CN111141237B - 一种拼接挤压式监测滑坡变形的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种拼接挤压式监测滑坡变形的装置及方法,装置是由数个监测盒拼装连接而成,每个监测盒均与信号采集盒相连接,每个监测盒均能够把采集到的数据实时传输到信号采集盒。整个装置的最下端通过锚杆被锚固在待测的滑坡体的基岩上。其方法为:步骤一、配置监测盒的数量并进行监测盒的拼接;步骤二、将信号采集装置与单片机进行连接;步骤三、固定四个液位感应器;步骤四、不具备发生滑坡的条件;步骤五、给监测人员传递的信息是需对坡面进行持续监测;步骤六、决定对于各个坡面的监测重视程度;步骤七、判断此时坡面的移动或者滑坡已经发生。有益效果:结构简单,布置合理,根据土体的含水率和位移变化对滑坡进行更加全面的监测。
Description
技术领域
本发明涉及一种监测滑坡变形的装置及方法,特别涉及一种拼接挤压式监测滑坡变形的装置及方法。
背景技术
目前,由于我国多山的特点,因此会频发严重的自然灾害,比较常见且典型的是山体滑坡。山体滑坡常常在降雨作用下,土壤层和风化层沿着与基岩的交界面发生滑动。不仅会对坡下的村庄、工厂等造成威胁,严重时还会引发泥石流等其他次生灾害。由于山体滑坡的形成是一个累积过程,山体滑坡在快速下滑之前,土壤层和风化层首先会发生位移的变化,位移由小至大。因此及时准确的对山体滑坡在快速下滑之前的土壤层和风化层的缓慢移动进行监测,从而做出正确的决策在滑坡救灾过程中尤为重要。现阶段大多采用人员监测法对山体滑坡进行监测,虽然成本较低但监测范围不全面且容易对监测人员的人身安全造成威胁。除了人员监测法之外,卫星遥测法以及高精度GPS地表位移监测法等方法也是目前在山体滑坡监测中使用较广泛的方法。虽然卫星遥测法可以大面积的对滑坡进行监测,但是该方法存在精度低,费用高以及周期长等缺点。高精度GPS地表位移监测法虽然监测精度高,但费用过高且不适合大面积铺设检测设备。因此本发明提出一种结构简单,价格合理,能够适用于不同坡面的拼接挤压式监测滑坡大小变形装置,同时从土体含水率和位移变化两个方面对滑坡进行更加全面的监测。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的山体滑坡监测装置和方法在使用过程中存在的诸多问题,而提供的一种拼接挤压式监测滑坡变形的装置及方法。
本发明提供的拼接挤压式监测滑坡变形的装置是由数个监测盒拼装连接而成,每个监测盒均与信号采集盒相连接,每个监测盒均能够把采集到的数据实时传输到信号采集盒。
整个装置的最下端通过锚杆被锚固在待测的滑坡体的基岩上。
每个监测盒均包括有盒体、控制器、液位变化信号发射器、拉力变化信号发射器和电池,其中控制器和液位变化信号发射器设置在盒体的顶盖上,控制器和液位变化信号发射器的顶端均设置有拉力感应器,盒体的顶盖上还开设有出液口,出液口的内侧壁上设置有液位感应器,拉力变化信号发射器和电池设在盒体的底部,拉力变化信号发射器和电池的底部设置有伸缩钢丝线,伸缩钢丝线与控制器和液位变化信号发射器顶端的拉力感应器相连接,控制器与电池相连接并由电池提供电力,液位变化信号发射器、拉力变化信号发射器、拉力感应器和液位感应器均与控制器相连接并由控制器提供电力,拉力感应器和液位感应器能够把采集到的数据实时传输到控制器,控制器把接收到的数据通过液位变化信号发射器和拉力变化信号发射器向外传输,液位变化信号发射器和拉力变化信号发射器均与信号采集盒相连接,盒体的一侧设置有透水薄膜,透水薄膜的后部设置有第一压力感应片,透水薄膜与第一压力感应片之间填塞有吸水膨胀材料,第一压力感应片的上下两端通过滑道与盒体内腔的顶部和底部相连接,第一压力感应片能够在盒体的内腔中进行滑动,在盒体对应设置第一压力感应片的另一侧设置有第二压力感应片,第二压力感应片的上下两端也通过滑道与盒体内腔的顶部和底部相连接,第二压力感应片也能够在盒体的内腔中进行滑动,第一压力感应片和第二压力感应片之间填充有黏液,第一压力感应片和第二压力感应片均与液位变化信号发射器相连接,第一压力感应片和第二压力感应片能够把采集的数据实时传输给液位变化信号发射器,相邻的监测盒之间通过伸缩钢丝线相连接,该伸缩钢丝线与相邻监测盒上的拉力感应器相连接。
控制器内设置有电源总控器和单片机,单片机的型号为AT89C51,单片机与信号采集盒相连接。
拉力感应器的型号为DS2外置拉力计,拉力感应器信号输出端与拉力变化信号发射器通过控制器内的单片机相连接。
液位感应器信号输出端通过控制器内的单片机与液位变化信号发射器相连接,液位感应器的型号为HS1100湿度计,液位感应器沿出液口纵向的不同高度设置有四个。
透水薄膜为透水刚性体,透水薄膜与第一压力感应片之间填充的吸水膨胀材料为高分子纳米吸水膨胀材料,第一压力感应片与第二压力感应片之间填充的黏液为煤油。
设置第二压力感应片一侧的盒体内腔顶端设置有枢接轴,枢接轴上设置有压力臂和压板,压板设在压力臂的外侧,压板能够对压力臂进行挤压,压力臂的顶杆抵靠在第二压力感应片上,压板挤压压力臂时能够使压力臂的顶杆驱使第二压力感应片进行滑动。
信号采集盒内设置有信号采集装置,信号采集装置能够接收液位变化信号发射器和拉力变化信号发射器发出的数据,信号采集装置为现有设备的组装,因此,具体型号和规格没有进行赘述。
本发明提供的拼接挤压式监测滑坡变形的方法,其方法如下所述:
步骤一、确定需要监测的滑坡和最具有滑动可能的坡面,在不稳定坡面上进行钻孔从而确定所需监测装置的长度,根据确定的长度配置监测盒的数量并进行监测盒的拼接;
步骤二、将信号采集盒内的信号采集装置与控制器内的单片机进行连接,并使之处于接通状态,保证能接收到液位变化信号发射器和拉力变化信号发射器所发射的信号;
步骤三、在盒体出液口的纵向等间距不同高度处固定四个液位感应器,分别代表滑坡小变形监测过程中四个临界阈值,由低到高分别代表预警等级,即低、中、高和极高;
步骤四、液位感应器信号输出端输出的信号没有达到预警等级的低值时,说明此时坡面稳定没有发生滑动,且土体相对干燥,暂时不具备发生滑坡的条件;
步骤五、液位感应器信号输出端输出的信号达到预警等级的低值时,说明说明土体没有发生滑动或者仅仅有极微小的滑动,或者是此时土体含水率发生微小变化,含水率增加会使土体下滑力增大,同时土体自身抗滑力减小,这也会增大滑坡发生的可能性,此预警等级给监测人员传递的信息是需对坡面进行持续监测;
步骤六、随着预警等级的升高,土体的移动距离逐渐增大或者土壤含水率逐渐增大直至处于饱和状态,或者判断出此处发生滑坡的可能性极大,在拼接后的监测盒之间发生折断之前,土体仅有发生滑坡的趋势,对于滑坡的小变形监测主要是为后台的监测人员提供预警信息,筛选出需要监测人员重点监测的滑坡,减轻监测人员工作量,监测人员可以根据小变形监测装置的预警等级来决定对于各个坡面的监测重视程度;
步骤七、当拼接后的监测盒之间发生折断时,使伸缩钢丝线伸长从而导致拉力感应器所受拉力发生变化,此时拉力变化信号发射器发射由拉力感应器信号输出端输出的信号,继而传递给信号采集盒,当信号采集盒采集到拉力变化信号时,可以判断此时坡面正在开始发生很大移动或者滑坡已经发生。
本发明的有益效果:
本发明提供的拼接挤压式监测滑坡变形的装置,结构简单,布置合理,能够根据不同地区需求确定挤压式大小变形监测装置的长度,避免浪费。拼接后的监测盒之间发生折断能够对于滑坡进行大变形监测。能够同时根据土体的含水率和位移变化两个方面对滑坡进行更加全面的监测。
附图说明
图1为本发明所述的监测滑坡变形装置的整体结构示意图。
图2为本发明所述监测盒主视图。
图3为本发明所述监测盒俯视图。
图4为本发明所述监测盒仰视图。
图5为本发明所述相邻监测盒连接关系示意图。
上图中的标注如下:
1、监测盒 2、信号采集盒 3、锚杆 4、盒体 5、控制器 6、液位变化信号发射器 7、拉力变化信号发射器 8、电池 9、拉力感应器 10、出液口 11、液位感应器 12、伸缩钢丝线13、透水薄膜 14、第一压力感应片 15、吸水膨胀材料 16、第二压力感应片 17、黏液 18、枢接轴 19、压力臂 20、压板 21、待测的滑坡体。
具体实施方式
请参阅图1至图5所示:
本发明提供的拼接挤压式监测滑坡变形的装置是由数个监测盒1拼装连接而成,每个监测盒1均与信号采集盒2相连接,每个监测盒1均能够把采集到的数据实时传输到信号采集盒2。
整个装置的最下端通过锚杆3被锚固在待测的滑坡体21的基岩上。
每个监测盒1均包括有盒体4、控制器5、液位变化信号发射器6、拉力变化信号发射器7和电池8,其中控制器5和液位变化信号发射器6设置在盒体4的顶盖上,控制器5和液位变化信号发射器6的顶端均设置有拉力感应器9,盒体4的顶盖上还开设有出液口10,出液口10的内侧壁上设置有液位感应器11,拉力变化信号发射器7和电池8设在盒体4的底部,拉力变化信号发射器7和电池8的底部设置有伸缩钢丝线12,伸缩钢丝线12与控制器5和液位变化信号发射器6顶端的拉力感应器9相连接,控制器5与电池8相连接并由电池8提供电力,液位变化信号发射器6、拉力变化信号发射器7、拉力感应器9和液位感应器11均与控制器5相连接并由控制器5提供电力,拉力感应器9和液位感应器11能够把采集到的数据实时传输到控制器5,控制器5把接收到的数据通过液位变化信号发射器6和拉力变化信号发射器7向外传输,液位变化信号发射器6和拉力变化信号发射器7均与信号采集盒2相连接,盒体4的一侧设置有透水薄膜13,透水薄膜13的后部设置有第一压力感应片14,透水薄膜13与第一压力感应片14之间填塞有吸水膨胀材料15,第一压力感应片14的上下两端通过滑道与盒体4内腔的顶部和底部相连接,第一压力感应片14能够在盒体4的内腔中进行滑动,在盒体4对应设置第一压力感应片14的另一侧设置有第二压力感应片16,第二压力感应片16的上下两端也通过滑道与盒体4内腔的顶部和底部相连接,第二压力感应片16也能够在盒体4的内腔中进行滑动,第一压力感应片14和第二压力感应片16之间填充有黏液17,第一压力感应片14和第二压力感应片16均与液位变化信号发射器6相连接,第一压力感应片14和第二压力感应片16能够把采集的数据实时传输给液位变化信号发射器6,相邻的监测盒1之间通过伸缩钢丝线12相连接,该伸缩钢丝线12与相邻监测盒1上的拉力感应器9相连接。
控制器5内设置有电源总控器和单片机,单片机的型号为AT89C51,单片机与信号采集盒2相连接。
拉力感应器9的型号为DS2外置拉力计,拉力感应器9信号输出端与拉力变化信号发射器7通过控制器5内的单片机相连接。
液位感应器11信号输出端通过控制器5内的单片机与液位变化信号发射器6相连接,液位感应器11的型号为HS1100湿度计,液位感应器11沿出液口10纵向的不同高度设置有四个。
透水薄膜13为透水刚性体,透水薄膜13与第一压力感应片14之间填充的吸水膨胀材料15为高分子纳米吸水膨胀材料,第一压力感应片14与第二压力感应片16之间填充的黏液17为煤油。
设置第二压力感应片16一侧的盒体4内腔顶端设置有枢接轴18,枢接轴18上设置有压力臂19和压板20,压板20设在压力臂19的外侧,压板20能够对压力臂19进行挤压,压力臂19的顶杆抵靠在第二压力感应片16上,压板20挤压压力臂19时能够使压力臂19的顶杆驱使第二压力感应片16进行滑动。
信号采集盒2内设置有信号采集装置,信号采集装置能够接收液位变化信号发射器6和拉力变化信号发射器7发出的数据,信号采集装置为现有设备的组装,因此,具体型号和规格没有进行赘述。
本发明提供的拼接挤压式监测滑坡变形的方法,其方法如下所述:
步骤一、确定需要监测的滑坡和最具有滑动可能的坡面,在不稳定坡面上进行钻孔从而确定所需监测装置的长度,根据确定的长度配置监测盒1的数量并进行监测盒1的拼接;
步骤二、将信号采集盒2内的信号采集装置与控制器5内的单片机进行连接,并使之处于接通状态,保证能接收到液位变化信号发射器6和拉力变化信号发射器7所发射的信号;
步骤三、在盒体4出液口10的纵向等间距不同高度处固定四个液位感应器11,分别代表滑坡小变形监测过程中四个临界阈值,由低到高分别代表预警等级,即低、中、高和极高;
步骤四、液位感应器11信号输出端输出的信号没有达到预警等级的低值时,说明此时坡面稳定没有发生滑动,且土体相对干燥,暂时不具备发生滑坡的条件;
步骤五、液位感应器11信号输出端输出的信号达到预警等级的低值时,说明说明土体没有发生滑动或者仅仅有极微小的滑动,或者是此时土体含水率发生微小变化,含水率增加会使土体下滑力增大,同时土体自身抗滑力减小,这也会增大滑坡发生的可能性,此预警等级给监测人员传递的信息是需对坡面进行持续监测;
步骤六、随着预警等级的升高,土体的移动距离逐渐增大或者土壤含水率逐渐增大直至处于饱和状态,或者判断出此处发生滑坡的可能性极大,在拼接后的监测盒1之间发生折断之前,土体仅有发生滑坡的趋势,对于滑坡的小变形监测主要是为后台的监测人员提供预警信息,筛选出需要监测人员重点监测的滑坡,减轻监测人员工作量,监测人员可以根据小变形监测装置的预警等级来决定对于各个坡面的监测重视程度;
步骤七、当拼接后的监测盒1之间发生折断时,使伸缩钢丝线12伸长从而导致拉力感应器9所受拉力发生变化,此时拉力变化信号发射器7发射由拉力感应器9信号输出端输出的信号,继而传递给信号采集盒2,当信号采集盒2采集到拉力变化信号时,可以判断此时坡面正在开始发生很大移动或者滑坡已经发生。
Claims (8)
1.一种拼接挤压式监测滑坡变形的装置,是由数个监测盒拼装连接而成,每个监测盒均与信号采集盒相连接,每个监测盒均能够把采集到的数据实时传输到信号采集盒,整个装置的最下端通过锚杆被锚固在待测的滑坡体的基岩上,其特征在于:所述的每个监测盒均包括有盒体、控制器、液位变化信号发射器、拉力变化信号发射器和电池,其中控制器和液位变化信号发射器设置在盒体的顶盖上,控制器和液位变化信号发射器的顶端均设置有拉力感应器,盒体的顶盖上还开设有出液口,出液口的内侧壁上设置有液位感应器,拉力变化信号发射器和电池设在盒体的底部,拉力变化信号发射器和电池的底部设置有伸缩钢丝线,伸缩钢丝线与控制器和液位变化信号发射器顶端的拉力感应器相连接,控制器与电池相连接并由电池提供电力,液位变化信号发射器、拉力变化信号发射器、拉力感应器和液位感应器均与控制器相连接并由控制器提供电力,拉力感应器和液位感应器能够把采集到的数据实时传输到控制器,控制器把接收到的数据通过液位变化信号发射器和拉力变化信号发射器向外传输,液位变化信号发射器和拉力变化信号发射器均与信号采集盒相连接,盒体的一侧设置有透水薄膜,透水薄膜的后部设置有第一压力感应片,透水薄膜与第一压力感应片之间填塞有吸水膨胀材料,第一压力感应片的上下两端通过滑道与盒体内腔的顶部和底部相连接,第一压力感应片能够在盒体的内腔中进行滑动,在盒体对应设置第一压力感应片的另一侧设置有第二压力感应片,第二压力感应片的上下两端也通过滑道与盒体内腔的顶部和底部相连接,第二压力感应片也能够在盒体的内腔中进行滑动,第一压力感应片和第二压力感应片之间填充有黏液,第一压力感应片和第二压力感应片均与液位变化信号发射器相连接,第一压力感应片和第二压力感应片能够把采集的数据实时传输给液位变化信号发射器,相邻的监测盒之间通过伸缩钢丝线相连接,该伸缩钢丝线与相邻监测盒上的拉力感应器相连接。
2.根据权利要求1所述的一种拼接挤压式监测滑坡变形的装置,其特征在于:所述的控制器内设置有电源总控器和单片机,单片机的型号为AT89C51,单片机与信号采集盒相连接。
3.根据权利要求1所述的一种拼接挤压式监测滑坡变形的装置,其特征在于:所述的拉力感应器的型号为DS2外置拉力计,拉力感应器信号输出端与拉力变化信号发射器通过控制器内的单片机相连接。
4.根据权利要求1所述的一种拼接挤压式监测滑坡变形的装置,其特征在于:所述的液位感应器信号输出端通过控制器内的单片机与液位变化信号发射器相连接,液位感应器的型号为HS1100湿度计,液位感应器沿出液口纵向的不同高度设置有四个。
5.根据权利要求1所述的一种拼接挤压式监测滑坡变形的装置,其特征在于:所述的透水薄膜为透水刚性体,透水薄膜与第一压力感应片之间填充的吸水膨胀材料为高分子纳米吸水膨胀材料,第一压力感应片与第二压力感应片之间填充的黏液为煤油。
6.根据权利要求1所述的一种拼接挤压式监测滑坡变形的装置,其特征在于:所述的设置第二压力感应片一侧的盒体内腔顶端设置有枢接轴,枢接轴上设置有压力臂和压板,压板设在压力臂的外侧,压板能够对压力臂进行挤压,压力臂的顶杆抵靠在第二压力感应片上,压板挤压压力臂时能够使压力臂的顶杆驱使第二压力感应片进行滑动。
7.根据权利要求1所述的一种拼接挤压式监测滑坡变形的装置,其特征在于:所述的信号采集盒内设置有信号采集装置,信号采集装置能够接收液位变化信号发射器和拉力变化信号发射器发出的数据。
8.一种拼接挤压式监测滑坡变形的方法,其特征在于:其方法如下所述:
步骤一、确定需要监测的滑坡和最具有滑动可能的坡面,在不稳定坡面上进行钻孔从而确定所需监测装置的长度,根据确定的长度配置监测盒的数量并进行监测盒的拼接;
步骤二、将信号采集盒内的信号采集装置与控制器内的单片机进行连接,并使之处于接通状态,保证能接收到液位变化信号发射器和拉力变化信号发射器所发射的信号;
步骤三、在盒体出液口的纵向等间距不同高度处固定四个液位感应器,分别代表滑坡小变形监测过程中四个临界阈值,由低到高分别代表预警等级,即低、中、高和极高;
步骤四、液位感应器信号输出端输出的信号没有达到预警等级的低值时,说明此时坡面稳定没有发生滑动,且土体相对干燥,暂时不具备发生滑坡的条件;
步骤五、液位感应器信号输出端输出的信号达到预警等级的低值时,说明说明土体没有发生滑动或者仅仅有极微小的滑动,或者是此时土体含水率发生微小变化,含水率增加会使土体下滑力增大,同时土体自身抗滑力减小,这也会增大滑坡发生的可能性,此预警等级给监测人员传递的信息是需对坡面进行持续监测;
步骤六、随着预警等级的升高,土体的移动距离逐渐增大或者土壤含水率逐渐增大直至处于饱和状态,或者判断出此处发生滑坡的可能性极大,在拼接后的监测盒之间发生折断之前,土体仅有发生滑坡的趋势,对于滑坡的小变形监测主要是为后台的监测人员提供预警信息,筛选出需要监测人员重点监测的滑坡,减轻监测人员工作量,监测人员可以根据小变形监测装置的预警等级来决定对于各个坡面的监测重视程度;
步骤七、当拼接后的监测盒之间发生折断时,使伸缩钢丝线伸长从而导致拉力感应器所受拉力发生变化,此时拉力变化信号发射器发射由拉力感应器信号输出端输出的信号,继而传递给信号采集盒,当信号采集盒采集到拉力变化信号时,可以判断此时坡面正在开始发生很大移动或者滑坡已经发生。
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