简析矿山高陡边坡稳定性的位移监测技术

孔庆阳

中国水利水电第十二工程局有限公司浙江杭州310000

摘要：随着科技的进步发展，矿山高陡边坡地面位移监测方法中的GNSS技术、地面三维激光扫描技术、测量机器人等先进技术已经得到了广泛的应用。基于此，本文简述了矿山边坡稳定性监测的必要性以及影响高陡边坡稳定性的主要因素，对矿山高陡边坡稳定性的位移监测技术进行了简要分析。

关键词：矿山边坡稳定性；监测；必要性；高陡边坡；稳定性；影响因素；监测技术

1矿山边坡稳定性监测的必要性

边坡稳定性监测是矿山开采时的重点工作之一，由于影响边坡稳定性的因素是复杂的、多方面，对于不同的边坡，又具有其特殊性，因此必须加强对其进行监测。在矿山开采过程中，随着岩层岩体的风化以及爆破振动、运输扰动的影响，大气降水、冻融循环、地壳运动等因素对边坡稳定的影响越来越大，一旦发生滑坡直接影响矿山的安全生产和经济效益，带来很大的损失，所以需要对矿山边坡稳定性进行监测。

2影响高陡边坡稳定性的主要因素

2.1高陡边坡工程地质因素。主要表现为：（1）地层岩性。地层岩性及其组合是构成高陡边坡的物质基础，岩性决定岩石的强度、抗风化能力、岩体结构及所能保持的边坡高度。岩石软弱，风化深度大，构造破碎严重，当切坡高度、陡度达到一定值时会发生失稳现象。（2）地质构造。地质构造决定岩层的产状、节理裂隙的性质及发育程度、断层破碎带的性质等，这些因素又决定了边坡的岩体结构。受构造的影响，如高陡边坡体上节理裂隙发育、岩体破碎，将严重影响高陡边坡的稳定性，局部边坡的稳定主要受倾向临空不利结构面的控制。（3）边坡岩体的风化程度。岩体风化一方面破坏了岩体的完整性，另一方面使岩石物质成份发生变化，导致岩石物理力学性质发生改变，直接影响岩体的强度及构造特性，进而影响边坡的稳定。（4）水文地质条件。水是造成边坡失稳的重要因素，地下水软化岩（土）体，降低其强度，增大容重而增大了下滑力，产生静、动水压力，产生边坡的失稳。坡体内具有丰富的地下水，岩性软弱，往往导致大规模变形如坡体滑坡、边坡滑坡的产生，因此是否具有地下水及地下水的发育程度是评价边坡稳定的重要元素。

2.2边坡设计因素。边坡开挖是对自然应力状态的重大改变，其是造成边坡失稳的直接原因，因此边坡设计措施是否合理是决定边坡稳定的关键，它包括确定坡形、坡率、边坡高度和防护结构的类型等。故在一定的工程地质条件下，边坡的稳定性取决于设计是否与地质条件相适应。

2.3施工因素。高陡边坡工程在设计合理的前提下，做好施工组织，选择有效的施工方法及工艺，尤其做好开挖与支挡工程的有机配合。如对危重病害边坡，必须分级开挖，随即支挡，挖一级，支挡防护一级，再向下挖。若一挖到底再防护，可能发生新的变形，增加投资及影响施工进度。

3矿山高陡边坡稳定性的位移监测技术分析

3.1GNSS自动化监测技术分析。矿山边坡稳定性监测工作中，由于测区环境复杂，可以综合运用GNSS定位技术、数据无线远程传输技术、监测数据自动分析处理系统等先进技术，构建边坡稳定性自动化监测系统。该系统主要有GNSS定位子系统、数据传输子系统、数据处理分析子系统及辅助设施组成，辅助设施主要包括供电稳压设施、避雷设施等。其中GNSS系统经过长时间观测获取定位数据，通过数据传输系统将数据传输至数据处理与控制系统，服务器根据GNSS接收机特有的IP地址和端口号，获得观测得到的原始数据，使用GNSS软件进行数据结算，得到精确的三维空间坐标，与已有监测数据对比分析，计算得出监测点的移位情况，经分析计算得到边坡稳定性监测数据，当监测数据超过一定数值时，自动预警。在GNSS边坡稳定性监测系统中，GNSS接收机可以自动观测，且大多采用强制对中装置，无人为误差及仪器对中误差，极大地减轻了野外测量的工作强度，得到高精度的三维点位监测成果，能够实现远程以及恶劣天气条件下采集数据，可连续监测。数据处理分析系统中，可以根据监测要求限定阀值、变化速率，当监测结果及变形速率超出预定极限值时自动报警。GNSS自动化边坡稳定性监测具有测量精度高、自动化程度高的优点。

3.2测量机器人监测分析。测量机器人由带电动马达驱动和程序控制的TPS系统结合激光、通讯及CCD技术组合而成，可以自动化进行目标识别、照准、测角测距、跟踪及记录。由于测量机器人自动化程度高，具有自动搜寻照准目标测量并记录的功能，且可以根据设置重复测量，在长时间固定监测或危险区域监测中优势明显。使用测量机器人进行矿山边坡稳定性监测时，为了能够同时尽可能多地观测到监测点，常根据后方交会原理采用自由设站法测量，即找到便于观测的位置设站后观测两处或以上已知点上设置的反射棱镜后，对测量机器人进行学习训练（又称为测量机器人自学习），设置正倒镜、测量次数、通讯参数、限差等指标后，使用自动测量功能，测量机器人即可按照要求循环测量。测量的结果既可存入机器内存，也可以远程传输至数据处理中心进行处理。与GNSS监测技术相比，测量机器人观测时需要通视，测区的地形、地貌、植被覆盖可能会对测量造成一定的影响。与GNSS自动化边坡稳定性监测系统类似，通过无线网络使用数据传输技术实时将测量机器人的观测数据传输至控制中心，使用专业软件自动分析，得出监测结果，构建机器人边坡稳定性自动监测系统。

3.3地面三维激光扫描监测技术分析。地面三维激光扫描系统主要由激光扫描仪、旋转平台、外置数码相机、扫描控制平台、数据处理平台及外接电源等共同构成。地面三维激光扫描系统能够实现坡体的快速数字化，得到坡体表面三维信息，实现“所见即所测”。运用地面三维激光扫描技术，可以方便地从事各类复杂、大型、不规则、非标准的实景或实体三维数据的采集，得到精确的点云数据。利用地面三维激光扫描技术进行矿山边坡稳定性监测的工作流程包括前期规划设计、野外扫描测量、内业数据处理分析三个阶段。前期规划设计主要完成现场踏勘、控制点及扫描站点布设等工作；野外扫描时每测站扫描结束后现场检查数据，判断是否有遗漏扫描区域，检查标靶的采样率是否符合要求，检查无误后对每一测站的扫描数据进行命名，包括测站名称、扫描顺序等，然后保存；内业数据处理包括点云数据滤波、平滑、不同站点间点云数据的配准及融合等，并提取特征点与前期扫描结果对比进行边坡稳定性分析。三维激光扫描技术可以获取高密度、高精度的三维点云数据，进行特征提取，可以精确获得边坡变化状况。与测量机器人、GPS测量不同，三维激光扫描为远距离无接触测量，无需在监测体上埋设相关仪器设备，且速度快、精度高，能够反映坡体的总体变形趋势等优点，在大变形边坡监测中应用广泛，具有明显优势。

4结束语

综上所述，矿山高陡边坡稳定性主要反映在其位移方面，所以加强其内部位移监测对于掌握滑坡动态，弄清楚滑坡规模以及预测出滑坡的趋势等方面具有重要意义，不但为分析工作提供出了可靠的资料，还能为边坡加固治理设计提供重要依据，因此必须加强对矿山高陡边坡稳定性的位移监测技术进行分析。

参考文献

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