露天矿边坡监测数据采集分析与预报模型综述
数据管理软件设计开发的基本思想是以最少的人工干预、比较先进的数据算法、方便的操作方式和友好界面实现监测数据的管理，从而保证监测数据内外业处理的自动化和规范化，为高边坡的稳定和三峡大坝的安全运行提供可靠的变形监测数据资料。
另外，系统的开发需要具有以下的几个要求 (1)模块化；针对升船机及临时船闸的数据处理系统可以分成若干子模块，但其本身又要能接受三峡监控中心主控模块的调用。(2)可扩充性和先进性_5；系统应采用规范化、标准化、组件化的设计思想，即使个别组件出现故障或需更新，也不会影响到整个数据管理系统的正常运行，同时整个系统的维护和升级应更加容易。作为我国的重点水电项目，必须采用当前先进的软硬件技术，保证系统的先进性。(3)易学实用性；系统功能的划分应清晰合理，人机界面良好，人工干预少，菜单简单直观，易学、易操作，自动化程度高。 (4)可靠性；一是保证监测工作的连续性，确保系统的软硬件长期稳定地工作，即使在特殊情况下，也能正常工作，准确地进行分析。二是采集的数据必须经过错误和粗差检验，确保数据的可靠性；应用的监测分析预报模型必须正确，保证预报的准确性和可靠性。 (5)开放性；系统应对硬件依赖性小，软硬件平台选用开放式系统，便于不同系统、软件平台之间的互通。 (6)安全性；系统要提供用户名、密码和不同的访问权限。另外，对重要数据进行加密、备份等安全措施。
1数据采集模块
采集模块是实现监测数据采集的功能。变形监测仪器的现代化和自动化程度越来越高，外业数据采集的仪器种类也越来越多。外业监测仪器大致分为全站仪系列、水准仪系列、GPS、各种应力计等；监测数据采集方式大致为全自动电子记录、手工按键式电子记录两种。对应这两种方式，PC——ES00袖珍计算机、基于WinCE的掌上电脑、存储卡、传感器等应用于不同类型外业监测数据的记录工具，数据采集后预留其它数据采集方式的接口。监测数据采集是通过记录程序对规范规定的各项监测限差进行自动控制，对不合格监测数据都会舍弃或要求重测，然后生成相应格式的数据流。
2数据传输模块
传输模块是把外业采集到的数据流导入到数据管理系统中。系统设计采用通用的数据流数据格式的接口，通过连接电缆将数据传输到计算机系统中。操作时需要选定具体的数据流格式。
3数据预处理模块
外业监测数据通过数据传输模块进入数据管理系统后，需要进行数据预处理。分析外业监测数据观测质量如何、是否满足精度要求。数据预处理模块大致有两方面功能：一方面、外业资料质量评定，就是对监测数据进行检查、剔除粗差，保证监测数据的可靠性。另一方面、通过对原始监测数据整理，生成平差计算可用的平差准备文件和原始记录表格。预处理内容包括测距边的加乘常数改正、气象元素改正、观测斜距精确归算到标心斜距、平距计算；水准观测高差进行尺长改正、计算往返差、平均高差等；各项闭合差计算(三角形闭合差、极条件、导线角度闭合差和坐标闭合差和GPS同步环、异步环闭合差等)；对不合格的监测数据进行剔除处理等。这些功能需要无人工干预的自动化过程。
4平差模块
平差模块是整个系统的关键处理功能。平差结果直接输出观测值的协因数阵、改正数、监测点的坐标和相应的精度指标等。此功能要通过选定网的维数(一、二、三维)和网型(边角网、测边网、测角网、导线网)和选择平差方法(附合网平差、经典自由网平差、秩亏自由网平差、拟稳网平差)来实现。
5变形分析与预报模块
变形分析是数据管理系统辅助分析和决策的重要功能，主要实现监测点位的稳定性分析。监测点可分稳定点和动点，通过设定合理的基准参数和平差计算模型得出测量点是否固
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定点或拟稳点。变形分析方法包括限差检验法、稳定点总体检验、单点检验和变形模型法。预报模块主要是根据前几期观测成果拟合监测点的变形曲线，可以直观地判断出某一测点出现测值异常的时间，获得预报点位的变化趋势。预报模块采用回归模型、多项式拟合、灰色模型、时间序列模型等来判断监测点的工作状态并进行预报。在系统菜单上只要选取模型就可以进行变形分析和变形预报。
6输出模块
输出模块的功能是将各种监测成果、分析计算成果和查询结果显示、打印、传输或保存。包括各个监测项目的观测成果值的报表系统，如一般报表、年报表、月报表等等；图表的打印输出，主要有过程线图、分布线图；各种图形、图象资料的打印输出；一些监测项目的监测值的屏幕输出等等。上述模块功能必须通过系统总控来协调，总控提供各级控制菜单和工具条，控制各个功能模块的正常运行。设计的总控界面。
（参考文献——高边坡变形监测数据管理系统的设计与开发）
六、远程实时监控系统
远程监控系统数据采取无线传输方式，采用完全的点对点传输，即每套监测设备之间都是相互独立的，互不干涉，没有任何连接线缆，各监测点可分散布置。现场设备采用电池组供电，使用时只需定期更换电池即可；测量数据能够远距离传输，并可同时发给多个监控主机。摄动力监控系统组成如图3所示。
监控系统主要由两大部分构成：一部分是智能传感、采集、发射系统，该部分用于安装到监测现场，可将现场锚索等应力数据自动采集、自动发射到接收分析系统；另一部分是智能接收分析系统，该部分可将现场发来的数据自动接收并处理形成动态监测曲线和监测预警曲线，根据监测预警曲线判断监控对象的稳定状态。
（参考文献——滑坡地质灾害远程监测预报系统及其工程应用）
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三、露天矿边坡数据分析方法
边坡稳定性分析是边坡研究的核心其目的是通过采用先进的研究手段和系统优化的科学方法，在保障边坡安全的前提下，寻求剥岩量小，可采矿量大，以及滑坡处理和补救工程费用低，矿山相关收益最大的边坡设计方案。矿山边坡稳定性分析方法分定性、定量分析方法。露天矿的边坡安全在其安全生产中具有重要的意义，通过研发露天矿边坡安全管理信息系统，改变了传统的边坡安全信息管理以人工为主的局面，利用数据库技术，实现了露天矿边坡图形数据(Auto-CAD)和监测信息的关联，能够对露天矿生产过程中产生的海量信息进行信息化高效管理。在此基础上根据GIS思想，基于用户熟悉的AutoCAD平台进行二次开发，建立露天矿边坡安全管理信息系统，能够对边坡监测信息进行图文查询和信息添加，实现了与矿山现有信息系统的无缝链接，极大地方便了矿山边坡安全管理工作，保障了露天矿的安全生产。
一、定性分析方法
定性分析方法主要是通过工程地质勘察，对影响边坡稳定性的主要因素、可能的变形破坏方式及失稳的力学机制等进行分析，对已变形地质体的成因及其演化史进行分析，从而给出被评价边坡一个稳定性状况及其可能发展趋势定性的说明和解释。其优点是能综合考虑影响边坡稳定性的多种因素，主要方法有范例推理、专家系统及图解法等等。 一、边坡失稳的机制
边坡失稳可分成两种不同的形式：(I)拉伸性破坏的岩崩；(2)剪切性破坏的滑坡。不管边坡属何种形式失稳，均受其力学机制所制约，并呈现一定的规律性。通常以边坡位移随时间变化的形式表现出来。 1、天然边坡失稳
天然边坡一般是在经历了长期的重力作用下的流变之后发生失稳的，当软弱面承受的应力达到其长期强度时，在外界某因素，诸如振动、降雨等的诱发下，即发生失稳。边坡的位移与时间的关系如图I所示。图中第一流变时期，为边坡形成初期，此时边坡位移随时问的发展基本上呈线性增加趋势；第二流变时期，此时边坡处于相对稳定时期，其位移随着时间的发展趋于基本稳定；第三流变时期，此时边坡处于不稳定状态，边坡位移随时问的推移而增加，并有加速的趋势，当加速到一定的数值时，边坡进入失稳阶段，发生破坏，即岩崩或滑坡。
2、人为边坡的失稳
人为边坡使岩体出现人为的临空面，此时岩体的应力和应变进行调整，因而边坡发生运
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动，其位移随着时间的推移而变化，位移又可分成释放位移和流变位移两部份。释放位移是开挖时的应力释放所致，就时间而言，是短暂的，然而却是边坡是否失稳的关键。释放位移的时间效应如图2所示，它可分为三个阶段：
(I)急剧阶段：刚形成的边坡，应力和应变进行剧烈调整，边坡位移随时问的推移呈线性急剧发展，当超过一定限度时，边坡就失稳；否则将进入第二阶段。
(2)减缓阶段：边坡经过短期的应力和应变调整后，趋向于稳定，因而边坡的位移随着时间的发展而移与时间曲线的斜率小于第(1)阶段，但仍呈线性关系。
(3)稳定阶段：经上述两个阶段之后，边坡的位移随时间的推移，呈一个近乎稳定的微量值，边坡就进入稳定阶段，此时的人为边坡可视为天然边坡。
对于一个山体，经人为开挖形成边坡，改变了岩体的自稳状态，形成三个不同的区域，即拉力区、剪力区和应力集中区，如图3所示。这三个区域的应力状态互相影响，它受岩体构造面所控制，所以边坡的开挖是一个三维的动力问题。开挖卸荷引起动力的扰动，设想开挖前方和后方的岩体形成多层结构，随着开挖的推移，这种多层结构也向前推移，由于变形的不可逆性，新的应力扰动将迭加于被扰动的应力场上。如果边坡的位移不明显地表现出时间效应，则在远离开挖的某一位置范围处，边坡岩体的释放位移已基本结束，边坡将形成一个稳定的应力场；如果岩体的某薄弱部位的强度不足以抵抗应力集中，则边坡不是即刻破坏，就是释放位移无法进入第 (3)阶段，此时随着时间的推移，边坡的流变特性将迭加到释放位移中去，导致位移持续发展，并呈现加速趋势，最终造成边坡的破坏。
不同形式的边坡失稳在边坡的位移与时间关系中表现出不同特征，主要是急剧发展阶段不同。拉伸性的岩崩，以突发式为特征，剪切性滑坡，需经历一个大位移的发展过程，急剧发展的时间较长。对于人为边坡的位移与时间关系的分析，目的在于提供工程措施的依据。即选取合理的柔性支护与刚性永久支护，使边坡进入人为的稳定状态；对于天然边坡的位移与时间关系分析，目的在于提供治理的理论依据，或现场边坡失稳的报警时间。
案例：
1、盐池河边坡位移与时间关系及其失稳分析
1980年6月3日凌晨5时35分，宜昌地区盐池河磷矿发生边坡岩崩和滑坡，总方量约100万方，致使盐池河顿时截流。滑坡前，虽进行边坡位移监测，但对观测结果未进行及时分析和报警，造成巨大损失[2]。盐池河的边坡崩滑及位移监测点见图4。山体下部为震旦系上统的陡山沱组，含磷岩系，是中厚层硅质白云岩及薄层状白云岩或砂质页岩互层，而山体的上部是震且系上统的灯影组厚层白云岩。相对来说，山体下部的岩性比上部的软弱，经风化，遇水后其力学强度更低。下部岩层在上部岩层的长期作用下，产生变形和流变。在上下部的接触面处，出现应力集中，山体中部日益增强的剪切应变，加剧了边坡上部岩体开裂的
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拉张变形，使裂缝加宽和向纵深发展。同时裂缝外侧的山体向外倾移。中部的剪切变形和上部拉张变形，在采矿作用下发展，以至垂直裂缝与层面节理追踪连接，形成一个危岩体。它在爆破的长期作用下，又遇上雨季，两者迭加而发生了该边坡的岩崩和滑坡。从4月21日一6月2日的位移观测资料(图5)可见：
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