9.2.5.1　工程地质监测的意义

工程地质监测是指在工程勘察、施工以至使用期间对工程有影响的地基基础、不良地质作用和地质灾害、地下水等进行监测，其目的是为了工程的正常施工和运营，确保安全。监测工作主要包含3方面内容：①对施工中各类荷载作用下岩土反应性状的监测。例如，土压力观测、岩土体中的应力量测、岩土体变形和位移监测、孔隙水压力观测等。②对施工或运营中结构物的监测。对于大型水电站等特别重大的结构物，则在整个运营期间都要进行监测。③对环境条件的监测。包括对工程地质条件中某些要素的监测，尤其是对工程构成威胁的不良地质现象，在勘察期间就应布置监测（如滑坡、崩塌、泥石流、土洞等）；除此之外，还有对相邻结构物及工程设施在施工过程中可能发生的变化、施工振动、噪声和污染等的监测。

9.2.5.2　变形监测

变形监测是工程地质监测常见的内容之一，通常包括地面位移监测、深部变形监测、洞室壁面收敛量测等。

9.2.5.2.1　地面位移监测

主要采用经纬仪、水准仪或光电测距仪重复观测各测点的位移方向和水平、铅直距离，以此来判定地面位移矢量及其随时间变化的情况。测点可根据具体条件和要求布置成不同形式的线、网，一般在条件较复杂和位移较大的部位测点应适当加密。图9-34为长江三峡工程库区内新滩滑坡地面位移观测点平面布置图，测点主要集中布置在地面位移量较大的姜家坡一带。对于规模较大的滑坡，还可采用航空摄影测量和全球卫星定位系统来进行监测，也可采用伸缩仪和倾斜计等简易方法监测。

监测结果应整理成曲线图，并以此来分析滑坡或工程边坡的稳定性发展趋势，作临滑预报。图9-35即为新滩滑坡垂直位移-时间关系曲线，图上清晰可见该滑坡从1985年5月开始垂直位移量显著增大，到6月12日便发生了整体下滑，滑坡方量约3×107m3。由于临滑预报非常成功，避免了人员伤亡的重大事故。

图9-34　新滩滑坡位移观测点平面布置图

除了绘制位移-时间关系曲线图外，还应绘制各监测点的位移矢量图。

9.2.5.2.2　深部变形监测

为了确定边坡岩土体变形破坏的范围、滑动面位置及目前变形速率等，常开展深部位移监测。常用的监测方法有管式应变计、倾斜计和位移计等。它们皆借助于钻孔进行监测。

管式应变计监测是在聚氯乙烯管上隔一定距离贴电阻应变片，随后将其埋置于钻孔中，用于测量由于滑坡滑动引起管子的变形，其安装方法如图9-36所示。安装变形管时必须使应变片正对着滑动方向。测量结果可清楚地显示出滑坡体随时间、不同深度的位移变形情况以及滑动面的位置。此法较简便，在国内外使用最为广泛。

图9-35　新滩滑坡垂直位移-时间关系曲线

图9-36　管式应变测量计

倾斜计是一种量测滑坡引起钻孔弯曲的装置，可以有效地了解滑动面的深度。该装置有两种型式：一种是由地面悬挂一个传感器至钻孔中，量测预定各深度的弯曲（图9-37）；另一种是钻孔中按深度装置固定的传感器（图9-38），其监测结果如图9-39所示，滑动面深度为3.5m。

位移计是一种靠测量金属线伸长来确定滑动面位置的装置，一般采用多层位移计量测，将金属线固定于孔壁的各层位上，末端固定于滑床上（图9-40）。它可以用来判断滑动面的深度和滑坡体随时间的位移变形。

9.2.5.2.3　硐室壁面收敛量测

收敛量测是直接量测岩体表面两点间的距离改变量，它被用于了解洞室壁面间的相对变形和边坡上张裂缝的发展变化，据以对围岩稳定性变化趋势作出评价，对破坏时间作出预报。硐室壁面收敛量测常采用专用的收敛计进行。量测时，首先要选择代表性的洞段，量测前在壁面设测桩，收敛计的选择可根据量测方向、位移大小和观测精度确定。收敛计分为垂直方向的、水平方向的和倾斜方向的3种。

垂直收敛计量测硐室顶、底板之间的相对变形，可使用悬挂型和螺栓型两种收敛计（图9-41）。前者可免除每次量测时的攀高问题，对高边墙洞室具有明显的优点，且这种收敛计可以从顶板上的基点作洞壁全断面放射状量测，使用方便。后者不但具有悬挂型的优点，且因螺栓测点可以紧靠开挖工作面埋设，尽可能取得岩体的“全变形”资料。

图9-37　放入型倾斜计测量实例

图9-38　固定型倾斜计测量实例

图9-39　倾斜计测量结果示意图

图9-40　金属线多层位移计

目前常用的水平收敛计是带式收敛计和钢尺式收敛计。它们在跨度不大的硐室中使用，携带方便，安装简单，比较适用。但是当硐室跨度较大时，由于收敛计挠曲变形而使量测精度明显降低，因而要增加收敛计钢尺（带）的刚度和施加一定的拉力，以减少钢尺（带）的挠曲变形，在分析收敛量读数时进行适当的挠曲校正。一般钢尺（带）的材料为铟钢，每次量测时需用恒定的拉力，需精确量测时还应消除温度的影响。

倾斜方向的变形量测也可以使用水平收敛计，但此时收敛计与侧桩间应改为球铰连接方式，以适应不同方向量测的要求。

当硐室稳定性出现问题时，应设限位开关的多点地表位移伸长计及报警装置，对硐室稳定性进行评价时，应分析变形（位移）与时间的关系曲线；当变形加速发展时，可根据曲线的延伸趋势作出破坏时间的预报。

9.2.5.3　地下水监测

地下水对工程岩土体的强度和变形都有极大影响，也是各种不良地质现象产生的重要因素。例如，作用于滑坡上的孔隙水压力、浮托力和动水压力，直接影响滑坡的稳定性；饱水砂土的管涌和液化、岩溶区的地面塌陷等，无不与地下水的作用息息相关。因此要对地下水压力、孔隙水压力准确控制，以保证工程顺利、安全施工和正常运行。

地下水的监测不同于水文地质学中“长期观测”的含义。长期观测是针对地下水的天然水位、水量和水质的时间变化规律进行观测，一般仅是提出动态观测资料。而监测则不仅仅是观测，还要根据观测资料提出问题，制订处理方案和措施。下列情况应进行地下水监测：

（1）地下水位的升降影响岩土体稳定时。

（2）地下水位上升产生浮托力对地下室和地下构筑物的防潮、防水或稳定性产生较大影响时。

（3）施工降水对拟建工程或相邻工程有较大影响时。

（4）施工或环境条件改变，造成的孔隙水压力、地下水压力的变化，对工程设计或施工有较大影响时。

（5）地下水位的下降造成区域性地面沉降时。

（6）地下水位升降可能使岩土产生软化、湿陷、胀缩时。

（7）需要进行污染物运移对环境影响的评价时。

地下水监测的内容包括地下水位的升降、变化幅度及其与地表水、大气降水的关系；工程降水对地质环境及附近建筑物的影响；深基、洞室施工，评价斜坡、岸边工程稳定和加固软土地基等进行孔隙水压力和地下水压力的监控；管涌和流土现象对动水压力的监控；当工程可能受腐蚀时，对地下水水质的监测等。

下面主要就孔隙水压力、地下水压力和水质监测进行讨论。

9.2.5.3.1　孔隙水压力监测

孔隙水压力对岩土体变形和稳定性有很大的影响，因此在饱和土层中进行地基处理和基础施工过程中以及研究滑坡稳定性等问题时，孔隙水压力的监测很有必要。监测用的孔隙水压力计型号和规格较多，应根据监测目的、岩土的渗透性和监测期长短等条件选择，其精度、灵敏度和量程必须满足要求。常用的孔隙水压力计类型及其适用条件如表9-6所示。

图9-41　垂直收敛计监测布置图

表9-6　孔隙水压力计类型、适用条件

孔隙水压力监测点的布置视不同目的而异，一般是将多个压力计顺着孔隙水压力变化最大的方向埋置，以形成监测剖面和监测网，各点的埋置深度可不相同，以能观测到孔隙水压力变化为准。压力计可采用钻孔法或压入法埋设。压入法只适用于软土。采用钻孔法时，当钻达埋置深度后先于孔底填入少量砂子，待置入测头后再在周围和上部填砂，最后用膨胀性黏土球将钻孔全部严密封堵。由于埋设压力计时会改变土体中的应力和孔隙水压力的平衡条件，所以需要一定时间待其恢复原状后才能进行正式观测。(www.daowen.com)

观测结果应整理成曲线图。图9-42为上海某海堤试验段孔隙水压力和填土荷重的关系曲线。从图中可以看出，当荷重达到49kPa时，各测点孔隙水压力增量有一个拐点，表明地基土有塑流趋势，应降低加荷速率使孔隙水压力消散，否则将遭致地基土滑动破坏。

9.2.5.3.2　地下水水位和水质监测

地下水水位和水质的监测布置，应根据岩土体的性状和工程类型确定。一般顺着地下水流向布置观测线。为了监测地表水与地下水之间的关系，则应垂直地表水体的岸边线布置观测线。在水位变化大的地段、上层滞水或裂隙水聚集地带，皆应布置观测孔。基坑开挖工程降水的监测孔应垂直基坑长边布置观测线，其深度应达到基础施工的最大降水深度以下1m处。动态监测除布置监测孔外，还可利用地下水天然露头或水井进行监测。

观测内容除了地下水位外，还应包括水温、泉的流量，在某些监测孔中有时还应定期取水样作化学分析和抽水。观测上述各项内容的同时，还应观测大气降水、气温和地表水体（河、湖）的水位等，藉以相互对照。

监测成果应及时整理，并根据所提出的地下水和大气降水量的动态变化曲线图、地下水压（水位）动态变化曲线图、不同时期的水位深度图、等水位线图、不同时期有害化学成分的等值线图等资料，分析对工程设施的影响，提出防治对策和措施。

图9-42　孔隙水压力-填土荷重关系曲线

1.开挖后30天；2.开挖后60天；3.挖后90天；4.挖后120天；5.测力计

9.2.5.4　不良地质作用和地质灾害的监测

不良地质作用和地质灾害对已建建筑物或构筑物构成了潜在的危险，如其进一步发展，则会造成重大的灾难性事故。遇下列情况一般应进行监测：

（1）场地及其附近有不良地质作用或地质灾害，并可能危及工程的安全或正常使用时；

（2）工程建设和运行可能加速不良地质作用的发展或引发地质灾害时；

（3）工程建设和运行对附近环境可能产生显著不良影响时。

不良地质作用和地质灾害的监测，应根据场地及其附近的地质条件和工程实际需要编制监测纲要，按纲要进行。纲要内容包括监测目的和要求、监测项目、测点布置、观测时间间隔和期限、观测仪器、方法和精度、应提交的数据、图件等，并及时提出灾害预报和采取措施的建议。

常见地质灾害的监测包括：

（1）岩溶土洞监测。

1）地面变形。

2）地下水位的动态变化。

3）场区及其附近的抽水情况。

4）地下水位变化对土洞发育和坍塌发生的影响。

（2）滑坡监测。

1）滑坡体的位移。

2）滑面位置及错动。

3）滑坡裂缝的发生及发展。

4）滑坡体内外地下水位、流向、泉水流量和滑带孔隙水压力。

5）支护结构及其他工程设施的位移、变形、裂缝的发生和发展。

（3）崩塌监测。当需判定崩塌剥离体或危岩的稳定性时，应对张裂缝进行监测。对可能造成较大危害的崩塌应进行系统监测，并根据监测结果对可能发生崩塌的时间、规模、塌落方向和途径、影响范围等作出预报。

（4）采空区监测。对采空区应进行地表移动和建筑物变形的观测，并应符合下列规定：

1）观测线宜平行和垂直矿层走向布置，其长度应超过移动盆地的范围。

2）观测点的间距可根据开采深度确定，并大致相等。

3）观测周期应根据地表变形速度和开采深度确定。

可见，对不良地质作用和地质灾害的监测主要是变形、应力和地下水的监测。通过对不良地质作用和地质灾害的监测，即可正确判定其稳定状态，具有为整治提供科学依据以及检验整治的效果。