CN212904870U - 一种土石混合体边坡稳定性监测与预警***与模型 - Google Patents
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Abstract
一种土石混合体边坡稳定性监测与预警***与模型，解决现有技术中没有综合性的监测与预警***的问题。该模型中每一层边坡平台布设若干电阻应变式土压力盒和温湿度传感器；且在边坡坡顶东西方向、南北方向布置测线，沿每条测线等间距布设电极铜棒；所述电阻应变式土压力盒通过电缆线与电阻应变采集仪相连，该电阻应变采集仪与计算机进行有线或无线传输；所述温湿度传感器通过电缆线与转换器相连，转换器与计算机进行有线或无线传输；所述电极铜棒通过电缆线和电缆夹与直流电法仪相连，直流电法仪通过蓝牙与计算机进行无线数据传输。为土石混合体边坡稳定性监测与预警提供一种解决方案，能满足工程实际需要。
Description
技术领域
本实用新型属于公路工程边坡监测的技术领域，具体涉及一种土石混合体边坡稳定性监测与预警***和模型。
背景技术
据统计，我国现已经发生的地质灾害大部分都与边坡失稳有密切联系，边坡失稳将会导致大量的人员伤亡，给社会造成不可估量的直接经济损失。为尽可能避免边坡失稳引发的地质灾害，对边坡稳定性的研究应从监测与预警的角度出发，边坡稳定性监测与预警方法的革新和技术的发展是预防边坡失稳的有效途径。
我国传统的仪器监测技术通常是以点带面、以点带体，不能实现全面监测，其监测方法往往受边坡变形阶段、气候条件及经济条件的制约，且传统的仪器监测技术自动化、实时性不强。随着时代的发展，便捷、经济、高效、智能化的边坡稳定性监测方法已经成为未来的发展趋势。
例如，CN210341864U中公开了一种土体边坡稳定性监测及预警装置，该本实用新型通过卡箍式连接头将多个测量杆节固定连接形成测量杆体，***边坡内，在杆体底端位置布设传感器，传感器底部安装有测量土体水分的探针，并使用纱布包裹，将边坡土体内的含水量变化情况通过预警装置以信号灯形式向外界传递信号。该技术仅仅通过含水量变化来进行边坡稳定性的监测和预警，手段单一
再例如，CN206160960U中公开了一种基于全光纤传感网络的边坡稳定性监测和滑坡预警预报装置，其原理是，在岩土质边坡坡顶和坡面位置沿着与潜在滑动面或节理面、基岩面相垂直的方向设置若干个钻孔，在每个钻孔中埋设一根全光纤综合测管。各段光纤相互熔接并组成一个全光纤传感网络，连接到光纤解调仪上，测量各光纤的应变、温度分布。在早期监测结果的基础上选取边坡垂向应变特征值，再通过极限平衡、有限元强度折减等方法获得边坡的安全系数，从而掌握垂向应变特征值与安全系数的经验关系。所以，该技术方案是一种基于光纤监测数据能够准确识别边坡潜在滑动面的孕育、发生、发展过程，以及多级潜在滑动面的位置的监测技术，也是单一手段的预警。
事实上土石混合体边坡稳定性受影响的因素较多，可能来自温度、湿度，也可能来自内应力、地震等其他因素，因此本实用新型要解决复杂情况下对土石混合体边坡稳定性进行监测与预警的难题。
实用新型内容
为了解决上述背景技术存在的不足，本实用新型提供一种土石混合体边坡稳定性监测与预警***和模型，解决现有技术中没有综合性的监测与预警***的问题。
本实用新型采用的技术方法是：
本土石混合体边坡稳定性监测与预警技术原理是，以高密度电阻率法为主体思路，以土石混合体导电性的差异为基础，通过向大地供直流电，采用点阵式布设电极，密集采样观测，研究人工施加稳定电流场的作用下地中电场的空间分布规律，进而探测地下介质和构造的电性，以分析解决边坡稳定性问题。通过模拟软件对获得的参数值进行成像处理，快速准确地给出所测地电剖面的地质解释图像，达到边坡稳定性监测与预警的效果。
本实用新型采用的技术方案是：
一种土石混合体边坡稳定性监测与预警***，由压力变化量监测子***、温度和湿度变化量监测子***和稳定性监测子***组成，其特征在于：
所述压力变化量监测子***中的电阻应变式土压力盒通过电缆线与电阻应变采集仪相连，该电阻应变采集仪与计算机进行有线或无线传输；
所述温度和湿度变化量监测子***中的温湿度传感器通过电缆线与转换器相连，转换器与计算机进行有线或无线传输；
所述稳定性监测子***中的电极铜棒通过电缆线和电缆夹与直流电法仪相连，直流电法仪通过蓝牙与计算机进行无线数据传输。
更详细的，其特征在于，所述无线传输为GPRS、wifi或zigibee无线传输技术中的一种。
更详细的，其特征在于，所述电阻应变式土压力盒为DMTY型电阻应变式土压力盒。
更详细的，其特征在于，所述电阻应变采集仪为DM-YB1860型电阻应变采集仪。
更详细的，其特征在于，所述温湿度传感器为SHT30型温湿度传感器。
更详细的，其特征在于，所述直流电法仪为WDA-1型超级数字直流电法仪。
一种土石混合体边坡稳定性监测与预警模型，该模型中的土石混合体边坡为多层阶梯型开挖布设，其特征在于，每一层边坡平台中心点的四周等间距布设若干电阻应变式土压力盒和温湿度传感器；且在边坡坡顶东西方向、南北方向分别布置两条测线，沿每条测线等间距布设电极铜棒；
所述电阻应变式土压力盒通过电缆线与电阻应变采集仪相连，该电阻应变采集仪与计算机进行有线或无线传输；
所述温湿度传感器通过电缆线与转换器相连，转换器与计算机进行有线或无线传输；
所述电极铜棒通过电缆线和电缆夹与直流电法仪相连，直流电法仪通过蓝牙与计算机进行无线数据传输。
更详细的，其特征在于，相邻电阻应变式土压力盒布设间距为1m至2m。
更详细的，其特征在于，相邻温湿度传感器布设间距以1.5m至3m。
更详细的，其特征在于，相邻电极铜棒布设间距为1m。
有益效果：本实用新型可以为土石混合体边坡稳定性监测与预警提供一种解决方案，能满足工程实际需要，下面结合具体实施过程对本实用新型的有益效果进行进一步地的说明。
附图说明
图1为本实用新型的土石混合体边坡测线布设示意图。
图2为本实用新型的土石混合体边坡结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本实用新型所述的土石混合体边坡稳定性监测与预警***做进一步说明，但是本实用新型的保护范围并不限于此。
选取正在修建的公路工程中的土石混合体边坡，边坡的开挖方式选择阶梯型开挖，边坡的布设方式选择沿每个边坡平台进行有目的性的布设。边坡平台自下而上编号依次为一、二……八层。一般地，开挖的边坡平台层数越多所得到的最终结果会更加精确。
以每一层边坡平台的中间为中心点O，根据实际条件在边坡平台的中心点的四周均匀地布设电阻应变式土压力盒，建议布设间距以1m～2m为宜，布设电阻应变式土压力盒的间距越小所得到的最终结果会更加精确。电阻应变式土压力盒的出线方式有侧面出线及底面出线两种方式，我们任意选择一种出线方式即可。电阻应变式土压力盒布设完毕后，将其埋在相对应的边坡平台内部。电阻应变式土压力盒通过电缆线与电阻应变采集仪相连，电阻应变采集仪可以放置在某一边坡平台的外侧边缘处，通过仪器提供的USB接口电缆线与计算机进行有线数据传输。电阻应变采集仪也可以放置在边坡土体的内部，通过GPRS、wifi、zigibee与计算机进行无线数据传输。数据传输到计算机后，通过计算机上的专用软件进行数据处理和风险评估。这样就形成了一个具有监测传感***、数据传输和处理管理***、后期评估***的完整性土石混合体边坡土压力变化量监测***。
以每一层边坡平台的中间为中心点O，根据实际条件在边坡平台的中心点的四周均匀地布设温湿度传感器，建议布设间距以1.5m～3m为宜，布设温湿度传感器的间距越小所得到的最终结果会更加精确。在不和过程中，电阻应变式土压力盒的布设与温湿度传感器的布设尽量不要重合或者距离太近，以免电阻应变式土压力盒与温湿度传感器之间相互影响，使其最终结果出现误差。温湿度传感器布设完毕后，将其埋在相对应的边坡平台内部。温湿度传感器通过电缆线与转换器相连，转换器可放置在某一边坡平台的外侧边缘处，通过仪器提供的USB接口电缆线与计算机进行有线数据传输。转换器也可以放置在边坡土体的内部，通过wifi与计算机进行无线数据传输。数据传输到计算机后，通过计算机上的传感器配置工具进行数据处理，通过计算机上的分析软件风险评估。这样就形成了一个具有监测传感***、数据传输和处理管理***、后期评估***的完整性土石混合体边坡温度和湿度变化量监测***。
在边坡坡顶东西方向、南北方向分别布置两条测线，从东向西坡顶测线编号依次为测线Ⅰ和测线Ⅱ，从南向北坡顶测线编号依次为测线Ⅲ和测线Ⅳ，每条测线均匀地布设电极铜棒1，相邻电极铜棒建议布设间距以1m为宜。布设时采用RTK定位技术(实时动态定位技术，载波相位差分技术)的GPS测量方法进行现场电极布设点的测点，以得到现场测点的坐标与高程信息，为后期现场监测数据处理成像提供三维地形信息。电极铜棒1布设的信息确定后，用洛阳铲按上述布设方案对边坡顶部和四周进行打孔处理，将电极铜棒底部埋入孔中后进行位置固定处理。电极铜棒1通过电缆线与电缆夹与直流电法仪相连，两边的接口处均采用绝缘处理，以避免电极扰动带来的接地条件不一致。采用直流电法仪进行现场数据采集时，直流电法仪主机的“+”接电源正极，“﹣”接电源负极，无穷远供电电极接“B(∞)”，B供电电极接“三极B”。"M”接M电极，“N”接N电极。A、B为供电电极，M、N为测量电极。测线电极A、B、M、N分别连接直流电法仪主机的“A、B、M、N”接线柱。直流电法仪放置在边坡底部的角落处，通过蓝牙与计算机进行无线数据传输。数据传输到计算机后，通过计算机上的“WDAFC.EXE”转换软件进行数据转换处理，通过计算机上的分析软件风险评估。这样就形成了一个具有监测传感***、数据传输和处理管理***、后期评估***的完整性土石混合体边坡稳定性监测***。
根据现场实施条件，上述的计算器可以为一台，也可以为多台。
将土石混合体边坡土压力变化量监测子***、温度和湿度变化量监测子***、稳定性监测子***采集到的数据进行数值模拟并采用电阻率层析成像技术处理，通过图像对比算法对图像进行动态对比分析，以获得现场边坡的稳定性状态。
将电阻率正反演图像以及试验研究确定的土石混合体在不同条件下的失稳阂值进行体系化串联，建立了基于图像对比算法的边坡稳定性预警体系。
边坡坡顶及边坡四周的电极铜棒埋入土石混合体后，必须在电极一定范围内浇入配置好的盐水进行湿润，一是降低地表高阻对监测数据造成的影响，二是提高电极铜棒的导电性能。
同一剖面在不同监测时刻确保测线跑极方式相同，以保证同一剖面在不同监测时刻的图像具有可对比性。
图像动态对比分析同一位置图像尺寸相同，图像像素统一。
通过上述的步骤，建立了一种土石混合体边坡稳定性监测与预警模型，该模型涉及如何进行多层阶梯型开挖布设，以及如何设置电阻应变式土压力盒、温湿度传感器和电极铜棒。
以下部分简述以下该土石混合体边坡稳定性监测与预警***的组成。该***需要的材料有电阻应变式土压力盒、电阻应变采集仪、温湿度传感器、转换器、电缆线、电极铜棒、电缆夹、直流电法仪及计算机。
土石混合体边坡土压力变化量监测子***由电阻应变式土压力盒、电缆线、电阻应变采集仪、计算机等组成。电阻应变式土压力盒通过电缆线与电阻应变采集仪相连，电阻应变采集仪可以通过仪器提供的USB接口电缆线与计算机进行有线传输，也可以通过GPRS、wifi、zigibee与计算机进行无线传输。
土石混合体边坡温度和湿度变化量监测子***由温湿度传感器、电缆线、转换器、计算机等组成。温湿度传感器通过电缆线与转换器相连，转换器可以通过仪器提供的USB接口电缆线与计算机进行有线传输，也可以通过wifi与计算机进行无线传输。
土石混合体边坡稳定性监测子***由电极铜棒、电缆线和电缆夹、直流电法仪、计算机等组成。电极铜棒通过电缆线和电缆夹与直流电法仪相连，直流电法仪通过蓝牙与计算机进行无线数据传输。
电阻应变式土压力盒1采用DMTY型电阻应变式土压力盒，用于监测土体内部土压力变化量，压力盒采用应变全桥电路，可准确的消除温度和湿度变化对仪器的影响。
电阻应变采集仪2采用DM-YB1860型电阻应变采集仪，用于测量土体应变(应力)、拉压力、压强、扭矩、位移、倾角、温度等物理参数的变化量，能同时采集和显示60个通道的全部数据。
温湿度传感器3采用SHT30型温湿度传感器，用于监测土体内部温度和湿度变化量，采用高分子PE材料滤芯，有防水和除尘效果。
直流电法仪8采用WDA-1型超级数字直流电法仪，用于测量电压、电流、视电阻率、自然电位、视极化率、金属因数、半衰时、衰减度、激发比、偏离度及电压衰减曲线，有轻便灵活、超大供电功率、超宽量程、超高精度等特点。
Claims (10)
1.一种土石混合体边坡稳定性监测与预警***，由压力变化量监测子***、温度和湿度变化量监测子***和稳定性监测子***组成，其特征在于：
所述压力变化量监测子***中的电阻应变式土压力盒通过电缆线与电阻应变采集仪相连，该电阻应变采集仪与计算机进行有线或无线传输；
所述温度和湿度变化量监测子***中的温湿度传感器通过电缆线与转换器相连，转换器与计算机进行有线或无线传输；
所述稳定性监测子***中的电极铜棒通过电缆线和电缆夹与直流电法仪相连，直流电法仪通过蓝牙与计算机进行无线数据传输。
2.根据权利要求1所述的一种土石混合体边坡稳定性监测与预警***，其特征在于，所述无线传输为GPRS、wifi或zigibee无线传输技术中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种土石混合体边坡稳定性监测与预警***，其特征在于，所述电阻应变式土压力盒为DMTY型电阻应变式土压力盒。
4.根据权利要求1所述的一种土石混合体边坡稳定性监测与预警***，其特征在于，所述电阻应变采集仪为DM-YB1860型电阻应变采集仪。
5.根据权利要求1所述的一种土石混合体边坡稳定性监测与预警***，其特征在于，所述温湿度传感器为SHT30型温湿度传感器。
6.根据权利要求1所述的一种土石混合体边坡稳定性监测与预警***，其特征在于，所述直流电法仪为WDA-1型超级数字直流电法仪。
7.一种土石混合体边坡稳定性监测与预警模型，该模型中的土石混合体边坡为多层阶梯型开挖布设，其特征在于，每一层边坡平台中心点的四周等间距布设若干电阻应变式土压力盒和温湿度传感器；且在边坡坡顶东西方向、南北方向分别布置两条测线，沿每条测线等间距布设电极铜棒；
所述电阻应变式土压力盒通过电缆线与电阻应变采集仪相连，该电阻应变采集仪与计算机进行有线或无线传输；
所述温湿度传感器通过电缆线与转换器相连，转换器与计算机进行有线或无线传输；
所述电极铜棒通过电缆线和电缆夹与直流电法仪相连，直流电法仪通过蓝牙与计算机进行无线数据传输。
8.根据权利要求7所述的一种土石混合体边坡稳定性监测与预警模型，其特征在于，相邻电阻应变式土压力盒布设间距为1m至2m。
9.根据权利要求7所述的一种土石混合体边坡稳定性监测与预警模型，其特征在于，相邻温湿度传感器布设间距以1.5m至3m。
10.根据权利要求7所述的一种土石混合体边坡稳定性监测与预警模型，其特征在于，相邻电极铜棒布设间距为1m。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN113418831A (zh) * | 2021-06-30 | 2021-09-21 | 中国地质科学院水文地质环境地质研究所 | 一种基于电阻率层析成像法的古滑坡复活模拟装置及方法 |
| CN115992535A (zh) * | 2023-02-17 | 2023-04-21 | 中国十七冶集团有限公司 | 一种深基坑变形沉降报警装置 |
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- 2020-07-28 CN CN202021524987.4U patent/CN212904870U/zh not_active Expired - Fee Related
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