CN111947556A - 一种滑坡深部一体化实时监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及滑坡灾害自动监测领域，特别涉及一种滑坡深部一体化实时监测装置，包括指标监测柱、数据处理箱以及供电单元，所述指标监测柱通过滑坡地表的地质钻孔埋入滑坡体深部至滑床部位；所述数据处理箱由工字型承接构件铆合在指标监测柱上方，其内部的测线与指标监测柱内部相连。本发明能够监测滑坡全过程变化，无论是初期的微小位移还是中后期的水平大位移均能完美适用，测量量程大，精度高，能够实现一体化自动监测，快速、实时、全面地对滑坡进行监测评估，实用性强，具有很好的应用前景。

Description

一种滑坡深部一体化实时监测装置

技术领域

本发明涉及滑坡监测领域，特别涉及一种滑坡深部一体化实时监测装置。

背景技术

我国地质灾害频发，受威胁人口众多，其中滑坡灾害是最为广泛、发生频率较高、破坏性大、突发性强的一种地质灾害。我国又是一个多山的国家，每年的重大滑坡灾害时有发生，不仅造成了巨大的人员伤亡和财产损失，还时刻威胁着一些在建工程以及我国道路交通命脉的正常运转，严重制约着我国社会经济的健康发展。

为了排除隐患、及时地发现险情，消除危害，就必须对潜在的山体滑坡进行监测。当前，滑坡深部监测是滑坡安全性监测评估的重要内容，相较于地表监测，深部监测能较好地反映出滑坡体的多层变形特征，确定滑带位置，且一定程度上避免了地表监测的滞后性，在研究滑坡目前状况及发展趋势，整治潜在滑坡，起到了不可替代的作用。传统的滑坡深部监测装置，以测斜仪应用最为广泛，测斜仪能够较为准确地测量埋入位置的侧向位移，但当滑动变形过大时，测斜仪探头容易破坏，无法继续后期测量，且量程较小，只能监测所埋入位置的位移变化，倾斜到一定程度容易失效破坏。

鉴于现有滑坡监测技术的局限性，我们发明了这个滑坡深部一体化实时监测装置，该发明引入拉线式测线，保证了装置在滑坡大位移下仍能进行监测，极大提高了量程，同时使用倾角传感器监测滑坡启动阶段的微小倾斜变形，实现滑坡全过程监测，相比于传统位移监测，引入了土壤含水量检测计实时监测滑坡土层含水量变化，为滑坡监测分析提供多项指标。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术的不足，从而提供了一种滑坡深部一体化实时监测装置，能够有效解决现有深部监测装置量程小、易失效、监测过程不完全、监测指标单一、监测数据不实时准确的问题。

为了实现本发明的目的,本发明采用的技术方案为：一种滑坡深部一体化实时监测装置，包括指标监测柱、数据处理箱以及供电单元，所述指标监测柱通过滑坡地表的地质钻孔埋入滑坡体深部至滑床部位；所述数据处理箱由工字型承接构件铆合在指标监测柱上方，其内部的测线与指标监测柱内部相连。

所述数据处理箱内部包括背板、主滑轮、传动轴、角位移传感器、信息发射单元，所述传动轴固接在装置右侧，所述主滑轮的轴毂榫接到传动轴上，所述角位移传感器与传动轴端部外壁抵接，所述角位移传感器与其两侧的支撑斜杆铰接，两侧的所述支撑斜杆固定于上顶面，所述信息发射单元通过导线与角位移传感器相连，接收数据电信号，所述测线绕设在主滑轮周向凹槽上，用于带动主滑轮转动。

所述数据处理箱出线口设置有两个辅助滑轮，两个辅助滑轮之间形成用于测线穿过的滑槽。

所述信息发射单元包括采集频率控制器、AD 转换模块、数据存储模块、GPRS无线通讯模块、蓄电池，所述AD转换模块与指标监测柱、角位移传感器连接用于电信号接收，并转换为数字信号，通过导线传给数据存储模块进行存储，通过GPRS无线通讯模块进行远程传输；所述采集频率控制器，能够实现远端控制采集频率，进行电量管理；所述蓄电池两极与供电单元连接，用于装置供电。

所述供电单元包括太阳能板、电缆、支撑架，所述支撑架通过膨胀螺栓固定在所述指标监测柱上，所述太阳能板呈倾斜固定在支撑架上，所述太阳能板与所述蓄电池连接。

所述指标监测柱包括环形外套筒、环形内套筒、倾角传感器、测线、电缆、土壤含水量检测计，所述倾角传感器设置于所述外套筒左侧内壁上，相邻所述倾角传感器通过电缆连接传输数据，所述测线安装在外套筒与内套筒右侧空隙中，所述土壤含水量检测计安置于环形内套筒内部，并开口将检测线***进外部岩土环境中。

所述指标监测柱主体材质为柔性复合管，能够随滑体滑动而发生变形，柱体分节放入地质钻孔中，上下各节套筒之间用螺栓固定连接。

所述测线为粗细均匀、表面光滑的铟钢丝，具有较强抗拉强度，所述测线一端绕在主滑轮上，另一端穿过所述指标监测柱，将接头环拉出配合锚固在滑床，与滑坡岩土体紧密接触。

本发明的有益效果在于：

（1）本装置采用了拉线式角位移传感器及倾角传感器测量滑坡位移变形，既扩大了量程，又保证了无论是滑坡初期的小位移测量还是中后期的大位移测量装置均能适用，实现滑坡全过程监测。

（2）设置土壤含水量检测计，实时监测滑坡土体含水量变化，为滑坡监测增设分析指标，实现一体化监测。

（3）设置配套的数据接收发射装置，能够实时传送监测数据，通过远程无线终端控制采样频率，发送远程命令，进行设备自检，具有自动、快速、实时的优越性。

（4）设有数据储存模块，即使设备发生故障或断电，数据也不会丢失，通过找回数据储存模块箱，可分析设备故障原因，以及滑坡指标参数，具有较高的可靠性。

（5）本装置受气候条件影响小、测量精度高，实现远端控制，便于管理。

附图说明

图1为装置整体布置图；

图2为数据处理箱内部结构图；

图3为图2角传感器处横向剖切图；

图4为图2轴毂处横向剖切图；

图5为图2内信息发射单元内部结构图；

图6为指标监测柱内部结构图；

图7为倾角传感器工作原理图；

图8为拉线式角位移传感器工作原理图。

图中：1数据处理箱，2太阳能板，3支撑支架，4指标监测柱，5测线，6辅助滑轮，7主滑轮，8传动轴，9角位移传感器，10支撑斜杆，11信息发射单元，12轴毂，13导线，14环形外套筒，15环形内套筒，16电缆，17倾角传感器，18土壤含水量检测计，19采集频率控制器，20AD转换模块，21数据存储模块，22GPRS无线通讯模块，23蓄电池，24滑坡体，25滑床。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1-8所示，

本发明公开了一种滑坡深部一体化监测装置，具体包括指标监测柱4、数据处理箱1、供电单元，如图1所示，为装置整体布置图，所述指标监测柱4需通过滑坡地表的地质钻孔埋入滑坡体24深部至滑床25部位，埋入前将柱底测线5拉出一部分，待埋入后用水泥砂浆回填整个钻孔，从而将柱底测线锚固在滑床25部位；所述数据处理箱1由工字型承接构件铆合在监测柱上方，测线5通过辅助滑轮6拉出，深入指标监测柱4内；所述供电单元包括太阳能板2、蓄电池23、电缆16、支撑架3，通过膨胀螺栓将支撑架3固定在指标监测柱4上，太阳能板2斜向固定在支架上，倾斜角度以中午太阳光直射为宜，以便采光，大容量蓄电池保障了在光照不良的情况下，装置的续航能力，增强了装置的环境适应力。

作为优选实施方式，所述地质钻孔应在装置安装前，利用钻孔设备在潜在滑坡面上进行钻孔，钻孔深度应视滑坡地质情况而定，通常为滑带向下约10m或入基岩约5m，孔径不宜过大，为方便回填，常取90mm左右。

如图2所示，为数据处理箱内部结构图，所述数据处理箱1内部包括主滑轮7、传动轴8、角位移传感器9、信息发射单元11，传动轴8固接在装置右侧，主滑轮的轴毂12榫接到传动轴8上，角位移传感器9与传动轴8左端抵接，所述角位移传感器9与两侧支撑斜杆10铰接，两侧支撑斜杆固定于上顶面。

如图3、图4所示，分别为数据处理箱内角传感器处、轴毂处横向剖切图，数据处理箱1外壳形状清晰可见，所述数据处理箱1出线口设置有辅助滑轮6，测线5穿过辅助滑轮6之间，所述信息发射单元11通过导线13与角位移传感器9相连，接收数据电信号，所述测线5绕在主滑轮7上，带动主滑轮7转动。

如图5所示，为数据处理箱内信息发射单元内部结构图，所述信息发射单元，包括采集频率控制器19、AD 转换模块20、数据存储模块21、GPRS无线通讯模块22、蓄电池23，所述AD转换模块20对来自指标监测柱4和角位移传感器9的电信号进行接收，并转换为数字信号，通过导线13传给数据存储模块21进行存储，随后通过GPRS无线通讯模块22进行远程传输；所述采集频率控制器19，可实现远端控制采集频率，进行电量管理；所述蓄电池23两极与太阳能板2连接，为装置供电。

如图6所示，为指标监测柱内部结构图，所述指标监测柱4主体材质为柔性复合管，能随滑体滑动而发生变形，柱体分节放入钻孔中，上下各节套筒之间用螺栓固定连接，必要时可使用三脚架辅助安装；所述指标监测柱内部包括环形外套筒14、环形内套筒15、倾角传感器17、测线5、电缆16土壤含水量检测计18，所述倾角传感器17安装在外套筒14左侧壁表，上下相邻倾角传感器通过电缆16连接传输数据，所述测线5安装在外套筒与内套筒右侧空隙中，所述土壤含水量检测计安置于环形内套筒15内部，并开口将检测线***进外部岩土环境中。

作为优选实施方式，所述测线5可以采用粗细均匀、表面光滑的铟钢丝，铟钢丝来源广泛，价格低廉，且具有较好抗拉强度，能够保证测线的灵敏性与可靠性，当然若具有同等性能符合要求的材质也可以灵活考虑使用。

下面对本发明的工作原理进行阐述：

如图7所示，为倾角传感器工作原理图，在滑坡内部不同深度埋设倾角传感器9，滑坡形成初期，滑坡体24沿着滑床25向下发生微小位移变形，为便于理解说明，图中适当增大了倾斜程度，倾角传感器9监测该层测点处倾斜角度变化，利用几何关系式计算管轴线与铅垂线的水平偏移量，从而确定滑坡启动时水平微小位移，通过比较不同深度处倾角变化大小及变化速率，分析判断出滑坡的启动带。

如图8所示，为拉线式角位移传感器工作原理图，将测线5的一端锚固在滑床部位，随着滑坡体24位移量的不断增加，发生滑带贯通，滑坡体24与滑床25产生整体错动的大位移，柔性监测柱随着滑坡体移动而被挫断，将位移测线拉长，测线5带动角位移传感器产生角位移，经过换算输出为滑坡水平位移量。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换或直接或间接运用在相关的技术领域，均应涵盖在本发明的专利保护范围之内。

Claims (8)

1.一种滑坡深部一体化监测装置，包括指标监测柱（4）、数据处理箱（1）以及供电单元，其特征在于：所述指标监测柱（4）通过滑坡地表的地质钻孔埋入滑坡体（24）深部至滑床（25）部位；所述数据处理箱（1）由工字型承接构件铆合在指标监测柱（4）上方，其内部的测线（5）与指标监测柱（4）内部相连。

2.根据权利要求书1所述一种滑坡深部一体化监测装置，其特征在于：所述数据处理箱（1）内部包括背板、主滑轮（7）、传动轴（8）、角位移传感器（9）、信息发射单元（11），所述传动轴（8）固接在装置右侧，所述主滑轮（7）的轴毂（12）榫接到传动轴（8）上，所述角位移传感器（9）与传动轴（8）端部外壁抵接，所述角位移传感器（9）与其两侧的支撑斜杆（10）铰接，两侧的所述支撑斜杆（10）固定于上顶面，所述信息发射单元（11）通过导线（13）与角位移传感器（9）相连，接收数据电信号，所述测线（5）绕设在主滑轮（7）周向凹槽上，用于带动主滑轮（7）转动。

3.根据权利要求书2所述一种滑坡深部一体化监测装置，其特征在于：所述数据处理箱（1）出线口设置有两个辅助滑轮（6），两个辅助滑轮（6）之间形成用于测线（5）穿过的滑槽。

4.根据权利要求书3所述一种滑坡深部一体化监测装置，其特征在于：所述信息发射单元（11）包括采集频率控制器（19）、AD 转换模块（20）、数据存储模块（21）、GPRS无线通讯模块（22）、蓄电池（23），所述AD转换模块（20）与指标监测柱（4）、角位移传感器（9）连接用于电信号接收，并转换为数字信号，通过导线（13）传给数据存储模块（21）进行存储，通过GPRS无线通讯模块（22）进行远程传输；所述采集频率控制器（19），能够实现远端控制采集频率，进行电量管理；所述蓄电池（23）两极与供电单元连接，用于装置供电。

5.根据权利要求书4所述一种滑坡深部一体化监测装置，其特征在于：所述供电单元包括太阳能板（2）、电缆（16）、支撑架（3），所述支撑架（3）通过膨胀螺栓固定在所述指标监测柱（4）上，所述太阳能板（2）呈倾斜固定在支撑架（3）上，所述太阳能板（2）与所述蓄电池（23）连接。

6.根据权利要求书5所述一种滑坡深部一体化监测装置，其特征在于：所述指标监测柱（4）包括环形外套筒（14）、环形内套筒（15）、倾角传感器（17）、测线（5）、电缆（16）、土壤含水量检测计（18），所述倾角传感器（17）设置于所述外套筒（14）左侧内壁上，相邻所述倾角传感器（17）通过电缆（16）连接传输数据，所述测线（5）安装在外套筒与内套筒右侧空隙中，所述土壤含水量检测计（18）安置于环形内套筒（15）内部，并开口将检测线***进外部岩土环境中。

7.根据权利要求书6所述一种滑坡深部一体化监测装置，其特征在于：所述指标监测柱（4）主体材质为柔性复合管，能够随滑体滑动而发生变形，柱体分节放入地质钻孔中，上下各节套筒之间用螺栓固定连接。

8.根据权利要求书6所述一种滑坡深部一体化监测装置，其特征在于：所述测线（5）为粗细均匀、表面光滑的铟钢丝，具有较强抗拉强度，所述测线（5）一端绕在主滑轮（7）上，另一端穿过所述指标监测柱（4），将接头环拉出配合锚固在滑床，与滑坡岩土体紧密接触。

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