ 258 42∙6 —35∙4 42∙7 —32∙7 91∙5 —77∙8 87∙0 —64∙9 70∙5 —45∙5 49∙2 —35∙0 Ⅳ 347 48∙2 —40∙7 42∙8 —40∙8 99∙1 —91∙4 92∙2 —76∙3 74∙4 —54∙4 54∙6 —42∙4 Ⅴ 491 51∙2 —53∙7 42∙8 —52∙8 119∙4 —117∙4 117∙0 —97∙3 93∙2 —68∙4 65∙3 —48∙4 Ⅵ 596 61∙2 —81∙0 49∙0 —79∙1 151∙7 —169∙7 149∙9 —146∙6 116∙4 —102∙7 80∙2 —74∙7 图 7 1500ｍ平台各测点平均水平位移速率和垂直位移速率曲线 Ｆｉｇ．7 Ａｖｅｒａｇｅｌｅｖｅｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｒａｔｅａｎｄｖｅｒｔｉｃａｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｒａｔｅ ｃｕｒｖｅｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｅａｓｕｒｉｎｇｐｏｉｎｔｓｏｎｔｈｅ1500ｍｓｔｅｐ 图 7给出了1500ｍ平台各测点在596ｄ的监测 过程中的平均水平位移速率和垂直位移速率．由此 可见测点岩体的向采矿区内的水平位移速率和沉 降速率表现出相同的变形趋势即 Ｂ03～Ｂ06的变 形速率较为显著由此向东、西两侧逐渐减小．相比 较岩体下沉速率大于水平变形速率其最大速率分 别为 —0∙28ｍｍ·ｄ —1和 0∙25ｍｍ·ｄ —1．显然测点 Ｂ02～Ｂ07的边坡是北帮边坡变形最剧烈的地段存 在滑移岩体． 2∙4 重点地段的辅助监测与分析 厂坝露天矿边坡的稳定性监测的指导思想是以 ＧＰＳ监测技术为主同时施以其他措施如现场宏观 调查、水准测量等．尤其对北帮 1500ｍ平台边坡重 点地段安装裂缝仪、采用钢尺进行裂缝变位测量等． 2∙4∙1 钢尺裂缝测量数据分析 边坡宏观调查已经揭示北帮边坡 1500ｍ台阶 Ｂ03测点范围边坡变形显著在该平台上出现与边 坡近于平行的张裂缝．为了避免张裂缝的扩展在 此布设三根钢筋水泥抗拉梁并在梁的两端埋置两 个测点根据抗拉梁两端的距离值测出坡顶张裂缝 的水平位移从而判断该处边坡的稳定状态．由于 这种测量简单、易行和直观尽管精度不高但足以 识别该滑移体的稳定状态是进行局部滑移体监测 的辅助手段之一．图8是 Ｂ03号 ＧＰＳ测点附近的钢 尺裂缝测量示意图．根据所获得的测量结果可以 计算出监测时间间隔的相对位移和累积位移． 图 9给出了 1500ｍ平台 Ｂ03测点附近基于三 个抗拉梁钢尺测量的累积位移变化曲线．经过将近 ·17·
,18 北京科技大学学报 第32卷 水平抗拉梁 33线 32线 B08测点J500m 1500m张裂缝 6 B07测点 B09测点 张裂缝 2张裂缝 图8BO3号GPS测点附近的钢尺裂缝测量示意图 图101500m平台裂缝仪位置与编号示意图 Fig8 Steel ner cmack instnmentation plan near the B03 point Fig 10 Cmack instnment location and number plan of the 1500m step 370d的监测后，1广~4、2~5和3产~6测点的累积 位移分别达到579、510和363mm,平均变形速率分 表3裂缝仪观测数据 别为1.561.38和0.98mmd.从图9所示的累 Table 3 Observation data by the crack nstnment 积位移变化曲线图可见，三个测点位移显现出几个 1累积位移hmm 2累积位移mm 监测 不同的变形特征：①整个累积变形曲线呈现出三个 时间 沉降 张拉 错动 沉降 张拉 错动 方向 方向 方向 方向 方向 台阶状，即初期相对稳定期、中期的变形触发期和第 方向 3阶段的稳定变形持续期；②整个累积变形曲线存 第1天 0 0 0 第9天 -0.2 -0.3-50.5 0.1-14.5 -0.2 在两个突变期，分别对应于厂坝地区的两个雨季，从 而导致变形比旱季明显加快；③整个累积变形曲 第14天 -0.4-40.3 -52.8 0.7-19.4 29.6 线较缓，到监测截止日期，14测点变形有加剧的 第27天 -1.7-40.2-55.0 2.4-12.1 38.6 趋势，但2~5和3~6测点仍趋于平缓 第34天 -2.8-39.1-55.0 4.0-17.0 42.8 700 三600 +-1w4 裂缝仪观测结果显示，1裂缝仪所在测点的错 E500 42-5 +-3”~6 中中 动位移最大，其次是张拉位移，而沉降位移最小，这 400 300 小小 表明1张裂缝所在位置岩体的变形方向是西南方 200 100 向，其原因主要是由于已经发生的滑坡在测点西侧 26 59108121155200367 形成一临空面，是滑体滑动的方向，2严裂缝仪观测 观测时问 的错动位移方向与1裂缝仪观测的错动位移方向 图9钢尺裂缝测量累积位移变化曲线图 Fig 9 Accumulative displacemnent change curves by steel muler cmack 相反，沉降位移为正值，这很难解释该测点的岩体变 形规律.分析其原因，一是观测的时间较短，获取的 数据有限；二是观测结果存在一定随机误差和系统 2.4.2裂缝仪监测资料分析 误差，数据处理较困难，目前，裂缝仪在边坡位移监 在进行GPS监测的过程中，发现位于1500m 测中的应用有待于改进和完善 台阶BO6~BO8测点出现新的张裂缝，其裂缝断续 延长约6~7m,裂缝最深处(B08附近)达1.5~ 3北帮边坡监测结果的综合评价 2.0m最宽达20am为了监测该部位边坡的变形 为了对边坡的监测结果进行总体分析，将北帮 发展趋势，课题组采用两台裂缝仪进行观测 边坡上部台阶边坡、中部台阶边坡和下部台阶边坡 (图10) 测点各统计特征参数进行处理后得到如表4所示的 裂缝仪采用的是中国科学院地质研究所的设计 结果，从表4中可见，无论是累积变形量还是变形 方案，基于此设计方案进行加工和安装.该裂缝仪 速率，中部台阶边坡变形最显著，下部台阶边坡次 可以测出裂缝的三维变形，即相对裂缝的位移、错动 之，上部台阶边坡最小.中部台阶边坡最大累积位 和沉降位移.由于是初次应用，尽管投入了大量的 移达到231.1mm,是上部台阶边坡最大累积位移 人力物力，但是在使用过程中仍遇到很多困难，为此 (平均值)的2,2倍，是下部台阶边坡最大位移 也耽误不少时间.因此，此裂缝仪的观测只进行了 (158.7mm)的1.45倍.而且中部1500m台阶边坡 一个多月，根据实测数据，可以计算出累积变形，结 速率最大，达到0.89mm·d厂；下部边坡速率为0.36 果列于表3 mmd;上部边坡速率平均值为0.44mmd厂.显
北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 图 8 Ｂ03号 ＧＰＳ测点附近的钢尺裂缝测量示意图 Ｆｉｇ．8 ＳｔｅｅｌｒｕｌｅｒｃｒａｃｋｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎｐｌａｎｎｅａｒｔｈｅＢ03ｐｏｉｎｔ 370ｄ的监测后1 ＃～4 ＃、2 ＃～5 ＃和 3 ＃～6 ＃测点的累积 位移分别达到 579、510和 363ｍｍ平均变形速率分 别为 1∙56、1∙38和 0∙98ｍｍ·ｄ —1．从图 9所示的累 积位移变化曲线图可见三个测点位移显现出几个 不同的变形特征：① 整个累积变形曲线呈现出三个 台阶状即初期相对稳定期、中期的变形触发期和第 3阶段的稳定变形持续期；② 整个累积变形曲线存 在两个突变期分别对应于厂坝地区的两个雨季从 而导致变形比旱季明显加快；③ 整个累积变形曲 线较缓到监测截止日期1 ＃～4 ＃测点变形有加剧的 趋势但 2 ＃～5 ＃和 3 ＃～6 ＃测点仍趋于平缓． 图 9 钢尺裂缝测量累积位移变化曲线图 Ｆｉｇ．9 Ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｖｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｃｈａｎｇｅｃｕｒｖｅｓｂｙｓｔｅｅｌｒｕｌｅｒｃｒａｃｋ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ 2∙4∙2 裂缝仪监测资料分析 在进行 ＧＰＳ监测的过程中发现位于 1500ｍ 台阶 Ｂ06～Ｂ08测点出现新的张裂缝其裂缝断续 延长约 6～7ｍ裂缝最深处 （Ｂ08附近 ）达1∙5～ 2∙0ｍ最宽达 20ｃｍ．为了监测该部位边坡的变形 发展 趋 势课 题 组 采 用 两 台 裂 缝 仪 进 行 观 测 （图 10）． 裂缝仪采用的是中国科学院地质研究所的设计 方案基于此设计方案进行加工和安装．该裂缝仪 可以测出裂缝的三维变形即相对裂缝的位移、错动 和沉降位移．由于是初次应用尽管投入了大量的 人力物力但是在使用过程中仍遇到很多困难为此 也耽误不少时间．因此此裂缝仪的观测只进行了 一个多月．根据实测数据可以计算出累积变形结 果列于表 3． 图 10 1500ｍ平台裂缝仪位置与编号示意图 Ｆｉｇ．10 Ｃｒａｃｋｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｌｏｃａｔｉｏｎａｎｄｎｕｍｂｅｒｐｌａｎｏｆｔｈｅ1500ｍ ｓｔｅｐ 表 3 裂缝仪观测数据 Ｔａｂｌｅ3 Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｄａｔａｂｙｔｈｅｃｒａｃｋｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ 监测 时间 1＃累积位移／ｍｍ 2＃累积位移／ｍｍ 沉降 方向 张拉 方向 错动 方向 沉降 方向 张拉 方向 错动 方向 第 1天 0 0 0 0 0 0 第 9天 —0∙2 —0∙3 —50∙5 0∙1 —14∙5 —0∙2 第 14天 —0∙4 —40∙3 —52∙8 0∙7 —19∙4 29∙6 第 27天 —1∙7 —40∙2 —55∙0 2∙4 —12∙1 38∙6 第 34天 —2∙8 —39∙1 —55∙0 4∙0 —17∙0 42∙8 裂缝仪观测结果显示1 ＃裂缝仪所在测点的错 动位移最大其次是张拉位移而沉降位移最小．这 表明 1 ＃张裂缝所在位置岩体的变形方向是西南方 向其原因主要是由于已经发生的滑坡在测点西侧 形成一临空面是滑体滑动的方向．2 ＃裂缝仪观测 的错动位移方向与 1 ＃裂缝仪观测的错动位移方向 相反沉降位移为正值这很难解释该测点的岩体变 形规律．分析其原因一是观测的时间较短获取的 数据有限；二是观测结果存在一定随机误差和系统 误差数据处理较困难．目前裂缝仪在边坡位移监 测中的应用有待于改进和完善． 3 北帮边坡监测结果的综合评价 为了对边坡的监测结果进行总体分析将北帮 边坡上部台阶边坡、中部台阶边坡和下部台阶边坡 测点各统计特征参数进行处理后得到如表 4所示的 结果．从表 4中可见无论是累积变形量还是变形 速率中部台阶边坡变形最显著下部台阶边坡次 之上部台阶边坡最小．中部台阶边坡最大累积位 移达到 231∙1ｍｍ是上部台阶边坡最大累积位移 （平均值 ）的 2∙2倍是下部台阶边坡最大位移 （158∙7ｍｍ）的 1∙45倍．而且中部 1500ｍ台阶边坡 速率最大达到 0∙89ｍｍ·ｄ —1；下部边坡速率为 0∙36 ｍｍ·ｄ —1；上部边坡速率平均值为 0∙44ｍｍ·ｄ —1．显 ·18·
第1期 余伟健等：综合监测技术在高陡边坡中的应用 19. 然，中部边坡变形速率分别为上部和下部边坡变形 速率的2.0倍和2.5倍 表4北帮边坡上、中和下三部分台阶边坡变形特征值 Table 4 Displacement characteristic vahes of upper medim and bw step slopes on the north sbpe 最大累积位移 最大变形速率 最大平均变形速率 位置 标高 坡高血一 位移mm 测点编号 速率/(mm·d一)测点编号 阶段 速率/(mmd1) 测点编号 +1622m 79 118.9 A06 0.48 A06 ) 0.20 A06 上部 +1610m 91 105.4 A02 0.43 A02 ∥ 0.18 A02 +1582m 119 95.2 A01 0.42 A01 Ⅱ 0.16 A01 中部 +1500m 199 231.1 B03 0.89 B03 ⑧ 0.39 B03 下部 +1382m 319 158.7 C06 0.36 C04 0.27 C06 1500m中部台阶变形速率较快说明北帮边坡 (3)监测结果表明，厂坝铅锌露天矿高陡边坡 存在潜在的滑坡体，如图11所示的北帮37勘探线 受雨季影响较大，在雨季时，边坡变形速率明显加 剖面边坡.监测点B06和B07正好位于该剖面上， 快，变形速率显现出明显的$形，在此期间应采取适 根据监测结果可得到这两点的位移矢量，从监测结 当的手段来加固滑动岩体， 果来看，水平监测结果比垂直监测结果变形要大，其 (4)监测结果表明：北帮边坡的中部台阶边坡 速率也较快，因此滑坡体应按一般规律向坡面外侧 速率最大，其最大值达到0.89mm·d厂；下部台阶边 整体滑动，即向采矿坑区内的临空区移动.当有大 坡速率为0.36mm·d;上部台阶边坡速率平均值 爆破采矿时，边坡的垂直移动趋势增大，但同时由于 为0.44mm·d.因此，北帮边坡的中部1500m台 动压和挤压作用，水平向外作用力仍占主要地位， 阶边坡的稳定性安全系数最小，滑动岩体遵循坡面 因此，北帮边坡主要遵循坡面外侧向下移动，其滑坡 外侧临空区向下移动的规律，存在较大的失稳风险 趋势随着位移的增大而增大，以1500m台阶为中心 的上、下坡体存在较大的安全隐患 参考文献 1700- [1]Yu W J Gao Q Zhang Y K.et al Potential influencing factors 1622m台阶 analysis and safety evahation on the landslile of high and steep 1600 slpe JUniv Sei Technol Beijing 2008 30(3):227 1500m台阶 (余伟健，高谦，张延凯，等。高陡边坡滑坡的潜在影响因素分 1500/ 析及安全评价.北京科技大学学报，200830(3)：227) 至1400 [2]Wu Y B Gao Q.W ang Y M.Dynan ic defomation canprehen- 51382m台阶 sive monitoring technobgy and stability forecast for m ine slope 1300 MetM ine2008(6):119 (吴永博，高谦，王岩明，矿山边坡变形动态综合监测技术及 120610020030040500600700 稳定性预测.金属矿山，2008(6)：119) 水平距离/m [3]Zhao JB.Zhang LG.Yu Y L et al Forcast analysis of the sbpe 图11北帮37勘探线剖面边坡及位移矢量图 stability based on the GPS monitoring techn ique Nonferrous Met Fig 11 Section of the 37 exploration line on the north slope and its Mn2005,57(1):29 displacem ent vectors (赵静波，张立国，于亚伦，等.基于GP$监测边坡稳定性预测 分析.有色全属：矿山部分，200557(1)：29) [4]Yin JH.DngX L Yang Y W.Application of mmote slopemoni 4结论 toring and prediction systen by glbal positioning systen and con (1)以“GPS监测手段为主，以水准仪、裂缝仪 ventional instnments J D isaster Prev M itig Eng 2003 23(2): 14 等监测手段为辅”的方案对厂坝铅锌露天矿高陡边 (殷建华，丁晓利，杨育文·全球定位系统和常规仪器远距离 坡进行了监测，取得了较好的应用效果 边坡监测及预报系统的应用.防灾减灾工程学报，200323 (2)北帮1500m平台的测，点B03~B06所在位 (2):14) 置的累积位移和变形速率都较为显著，因此，测点 [5]Fan L B LiC H.Miao S J et al Optin ization design of slope BO2~B07的边坡是北帮边坡变形最剧烈的地段，存 monitoring netor in Shuichang imn mne China Mn Mag 200817(5):79 在着滑移岩体 (下转第38页)
第 1期 余伟健等： 综合监测技术在高陡边坡中的应用 然中部边坡变形速率分别为上部和下部边坡变形 速率的 2∙0倍和 2∙5倍． 表 4 北帮边坡上、中和下三部分台阶边坡变形特征值 Ｔａｂｌｅ4 Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｖａｌｕｅｓｏｆｕｐｐｅｒｍｅｄｉｕｍａｎｄｌｏｗｓｔｅｐｓｌｏｐｅｓｏｎｔｈｅｎｏｒｔｈｓｌｏｐｅ 位置 标高 坡高／ｍ 最大累积位移 最大变形速率 最大平均变形速率 位移／ｍｍ 测点编号 速率／（ｍｍ·ｄ—1） 测点编号 阶段 速率／（ｍｍ·ｄ—1） 测点编号 ＋1622ｍ 79 118∙9 Ａ06 0∙48 Ａ06 Ⅱ 0∙20 Ａ06 上部 ＋1610ｍ 91 105∙4 Ａ02 0∙43 Ａ02 Ⅱ 0∙18 Ａ02 ＋1582ｍ 119 95∙2 Ａ01 0∙42 Ａ01 Ⅱ 0∙16 Ａ01 中部 ＋1500ｍ 199 231∙1 Ｂ03 0∙89 Ｂ03 Ⅲ 0∙39 Ｂ03 下部 ＋1382ｍ 319 158∙7 Ｃ06 0∙36 Ｃ04 Ⅱ 0∙27 Ｃ06 1500ｍ中部台阶变形速率较快说明北帮边坡 存在潜在的滑坡体如图 11所示的北帮 37勘探线 剖面边坡．监测点 Ｂ06和 Ｂ07正好位于该剖面上 根据监测结果可得到这两点的位移矢量．从监测结 果来看水平监测结果比垂直监测结果变形要大其 速率也较快因此滑坡体应按一般规律向坡面外侧 整体滑动即向采矿坑区内的临空区移动．当有大 爆破采矿时边坡的垂直移动趋势增大但同时由于 动压和挤压作用水平向外作用力仍占主要地位． 因此北帮边坡主要遵循坡面外侧向下移动其滑坡 趋势随着位移的增大而增大以 1500ｍ台阶为中心 的上、下坡体存在较大的安全隐患． 图 11 北帮 37勘探线剖面边坡及位移矢量图 Ｆｉｇ．11 Ｓｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅ37ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎｌｉｎｅｏｎｔｈｅｎｏｒｔｈｓｌｏｐｅａｎｄｉｔｓ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｖｅｃｔｏｒｓ 4 结论 （1） 以 “ＧＰＳ监测手段为主以水准仪、裂缝仪 等监测手段为辅 ”的方案对厂坝铅锌露天矿高陡边 坡进行了监测取得了较好的应用效果． （2）北帮1500ｍ平台的测点 Ｂ03～Ｂ06所在位 置的累积位移和变形速率都较为显著．因此测点 Ｂ02～Ｂ07的边坡是北帮边坡变形最剧烈的地段存 在着滑移岩体． （3） 监测结果表明厂坝铅锌露天矿高陡边坡 受雨季影响较大．在雨季时边坡变形速率明显加 快变形速率显现出明显的 Ｓ形在此期间应采取适 当的手段来加固滑动岩体． （4） 监测结果表明：北帮边坡的中部台阶边坡 速率最大其最大值达到 0∙89ｍｍ·ｄ —1；下部台阶边 坡速率为 0∙36ｍｍ·ｄ —1；上部台阶边坡速率平均值 为 0∙44ｍｍ·ｄ —1．因此北帮边坡的中部 1500ｍ台 阶边坡的稳定性安全系数最小滑动岩体遵循坡面 外侧临空区向下移动的规律存在较大的失稳风险． 参 考 文 献 ［1］ ＹｕＷ ＪＧａｏＱＺｈａｎｇＹＫｅｔａｌ．Ｐｏｔｅｎｔｉａｌｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｆａｃｔｏｒｓ ａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｓａｆｅｔｙｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｎｔｈｅｌａｎｄｓｌｉｄｅｏｆｈｉｇｈａｎｄｓｔｅｅｐ ｓｌｏｐｅ．ＪＵｎｉｖＳｃｉＴｅｃｈｎｏｌＢｅｉｊｉｎｇ200830（3）：227 （余伟健高谦张延凯等．高陡边坡滑坡的潜在影响因素分 析及安全评价．北京科技大学学报200830（3）：227） ［2］ ＷｕＹＢＧａｏＱＷａｎｇＹＭ．Ｄｙｎａｍｉｃｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｃｏｍｐｒｅｈｅｎ- ｓｉｖｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙｆｏｒｅｃａｓｔｆｏｒｍｉｎｅｓｌｏｐｅ． ＭｅｔＭｉｎｅ2008（6）：119 （吴永博高谦王岩明．矿山边坡变形动态综合监测技术及 稳定性预测．金属矿山2008（6）：119） ［3］ ＺｈａｏＪＢＺｈａｎｇＬＧＹｕＹＬｅｔａｌ．Ｆｏｒｅｃａｓｔａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｓｌｏｐｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙｂａｓｅｄｏｎｔｈｅＧＰＳｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅ．ＮｏｎｆｅｒｒｏｕｓＭｅｔ Ｍｉｎ200557（1）：29 （赵静波张立国于亚伦等．基于 ＧＰＳ监测边坡稳定性预测 分析．有色全属：矿山部分200557（1）：29） ［4］ ＹｉｎＪＨＤｉｎｇＸＬＹａｎｇＹＷ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｒｅｍｏｔｅｓｌｏｐｅｍｏｎｉ- ｔｏｒｉｎｇａｎｄｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｂｙｇｌｏｂａｌｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｓｙｓｔｅｍａｎｄｃｏｎ- ｖｅｎｔｉｏｎａｌｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ．ＪＤｉｓａｓｔｅｒＰｒｅｖＭｉｔｉｇＥｎｇ200323（2）： 14 （殷建华丁晓利杨育文．全球定位系统和常规仪器远距离 边坡监测及预报系统的应用．防灾减灾工程学报200323 （2）：14） ［5］ ＦａｎＬＰＬｉＣＨＭｉａｏＳＪｅｔａｌ．Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｏｆｓｌｏｐｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｎｅｔｗｏｒｋｉｎＳｈｕｉｃｈａｎｇｉｒｏｎｍｉｎｅ．ＣｈｉｎａＭｉｎＭａｇ 200817（5）：79 （下转第 38页 ） ·19·
,38 北京科技大学学报 第32卷 steel J Univ SciTechnol Beijing 2008 30(8):858 [14]Zhou X Y.Cao F Y,LiC J Influences of suberitical annealing (邝霜，康永林，于浩，等.Fe-C-Mn系冷轧双相钢两相区奥 on the austenite transfomation in FeCMn dual phase steel J 氏体化过程模拟.北京科技大学学报，200830(8)：858) Univ Sci Technol Beijing 1989,11(5):419 [12]Zhang H M.W ang ZM.LiW J et al Refnement technology of (周向阳，曹风豫，李承基.Fe-CMn双相钢奥氏体形成动 austenite gmins MaterM cch Eng 2004.28(7):4 力学.北京科技大学学报，198911(5)：419) (张红梅，王振敏，李维娟，等。奥氏体晶粒细化的研究·机械 [15]W ang Z B.Dong T Liu J H.et al High Strength Low Alby 工程材料，2004.28(7)：4) Stcel Beijing A tom ic Energy Press 1996 33 [13]Bade L Physical Meta llurgy of P-Alloyed TRIP Steels Ghent (任祖滨，东涛，刘嘉禾，等.低合金高强度钢·北京：原子 Ghent University 2005:41 能出版社，1996,33) (上接第19页) (范丽萍，李长洪，苗胜军，等。水厂铁矿GPS边坡监测控制网 and its application for sngle frequency GPS in rapid static posito- 设计优化.中国矿业，200817(5)：79) nng JHunan Univ SciTechnol Nat SciEd 2008 23(2):88 [6]CaiM F.LiC H.LiJC etal Application of global positioning (刘立龙，文鸿雁，谢劭峰.附加约束法在单频GPS快速静态 system (GPS)to displacement monitoring of high sbpes in open 定位中的应用.湖南科技大学学报：自然科学版，200823 pitm ines China M in Mag 2004.13(9):60 (2):88) 蔡美峰，李长洪，李军财，等.GPS在深凹露天矿高陡边坡位 [9]Miao S J CaiM F XiaX Q et al GPS monitoring ofhigh sbope 移动态监测中的应用.中国矿业，200413(9)：60) defomation n open pitm ne JUniv SciTechnolBeijng 2006.28 [7]Yn JH.Ding X L Yang Y W.et al Integmation of conventional (6).515 instnments and GPS for mmote automatic monitoring of slopes (苗胜军，蔡美峰，夏训清，等.深凹露天矿GPS边坡变形监 Chin J Rock Mech Eng 2004.23(3):357 测.北京科技大学学报，200628(6)：515) (殷建华，丁晓利，杨育文，等.常规仪器与全球定位仪相结合 [10]Ding X L Chen Y Q HuangD F.et al Sbpemonitoring using 的全自动化遥控边坡监测系统岩石力学与工程学报，2004 GPS a multi antenna appmach GPS Work 2000(1):52 23(3):357) 丁晓利，陈水奇，黄丁发，等.新一代多天线GS自动变形 [8]Liu LL W en H Y.X ie S F.The method of restricted condition 监测系统的研制.GPS世界，2000(1)：52)
北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 ｓｔｅｅｌ．ＪＵｎｉｖＳｃｉＴｅｃｈｎｏｌＢｅｉｊｉｎｇ200830（8）：858 （邝霜康永林于浩等．Ｆｅ--Ｃ--Ｍｎ系冷轧双相钢两相区奥 氏体化过程模拟．北京科技大学学报200830（8）：858） ［12］ ＺｈａｎｇＨＭＷａｎｇＺＭＬｉＷ Ｊｅｔａｌ．Ｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆ ａｕｓｔｅｎｉｔｅｇｒａｉｎｓ．ＭａｔｅｒＭｅｃｈＥｎｇ200428（7）：4 （张红梅王振敏李维娟等．奥氏体晶粒细化的研究．机械 工程材料200428（7）：4） ［13］ ＢａｒｂéＬ．ＰｈｙｓｉｃａｌＭｅｔａｌｌｕｒｇｙｏｆＰ-ＡｌｌｏｙｅｄＴＲＩＰＳｔｅｅｌｓ．Ｇｈｅｎｔ： ＧｈｅｎｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ2005：41 ［14］ ＺｈｏｕＸＹＣａｏＦＹＬｉＣＪ．Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｆｓｕｂｃｒｉｔｉｃａｌａｎｎｅａｌｉｎｇ ｏｎｔｈｅａｕｓｔｅｎｉｔｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｎＦｅ-Ｃ-Ｍｎｄｕａｌｐｈａｓｅｓｔｅｅｌ．Ｊ ＵｎｉｖＳｃｉＴｅｃｈｎｏｌＢｅｉｊｉｎｇ198911（5）：419 （周向阳曹凤豫李承基．Ｆｅ--Ｃ--Ｍｎ双相钢奥氏体形成动 力学．北京科技大学学报198911（5）：419） ［15］ ＷａｎｇＺＢＤｏｎｇＴＬｉｕＪＨｅｔａｌ．ＨｉｇｈＳｔｒｅｎｇｔｈＬｏｗＡｌｌｏｙ Ｓｔｅｅｌ．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＡｔｏｍｉｃＥｎｅｒｇｙＰｒｅｓｓ1996：33 （王祖滨东涛刘嘉禾等．低合金高强度钢．北京：原子 能出版社1996：33） （上接第 19页 ） （范丽萍李长洪苗胜军等．水厂铁矿 ＧＰＳ边坡监测控制网 设计优化．中国矿业200817（5）：79） ［6］ ＣａｉＭＦＬｉＣＨＬｉＪＣｅｔａｌ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｇｌｏｂａｌｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ （ＧＰＳ） ｔｏｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｏｆｈｉｇｈｓｌｏｐｅｓｉｎｏｐｅｎ ｐｉｔｍｉｎｅｓ．ＣｈｉｎａＭｉｎＭａｇ200413（9）：60 （蔡美峰李长洪李军财等．ＧＰＳ在深凹露天矿高陡边坡位 移动态监测中的应用．中国矿业200413（9）：60） ［7］ ＹｉｎＪＨＤｉｎｇＸＬＹａｎｇＹＷｅｔａｌ．Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｏｆｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓａｎｄＧＰＳｆｏｒｒｅｍｏｔｅａｕｔｏｍａｔｉｃｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｏｆｓｌｏｐｅｓ． ＣｈｉｎＪＲｏｃｋＭｅｃｈＥｎｇ200423（3）：357 （殷建华丁晓利杨育文等．常规仪器与全球定位仪相结合 的全自动化遥控边坡监测系统．岩石力学与工程学报2004 23（3）：357） ［8］ ＬｉｕＬＬＷｅｎＨＹＸｉｅＳＦ．Ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｒｅｓｔｒｉｃｔｅｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｆｏｒｓｉｎｇｌｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙＧＰＳｉｎｒａｐｉｄｓｔａｔｉｃｐｏｓｉｔｉｏ- ｎｉｎｇ．ＪＨｕｎａｎＵｎｉｖＳｃｉＴｅｃｈｎｏｌＮａｔＳｃｉＥｄ200823（2）：88 （刘立龙文鸿雁谢劭峰．附加约束法在单频 ＧＰＳ快速静态 定位中的应用．湖南科技大学学报：自然科学版200823 （2）：88） ［9］ ＭｉａｏＳＪＣａｉＭＦＸｉａＸＱｅｔａｌ．ＧＰＳｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｏｆｈｉｇｈｓｌｏｐｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｎｏｐｅｎｐｉｔｍｉｎｅ．ＪＵｎｉｖＳｃｉＴｅｃｈｎｏｌＢｅｉｊｉｎｇ200628 （6）：515 （苗胜军蔡美峰夏训清等．深凹露天矿 ＧＰＳ边坡变形监 测．北京科技大学学报200628（6）：515） ［10］ ＤｉｎｇＸＬＣｈｅｎＹＱＨｕａｎｇＤＦｅｔａｌ．Ｓｌｏｐｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｕｓｉｎｇ ＧＰＳ：ａｍｕｌｔｉ-ａｎｔｅｎｎａａｐｐｒｏａｃｈ．ＧＰＳＷｏｒｌｄ2000（1）：52 （丁晓利陈永奇黄丁发等．新一代多天线 ＧＰＳ自动变形 监测系统的研制．ＧＰＳ世界2000（1）：52） ·38·