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高速边坡自动化监测解决方案 1.1 边坡监测的背景 我国山地丘陵约占国土面积的65%，且地质地貌复杂，气候类型多样，构成活动频繁，自然灾害隐患多，分布广。而且近年来由于高速公路边坡滑坡灾害引发的事故频繁发生，高速公路滑坡灾害造成的后果是不容小觑的，轻则阻断交通，重则造成重大的经济损失和人员伤亡。为了达到安全施工与行车的目的，对高危边坡，在施工期间应建立边坡在线监测系统。边坡监测系统用于指导施工，同时可将监测成果作为动态设计的依据。通过对量测数据的分析和判断，对边坡防护体系的稳定状态进行监控和预测，并据此制定相应的施工措施，以确保边坡岩体的稳定性及防护结构的安全。 1.2 监测重要性 由于地壳的运动变化或因坡体岩石遭受长期风化作用变得松散而土化，这些处于不稳定状态的山体，在遇到汛期雨水或地下水的渗透、冲刷和侵蚀下，强度变低，或受其它外力作用，边坡极易失去平衡，从而发生滑坡、坍塌、崩裂、错落等地质灾害，为了避免发生坡体滑移、保护现有地质环境和避免重大安全事故，积极做好边坡地质灾害防灾减灾工作，加大边坡巡查，建立边坡信息数据库，并对边坡进行客观稳定性评价，对欠稳定边坡进行常规实时自动化监测，做到心里有数和适时的养护是至关重要的。 1.3 当前边坡监测的不足 当前边坡监测项目进行测量时通常采用的都是人工滑动式测斜仪、水准仪和全站仪等，这些人工监测测量设备存在一些共同的弊端，即受边坡位置影响较大，测量精度不高，很容易造成施工阻碍，同时由于数据存储、传输、分析、处理等工作量很大，不利于实际工程应用，而且真实性还较差，易篡改。 二、设计依据 Ø 《建筑边坡工程技术规范[附条文说明》GB 50330-2013 Ø 《建筑边坡工程鉴定与加固技术规范[附条文说明] 》GB 50843-2013 Ø 《建筑结构检测技术标准》GB/T 50344-2019 Ø 《滑坡防治设计规范》GB/T 38509-2020 Ø 岩土工程勘察文件、基坑和边坡支护施工图设计文件审查要点(2023年版) 三、监测目标 ① 实时掌握边坡变形情况：通过高精度监测设备，实时获取边坡的位移、沉降、倾斜等数据，了解边坡的变形趋势。 ② 评估边坡稳定性：结合监测数据，运用数学模型和专家经验，评估边坡的稳定性，预测潜在的地质灾害风险。 ③ 预警与应急响应：设置预警阈值，当监测数据达到或超过阈值时，及时发出预警信号，并启动应急响应机制。 四、自动化监测的特点优势 | | | | | 边坡自动化解决方案能够实时监测边坡的位移、沉降、应力、含水量等关键参数，及时发现边坡的安全隐患。这种实时性为采取及时的防范措施提供了宝贵的时间。 | | | 通过高精度传感器等先进技术手段，实现毫米级甚至微米级精度，确保监测数据的准确性和可靠性。 | | | 能够实现自动化数据采集和传输，减少人工干预，降低监测成本。还能对数据进行初步的分析与处理。一旦发现异常情况，将立即触发告警机制，通知相关人员进行处理。 | | | 通过互联网技术，管理人员可以远程访问监测数据，实现远程管理，提高管理效率 | | | 采用多传感器数据融合分析技术，对监测数据进行深入分析和挖掘，获取边坡变形位移发展趋势 | | | 高度自动化的监测方式减少了人工操作的复杂性和误差率，降低了人力成本的投入 |
file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml31428/wps43.png 五、主要监测内容 高速边坡结构安全自动化监测一般分为五大类，土体深层位移监测、表面位移（沉降/水平位移）监测、内力应力监测、环境辅助监测、裂缝监测。 5.1 土体深层位移监测 主要用到的设备是节段式位移计/串联式固定测斜仪，通过测斜仪测量测斜管内不同深度的倾斜角度变化量，从测斜管底部开始逐米累加，可以得出不同深度的土体水平位移数据，即肉眼不可见的结构内部变化，该土体内部位移变化是边坡后续坍塌灾害的最直接反映，因此其数据非常重要，通过实时、准确地测量边坡土体内部的位移变化，即可了解结构内部的形变发展趋势，及时发现潜在的安全隐患，为边坡治理和防护提供科学依据。 | | 节段式位移计是一种测量各节段间的三维相对位移的传感器，可应用于深基坑、岩土边坡、水库大坝、地质灾害、尾矿库等内部位移的自动化监测。 | file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml31428/wps45.jpg | | | 串联式固定测斜仪是用同一根线缆实现多个低成本、实时测量岩土不同深度三维位移的仪器。应用于深基坑、边坡、地质灾害、尾矿库等内部位移的自动化测量 | file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml31428/wps46.jpg |
5.2 表面位移（沉降/水平位移）监测 主要用到的设备是变焦视觉位移监测仪/ GNSS，两款均为非接触式监测设备，无需复杂拉线排线布线。通过视频位移监测以及卫星定位系统，精确测量高速边坡水平位移与沉降位移变化，即肉眼可见的位移变化。有助于预防地质灾害、评估边坡稳定性、指导工程措施等，通过实时监测数据及时发现潜在风险，确保工程及周边环境的安全，为防灾减灾提供有力支持。 | | 变焦视觉位移监测仪是一种图像视频、非接触位移测量方法，实现各类土木工程结构物的表面位移（水平位移和沉降）和挠度的实时监测 | file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml31428/wps48.jpg | | | 内GNSS/4G/Wi-Fi一体化天线，内置温湿度
传感器和MEMS传感器，支持加速度、倾角同时监测，是一款高性价比、高精度的毫米级监测设备。 | file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml31428/wps49.jpg |
5.3 内力应力监测 主要用到的设备是锚索计/土压力盒。锚索计能够精确测量锚索所承受的张力，这是评估锚索在边坡加固中作用效果的关键指标。通过测量张力，可以了解锚索是否处于正常工作状态，以及是否需要调整或加固。 土压力盒能够实时监测边坡土体中各个方向上的土压力变化。通过精确测量这些压力数据，工程师可以了解边坡在不同工况下的受力情况，从而评估边坡的稳定性。 | | 锚索计可用于各种锚杆、锚索、岩石螺栓、支柱等缆索索力的测量和监测。 | file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml31428/wps51.jpg | | | 土压力盒用于土质、砂质、水、流质体等内部的压力或内部应力测量。应用于路基、路堤，边坡抗滑桩、深基坑挡墙、隧道衬砌、隧道管片等土体压力测量。 | file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml31428/wps52.jpg |
5.4 环境辅助监测 主要用到的设备是孔隙水压计（渗压计）、降雨量计。通过测量孔隙水压力，可以评估边坡土体的有效应力状态，进而判断边坡的稳定性。孔隙水压力的变化会直接影响土体的抗剪强度，从而影响边坡的稳定性。 通过监测降雨量的变化，可以评估降雨对边坡稳定性的影响程度，从而预测潜在的滑坡、坍塌等地质灾害风险，并提前发出预警信号，以便及时采取防范措施，保障人员和财产安全。 | | 数字型孔隙水压计可用于大坝、尾矿库、隧道、路基、边坡等工程中的孔隙水压力自动化测量。 | file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml31428/wps53.jpg | | | 降雨量传感器：用于大坝、水库、基坑、边坡等监测项目 | file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml31428/wps54.png |
5.5 裂缝监测 主要用到的设备是拉线位移计。通过监测裂缝的开合度、宽度位移，能够实时掌握裂缝的位移变化情况，为预防滑坡等地质灾害提供数据支持。这对于及时发现并处理边坡裂缝问题，防止裂缝扩大导致更严重的地质灾害具有重要意义。 | | 位移传感器将机械位移量转换成可计量的、成线性比例的数字信号。可用于桥梁、边坡、裂缝、建筑、地铁及软基沉降等自动化监测系统中。 | file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml31428/wps55.jpg |
六、系统架构 高速边坡自动化监测系统一般由4个层级组成。采集层、传输层、云端层以及联动层。 6.1 采集层（新型传感器） 为各类前端监测传感器，通过变焦视觉位移监测仪、节段式位移计、GNSS、渗压计等布设在边坡内部和表面的各种类型的传感器，获取边坡变形、渗流、沉降、位移、水文、气象等相关数据，传输到安锐测控平台系统，实现对整个边坡的全方位实时监测。 6.2 传输层（网关采集器） 为采集前端监测传感器数据的仪器设备，采集网关集成了数据采集模块、边缘计算模块、供电模块及数据传输模块，是传感器与云平台之间的连接点，将数据进行边缘计算，将大量数字信号转化为测量数值后，通过4G无线网或有线网络将数据输出到安锐云平台进行计算分析。还可输出控制信号，接入其他设备进行预警联动。 6.3 云端层（云平台） 为采集数据的呈现平台，安锐测控云平台通过对边坡的各个传感器数据进行统计分析，得到各项特征参数发展规律及其变化趋势，并以数据、图表以及大屏展示在用户端，实现对大坝各测点数据的归档、查询、存储、管理和分析等。同时还具有大屏展示、超限预警、联动控制、三维模型以及私有化部署等功能。 6.4 联动层（联动设备） 为云端用户设置的预警联动设备，这个层级可不设置。用户可根据实际现场需求，在安锐云设置数据超限联动规则，可设置声光预警、暖通风、抓拍、电磁阀开关以及千斤顶抬升等等。当实际数据超出预设范围时，采集网关就会发出指令到联动层，进行预设的动作执行，保障结构的运行及安全。 七、测点布设 一般来说高速边坡各传感器的测点布设应按照设计院的边坡设计文件、地质勘察报告以及结构受力计算来得到结构性能指标，进而布设测点间距，同时在薄弱部位增加测点数量。若无设计院的测点布设方案，可参考以下几点： 7.1 布设原则 ①位置选择：监测点应布设在边坡评估区域内，与边坡坡向、滑动方向一致或垂直的断面线上。断面线宜布设在边坡中部及两侧边缘，并不应少于3条。在滑动量较大、滑动速度较快的轴线方向和滑坡前沿区布设监测点，同时在滑体以外较稳定的地方也应适当布点。 ②数量与间距：每个监测断面上的监测点数量不应少于3个，且应布设在不同高程上。监测点的间距宜为10m～30m，最大水平间距不应大于100m，最大垂直间距不应大于50m。 ③监测项目：监测项目应能反映边坡及其支护结构的安全使用状态，主要包括变形（如水平位移、竖向位移）、地下水位、应力应变等。 7.2 布设步骤 ①现场勘查：对边坡进行详细的现场勘查，了解边坡的地质条件、地形地貌、水文地质特征等。 ②确定监测断面：根据勘察结果，确定监测断面的位置和数量，确保监测点能够全面反映边坡的稳定性状况。 ③布设监测点：在确定的监测断面上，按照布设原则和要求，布设监测点。监测点应稳固可靠，并采取有效的保护措施，防止破坏或失效。 ④安装监测设备：在监测点上安装相应的监测设备，如变焦视觉位移监测、节段式位移计、应力传感器、渗压计等。这些设备应具有高精度、高稳定性和远程传输能力，确保监测数据的准确性和实时性。 ⑤系统调试与运行：对安装的监测设备进行系统调试，确保设备正常运行并能够准确采集和传输监测数据。设定监测频率和预警阈值，根据监测数据的实时变化，及时发布预警信息并采取相应的应急措施。 7.3 监测点优化 ①结合地质条件：在布设监测点位时，应充分考虑边坡的地质条件，如岩性、岩层产状、节理裂隙发育情况等，以便更准确地反映边坡的稳定性状况。 ②动态调整：在监测过程中，应根据监测数据的实时变化情况和边坡的稳定性状况，动态调整监测点的位置和数量，确保监测的针对性和有效性。 ③加大监测频率：在雨季、台风等极端天气条件下，应适时加大监测频率，以便及时发现边坡的变形变化迹象并采取相应的防治措施。
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