土压力计地灾在线监测方案

一、项目背景与行业痛点

地质灾害体和边坡工程的变形过程，本质上是岩土体自重、外部荷载、地下水、降雨入渗、支挡结构约束及地层强度共同作用的结果。对于滑坡、工程边坡、抗滑桩、挡土墙、加筋土结构、尾矿库坝体及治理工程，仅监测位移能够判断“发生了多少变形”，但不能完整解释岩土体对支挡结构产生了多大的实际压力以及土压力如何随水文条件和坡体变形发生变化。

土压力是岩土体内部应力状态以及土体—结构相互作用的重要监测参数。在滑坡治理工程中，滑体持续向下运动时可能导致抗滑桩迎滑面土压力增大；在挡土墙和支挡结构中，墙后填土、地下水、施工荷载及坡体位移会改变侧向土压力分布；在填方边坡、尾矿坝、堤坝和高填路基内部，不同高程土压力变化可以反映填筑荷载传递、局部应力集中和结构受力调整过程。

传统土压力分析通常基于朗肯、库仑等理论或数值计算获得设计值，但理论计算需要建立在理想化土体、边界及变形条件基础上。实际工程中由于土体非均质性、结构刚度、填筑过程、界面摩擦、拱效应、局部软弱层、地下水及施工扰动影响，现场实际接触压力可能与理论设计值存在明显差异。因此，振弦式土压力计能够提供长期实测数据，用于验证设计假定、识别异常荷载增长并评价支挡结构实际受力状态。

土压力计测量的是作用于传感器感压面法向方向的总接触压力或土体总应力分量，并不等同于孔隙水压力、有效应力或边坡稳定安全系数。当地下水作用明显时，应结合渗压计同步测量孔隙水压力，再根据适用岩土力学模型分析有效应力变化。

地质灾害土压力监测的主要技术难点并不是传感器能否输出压力数值，而是传感器是否安装在真正需要测量的受力方向、感压面是否与周围土体充分耦合、埋设过程是否引入局部应力集中，以及测得数据是否能够代表实际工程受力。

实际项目中常见问题包括：土压力计安装方向错误导致测量的并非目标主应力分量；感压面与土体之间存在空隙造成测值偏低；回填材料与原状土差异过大形成局部刚度异常；采用过大量程使实际压力变化仅占满量程很小比例；传感器尺寸与粗颗粒填料粒径比例不合理导致局部点接触；土压力计安装于抗滑桩表面但没有保证与结构齐平；施工机械直接作用于感压板造成初始异常；仅比较压力绝对值而忽略变化速率、空间分布及深部位移响应；将总土压力直接当作有效土压力用于稳定性判断。

因此，地灾在线土压力监测应以地质模型、支挡结构设计和目标应力方向为基础，建立：

工程地质调查 → 受力模型分析 → 目标监测面确定 → 土压力计量程设计 → 振弦式土压力计埋设 → 初始零点与温度记录 → 振弦频率采集 → 土压力换算 → 深度压力分布 → 变化速率分析 → 渗压联合分析 → 支挡结构受力分析 → 位移关联分析 → 分级预警 → 现场复核 → 专业研判

的地质灾害土压力综合在线监测体系。

二、建设目标与监测目标

1. 建设目标

建设由S-CGEPC01振弦式土压力计、振弦数据采集器、地质灾害遥测终端、4G或有线通信网络、太阳能或市电供电系统以及SIYB®地质灾害监测平台组成的在线土压力监测系统，实现滑坡体、支挡结构、抗滑桩、挡土墙、填方边坡及其他重点部位土压力长期连续监测。

通过建立测点坐标、安装高程、安装方向、感压面法向、地层类型、结构位置和传感器量程等完整基础档案，使每一个土压力测点具有明确工程含义，并与渗压、地下水、深部位移、GNSS表面位移、裂缝及雨量等参数建立统一时间体系。

2. 监测目标

实时获取目标部位总土压力或土体—结构接触压力；监测不同深度和不同结构位置压力分布；记录土压力相对于初始状态的增量；计算土压力变化速率；识别长期持续增长、短时突增及异常卸载过程；分析降雨及地下水变化对土压力的影响；分析滑坡深部变形与支挡结构受力变化之间的关系；评价抗滑桩、挡墙、加筋结构及其他治理工程实际受力状态；综合色土压力、渗压和位移数据辅助判断治理工程运行安全。

系统应能够回答：当前目标位置受到多大的土压力、压力作用方向是什么、与初始状态相比增加多少、哪个深度压力最大、压力沿深度如何分布、当前压力是稳定还是持续增长、强降雨后是否发生明显变化、孔隙水压力升高后总土压力如何响应、滑坡位移增加是否同步导致抗滑结构受力增长，以及当前异常属于真实土体受力变化还是传感器安装、线路或采集异常。

三、需求分析

1. 必须首先明确监测的应力分量

土压力计主要测量作用于感压面法向方向的压力，因此安装方向决定数据的工程含义。用于挡土墙或抗滑桩侧向土压力监测时，感压面应按照设计要求面向土体；用于填筑体竖向压力监测时，感压面通常水平布设。

2. 土压力计不是任意位置埋设的压力传感器

测点应结合滑动面、抗滑桩受力计算、挡墙高度、地层分界、填筑层及数值分析结果确定，优先布置于设计计算认为可能出现高应力或应力变化显著的位置。

3. 应根据理论最大压力合理选择量程

量程应综合色上覆土重、侧向土压力、滑坡推力、施工荷载、水压力及设计安全余量确定。量程过小可能产生超量程风险，量程过大则降低实际压力变化在满量程中的有效利用率。

4. 安装面必须保证充分接触

土压力计与周围岩土体或结构之间不得存在明显空隙。埋设型传感器周围宜采用与原土物理性质相近且颗粒适宜的材料细致回填，使压力均匀传递至整个感压面。

5. 应控制颗粒尺寸影响

粗粒土、块石填料及碎石土中，大颗粒直接作用在感压板上可能形成局部点载荷，导致读数离散或偏高。对于粗颗粒地层应根据最大粒径、传感器直径和现场条件设置合理过渡层。

6. 结构表面安装应保持齐平

安装于抗滑桩、挡墙等结构表面的土压力计，不宜明显凸出或凹陷于结构表面，否则会改变局部土体应力场，引起测量偏差。

7. 应记录完整初始条件

传感器安装完成后应记录初始振弦频率、温度、对应土压力、施工工序和现场状态。对于分阶段填筑项目，应同步记录每一施工阶段，便于区分施工加载与后续地质变形。

8. 土压力与孔隙水压力需要区别

饱和土体中土压力计通常反映综合色总应力或接触压力，而渗压计反映孔隙水压力。两者联合后才能综合色分析有效应力状态，不能将土压力计测值直接作为有效应力。

9. 土压力变化需要与位移同步分析

支挡结构受力增加是否具有风险意义，应结合抗滑桩变形、深部位移、GNSS、裂缝及结构自身应变或内力进行分析。

10. 施工过程对数据影响必须单独记录

土方回填、开挖、压实、灌浆、锚固施工及重型机械通过均可能导致压力突变。平台主管应能够标记施工事件，避免将施工荷载误判为地质灾害异常。

四、总体解决方案

本方案采用“重点受力部位土压力感知＋振弦数据采集＋4G远程遥测＋多参数力学联合分析”的总体技术路线。

首先根据工程地质勘察、边坡稳定分析及支挡结构设计成果确定土压力监测位置和方向。在抗滑桩、挡土墙、滑坡体、填筑体或其他重点部位安装S-CGEPC01振弦式土压力计，通过感压板直接感知岩土体或土体—结构界面的法向压力。

压力作用于感压板后引起内部敏感结构变形，并改变振弦张力和固有频率。振弦采集器读取共振频率及温度，根据每只传感器标定系数换算为土压力值。数据通过地质灾害RTU及4G网络实时传输至SIYB®监测平台。

平台对不同测点的实时土压力、累计变化、变化速率和沿深度分布进行分析，并结合渗压计、深部位移、GNSS、裂缝、降雨及治理结构内力数据，建立“水文条件—坡体变形—土压力变化—支挡结构响应”的综合在线分析体系。

总体技术链路为：

地质勘察 → 稳定性与支挡结构计算 → 重点受力区识别 → S-CGEPC01土压力计 → 振弦频率与温度 → 标定系数换算 → 实时土压力 → 深度压力分布 → 压力增量与变化速率 → 渗压联合 → 深部位移联合 → 支挡结构受力分析 → 4G远程监测 → 分级预警 → 现场复核。

五、系统架构设计

1. 岩土体与结构对象层

包括滑体、潜在滑动带、填方边坡、抗滑桩、挡土墙、加筋结构、堤坝、尾矿坝及治理工程结构。

2. 土压力感知层

采用S-CGEPC01振弦式土压力计布设于重点受力位置，获取感压面法向压力。

3. 振弦采集层

完成振弦激励、共振频率检测和温度读取，根据传感器标定系数换算压力值。

4. 数据采集层

通过多通道采集终端进行测点轮询、时间同步、工程量换算和设备状态监测。

5. 通信层

采用4G蜂窝网络、工业以太网或项目指定通信链路实时上传数据。

6. 能源层

根据现场条件采用市电或太阳能供电，为振弦采集器、RTU和通信模块提供电源。

7. 平台分析层

完成实时压力、历史曲线、深度分布、增量、变化速率及多参数关联分析。

8. 风险应用层

将土压力与孔隙水压力、位移、裂缝、结构内力及雨量进行联合分析，为支挡结构运行状态和地质灾害风险研判提供依据。

六、监测内容与监测方法

1. 总土压力

测量传感器感压面法向方向受到的综合色压力，是土压力监测核心参数。

2. 土压力增量

以初始稳定状态或项目指定基准状态为参考，计算当前压力增加或减小量。

3. 土压力变化速率

计算单位时间土压力变化，用于识别滑体快速加载、局部卸载和结构受力突变。

4. 沿深度土压力分布

在抗滑桩、挡墙或填筑体不同高程布设多个测点，形成压力—深度分布曲线。

5. 前后侧压力差

抗滑桩等结构可根据设计分别在迎滑侧和背滑侧设置传感器，计算综合色压力差，为结构受力分析提供实测数据。

6. 高土压力持续时间

统计某一测点持续处于高压力区间的时间，用于区别瞬时施工荷载与长期地质作用。

7. 土压力与孔隙水压力

与渗压计同步监测时，可比较总压力与孔隙水压力变化，辅助分析有效应力演化。

8. 土压力与位移

将土压力与深部位移、GNSS表面位移及裂缝数据进行统一时间分析，判断压力增长是否伴随坡体变形。

七、技术原理与算法模型

1. 振弦式土压力测量原理

外部土压力作用在圆盘式感压面后，使内部压力敏感结构产生微小变形并改变振弦张力。振弦张力变化引起钢弦固有频率改变，采集仪通过激励并测量共振频率，根据传感器出厂标定关系换算为压力值。

2. 频率与压力换算

振弦式传感器常采用频率平方值或厂家定义的数字量进行压力计算，其概念关系可表示为：

R = f²

压力可表示为：

P = G × (R - R₀) + C_T × (T - T₀)

其中f为实测频率，R0为初始基准值，G为标定系数，CT为温度修正系数。实际工程计算必须以每只传感器出厂标定证书为准。

3. 压力增量

ΔP = P(t) - P₀

用于分析相对于初始施工状态或长期稳定期的荷载变化。

4. 压力变化速率

V_P = [P(t₂) - P(t₁)] / (t₂-t₁)

持续较大的正变化速率可提示土体作用正在快速增强。

5. 深度压力梯度

相邻测点之间可计算：

G_P = [P(z₂) - P(z₁)] / (z₂-z₁)

用于识别压力集中层位及不同深度应力变化差异。

6. 抗滑桩两侧压力差

当桩前后对应位置均配置土压力计时，可计算：

ΔP_pile(z) = P_upstream(z) - P_downstream(z)

该指标可作为抗滑桩实际侧向作用分布的辅助数据，但不能脱离桩体刚度、桩土相互作用和结构计算直接转换为桩身内力。

7. 总应力与有效应力

饱和土体中可采用基本有效应力关系：

σ' = σ - u

其中σ为总应力，u为孔隙水压力，σ'为有效应力。土压力计与渗压计测点必须在空间和受力意义上具有可比性，才能用于此类联合分析。

8. 理论主动土压力辅助对比

对于满足相关假设的挡土结构，可将实测值与理论主动土压力进行辅助比较：

σ_h = K_aγz

其中Ka为主动土压力系数，γ为土体重度，z为深度。理论结果用于设计参考，不应代替现场实测。

9. 被动土压力辅助对比

在适用边界条件下：

σ_hp = K_pγz

但实际抗滑桩、滑坡体及非均质边坡受拱效应、结构位移和地层条件影响较大，不宜简单套用理论值解释实际压力分布。

10. 土压力—位移关系

可建立：

P(t) = f(D_deep, D_surface, Rainfall, Groundwater, u, Time)

用于长期分析坡体位移和水文条件改变后支挡结构实际受力变化。

11. 压力持续时间

当P超过项目关注压力P_c时：

T_high = ΣΔt(P ≥ P_c)

用于分析长期持续加载状态。

12. 综合异常指标

工程应用可综合色：

Risk = f(P, ΔP, V_P, PorePressure, DeepDisplacement, GNSS, Crack, Rainfall)

形成支挡结构和坡体多参数联合状态分析，具体权重及控制指标依据设计计算和长期数据确定。

八、系统功能设计

系统支持多点振弦式土压力综合在线监测、原始振弦频率采集、温度采集、土压力工程量换算、初始基线管理、压力增量计算、变化速率统计、沿深度压力分布、不同部位压力对比、抗滑桩前后压力差分析、高压力持续时间统计、土压力—渗压联合分析、土压力—深部位移联合分析、土压力—GNSS位移联合分析、土压力—裂缝联合分析、施工阶段标记、分级压力阈值预警、变化速率预警、设备在线状态监测、振弦信号异常识别、历史趋势查询、数据导出以及告警确认和处置记录。

九、硬件组成与配置方案

1. S-CGEPC01振弦式土压力计

作为系统核心感知设备，根据设计埋设于滑坡体、抗滑桩、挡墙、填筑体及其他目标位置，测量感压面法向总土压力。

2. 振弦数据采集器

负责激励振弦、检测共振频率、读取温度并根据标定系数转换为压力数据，可采用4路、8路或16路配置。

3. S-CGRTU01地质灾害遥测终端

负责多通道数据汇集、统一时间管理、设备状态采集和4G远程通信。

4. 土压力计安装组件

根据埋入式、结构表面式或填筑式安装条件配置定位支架、固定组件和机械防护结构。

5. 屏蔽信号电缆

用于振弦信号和温度信号远距离传输，采用耐水、耐腐蚀、抗老化结构。

6. 渗压计

地下水作用显著的监测区域建议配套振弦式渗压计，用于总应力与孔隙水压力联合分析。

7. 深部位移监测设备

滑坡和边坡项目可配置固定式测斜设备，分析深部剪切和土压力增长之间的对应关系。

8. 4G通信单元

通过蜂窝公网将综合在线监测数据实时上传至SIYB®平台。

9. 太阳能供电系统

无市电监测点配置太阳能组件、磷酸铁锂电池和MPPT控制器。

10. 户外防护箱

用于振弦采集器、RTU、电源、通信及浪涌保护设备安装。

11. 防雷与浪涌保护

针对山区长距离信号线、电源和通信线路配置SPD及可靠接地。

12. SIYB®地质灾害监测平台

负责土压力实时数据、深度分布、多参数联合分析、告警和运行维护管理。

十、核心设备参数

1. S-CGEPC01振弦式土压力计

产品型号：S-CGEPC01。

传感器类型：振弦式土压力计。

测量对象：岩土体总压力及土体—结构接触压力。

标准量程：0～0.35MPa、0～0.7MPa、0～1.7MPa、0～3.5MPa。

其他量程：可根据项目定制。

测量精度：±0.5%FS。

分辨率：0.025%FS。

重复性：±0.5%FS。

过载能力：50%，即建议最大短时承受压力不高于额定量程的1.5倍。

工作温度：-20～80℃。

外形尺寸：Φ230×11mm。

建议材质：不锈钢感压板及密封壳体。

建议输出：振弦频率＋温度信号。

建议温度元件：内置3kΩ热敏电阻。

建议防护等级：长期埋设按IP68级结构设计。

建议标准电缆：4芯屏蔽耐水电缆10m，可按照安装距离定制。

2. 量程选型建议

0～0.35MPa：适用于多数浅层边坡、一般挡墙、填土及中低压力接触监测。

0～0.7MPa：适用于较深填筑体、较高挡墙及中等滑坡推力作用区域。

0～1.7MPa：适用于大型滑坡治理、较深抗滑结构及较高土压力环境。

0～3.5MPa：适用于深部高荷载、特殊支挡结构及高压力工程。

最终量程应根据计算最大压力×安全系数进行选择，并尽量使长期运行压力位于传感器有效量程的主要工作区间。

3. 振弦采集器建议参数

振弦输入通道：4路、8路、16路可选。

频率测量范围：400～5000Hz。

频率分辨率：≤0.1Hz。

频率测量准确度：建议≤±0.05%读数。

温度输入：支持3kΩ热敏电阻。

温度范围：-40～80℃。

温度准确度：±0.5℃。

单通道测量时间：≤2s。

通信接口：RS485。

通信协议：MODBUS-RTU或SIYB项目协议。

供电：DC9～30V。

工作温度：-40～70℃。

4. 地质灾害RTU建议参数

RS485：不少于2路。

通信方式：4G LTE全网通＋工业以太网可选。

平台主管协议：MQTT、TCP/IP、HTTP/HTTPS。

常规采样周期：1～10min可配置。

异常事件采样：10～60s可配置。

时间同步：NTP，可扩展GNSS授时。

供电：DC12～36V。

工作温度：-40～70℃。

设备箱：IP65及以上。

5. 太阳能供电建议参数

太阳能组件：50～80W。

储能电池：12.8V/30～50Ah磷酸铁锂。

充电控制：MPPT。

系统电压：DC12V。

连续阴雨设计：建议按3～5天连续运行能力进行项目化能源计算。

当同一监测站同时配置GNSS、视频、声光报警或其他高功耗设备时，应重新综合色整站平均功耗确定太阳能板和蓄电池容量。

6. 参数应用说明

S-CGEPC01的振弦式结构、0.35/0.7/1.7/3.5MPa量程、0.025%FS分辨率、±0.5%FS精度、±0.5%FS重复性、50%过载能力、-20～80℃温度范围和Φ230×11mm尺寸属于现有产品确定参数；材质、输出、热敏电阻、电缆、防护等级、振弦采集器、RTU及太阳能参数为本方案根据地质灾害在线监测工程需要形成的建议配置。

十一、软件平台与数据展示

SIYB®监测平台按照“项目—隐患点—监测剖面—治理结构—测点—传感器”的结构管理土压力监测数据，并保存测点坐标、高程、安装方向、结构位置、量程、初始频率及标定系数。

1. 实时压力页面

显示当前土压力、相对初始增量、变化速率、温度和当前告警等级。

2. 压力—深度剖面

展示抗滑桩、挡墙或填筑体不同深度实际压力分布。

3. 多期压力剖面对比

叠加不同日期压力—深度曲线，分析高压力区域的位置和发展过程。

4. 压力历史曲线

支持小时、日、周、月及自定义时间范围查询，观察长期加载与卸载过程。

5. 前后侧压力页面

抗滑桩双侧布设项目可显示相同高程迎滑侧和背滑侧压力及综合色压力差。

6. 土压力—渗压页面

同步展示总压力和孔隙水压力，辅助分析水文条件改变对土体受力状态的影响。

7. 土压力—深部位移页面

比较滑坡深部剪切位移与抗滑结构压力增长过程。

8. 土压力—GNSS/裂缝页面

分析表面位移和裂缝扩展阶段结构受力是否同步改变。

9. 施工事件页面

将开挖、回填、锚固、灌浆和大型施工荷载记录在监测时间轴上，用于解释阶段性压力变化。

10. 设备状态页面

显示振弦原始频率、温度、采集通道、通信和供电状态。

十二、数据分析与智能应用

1. 长期压力基线分析

建立各测点稳定期压力背景和正常波动范围，识别相对于自身历史水平的异常变化。

2. 沿深度压力分布分析

综合色多个深度测点形成实际土压力分布曲线，并与设计计算结果比较，识别压力集中层位。

3. 抗滑桩受力响应分析

综合色迎滑侧和背滑侧实测压力变化，结合桩身应变、内力及位移监测评价桩土相互作用状态。

4. 降雨—土压力响应分析

强降雨后若地下水、孔隙水压力及土压力相继变化，可建立该隐患点水文条件与支挡结构受力之间的响应关系。

5. 土压力—深部位移关系分析

深部测斜显示滑动带位移持续增加且对应抗滑结构土压力同步增长时，可认为内部变形正在改变结构受力状态。

6. 压力集中区识别

相邻测点中某一深度长期具有明显高于其他部位的压力增量时，应结合软弱夹层、滑动面和结构设计分析局部应力集中。

7. 压力卸载异常识别

土压力突然明显降低并不一定代表风险下降，还可能与局部脱空、土体坍落、结构位移或传感器接触条件变化有关，应综合色其他参数复核。

8. 治理工程效果评价

治理前后比较土压力分布、压力增长速率、深部位移及地下水状态，可分析治理结构是否有效分担或限制滑体推力。

9. 传感器健康诊断

单点瞬间大幅跳变、长期完全固定、温度异常或振弦频率超出合理范围时，平台主管将其标记为设备质量异常，避免直接进入地质风险判断。

十三、预警机制与决策支撑

土压力监测预警宜采用“绝对压力＋压力增量＋变化速率＋持续时间＋空间分布＋渗压＋位移＋结构内力”的多参数综合逻辑。

1. 设计控制值预警

根据支挡结构设计允许值、设计荷载及稳定分析结果建立分级压力控制线。

2. 压力增量预警

对长期具有不同初始压力的测点，可重点评价相对于初始稳定状态的增量。

3. 快速增压预警

短时间内土压力持续快速增加，即使尚未达到最终设计控制值，也应提高关注等级。

4. 高压力持续时间预警

压力长期维持在较高区间时，应记录持续时间并结合结构设计评价长期荷载影响。

5. 多深度协同变化

多个相邻深度土压力同步增加的工程意义通常高于单一传感器孤立异常。

6. 土压力—渗压联合预警

强降雨期间孔隙水压力和总土压力同步升高时，应加强坡体位移和支挡结构监测。

7. 土压力—深部位移联合预警

滑动带位移加速同时伴随抗滑桩或挡墙土压力持续增大时，应提高风险事件等级。

8. 土压力—结构内力联合预警

土压力增长同时伴随桩身弯矩、钢筋应力或锚索荷载异常时，应重点评价支挡结构安全状态。

9. 数据异常复核

单测点跳变而相邻土压力、渗压和位移均无相应变化时，应检查原始振弦频率、温度、电缆及安装状态。

10. 告警闭环

土压力异常 → 原始频率检查 → 温度及设备状态核查 → 相邻测点比较 → 渗压与地下水分析 → 深部位移分析 → GNSS与裂缝复核 → 结构内力检查 → 现场巡查 → 专业研判 → 工程处置 → 持续监测。

十四、项目实施方案

1. 工程资料收集

收集地质勘察、稳定性分析、支挡结构计算、滑动面、地下水及治理工程图纸。

2. 明确监测对象

确定需要监测的是滑坡推力作用、挡墙侧向压力、填筑体竖向应力还是其他土体—结构接触压力。

3. 测点设计

根据计算压力分布和结构受力特点确定水平位置、深度及传感器安装方向。

4. 量程核算

根据理论最大压力、施工荷载和安全余量选择0.35、0.7、1.7或3.5MPa量程。

5. 传感器初检

安装前检查外观、电缆、振弦频率、温度和零点数据，并保存传感器标定资料。

6. 感压面方向控制

严格按照设计应力方向定位感压面，并记录实际空间方向。

7. 结构表面安装

抗滑桩和挡墙项目应保证传感器感压面与结构表面齐平，避免凸出或凹陷引起局部应力畸变。

8. 土体内部埋设

埋设型土压力计周围采用细致均匀的土体或设计过渡材料填充，保证整个感压面受力均匀。

9. 粗粒土处理

存在大粒径碎石时，应根据设计设置适当细粒过渡层，降低局部点载荷影响。

10. 电缆保护

电缆沿稳定区域引出，并采用穿管、埋地等方式防止施工机械、落石和长期拉伸损伤。

11. 分阶段施工记录

填筑、压实、开挖及支挡结构施工过程中记录每个阶段时间和对应土压力变化。

12. 振弦采集终端安装

逐通道录入传感器编号、量程、标定系数、初始频率和安装位置。

13. 通信及供电安装

根据现场采用4G或工业以太网以及太阳能或市电供电。

14. 防雷接地

长距离信号电缆和户外设备箱配置浪涌保护，并按照项目要求进行接地。

15. 初始基线建立

传感器周围土体及结构稳定后，综合色一定时间连续数据确定正式监测基线。

16. 渗压数据接入

地下水作用明显的项目同步接入孔隙水压力数据。

17. 位移数据接入

接入GNSS、裂缝及深部位移系统，形成统一时间轴。

18. 结构内力数据接入

抗滑桩、锚杆锚索等治理工程根据需要接入钢筋计、应变计及锚索计数据。

19. 告警规则配置

按照设计允许值、稳定性计算、历史数据和长期基线设置压力及变化速率规则。

20. 工程验收

验收内容宜包括测点位置、感压方向、安装高程、量程、初始频率、标定系数、安装照片、电缆、采集终端、通信、供电、平台显示、联合监测及预警测试。

十五、运维服务保障

振弦式土压力计通常属于埋入式长期监测传感器，安装完成后难以直接拆卸维护，因此系统运行维护重点应放在原始振弦频率、温度、电缆、采集设备及数据合理性检查。

平台应持续监控各测点振弦信号质量、压力值、温度、通信和供电状态。出现压力异常时首先检查原始频率是否同步改变，以区分压力真实变化与平台主管换算、标定参数或通信异常。

强降雨、滑坡明显变形、地震、支挡工程施工以及大型机械作业后，应重点检查土压力变化。抗滑桩、挡墙发生明显位移后，还应评估原有土压力计感压面与土体接触状态是否发生改变。

施工阶段和长期运行阶段应保存传感器编号、安装位置、安装方向、标定参数、设备更换、阈值修改和异常事件记录，保证监测成果具有完整可追溯性。

十六、项目优势与方案价值

S-CGEPC01振弦式土压力计能够直接获得岩土体及土体—结构界面的长期实测压力数据，将理论土压力计算扩展为实际工程受力综合在线监测。

Φ230mm大面积感压结构能够在合理安装条件下对一定范围内的土体压力进行综合色感知，相比小面积局部压力测量更适合多数岩土工程接触应力监测。

振弦式测量采用频率信号，适合长期埋设和较长距离电缆传输，并可通过温度监测及独立标定系数进行长期数据修正。

多深度布设能够形成实测土压力剖面，与设计理论压力分布直接比较；抗滑桩前后侧配置可进一步获得压力差变化；土压力与渗压联合能够从总应力和孔隙水压力两个维度分析岩土受力状态。

与深部位移、GNSS和裂缝综合在线分析后，可形成“坡体变形—滑坡推力变化—支挡结构受力响应”的力学证据链，为地质灾害治理工程长期运行评价提供量化数据。

最终形成：

地质模型 → 支挡结构受力分析 → 振弦式土压力计 → 实时总土压力 → 深度压力分布 → 压力增量与速率 → 渗压联合 → 深部位移联合 → 结构内力联合 → 分级预警 → 现场复核 → 工程安全研判

的地质灾害在线土压力监测技术体系。

十七、应用场景

1. 滑坡抗滑桩监测

监测滑体对抗滑桩不同深度产生的侧向土压力及其变化。

2. 滑坡挡土墙监测

监测墙后实际侧向土压力，评价坡体变形和地下水对挡墙荷载的影响。

3. 公路铁路高边坡

用于支挡结构、填筑边坡和重点地层土压力综合在线监测。

4. 隧道洞口边坡

监测洞口支挡结构及边坡土体受力变化。

5. 水库库岸滑坡

综合色库水位、渗压、位移和土压力分析库岸结构受力变化。

6. 大坝与堤防

用于填筑体、结构接触面及坝体内部应力监测。

7. 尾矿库

用于坝体填筑材料、支挡区域和重要结构土压力长期监测。

8. 矿山及排土场

用于大型排土体、挡墙和高边坡治理结构实际荷载监测。

9. 基坑工程

用于支护结构背后土压力及不同施工阶段荷载变化监测。

10. 地质灾害治理工程

用于抗滑桩、挡墙、组合支挡结构治理前后实际受力效果评价。

11. 科研与试验工程

用于桩土相互作用、边坡应力演化、填筑体应力传递及土压力理论验证研究。

十八、效益分析

综合在线土压力监测能够将工程设计中的理论荷载转化为长期实测数据，提高支挡结构实际受力状态的可观测性。

不同深度土压力联网监测可形成完整压力剖面，识别局部应力集中和荷载迁移过程。

压力变化速率能够在绝对压力达到控制值之前发现持续加载趋势，为现场检查争取时间。

土压力与渗压联合能够区分总应力变化和地下水压力变化，提高水文条件下岩土受力分析的完整性。

土压力与深部位移联合能够判断内部剪切变形是否正在增加支挡结构受力；与结构应变和内力联合，则能够由外部荷载一直跟踪至结构响应。

治理工程运行多年后仍可利用长期压力基线评价荷载是否稳定、是否存在季节性循环以及是否发生新的应力集中区域。

十九、标准规范与技术依据

1. GB/T 23872.1-2009《岩土工程仪器 土压力计 第1部分：振弦式土压力计》

该标准是振弦式土压力计产品设计、性能评价和设备选型的重要技术依据。

2. GB/T 13606-2007《土工试验仪器 岩土工程仪器 振弦式传感器通用技术条件》

适用于振弦式岩土工程传感器通用性能及技术条件。

3. DL/T 1133-2023《钢弦式仪器测量仪表》

涉及振弦式传感器数据读取及测量仪表配置时可作为技术依据。

4. DZ/T 0460-2023《地质灾害自动化仪器监测预警规范》

用于地质灾害自动化监测预警系统建设、运行及数据应用。

5. DZ/T 0439-2023《地质灾害监测预警设备检测技术要求》

用于地质灾害自动监测设备性能检测和项目设备质量控制。

6. DZ/T 0450-2023《地质灾害监测数据通信技术要求》

用于综合在线监测数据接入、设备通信和远程平台数据交换。

7. DZ/T 0221-2006《崩塌、滑坡、泥石流监测规范》

用于滑坡、崩塌及泥石流专业监测工程设计。

8. GB/T 40112-2021《地质灾害危险性评估规范》

用于项目地质灾害危险性和地质环境分析，为监测点和风险对象确定提供基础。

9. GB 50026-2020《工程测量标准》

涉及监测测点坐标、高程和综合在线变形测量时可结合执行。

10. 项目勘察与设计资料

土压力计安装部位、方向、量程和预警值应以项目工程地质勘察、稳定性计算、抗滑桩或挡墙结构设计以及施工图为直接工程依据。

• GB/T 23872.1-2009《岩土工程仪器 土压力计 第1部分：振弦式土压力计》。
• GB/T 13606-2007《土工试验仪器 岩土工程仪器 振弦式传感器通用技术条件》。
• DL/T 1133-2023《钢弦式仪器测量仪表》。
• DZ/T 0460-2023《地质灾害自动化仪器监测预警规范》。
• DZ/T 0439-2023《地质灾害监测预警设备检测技术要求》。
• DZ/T 0450-2023《地质灾害监测数据通信技术要求》。
• DZ/T 0221-2006《崩塌、滑坡、泥石流监测规范》。
• GB/T 40112-2021《地质灾害危险性评估规范》。
• GB 50026-2020《工程测量标准》。
• 项目所在地自然资源、水利、交通、矿山及工程安全监测技术要求。
• 《S-CGEPC01振弦式土压力计产品说明书》。

二十、成功案例

以下为典型工程应用示例，用于说明振弦式土压力计在地质灾害在线监测中的应用方法，不作为未经核验的实际项目业绩。

案例一：抗滑桩迎滑侧压力持续增长

某滑坡治理工程在抗滑桩迎滑侧不同深度安装多只土压力计。连续强降雨后，滑动带附近深部位移逐渐增加，对应高程土压力同步上升，而桩体稳定层以下变化较小，反映滑体推力主要集中于潜在滑动带附近。

案例二：地下水升高导致压力状态改变

某土质边坡在雨季出现地下水位和孔隙水压力明显升高，同时挡墙后部土压力逐步增加。通过雨量、渗压和土压力联合分析，识别水文条件变化对结构荷载的影响。

案例三：挡墙局部压力集中

某挡土墙多层土压力监测显示，中部某高程实际压力持续明显高于上下测点。结合勘察资料发现该位置对应局部软弱夹层和填筑不均匀区域，为专项现场检查提供依据。

案例四：施工回填荷载过程监测

某治理工程分层回填过程中，土压力随填筑高度逐步增加。将施工记录与压力时间曲线对应后，可以明显区分正常施工加载和后期坡体自然变形。

案例五：压力突然下降并非风险解除

某边坡监测点土压力突然明显降低，但同期GNSS位移和裂缝继续增长。现场调查发现感压区域土体发生局部脱空，说明压力下降并不一定表示支挡结构受力条件改善。

案例六：单点振弦异常识别

某土压力计短时间出现异常大幅变化，而相邻压力点、渗压和位移参数均保持稳定。查看原始频率后发现信号不稳定，进一步检查确定为电缆连接问题，避免将设备故障直接判断为滑坡推力突增。

案例七：抗滑桩前后压力差分析

某抗滑桩迎滑侧和背滑侧对应高程均布设土压力计，长期监测形成桩身前后压力差曲线，并与桩身应变数据结合分析实际荷载传递过程。

案例八：治理工程效果评价

某滑坡实施排水与抗滑桩组合治理后，相似降雨条件下孔隙水压力降低，深部位移速度减小，抗滑桩迎滑侧土压力增长速率同步下降，为治理效果评价提供连续力学数据。

案例九：填筑体内部压力迁移

某高填边坡分层布设土压力计，随着填筑和长期固结，不同深度压力逐步重新分配。综合在线数据用于评价填筑体荷载传递和长期稳定状态。

案例十：多参数地灾风险分析

某降雨型滑坡连续监测发现，强降雨首先引起土壤含水率增加，随后地下水和滑动带孔压上升，深部位移开始变化，最后抗滑结构土压力出现持续增加。完整时间序列形成“降雨—水文变化—深部变形—结构受力”的监测证据链。

二十一、参考文献

1. 《S-CGEPC01 振弦式土压力计产品说明书》，V1.0，2026年9月。
2. GB/T 23872.1-2009《岩土工程仪器 土压力计 第1部分：振弦式土压力计》。
3. GB/T 13606-2007《土工试验仪器 岩土工程仪器 振弦式传感器通用技术条件》。
4. DL/T 1133-2023《钢弦式仪器测量仪表》。
5. DZ/T 0460-2023《地质灾害自动化仪器监测预警规范》。
6. DZ/T 0439-2023《地质灾害监测预警设备检测技术要求》。
7. DZ/T 0450-2023《地质灾害监测数据通信技术要求》。
8. DZ/T 0221-2006《崩塌、滑坡、泥石流监测规范》。
9. GB/T 40112-2021《地质灾害危险性评估规范》。
10. GB 50026-2020《工程测量标准》。
11. 项目工程地质、水文地质、稳定性计算及治理工程设计资料。
12. 项目渗压、深部位移、GNSS、裂缝、结构内力和雨量综合在线监测资料。

S-CGEPC01振弦式土压力计适用于滑坡抗滑桩、挡土墙、公路铁路高边坡、水库库岸、堤坝、尾矿库、矿山排土场、基坑、填方边坡及地质灾害治理工程中的岩土体总压力和土体—结构接触压力长期在线监测。

地质灾害土压力监测的技术核心不是简单获得一个MPa压力值，而是明确“什么位置、什么方向、哪个深度、什么时间产生了多大的实际土压力”，并进一步综合色孔隙水压力、深部位移及治理结构响应，分析坡体荷载是如何形成、向哪里传递以及是否正在持续发展。

最终形成“地质勘察—受力模型—目标压力面—振弦式土压力计—频率与温度采集—实时土压力—压力剖面—压力增量与变化速率—渗压联合—深部位移联合—结构内力联合—分级预警—现场复核—专业研判”的完整地灾土压力综合在线监测方案。