用于露天礦坑尾礦庫邊坡滑坡預警的動態監測系統及方法與流程
本發明屬于巖質邊坡穩定性分析以及滑坡預警領域，尤其是一種用于露天礦坑尾礦庫邊坡滑坡預警的動態監測系統及監測方法。
背景技術：
高陡巖質邊坡是巖質邊坡穩定性分析中常見的類型，在礦山、隧道等分布較為廣泛，在自重應力作用下，隨著露天采礦活動的進行，邊坡臨空面逐漸增大，滑坡產生的概率逐漸增大。邊坡后緣張開裂隙使得降雨不斷入滲，結構面上靜水壓力和動水壓力加劇滑坡產生的危險，地表位移不斷增大。
露天金礦開采任務結束后，礦坑作為鄰近選礦廠的尾礦庫使用，工業用水的排放及雨季降雨使得尾礦庫持續蓄水，庫水對邊坡的影響主要包括兩個方面：一是水對邊坡巖石力學性質的影響；二是水位循環對邊坡巖石的影響。露天礦坑尾礦庫邊坡穩定性分析受庫水位影響顯著，并且具有突發性，常常導致大規模的滑坡災害。
目前，常用的動態監測系統主要存在3個方面的問題：一是現有的動態監測系統對保障露天礦坑尾礦庫安全使用的必要監測內容不全面，一般的露天礦坑尾礦庫邊坡動態監測系統對邊坡自身的位移及應力變化進行動態監測，而對于誘發邊坡失穩的主導因素不加以分析，從而缺乏對主要誘發因素的監測。對于露天礦坑尾礦庫，由于水位的變化導致礦坑巖石的損傷，是導致位移增大的直接因素，也是導致滑坡的促進因素，所以應加強對對水位變化的監測；二是動態監測系統的成本較高，隨著科學技術的發展，先進的儀器設備應用于滑坡的監測，如聲發射監測、磁傳感器、三維激光掃描等技術，雖都能精度較高的監測邊坡的安全狀態，但成本較高，并且儀器設備較為精密，容易被人為因素破壞；三是現有的監測系統的監測指標的監測頻率以及預警值都為固定值。但對于露天礦坑尾礦庫，尾礦的排放狀態是一個動態變量，固定的監測頻率并不能做到最優化監測，所以需要建立更為全面的動態監測系統。
技術實現要素：
本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種用于露天礦坑尾礦庫邊坡滑坡預警的動態監測系統及監測方法，通過礦區地質勘探資料，結合巖石力學室內實驗，分析誘發邊坡滑移的主導因素。采用多個變形參數指標，并突出水位的監測，并選擇合理的監測頻率及預警值，對于露天礦坑尾礦庫更全面、更合理的監測手段。
為實現上述目的，本發明采用下述技術方案：
一種用于露天礦坑尾礦庫邊坡滑坡預警的動態監測系統，包括：
礦坑水位監測單元，用GPS量測水位高程變化，通過地質資料及室內巖石力學試驗分析可得，礦坑水位循環變化是產生滑坡的主要誘因，礦坑水位的變化決定其他監測單元的監測頻率；
地表裂縫及位移監測單元，采用GPS系統測量，GPS數據采集使用多臺GPS接收機同步觀測以獲得觀測數據，觀測完成后，下載觀測數據，對下載的數據初步解算處理；
深部變形及位移監測單元，采用鉆孔傾斜儀監測，采取定期測孔，由技術人員攜帶鉆孔測斜儀監測設備，到滑坡現場對深部位移測試，記錄數據，然后對監測數據內業整理；
宏觀巡查監測單元，通過調查和巡訪直接了解邊坡的變化情況；
中央處理單元，前述各單元的數據分別輸送至中央處理器中，通過調用原始數據庫資料，分析位移監測資料與水位監測資料的關系，同時結合宏觀巡查資料分析邊坡失穩的概率。
所述礦坑水位監測單元，具體包括監測內容為水位值的變化，數據處理后解譯為水位變化量和變化速率曲線圖；水位的變化量和變化速率決定著其他監測單元的監測頻率，監測頻率與水位的變化量和變化速率成正比。
所述地表裂縫及位移監測單元，具體包括在穩定地段建立基準點，在監測邊坡體上設置觀測點，運用GPS定期測量測點和基準點之間的位移變化量；數據處理后解譯為滑坡體地表位移量、位移方向和變形速率曲線圖。
所述觀測點的布置，在深部巖體位移監測布置3個測斜孔。
為完成地表位移測點布置，在北幫邊坡建立監控網，并采用GPS實時監測的方法，采用直接埋設方法，完成了各測點的位移值測量。
所述地表裂縫監測單元，采用鋼卷尺測量，監測內容主要是裂縫的擴展情況，如果裂縫發展速度突然跳躍式的變化，或者縱向裂縫突然被拉長，預示邊坡即將失穩破壞。
在坡頂拉裂裂縫兩側共布置5組裂縫寬度測量基點，用鋼卷尺直接量測裂縫的寬度變化。
所述深部變形及位移監測單元，具體包括通過觀測深部巖體位移，準確掌握坡體滑動面的位置、邊坡測點位移速率和邊坡體位移隨深度的變化情況；監測數據處理后的歷時曲線，解譯為崩滑體內各巖土層相對位移的空間分布和變形規律。
所述宏觀巡查監測單元，具體包括沉降、隆起、建筑物變形及異常現象，提交崩滑體巡查路線及變形情況報告。
所述異常現象包括地聲、地下水異常和動物異常。
一種利用用于露天礦坑尾礦庫邊坡滑坡預警的動態監測系統的監測方法，包括以下步驟：
1)地質資料分析，通過對礦區地質資料進行分析，確定誘發露天礦坑尾礦庫邊坡失穩的主要地質構造，根據礦山地質勘探資料及目前邊坡產生變形的滑坡潛在區域分析，確定地表位移監測點的位置及數目，邊坡體內部存在軟弱蝕變帶結構，是發生滑坡的重要結構面，根據蝕變帶位置確定深部位移監測點的位置、深度、數目；
2)室內巖石力學試驗，尾礦的排放使的水位處于持續變化狀態。通過室內巖石力學試驗分析水位變化對巖石的力學特性的影響，選取典型的蝕變帶巖石，進行不同飽水-失水循環條件單軸和三軸壓縮實驗，水位變化對邊坡巖石力學性質造成嚴重損傷，是產生滑坡的主要誘導因素；
3)有限元強度折減法分析，通過建立的數值模型分析水位變化時，邊坡的應力、應變及安全系數的變化，確定水位變化是影響滑坡的主要因素；
4)監測設備的安裝與調試，安裝GPS測量系統，運行設備并記錄初始數據，利用鉆孔測斜儀測量并記錄各個測孔的初始數據；
5)監測數據的獲取與處理，監測信息涉及施測項目全部測點成果數據和計算結果數據，定期由專業監測人員攜帶GPS接收機、移動式鉆孔傾斜儀設備，到各個監測點觀測記錄或下載數據；
6)一個期次的監測工作完成后，及時處理各類監測儀器的數據，剔出監測噪音數據；對可靠的數據編制各類數據成果表、曲線圖，綜合分析監測成果；掌握滑坡的變形動態，編寫監測報告。
步驟5)中的數據處理如下：
(1)異常數據的剔除與內插
對監測數據中明顯異常和誤差較大的數據進行了剔除，為了保證監測數據的等間隔性，對剔除后的監測數據進行了線性內插處理；
對于累積位移系列Y1，Y2，Y3…Yi…Yp…Yj…Yn，i、j、n為順序時間序列，n為大于3的整數，p為剔除點個數；
其對應的時間系列為t1，t2，t3…ti…tp…tj…tn，如果在ti…tj間剔除了p個數據，剔除后的內插值采用下式計算：
式中：ti為監測時間；Yi為從開始到ti累計位移，Yj為從開始到tj累計位移；
(2)投影
首先，通過統計分析的手段判定監測點累積位移的位移方向，以大多數位移矢量方向為依據，確定各點的主滑方向，并將各點位移矢量向各點的主滑方向投影，得到各點在主滑方向上的位移；下式為計算各監測點在主滑方向的累積位移量的計算公式：
Yi*＝Yicos(αi-γ)
式中：Yi*－各點累積位移在主滑方向上的投影；
αi－累積位移方位角；
γ－主滑方位角；
(3)變形突變現象的分析與處理
分析累積位移-時間曲線的類型，歸納不同類型累積位移-時間曲線所對應的滑坡變形規律；不同類型的累積位移-時間曲線的處理方法不同：光滑型曲線不處理；震蕩型曲線釆用均勻濾波法進行平滑處理，采用二次濾波處理累積位移：
式中：Yi1－一次均勻濾波后所得累積位移；
Yi2－二次均勻濾波后所得累積位移。
本發明中，各監測單元及手段如表1所示。
表1主要監測方法表
監測數據的采集，監測信息涉及施測項目全部測點成果數據和計算結果數據，定期由專業監測人員攜帶GPS接收機、移動式鉆孔傾斜儀等設備，到各個監測點進行觀測記錄或下載數據。
表2滑坡監測數據采集和整理信息表
對于庫水位的監測，應該考慮到選礦廠尾礦的排放，監測時間應該為每月兩次，加密期間每周一次，通過分析得到的庫水位變化監測數據，確定其他監測單元的監測頻率。當庫水位變化速率位于0—2cm/d范圍內，其他監測單元采用常規監測；當庫水位變化速率位于2—5cm/d范圍內，應該采用加密監測；當庫水位變化速率大于10cm/d時，應實時監測，防止滑坡的突然發生。
對于變形趨勢加劇的滑坡體，位移監測數據采集周期的確定需要考慮不同的變形階段和儀器系統誤差來調整，而庫水位動態監測，由于其過程數據動態性較強，其采集間隔要保持一致性。基于變形-水位相關性分析的需要，位移監測數據采集間隔應盡量保持時間和空間域內的連續性，以免遺漏一些動態細節，同時可以提高數據分析的精確度。
監測數據的整理，為直觀的描述滑坡的變形特征，監測數據的整理分析方法主要是各類圖表，如：地表位移-水位-時間關系曲線、滑坡裂縫位移-水位關系曲線、地下測斜位移-深度-時間關系曲線；滑坡位移速率曲線、滑坡位移矢量等。
成果資料整理中，對于宏觀地質變形特征應予以重視，特別是裂縫的發生及發展規模、連通性、地面沉降、下陷、建筑物變形和與變形有關的異常現象(如地聲、地下水異常、動物異常等)。
測點布置，深部巖體位移監測布置3個測斜孔，測斜孔埋設詳細信息如表3所示。
表3測斜孔埋設信息表
為完成地表位移測點布置，特在北幫邊坡建立監控網，并采用GPS實時監測的方法，采用直接埋設方法，完成了各測點的位移值測量，沉降、水平位移觀測點布置示意圖如圖1a、圖1b所示，觀測點的平面分布圖如圖3所示。為了觀測裂縫的變化，在坡頂拉裂裂縫兩側共布置5組裂縫寬度測量基點，用鋼卷尺直接量測裂縫的寬度變化，這種方法操作簡單、直觀性強，裂縫監測點布置如圖2a所示。
本發明的有益效果是：針對露天礦坑尾礦庫工程地質環境，對產生滑坡的危險因素進行分析，根據水位循環對邊坡巖石的損傷作用，建立動態水位監測系統，一是通過分析地質勘探資料，可得邊坡體內部存在軟弱蝕變帶結構，是發生滑坡的重要結構面，根據蝕變帶位置確定深部位移監測點的位置、深度、數目確定；二是通過有限元強度折減法分析水位變化對邊坡應力、應變及安全系數的影響，確定水位變化是影響邊坡穩定的主要因素；三是通過不同飽水-失水循環條件下的室內壓縮試驗，分析飽水-失水循環對邊坡巖石造成的損傷，水位變化對邊坡巖石產生嚴重的損傷，邊坡巖石力學條件的弱化，是導致巖石邊坡失穩的主要誘因。所以，應動態監測系統應突出水位變化監測，實現露天礦坑邊坡的既能統籌兼顧又突出重點監測。水位變化是產生滑坡的主要誘導因素，必須加強對水位變化的監測，根據水位變化資料確定其他監測單元的監測頻率，做到關鍵時期重點監測、正常時期普通監測。
附圖說明
圖1a、圖1b分別是本發明中地表位移觀測點及測斜孔布置示意圖；
圖2a是本發明中地表裂縫監測點布置示意圖；
圖2b、圖2c分別是487勘探線地質剖面圖及數值計算模型圖；
圖2d、圖2e分別是天然工況、庫水位升至-58米條件下位移云圖；
圖2f、圖2g分別是天然工況、庫水位升至-58米條件下滑坡剪應變增量等值線圖；
圖3是本發明中觀測點平面分布圖；
圖4是本發明中水位變化圖；
圖5是本發明中邊坡變形分區圖；
圖6a、圖6b分別是本發明中GC3、GC7、GC8累積位移、位移速率與水位關系圖；
圖7a、圖7b分別是本發明中GC4、GC6、GC13累積位移、位移速率與水位關系圖；
圖8a、圖8b分別是本發明中GC2、GC9、GC10、GC12、GC33累積位移、位移速率與水位關系圖；
圖9a、圖9b分別是本發明中滑坡裂縫累積位移、位移速率與時間關系圖；
圖10a、圖10b分別是本發明中1#、2#孔深部位移變化曲線；
圖11是本發明中3#孔深部位移變化曲線；
圖中：GC為深部位移測點孔號。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
本說明書所附圖式所繪示的結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內容，以供熟悉此技術的人士了解與閱讀，并非用以限定本發明可實施的限定條件，故不具技術上的實質意義，任何結構的修飾、比例關系的改變或大小的調整，在不影響本發明所能產生的功效及所能達成的目的下，均應仍落在本發明所揭示的技術內容得能涵蓋的范圍內。同時，本說明書中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”及“一”等的用語，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本發明可實施的范圍，其相對關系的改變或調整，在無實質變更技術內容下，當亦視為本發明可實施的范疇。
1.選定邊坡，監測點設置：
本發明以煙臺倉上金礦尾礦庫邊坡為例說明，影響礦區邊坡穩定性的構造主要是3#蝕變帶，3#蝕變帶是寬度為10～20m，長度為400m左右的構造破碎帶，位于礦區氰冶廠區和507勘探線之間。3#蝕變帶傾角靠近地表部分傾角近50°，越往深處，其傾角越大，總體傾角在50°～60°之間。3#蝕變帶內巖層為黃鐵絹英巖化碎裂帶，呈松散塊狀構造，主要由石英、絹云母、黃鐵礦等礦物組成，其中蘊含黃鐵礦，黃鐵礦黃鐵絹英巖化碎裂帶受晚期構造活動的影響，總體呈破碎狀，蝕變嚴重，呈細脈狀夾于巖層中，嚴重影響邊坡的安全。
深部巖體位移監測共布置3個測斜孔，2014年7月已完成測斜孔鉆孔和測斜管安裝工作，并采用測斜儀器實時進行監測。地下深部巖石位移監測周期為4周/次，當地下位移變化量較大時加密測量頻率。為完成地表位移測點布置，特在北幫邊坡建立監控網，并采用GPS實時監測的方法，采用直接埋設方法，完成了各測點的位移值測量。水位監測周期為4周/次，當水位變化較快時加密測量頻率。為了觀測裂縫的變化，在坡頂拉裂裂縫兩側共布置5組裂縫寬度測量基點，用鋼卷尺直接量測裂縫的寬度變化，這種方法操作簡單、直觀性強。
2.監測步驟：
一種利用用于露天礦坑尾礦庫邊坡滑坡預警的動態監測系統的監測方法，包括以下步驟：
1)地質資料分析，通過對礦區地質資料進行分析，確定誘發露天礦坑尾礦庫邊坡失穩的主要地質構造，根據礦山地質勘探資料及目前邊坡產生變形的滑坡潛在區域分析，確定地表位移監測點的位置及數目，邊坡體內部存在軟弱蝕變帶結構，是發生滑坡的重要結構面，根據蝕變帶位置確定深部位移監測點的位置、深度、數目；
2)有限元強度折減法分析，通過建立的數值模型分析水位變化時，邊坡的應力、應變及安全系數的變化，確定水位變化是影響滑坡的主要因素；
3)室內巖石力學試驗，尾礦的排放使的水位處于持續變化狀態；通過室內巖石力學試驗分析水位變化對巖石的力學特性的影響，選取典型的蝕變帶巖石，進行不同飽水-失水循環條件單軸和三軸壓縮實驗，水位變化對邊坡巖石力學性質造成嚴重損傷，是產生滑坡的主要誘導因素；
4)監測設備的安裝與調試，安裝GPS測量系統，運行設備并記錄初始數據，利用鉆孔測斜儀測量并記錄各個測孔的初始數據；
5)監測數據的獲取與處理，監測信息涉及施測項目全部測點成果數據和計算結果數據，定期由專業監測人員攜帶GPS接收機、移動式鉆孔傾斜儀設備，到各個監測點觀測記錄或下載數據；
6)一個期次的監測工作完成后，及時處理各類監測儀器的數據，剔出監測噪音數據；對可靠的數據編制各類數據成果表、曲線圖，綜合分析監測成果；掌握滑坡的變形動態，編寫監測報告。
步驟5)中的數據處理如下：
(1)異常數據的剔除與內插
對監測數據中明顯異常和誤差較大的數據進行了剔除，為了保證監測數據的等間隔性，對剔除后的監測數據進行了線性內插處理；
對于累積位移系列Y1，Y2，Y3…Yi…Yp…Yj…Yn，其對應的時間系列為t1，t2，t3…ti…tp…tj…tn，如果在ti…tj間剔除了p個數據，剔除后的內插值采用下式計算：
式中：ti為監測時間；Yi為從開始到ti累計位移；
(2)投影
首先，通過統計分析的手段判定監測點累積位移的位移方向，以大多數位移矢量方向為依據，確定各點的主滑方向，并將各點位移矢量向各點的主滑方向投影，得到各點在主滑方向上的位移；下式為計算各監測點在主滑方向的累積位移量的計算公式：
Yi*＝Yicos(αi-γ)
式中：Yi*－各點累積位移在主滑方向上的投影；
αi－累積位移方位角；
γ－主滑方位角；
(3)變形突變現象的分析與處理
分析累積位移-時間曲線的類型，歸納不同類型累積位移-時間曲線所對應的滑坡變形規律；不同類型的累積位移-時間曲線的處理方法不同：光滑型曲線不處理；震蕩型曲線釆用均勻濾波法進行平滑處理，采用二次濾波處理累積位移：
式中：Yi1－一次均勻濾波后所得累積位移；
Yi2－二次均勻濾波后所得累積位移；
3.有限元強度折減法分析
選取北幫邊坡穿過3#蝕變帶的487勘探線處建立模型(圖2c)，共劃分11950個單元，13959個節點。模型前后施加Y方向的約束，兩側施加X方向的約束，底部施加固定約束，地表為自由面。僅考慮重力，計算工況分為蓄水前和蓄水至-58m兩種。
表4 487勘探線自然狀態參數取值
表5 487勘探線飽水狀態參數取值
計算兩種工況下的邊坡穩定性系數，結果如表6所示。從表6可以看出，邊坡蓄水前的穩定系數為1.36，蓄水至-58m劣化為1.26，穩定系數減小，邊坡整體穩定性降低。
表6邊坡穩定性系數計算結果
邊坡局部穩定性主要從邊坡在選取兩種計算工況條件下的位移場和應變場進行分析，其位移等值線圖、剪應變增量等值線圖見圖2d-圖2g。
(1)邊坡位移場分析
依據邊坡的位移等值線圖可以看出：邊坡在天然工況和庫水位升至-58米條件下的變性特征相似，即邊坡變形主要集中在邊坡前部(蝕變帶和臨近礦坑部位)，與邊坡現場變形調查和專業監測的結果基本一致；相較于天然工況，庫水位升至-58米邊坡位移增加迅速，坡腳處最大位移由70mm增大到110mm，坡頂位移由60mm增大到100mm，與實際監測結果較為吻合。
(2)邊坡應變場分析
根據邊坡剪應變增量等值線圖可以看出：從整體上看，剪應變增量的峰值主要集中于邊坡蝕變帶部位，說明此位置處較危險；庫水位升至-58米較天然工況剪應變增量峰值的量值增大，0.18至0.26，增幅為0.08，且剪應變增量貫通率也增大，這說明庫水位升至-58米較天然工況對滑坡體的穩定性影響要大。
根據邊坡整體穩定性和局部穩定性的分析結果可知：
①邊坡蓄水前的穩定系數為1.36，蓄水至-58m劣化為1.26，穩定系數減小，邊坡整體穩定性降低，說明水位上升對邊坡整體穩定性有較大影響；但二者的穩定性均大于1.2，說明現階段邊坡處于穩定變形階段，與實際狀況吻合。
②邊坡前部和礦坑水接觸的位置及蝕變帶處位移和剪應變增量最大，同時一旦滑面貫通可能發生失穩破壞。綜合確定在礦坑水位的持續作用下，邊坡前部發生失穩破壞的可能性較大。
4.室內巖石力學試驗：
單軸抗壓性能試驗包括單軸抗壓強度試驗和單軸壓縮變形試驗。單軸抗壓強度試驗是試件在無側限條件下，受軸向力作用破壞時，單位面積上所承受的荷載；單軸壓縮變形試驗是測定試件在單軸壓縮應力條件下的縱向及橫向應變，據此計算試件彈性模量和泊松比。本試驗分別對5種巖樣進行試驗，每組三個巖樣，分別進行自然狀態下單軸抗壓強度試驗，不同“飽水-失水”循環次數(1次，5次，15次)下單軸抗壓強度試驗，探究巖石單軸抗壓強度規律。
表7試驗方案
根據單軸壓縮試驗目的，按照以下步驟進行單軸壓縮試驗。
(1)測定前核對巖樣的名稱及編號，對試件巖性、顏色、層理、節理、裂隙及加工過程中出現的問題進行記錄，并填入記錄表內。
(2)檢查試件加工數據并填入記錄表內：
①直徑量測：在試件的上下斷面附近以及中央附近的斷面，測定相互垂直的兩個方向的直徑，取其算術平均值為試件的直徑；
②高度量測：高度應在試件的過中心軸的兩個相交的平面內各取兩點，測定兩個高度值，取其算術平均值作為試件的高度。
(3)套熱縮管：由于固體破裂過程能量較大，熱縮管在單軸壓縮試驗中具有一定的緩沖保護作用。將制好的巖樣測量尺寸后用熱縮管按從上到下順序將上墊塊、巖樣、下墊塊包裹，并用熱風機加熱熱縮管使其與巖樣、墊塊接觸緊密，加熱過程做到“螺旋式吹風，均勻、緊密接觸”。
(4)在試件上安裝軸向和徑向引伸計，測定軸向和徑向應變；套上熱縮膠套后置于伺服試驗機承壓板壓頭中間，在膠套外安裝好軸向及環向引伸計，盡可能保證環向引伸計安裝水平且軸向引伸計在巖樣中部對稱位置。試件為脆性巖石時，應加設保護裝置。
(5)施加少量預壓荷載(本試驗取值0.2kN)，保證試件與試驗機加載裝置緊密接觸，削弱試件斷面不平整度帶來的誤差影響；軸向變形和徑向變形值清零，以0.2mm/min的軸向位移速率進行軸壓加載，直至試件破壞。如無峰值時，加載至軸向應變達15％～20％時停止試驗。
表8各巖組單軸壓縮試驗物理力學性質一覽表
經過“飽水-失水”循環后巖樣的單軸抗壓強度都有所降低，峰值抗壓時的軸向應變有所增大，所測巖樣的力學特性分為兩類：
(1)黃鐵絹英巖化混合巖化斜長角閃質碎裂巖、花崗巖、黃鐵絹英質碎裂巖對水的敏感性較小，經歷飽水-失水循環15次后，單軸抗壓強度仍為自然狀態下的80～90％。
(2)黃鐵絹英巖化花崗質碎裂巖、黃鐵絹英巖化花崗巖對水的敏感性較大，其中黃鐵絹英巖化花崗質碎裂巖遇水軟化性最為明顯，循環15次后的單軸抗壓強度下降至17.53MPa，僅為自然狀態下的55.4％。
巖石的抗拉特性是分析巖體工程穩定的重要力學指標，由于巖石材料的特殊性，直接進行標準試件拉伸試驗需要對試件要求極高，耗費太大，通常采用間接法來測試巖石的抗拉強度，如純彎曲梁法、劈裂法、點荷載法等，其中劈裂法和點荷載法是最常用的方法。本文采用劈裂法試驗對巖石進行抗拉強度的試驗，并進行對比分析。
劈裂試驗采用直徑50mm、高度25mm的圓柱形在不同飽和-風化循環次數條件下(1次，5次，15次)試件進行試驗，具體步驟如下：
(1)將試件分組并使用游標卡尺測量試件尺寸(試件高度在其直徑的兩個垂直方向測量，取算數平均值)。
(2)通過試件的直徑兩端畫兩條線作為加載基線，將試件放入夾具內，上下刃對準基線，使試件中心線與加載機中心線對齊。
(3)開動試驗機，以0.03MPa/s的速度加載至試件破壞，記錄實驗數據。
(4)計算試件抗拉強度，計算公式如2.2所示：
RL＝2P/πDL (2.2)
式中，RL—巖石抗拉強度，MPa；
P—試件破壞荷載，N；
D—試件直徑，mm；
L—試件厚度，mm。
五種巖石抗拉強度實驗結果如表9所示。由實驗結果可以看出，各組巖石的抗拉強度隨“飽水-失水”循環次數的增加而逐漸降低。黃鐵絹英巖化花崗質碎裂巖的抗拉強度最低，為1.427MPa，經循環15次后降為0.8571MPa，降低了37％，花崗巖在經歷15次循環后強度下降14％。
表9各巖石拉壓強度一覽表
目前測定巖石抗剪強度的試驗方法包括室內試驗和現場試驗兩種方法。由于現場試驗條件的局限性，室內三軸壓縮試驗測定巖石抗剪強度應用較為普遍。根據圍壓的不同可以將其分為假三軸試驗和真三軸試驗，論文研究采用假三軸試驗方法測定巖石的強度。
將5種巖樣分為兩類，對水敏感性較低的黃鐵絹英巖化混合巖化斜長角閃質碎裂巖、黃鐵絹英質碎裂巖、花崗巖三種巖樣進行天然狀態圍壓2MPa、5MPa、9MPa三組三軸壓縮試驗，對水敏感性較高的黃鐵絹英巖化花崗質碎裂巖和黃鐵絹英巖化花崗巖進行不同“飽水-失水”循環次數下的三軸壓縮試驗。其試驗步驟為：
(1)根據試驗要求對巖石進行編號，并對巖石試件的物理性質進行詳細描述，說明試件的顏色、顆粒大小、層理構造、風化程度、含水率狀況、加載方向及加工過程中可能出現的問題。
(2)利用相關測量儀器對巖石試件的直徑、高度及橫截面面積進行測量并記錄表格。
第一步：測量試件的直徑
對于直徑的測量應該取巖石試件的上下橫截面以及中間附近的截面，并且要對相互垂直的兩個方向的直徑進行測量，計算兩者的算術平均值作為最后直徑取值。
第二步：測量試件的高度
巖石試件高度的測定應選取過試件中心軸的兩個相交的截面內的兩點，分別測定其長度值，并取兩者的算術平均值作為試件高度值。
第三步：測定試件的橫截面面積
巖石試件直接用千分尺或者卡尺測量直徑，然后算出半徑，再根據圓的面積公式即可算出試件的橫截面面積。
(3)側向壓力的確定：根據工程需要和巖石的特性確定；按等差級數進行分級，也可按等比級數分級。
(4)套熱縮管：隨著巖石試件軸向力的不斷增大，試件會發生破壞，破壞后的巖石碎塊可能落入油中，為了避免該情況，需要在試件上加套熱縮管。
(5)安設引伸計：將引伸計安裝在兩個墊塊中間，其徑向長度取試件高度一半。
(6)把預制好的巖石試件放到壓力室內，并且檢查試件下部是否與壓力室底部的凹孔緊密接觸。檢查無誤后，向壓力室內注油，當油量達到試驗要求時停止注油，最后將壓力室密封。
(7)操作試驗控制系統緩慢對試件進行加壓，在加壓過程中一定嚴格控制加載路徑、加載速度，具體過程如下：
①首先對試件進行軸向加壓，大小為0.2kN，通過加壓使試件與承壓板緊密接觸；
②將此時巖石試件的軸向壓力值、形變值以及圍壓值設為零，并且對試件以15N/s速度對側壓進行加載，在試驗結束前保持圍壓值不變，圍壓大小變化值不超出初始值的±2％；
③對試件的軸向進行緩慢加載并直到巖塊發生破壞，加載速率應穩定在0.2mm/min左右，試件破壞后將此時軸向荷載填入表格，并對試件的破壞狀態進行詳細描述。注意在試件的破壞面比較完整的情況下，應當測定最大軸向力作用面與破壞面兩者間的角度值，以校核由試驗數據計算得到的內摩擦角。
自然狀態巖樣三軸試驗結果分析
對水-巖作用不明顯的三種巖樣進行2MPa、5MPa、9MPa的三軸壓縮試驗，根據所測應力結果擬合繪制成莫爾圓以求得巖樣C、值，實驗結果如表10所示。可以看出，隨著圍壓增大巖石的極限抗壓強度也隨之增大，三種巖石在三軸狀態下極限抗壓強度都增加了近50％，其中絹英化花崗巖在圍壓為9MPa的抗壓強度達到了103.34MPa，比單軸抗壓強度增加了67％。
表10三軸壓縮數據表
飽水-失水循環作用下巖樣三軸試驗結果分析
對水-巖作用比較明顯的兩類巖石，首先進行不同次數的“飽水-失水”循環，對不同循環次數的巖樣進行圍壓為2MPa、5MPa、9MPa的三軸壓縮試驗，并根據實驗數據畫出各組巖樣的摩爾圓，求得巖樣C、值，實驗結果如表11。由實驗數據可以看出，隨著循環次數的增加，巖石的極限抗壓強度隨之減小，c、值也不斷減少
表11飽水-失水循環三軸壓縮數據表
5.邊坡監測數據：
地表位移監測：
自2014年1月20日至2015年12月28日對在滑坡區內布置的33個地表位移監測點進行定期監測。根據長期觀測，現將監測點位移統計如表12，邊坡整體滑移方向為南偏東。
表12監測點位移表
根據累積位移-時間曲線的具體情況，對累積位移數據進行了篩選處理，將異常點剔除后，整理剩余監測點并進行擬合，得到擬合函數對監測點位移發展進行分析。根據分析結果，可將邊坡劃分為主變形區、次變形區和基本穩定區，邊坡的主變形區主要集中在滑坡前緣，滑坡的中部為次變形區，滑坡的后緣為基本穩定區，由位移速率－水位關系曲線可知，該邊坡的變形與庫水位的上升密切相關，現階段與之前相比，邊坡位移變化有增大趨勢。
主變形區位于靠近礦坑的邊坡北側，其最大水平累積位移值已達到70mm，該區域的平均水平位移累計值為40mm，變形方向基本垂直于礦坑北側邊緣，最大沉降累計值已達到60mm，平均沉降累計值為42mm；次變形區的最大水平累積位移值達到24mm，該區域的平均水平位移累計值為16.8mm，最大沉降累計值達到35mm，平均沉降累計值為22.8mm，總體變形小于主變形區；基本穩定區位于礦坑北側距礦坑較遠，其最大水平位移累計值只有23mm，最大沉降累計值為20mm，該區域的地表裂縫量明顯小于主變形區和次變形區，處于基本穩定狀態。
水平累積位移監測分析：
本發明主要分析主變形區的位移及位移速率。主變形區(點GC3、GC7、GC8、GC4、GC6、GC13、GC2、GC9、GC10、GC12、GC33)擬合函數為線性函數、冪函數和指數函數。
從圖6a、圖6b可知，監測點GC3、GC7、GC8變形規律基本一致，曲線呈持續增長的特征，位移曲線經歷了三次突變：分別在2014年9月、2015年1月、2015年9月，三處位移均為“低谷值”，其中2014年9月累計位移最小為8mm，而后位移增長迅速達到了60mm；2015年1月和2015年9月位移均為40mm，而后分別增長到了60mm和64mm。相較于GC8，GC3和GC7的位移突變稍微有些滯后，將位移折線擬合后，可以看出GC3、GC7、GC8的累積位移均呈線性增長，且水位也在持續增長，說明這段時間監測點的位移增長和水位作用密切相關。
從圖6a、圖6b可知，監測點GC3、GC7、GC8的位移速率基本吻合，最大位移速率達到了1mm/d；位移速率也經歷了三次較大突變，和其累積位移基本一致，也是發生在2014年9月、2015年1月、2015年9月，但在2015年5月、7月、11月也發生了較小的突變，由于該期間為雨季，分析認為降雨引起了位移速率的突變。
從圖7a、圖7b可知，監測點GC4、GC6、GC13變形規律較一致，位移曲線經歷了三次突變但突變幅度較小，分別在2014年8月、2015年1月、2015年7月；GC13變形次之，位移曲線也經歷了三次突變且突變幅度較大，分別在2014年10月、2015年4月、2015年8月；GC4變形最小。根據擬合曲線，可以看出GC4、GC6、GC13的累積位移均呈冪函數增長，相交于GC3、GC7、GC8的線性增長較緩慢，位移也是隨著礦坑水位的增長而增長。
從圖7a、圖7b可知，監測點GC4、GC6、GC13的位移速率和其累積位移的變化規律相對應，位移速率多在-0.5mm/d～0.5mm/d之間波動，最大位移速率達到了1.5mm/d；三個監測點在降雨量較大的月份2015年5月和2015年8月都發生了突變，這說明降雨也是影響位移突變的一個因素。
從圖8a、圖8b可知，監測點GC2、GC9、GC10、GC12、GC33變形規律基本一致，曲線呈先增長后趨于平緩的特征。在2014年9月以前監測點位移較小，11月后位移開始迅速增長，其中GC12位移值最大達到了75mm，其他突變點集中在2015年4月、7月、8月。將位移數據擬合后，可以看出五個測點的累積位移均呈指數函數型增長，即累積位移增長到一定數值后位移曲線趨于平穩，說明開始時累積位移是隨著礦坑水位增長而增長，但位移達到一定數值后，水位繼續增長，位移變化不太明顯。
從圖8a、圖8b可知，監測點GC2、GC9、GC10、GC12、GC33的位移速率呈震蕩型，最大位移速率達到了1mm/d，除了在2015年7月、9月、10月發生突變外，基本處于平穩狀態，且在0上下稍微波動，比上兩組監測點位移速率的變化小。
邊坡目前變形呈震蕩狀態，由儀器本來誤差和測量共同引起，但累積位移值較小在誤差允許范圍內；無論從專業監測還是現場宏觀變形，現階段與之前相比位移變化有增大趨勢，該邊坡局部范圍內存在一些變形，處于局部變形階段；邊坡前緣是主變形區，變形較大，邊坡中部和后緣變形較小，主要原因可能在于這部分監測點所在位置坡度較陡且受水的影響較大；從地表位移監測結果分析及實際情況可知，影響邊坡變形滑坡的主要因素是水位變化，次要因素是降雨。
滑坡裂縫監測分析
自裂縫變化監測點設置以來，嚴格按照每月一次的測量要求，并在雨季酌量增加測量次數。在監測初期，即14年7月～8月，裂縫累積位移隨監測時間的增長而線性增大，表明此時間段內裂縫在擴展，分析原因主要是7月～8月為雨季，雨水容易下滲并軟化滑體，使得滑體變形加劇；14年8月后，裂縫累積位移曲線趨于平緩，累積位移量較小，表明滑坡體在此時間段內相對比較穩定。整體來看，5個測點裂縫累積位移都在50mm以下，5號測點累積位移甚至不足10mm，雖然在雨季相較于其他時間段內位移變化較大，但總體上邊坡比較穩定，處于穩定變形狀態。
為了更直觀地分析滑坡裂縫位移的變化特征，因為氣候的影響，14年7月～8月的滑坡裂縫變形速率相較于其他時間段內較大，但從整體來看，裂縫長期變形速率較小，5個測點的變形速率都不超過1.3mm/d，表明現階段邊坡處于穩定變形階段。
深部位移監測分析
在北幫邊坡共布置3個測斜孔：1#、2#、3#測量孔。地下深部巖石位移監測周期為4周/次，當地下位移變化量較大時加密測量頻率。取2014年7月27日至2015年5月28日10次測量。由監測結果可以看出，邊坡深部位移現階段變化較為穩定，累積位移-深度曲線為“B”型、“V”型、無規律型3種特征類型。
1#測斜孔最大位移在15m深度處為7.9cm，最大相對位移量為4.7cm，在距孔口2.5m處。位移變化曲線呈“B”型，曲線有2個突變點，分別在5m深度和15m深度，累積位移分別為6.5cm、7.9cm，在這兩處可能有潛在的滑動面。但是從總體來看，在整個監測期內累積位移較小，相對位移也沒有發生較大的變化，這說明1#監測孔坡體范圍內是比較穩定的。
2#測斜孔其向坡外的最大位移值為6.25cm，相較于1#測斜孔，2#測斜孔的相對位移量較大，最大達到了6cm。位移變化曲線呈“V”型，監測范圍內深度大于20m的位置位移很小，小于20m的位移變化速度從2014年9月26日到2015年2月28日有勻速變化的趨勢，表明20m以上的邊坡在發生變形；從2015年3月28日到5月28日，位移變化速度減小，深部位移不再發生較大變化。總體來看，邊坡沒有出現明顯的變形突變帶且位移較小，但隨著時間的推移，有可能在5m-15m的最薄弱位置處形成滑動面。
3#測斜孔整條曲線呈擺動狀態，分析原因可能是填砂未完全密實，測斜管存在擺動；最大位移在10m深度處為12.6cm，最大相對位移量為4.6cm，且監測相對位移都在精度范圍內。邊坡變形有小幅增長的趨勢，這表明3#孔監測范圍內坡體處在緩慢變形增長階段。
4.監測結果分析
(1)由水位監測分析可知：礦坑水位一直處于上升階段，目前水位上升速度趨于平穩，水位變化速率在2.5cm/d左右，但是由于坑體呈漏斗型，隨高度的增加，水位上升所需水量增加，庫水排入量仍然在不斷增加，為防止因水位過高而造成邊坡滑動破壞，建議立即加大抽水量以降低水位。
(2)由地表位移監測分析可知：現階段(礦坑蓄水期間)，邊坡的主變形區主要集中在滑坡前緣，滑坡的中后部為次變形區；該邊坡的變形與庫水位的上升密切相關，現階段與之前相比邊坡位移變化有增大趨勢。該邊坡局部范圍內存在一些變形。由滑坡裂縫監測分析可知：5個測點裂縫累積位移在50mm以下，且變形速率不超過1.3mm/d，顯示邊坡整體上處于穩定的變形階段。
(3)由深部位移監測分析可知：1#測斜孔位移變化曲線呈“B”型，最大位移量47mm，2#測斜孔位移變化曲線呈“V”型，最大位移量62.5mm，3#測斜孔位移變化曲線呈無規律型，最大位移量46mm。三個監測孔累積位移和相對位移變化量不大，表明在監測孔范圍內坡體是處于緩慢變形階段；但隨著時間的推移，未來有可能在最薄弱位置處形成滑動破壞面。
上述雖然結合附圖對本發明的具體實施方式進行了描述，但并非對本發明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護范圍以內。
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