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摘要：山区高速公路地形复杂，高边坡稳定性问题十分突出，虽然在建设期已采取了必要的支护措施，但在一些不可确定因素作用下，边坡也可能出现变形甚至失稳，因此采取科学手段实施高边坡监控尤为重要，本文主要分析介绍了山区高速公路路堑高边坡运营期监控技术。
关键词：山区高速；高边坡；运营期；监控
1 高边坡监控的必要性
建设时期公路路基在开挖过程中，进行了大量的开挖切坡和填筑，在客观上为道路的坍塌、滑动以及泥石流等地质灾害创造了条件，大部分边坡在长期的重力作用下，已处于平衡状态，当边坡开挖时，在应力的释放、可能的残余构造应力的释放或卸荷的作用下，边坡内部的地应力状态将重新调整，并将改变边坡原有的平衡状态，使得边坡坡体产生应力集中区和拉应力区，对边坡的稳定不利，此时边坡将会通过变形的方式将应力重分布表现出来，并期望通过变形达到新的平衡状态。如果难以达到平衡时，边坡坡体的变形将持续加剧，最终超过边坡的自稳能力，导致边坡失稳破坏。即使对开挖边坡进行了相应的支护措施，但是由于边坡内部的应力重新调整的过程是一个非常缓慢的过程，边坡仍将持续变形直到最终达到平衡状态，所以在高速公路运营过程中，很有必要对重点边坡进行长期的动态监测，通过检测数据实时掌握边坡的稳定性情况。
2 高边坡监控技术发展趋势
20世纪50年代以来，工程界逐步认识到岩土工程事故大多是由于基础失稳引起的，对基础进行现场监测，及时得到基础信息并采取相应的防范补救措施，可以预报、预防事故的发生，现场监测方法逐渐得到重视，20世纪70年代以来，对现场监测项目的确定，监测仪器的选择、布置，监测仪器的埋设技术，以及观测方法和观测资料的整理分析等方面的研究工作大大加强，进入20世纪90年代，现场监测的硬件和软件迅速发展，范围不断扩大，监测自动化系统，数据处理系统，资料分析系统，安全预报系统不断完善，工程设计采用新的可靠度设计理论方法以来，现场监测作为必要手段，成为提供设计依据，优化设计和可靠度评价不可缺少的一部分。
3 高边坡监控系统的建立原则及主要目标
3.1、系统建立原则
以系统工程为指导思想，以原型调研为基础，以变形-破坏预测预报模型为核心，利用现代监测技术及GIS系统开发技术，实现高边坡安全监控系统集成，实现高边坡安全管理自动化的原则。
3.2、高边坡监控主要目标
（1）为边坡工程施工和运行安全提供保障；
（2）评价边坡理论分析结果，指导边坡工程支护措施和施工工序等的客观标准，实现信息化设计与施工；
（3）为物理力学参数的反算提供数据支持；
（4）宏观把握边坡稳定性状态；
（5）基于所获取的监测数据，预测边坡变形的发展趋势；
（6）检验边坡治理效果。
4 高边坡监控技术
4.1、技术简介
将重点高边坡地质调查数据，设计、施工信息等进行整合，建立高边坡信息数据库，通过在高边坡中埋设多点位移计、测缝计、测斜孔、雨量计以及锚索测力计等监测器，对影响边坡稳定性的因素和边坡变形及内力情况进行监测，基于GPRS无线数据传输平台及Internet网络，通过系统测量软件，实现无线自动化边坡监测数据采集，根据所获取的监测数据，分析预测边坡变形趋势，通过系统平台完成信息汇集与后期处理，从而完成预警模型的构建、失稳分析判据的建立。
4.2、监控仪器
常用的高边坡监控仪器主要包括多点位移计、测缝计、雨量计和锚索测力计以及读数仪。
（1）多点位移计
多点位移计用于观测边坡内部各测点沿钻孔轴线方向的位移，提供边坡表面和内部的位移分布，确定边坡的变形是否稳定。当坡体产生变形，位移计两端伸长或压缩，带动位移传感器钢弦处于张拉或松弛状态，钢弦频率产生变化，受拉时频率增高，受压时频率降低。
（2）测缝计
测缝计是测量结构接缝开度或裂缝两侧块体间相对移动的观测仪器，振弦式测缝计常用振弦式位移传感器改装而成。振弦式传感器的敏感元件是一根金属丝弦，与传感器受力部件连接固定，利用振弦的自振频率与振弦所受到的外加张力关系式测得各种物理量。
（3）锚索测力计
锚索测力计本身为高强度的合金钢圆筒，内置3或4个高精度振弦式传感器，传感器由不锈钢护管保护。传感器可以测量作用在锚索测力计上的总荷载，同时通过测读各传感器，还可以测出不均匀或偏心荷载分布情况。锚索测力计采用全防水密封结构设计，可以在露天或野外工作。
（4）读数仪（频率计）
测定各仪器的频率（或频率模数）并按公式计算观测物理量。
4.3、无线自动化监测技术的应用
边坡监测布置大量的监测仪器，通过GPRS无线数据传输模块，将现场监测仪器所获取的实时监测数据传回监测数据汇集平台。GPRS无线数据传输是基于公众移动通讯平台及Internet的一种解决方案，只要现场有手机信号并开通GPRS服务，即可通过Internet接入对现场监测仪器进行管理及数据采集。GPRS无线数据传输的优点是不受通讯距离及地形的限制，可实现真正意义上的远程遥测及管理，从而达到无线化自动监测的目的。
5 高边坡监控系统软件的开发与应用
5.1、系统软件平台集成开发
（1）电子地图模块
电子地图主要提供基于GIS的部分基础操作功能的实现，包括地图缩放、漫游、全图、导航、鹰眼、放大镜、测量以及图层控制等功能，其主要目的是为了提供基础数据展示，对滑坡发育分布规律的宏观把握。
（2）基本信息录入模块
为了保证系统的正常运行，需要基本信息数据的支撑，在系统的运行过程中，也需要不断的收集新、更数据，以便达到系统设计的预期目的，并基于此建成完善边坡综合地学信息数据库，为后续模型分析、灾害预警等提供数据支持。 （3）单体边坡综合信息模型模块
单体边坡综合信息模型模块的主要功能是通过对专题数据的统计分析，建立单体边坡的综合地质模型，供检索、查询及后续分析使用。
（4）监测数据分析模块
监测数据分析模块的主要功能是根据边坡最新监测数据（雨量、位移、应力等），实时分析降雨与滑坡变形的关系，自动生成降雨量、降雨时间与滑坡变形、应力变化的关系曲线。
在监测数据的后期分析中，可以将不同监测仪器返回的监测数据叠加到同一张图上显示，分析各个监测仪器数据变化趋势的相互关系。
（5）边坡变形-破坏预警模块
在地质灾害的预警研究中，灾变规律的研究是基础，而灾害的临界预报则是建立在灾变规律研究基础之上的。通过对位移-时间曲线的分析来预测边坡的变形发展趋势。
（6）安全管理及应急决策模块
预警等级分为5个等级，分别为：安全级（绿色）、注意级（蓝色）、警示级（黄色）、警戒级（橙色）以及警报级（红色）。在系统中，根据边坡实时的雨量、位移、锚索测力计等监测数据，采用各种边坡预警模型对监测数据进行处理分析，以评价边坡稳定性状况，判断边坡处于哪一种预警等级，为下一步应急决策提供相关技术支持。预警信息可以通过短信或邮件的方式发送到相应的负责人。
（7）数据管理模块
数据管理模块主要是对系统数据的维护工作，主要包括管理部门、管理人员、威胁对象等基本信息，已经发布的预警信息管理，可以对某一边坡的历史预警信息进行对比分析。
5.2、监测获取数据处理
（1）建立支持高边坡监测预警和安全管理的地学信息数据库
针对边坡的多因素综合作用的特点，建立公路边坡综合地学信息数据库，实现公路边坡大量地质信息的综合管理数据库。
（2）基于GIS建立支护后运营期高边坡稳定性评价模型及预警预报模型
通过定性与定量分析降雨、变形、受力三种监测曲线关系，获得此三类监测数据的相互作用关系。在监测数据统计分析的基础上，分别建立对应的单因素监测预警模型。通过构建边坡降雨-变形耦合数值模型，分析边坡降雨与变形相互之间的关系，并根据边坡变形控制理论确定其临界预警值。以此单因素监测预警模型为依据，利用数学模糊综合评价方法建立边坡安全预警综合模型。
（3）建立基于WEB-GIS的边坡安全管理及应急决策指挥系统
基于Web-GIS建立高速公路高边坡安全管理及应急决策指挥系统，实现如下相关功能：
①实现系统的电子地图功能，包括基本的GIS操作和查询功能；
②分析处理系统自动获取的实时监测数据，根据最新监测结果实时分析降雨与边坡变形的关系，自动生成降雨量、降雨时间与边坡变形的关系曲线；
③在单体边坡综合信息模型的基础上，根据边坡监测工作中所获得的变形位移监测数据，通过相应的预测耦合模型，对公路边坡稳定性发展趋势进行预测；
④将各类监测数据、边坡稳定性评价结果及其属性数据、空间数据通过互联网发布，用户能够在客户端进行数据查询，浏览各监测仪器的实时数据与历史数据，在电子地图上浏览公路边坡安全评价结果，并借此实现应急决策管理的现代化水平。
6 高边坡监控技术总体应用评价
对公路边坡进行监测，可以宏观把握边坡稳定性状态，预测边坡变形发展趋势，为边坡安全预警、稳定性评价等提供数据支持，实现信息化设计与施工，在边坡中布设的众多监测仪器，实现了基于GPRS的无线自动化监测，为预测边坡稳定状态和发展趋势及进一步的预警决策提供基础数据。
基于GIS的山区高速公路路堑高边坡运营期监控技术将对全国高速公路高边坡的运营期监测、稳定性评价、安全管理等方面产生重要的影响，为规范高边坡勘察、设计、施工等信息收集，提高高边坡监测、预警预报、安全管理等技术水平提供强有力的技术支撑。
参考文献：
[1] 刘明，汪家林，董建辉.某通透肋式拱梁隧道边坡稳定性监测分析.山西建筑，2008，34（25）：321-322.
[2] 何朝阳，巨能攀，黄健.基于Web-GIS的公路边坡安全管理及应急决策系统研究与实现.地质灾害与环境保护，2012，23（1）：91-94.
[3] 刘文庆.公路高边坡监测数据自动化处理系统.地质灾害与环境保护，2013，24（2）：101-106.
关键词：山区高速；高边坡；运营期；监控
1 高边坡监控的必要性
建设时期公路路基在开挖过程中，进行了大量的开挖切坡和填筑，在客观上为道路的坍塌、滑动以及泥石流等地质灾害创造了条件，大部分边坡在长期的重力作用下，已处于平衡状态，当边坡开挖时，在应力的释放、可能的残余构造应力的释放或卸荷的作用下，边坡内部的地应力状态将重新调整，并将改变边坡原有的平衡状态，使得边坡坡体产生应力集中区和拉应力区，对边坡的稳定不利，此时边坡将会通过变形的方式将应力重分布表现出来，并期望通过变形达到新的平衡状态。如果难以达到平衡时，边坡坡体的变形将持续加剧，最终超过边坡的自稳能力，导致边坡失稳破坏。即使对开挖边坡进行了相应的支护措施，但是由于边坡内部的应力重新调整的过程是一个非常缓慢的过程，边坡仍将持续变形直到最终达到平衡状态，所以在高速公路运营过程中，很有必要对重点边坡进行长期的动态监测，通过检测数据实时掌握边坡的稳定性情况。
2 高边坡监控技术发展趋势
20世纪50年代以来，工程界逐步认识到岩土工程事故大多是由于基础失稳引起的，对基础进行现场监测，及时得到基础信息并采取相应的防范补救措施，可以预报、预防事故的发生，现场监测方法逐渐得到重视，20世纪70年代以来，对现场监测项目的确定，监测仪器的选择、布置，监测仪器的埋设技术，以及观测方法和观测资料的整理分析等方面的研究工作大大加强，进入20世纪90年代，现场监测的硬件和软件迅速发展，范围不断扩大，监测自动化系统，数据处理系统，资料分析系统，安全预报系统不断完善，工程设计采用新的可靠度设计理论方法以来，现场监测作为必要手段，成为提供设计依据，优化设计和可靠度评价不可缺少的一部分。
3 高边坡监控系统的建立原则及主要目标
3.1、系统建立原则
以系统工程为指导思想，以原型调研为基础，以变形-破坏预测预报模型为核心，利用现代监测技术及GIS系统开发技术，实现高边坡安全监控系统集成，实现高边坡安全管理自动化的原则。
3.2、高边坡监控主要目标
（1）为边坡工程施工和运行安全提供保障；
（2）评价边坡理论分析结果，指导边坡工程支护措施和施工工序等的客观标准，实现信息化设计与施工；
（3）为物理力学参数的反算提供数据支持；
（4）宏观把握边坡稳定性状态；
（5）基于所获取的监测数据，预测边坡变形的发展趋势；
（6）检验边坡治理效果。
4 高边坡监控技术
4.1、技术简介
将重点高边坡地质调查数据，设计、施工信息等进行整合，建立高边坡信息数据库，通过在高边坡中埋设多点位移计、测缝计、测斜孔、雨量计以及锚索测力计等监测器，对影响边坡稳定性的因素和边坡变形及内力情况进行监测，基于GPRS无线数据传输平台及Internet网络，通过系统测量软件，实现无线自动化边坡监测数据采集，根据所获取的监测数据，分析预测边坡变形趋势，通过系统平台完成信息汇集与后期处理，从而完成预警模型的构建、失稳分析判据的建立。
4.2、监控仪器
常用的高边坡监控仪器主要包括多点位移计、测缝计、雨量计和锚索测力计以及读数仪。
（1）多点位移计
多点位移计用于观测边坡内部各测点沿钻孔轴线方向的位移，提供边坡表面和内部的位移分布，确定边坡的变形是否稳定。当坡体产生变形，位移计两端伸长或压缩，带动位移传感器钢弦处于张拉或松弛状态，钢弦频率产生变化，受拉时频率增高，受压时频率降低。
（2）测缝计
测缝计是测量结构接缝开度或裂缝两侧块体间相对移动的观测仪器，振弦式测缝计常用振弦式位移传感器改装而成。振弦式传感器的敏感元件是一根金属丝弦，与传感器受力部件连接固定，利用振弦的自振频率与振弦所受到的外加张力关系式测得各种物理量。
（3）锚索测力计
锚索测力计本身为高强度的合金钢圆筒，内置3或4个高精度振弦式传感器，传感器由不锈钢护管保护。传感器可以测量作用在锚索测力计上的总荷载，同时通过测读各传感器，还可以测出不均匀或偏心荷载分布情况。锚索测力计采用全防水密封结构设计，可以在露天或野外工作。
（4）读数仪（频率计）
测定各仪器的频率（或频率模数）并按公式计算观测物理量。
4.3、无线自动化监测技术的应用
边坡监测布置大量的监测仪器，通过GPRS无线数据传输模块，将现场监测仪器所获取的实时监测数据传回监测数据汇集平台。GPRS无线数据传输是基于公众移动通讯平台及Internet的一种解决方案，只要现场有手机信号并开通GPRS服务，即可通过Internet接入对现场监测仪器进行管理及数据采集。GPRS无线数据传输的优点是不受通讯距离及地形的限制，可实现真正意义上的远程遥测及管理，从而达到无线化自动监测的目的。
5 高边坡监控系统软件的开发与应用
5.1、系统软件平台集成开发
（1）电子地图模块
电子地图主要提供基于GIS的部分基础操作功能的实现，包括地图缩放、漫游、全图、导航、鹰眼、放大镜、测量以及图层控制等功能，其主要目的是为了提供基础数据展示，对滑坡发育分布规律的宏观把握。
（2）基本信息录入模块
为了保证系统的正常运行，需要基本信息数据的支撑，在系统的运行过程中，也需要不断的收集新、更数据，以便达到系统设计的预期目的，并基于此建成完善边坡综合地学信息数据库，为后续模型分析、灾害预警等提供数据支持。 （3）单体边坡综合信息模型模块
单体边坡综合信息模型模块的主要功能是通过对专题数据的统计分析，建立单体边坡的综合地质模型，供检索、查询及后续分析使用。
（4）监测数据分析模块
监测数据分析模块的主要功能是根据边坡最新监测数据（雨量、位移、应力等），实时分析降雨与滑坡变形的关系，自动生成降雨量、降雨时间与滑坡变形、应力变化的关系曲线。
在监测数据的后期分析中，可以将不同监测仪器返回的监测数据叠加到同一张图上显示，分析各个监测仪器数据变化趋势的相互关系。
（5）边坡变形-破坏预警模块
在地质灾害的预警研究中，灾变规律的研究是基础，而灾害的临界预报则是建立在灾变规律研究基础之上的。通过对位移-时间曲线的分析来预测边坡的变形发展趋势。
（6）安全管理及应急决策模块
预警等级分为5个等级，分别为：安全级（绿色）、注意级（蓝色）、警示级（黄色）、警戒级（橙色）以及警报级（红色）。在系统中，根据边坡实时的雨量、位移、锚索测力计等监测数据，采用各种边坡预警模型对监测数据进行处理分析，以评价边坡稳定性状况，判断边坡处于哪一种预警等级，为下一步应急决策提供相关技术支持。预警信息可以通过短信或邮件的方式发送到相应的负责人。
（7）数据管理模块
数据管理模块主要是对系统数据的维护工作，主要包括管理部门、管理人员、威胁对象等基本信息，已经发布的预警信息管理，可以对某一边坡的历史预警信息进行对比分析。
5.2、监测获取数据处理
（1）建立支持高边坡监测预警和安全管理的地学信息数据库
针对边坡的多因素综合作用的特点，建立公路边坡综合地学信息数据库，实现公路边坡大量地质信息的综合管理数据库。
（2）基于GIS建立支护后运营期高边坡稳定性评价模型及预警预报模型
通过定性与定量分析降雨、变形、受力三种监测曲线关系，获得此三类监测数据的相互作用关系。在监测数据统计分析的基础上，分别建立对应的单因素监测预警模型。通过构建边坡降雨-变形耦合数值模型，分析边坡降雨与变形相互之间的关系，并根据边坡变形控制理论确定其临界预警值。以此单因素监测预警模型为依据，利用数学模糊综合评价方法建立边坡安全预警综合模型。
（3）建立基于WEB-GIS的边坡安全管理及应急决策指挥系统
基于Web-GIS建立高速公路高边坡安全管理及应急决策指挥系统，实现如下相关功能：
①实现系统的电子地图功能，包括基本的GIS操作和查询功能；
②分析处理系统自动获取的实时监测数据，根据最新监测结果实时分析降雨与边坡变形的关系，自动生成降雨量、降雨时间与边坡变形的关系曲线；
③在单体边坡综合信息模型的基础上，根据边坡监测工作中所获得的变形位移监测数据，通过相应的预测耦合模型，对公路边坡稳定性发展趋势进行预测；
④将各类监测数据、边坡稳定性评价结果及其属性数据、空间数据通过互联网发布，用户能够在客户端进行数据查询，浏览各监测仪器的实时数据与历史数据，在电子地图上浏览公路边坡安全评价结果，并借此实现应急决策管理的现代化水平。
6 高边坡监控技术总体应用评价
对公路边坡进行监测，可以宏观把握边坡稳定性状态，预测边坡变形发展趋势，为边坡安全预警、稳定性评价等提供数据支持，实现信息化设计与施工，在边坡中布设的众多监测仪器，实现了基于GPRS的无线自动化监测，为预测边坡稳定状态和发展趋势及进一步的预警决策提供基础数据。
基于GIS的山区高速公路路堑高边坡运营期监控技术将对全国高速公路高边坡的运营期监测、稳定性评价、安全管理等方面产生重要的影响，为规范高边坡勘察、设计、施工等信息收集，提高高边坡监测、预警预报、安全管理等技术水平提供强有力的技术支撑。
参考文献：
[1] 刘明，汪家林，董建辉.某通透肋式拱梁隧道边坡稳定性监测分析.山西建筑，2008，34（25）：321-322.
[2] 何朝阳，巨能攀，黄健.基于Web-GIS的公路边坡安全管理及应急决策系统研究与实现.地质灾害与环境保护，2012，23（1）：91-94.
[3] 刘文庆.公路高边坡监测数据自动化处理系统.地质灾害与环境保护，2013，24（2）：101-106.