專利名稱：一種監(jiān)測滑坡滑動面位移變形的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測及災(zāi)害提前預(yù)報領(lǐng)域，特別涉及一種監(jiān)測滑坡滑動面位移變形的裝置及方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的滑坡測斜儀器，測量精度很高，也能實現(xiàn)自動化監(jiān)測，但是由于測量原理的限制，使得測斜儀測量的量程很有限，在滑坡滑動面產(chǎn)生大的位移變化的情況下，不能繼續(xù)測量，測斜儀的傳感器是布設(shè)在測量的鉆孔內(nèi)，該傳感裝置與數(shù)據(jù)采集裝置是通過數(shù)據(jù)線連接，當(dāng)滑動面挫斷測斜管時，也不能繼續(xù)測量，因此對于邊坡的長期大量程的監(jiān)測有著不可彌補的缺點。因此一種能夠監(jiān)測描述滑坡滑動面從變形到失穩(wěn)整個過程的自動化監(jiān)測設(shè)備，對于滑坡深部的監(jiān)測及研究顯的尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題，就是提出一種監(jiān)測滑坡滑動面位移變形的裝置及方法，解決現(xiàn)有技術(shù)無法檢測到滑坡滑動面產(chǎn)生大的位移變化以及當(dāng)滑動面挫斷測斜管時也無法繼續(xù)測量的問題。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種監(jiān)測滑坡滑動面位移變形的裝置，包括位于地下的測斜管和位于測斜管內(nèi)部的一個以上的傾角傳感器，所述裝置還包括與每個傾角傳感器一一對應(yīng)的大變形測量系統(tǒng)；所述大變形測量系統(tǒng)包括鋼絲繩、滑輪、編碼傳感器和重錘；其中，所述鋼絲繩的一端與所對應(yīng)的傾角傳感器位于同一測深位置，所述鋼絲繩繞過位于支架上的滑輪，其另一端連接所述重錘；所述編碼傳感器固定在所述滑輪的中心。優(yōu)選地，上述裝置還具有以下特點所述裝置還包括數(shù)據(jù)采集發(fā)射裝置，以及，與所述傾角傳感器連接的數(shù)據(jù)線和與所述編碼傳感器連接的數(shù)據(jù)線，所述數(shù)據(jù)線均連接所述數(shù)據(jù)采集發(fā)射裝置。優(yōu)選地，上述裝置還具有以下特點所述大變形測量系統(tǒng)還包括傳感器保護加工件，所述傳感器保護加工件包括位于地上的保護管和用于固定所述保護管的法蘭盤，位于地上的鋼絲繩穿過所述保護管，再繞過所述滑輪。優(yōu)選地，上述裝置還具有以下特點所述鋼絲繩位于所述測斜管外部。優(yōu)選地，上述裝置還具有以下特點所述保護管直徑為159mm，長度為3m ;所述鋼絲繩的直徑為1mm，套有保護套。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種監(jiān)測滑坡滑動面位移變形的方法，包括安裝步驟在所要監(jiān)測的滑坡打孔安裝測斜管，在所述測斜管內(nèi)部安裝一個以上的傾角傳感器，并安裝與每個傾角傳感器一一對應(yīng)的一個以上的大變形測量系統(tǒng)；所述大變形測量系統(tǒng)包括鋼絲繩、滑輪、編碼傳感器和重錘；安裝所述大變形測量系統(tǒng)時，將所述鋼絲繩的一端與所對應(yīng)的傾角傳感器安裝在同一測深位置，將所述鋼絲繩繞過位于支架上的滑輪，在所述鋼絲繩的另一端連接所述重錘，并將所述編碼傳感器固定在所述滑輪的中心;監(jiān)測步驟采集傾角傳感器和編碼傳感器的初始數(shù)據(jù)；當(dāng)滑坡滑動面位移變形時，采集傾角傳感器和編碼傳感器的數(shù)據(jù)，根據(jù)得到的測量點的位移變化值監(jiān)測滑動面位移變形情況。優(yōu)選地，上述方法還具有以下特點在所述安裝步驟中，還將與所述傾角傳感器連接的數(shù)據(jù)線和與所述編碼傳感器連接的數(shù)據(jù)線均連接到數(shù)據(jù)采集發(fā)射裝置；在所述監(jiān)測步驟中，通過所述數(shù)據(jù)采集發(fā)射裝置采集傾角傳感器和編碼傳感器的數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，上述方法還具有以下特點在所述安裝步驟中，還包括使用法蘭盤固定保護管，并將位于地上的鋼絲繩穿過所述保護管，再繞過所述滑輪。優(yōu)選地，上述方法還具有以下特點在所述安裝步驟中，將所述鋼絲繩設(shè)置在所述測斜管外部。優(yōu)選地，上述方法還具有以下特點所述保護管直徑為159mm,長度為3m ;所述鋼絲繩的直徑為1mm，套有保護套。本發(fā)明針對現(xiàn)有滑坡鉆孔測斜側(cè)位移的不足，提供了一種造價相對低廉、能夠監(jiān)測描述滑坡滑動面從變形到失穩(wěn)整個過程的自動化監(jiān)測設(shè)備，且測量精度能夠滿足測量要求。


圖I為本發(fā)明實施例的監(jiān)測滑坡滑動面位移變形裝置的安裝示意圖；圖2為本發(fā)明實施例的前期微變形傾角傳感器測量示意圖；圖3為本發(fā)明實施例的后期大變形測量系統(tǒng)測量示意圖。
具體實施例方式下文中將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互任意組合。本發(fā)明的基本思想是，采用傾角傳感器和大變形測量系統(tǒng)結(jié)合的方式，監(jiān)測滑坡滑動面變形。當(dāng)滑坡微變形時，由于傾角傳感器精度高，主要以傾角傳感器檢測結(jié)果為主， 當(dāng)滑坡產(chǎn)生大變形甚至挫斷測斜管時，就可以以大變形測量系統(tǒng)測量結(jié)果為主，這樣就能夠監(jiān)測描述滑坡滑動面從變形到失穩(wěn)整個過程。如圖I所示，當(dāng)需要監(jiān)測滑體8在基巖9上滑動，獲取滑動面7位移變形數(shù)據(jù)時， 可采用本發(fā)明實施例的監(jiān)測滑坡滑動面位移變形的裝置，包括位于地下的測斜管I和位于測斜管I內(nèi)部的一個以上的傾角傳感器2(本實施例為三個)，還包括與每個傾角傳感器2一一對應(yīng)的大變形測量系統(tǒng)；所述大變形測量系統(tǒng)包括鋼絲繩3、滑輪4、編碼傳感器5和重錘6 ;其中，所述鋼絲繩3的一端與所對應(yīng)的傾角傳感器2位于同一測深位置，所述鋼絲繩3 繞過位于支架上的滑輪4，其另一端連接所述重錘6 ;所述編碼傳感器5固定在所述滑輪4 的中心。另外，為了采集和數(shù)據(jù)通訊，本發(fā)明實施例的裝置還可包括數(shù)據(jù)采集發(fā)射裝置 (圖中未示出)，以及，與所述傾角傳感器連接的數(shù)據(jù)線和與所述編碼傳感器連接的數(shù)據(jù)線 (圖中未示出)，所述數(shù)據(jù)線均連接所述數(shù)據(jù)采集發(fā)射裝置。上述大變形測量系統(tǒng)還可包括傳感器保護加工件(圖中未示出)，所述傳感器保護加工件包括位于地上的保護管和用于固定所述保護管的法蘭盤，位于地上的鋼絲繩3穿過所述保護管，再繞過所述滑輪4。另外，所述傳感器保護加工件還可以包括用于保護所述編碼傳感器5的頂部承載盤和保護上蓋(圖中未示出)。在安裝時，所述鋼絲繩3可安裝在所述測斜管I外部。另外優(yōu)選的，所述保護管直徑為159mm,長度為3m ;所述鋼絲繩的直徑為1mm，套有保護套，所述保護套為內(nèi)徑為Imm的車軋線。相應(yīng)地，本發(fā)明實施例的方法包括安裝步驟和監(jiān)測步驟，其中I、安裝步驟在所要監(jiān)測的滑坡打孔安裝測斜管，并在所述測斜管內(nèi)部安裝一個以上的傾角傳感器，并安裝與每個傾角傳感器一一對應(yīng)的一個以上的大變形測量系統(tǒng)；安裝所述大變形測量系統(tǒng)時，將所述鋼絲繩的一端與所對應(yīng)的傾角傳感器安裝在同一測深位置，將所述鋼絲繩繞過位于支架上的滑輪，在所述鋼絲繩的另一端連接所述重錘，并將編碼傳感器固定在所述滑輪的中心；2、監(jiān)測步驟采集傾角傳感器和編碼傳感器的初始數(shù)據(jù)；當(dāng)滑坡滑動面位移變形時，采集傾角傳感器和編碼傳感器的數(shù)據(jù)，根據(jù)得到的測量點的位移變化值監(jiān)測滑動面位移變形情況。另外，當(dāng)采用數(shù)據(jù)采集發(fā)射裝置時，在所述安裝步驟中，還將與所述傾角傳感器連接的數(shù)據(jù)線和與所述編碼傳感器連接的數(shù)據(jù)線均連接到數(shù)據(jù)采集發(fā)射裝置；在所述監(jiān)測步驟中，通過所述數(shù)據(jù)采集發(fā)射裝置采集傾角傳感器和編碼傳感器的數(shù)據(jù)。另外，安裝有傳感器保護加工件時，還需要使用法蘭盤固定保護管，并將位于地上的鋼絲繩穿過所述保護管，再繞過所述滑輪。如圖2所示，在監(jiān)測步驟中，當(dāng)滑坡前期微變形時，由于精度原因，大變形測量系統(tǒng)無法精確地把握變形的情況，主要由傾角傳感器監(jiān)測滑坡變形情況。但是由于傾角傳感器量程有限，當(dāng)滑坡滑動面產(chǎn)生大的位移變化或者當(dāng)滑動面挫斷測斜管時，由于大變形測量系統(tǒng)可以有較大的量程，所以可以很好地監(jiān)測滑動面的變化情況，如圖3所示，當(dāng)測斜管挫斷時也可以獲得測量數(shù)據(jù)。下面以本發(fā)明的具體應(yīng)用示例進一步說明本發(fā)明。在本應(yīng)用示例中，本發(fā)明裝置包括若干高精度傾角傳感器、070測斜管、與高精度傾角傳感器數(shù)量相同的傾角傳感器配套固定支架、若干根帶有保護套的Imm鋼絲繩、與鋼絲繩數(shù)量相同的編碼傳感器、與編碼傳感器配套的固定支架、支架帶有相同輪徑的滑輪、 以及傳感器保護加工件、鋼絲繩配套的重錘、數(shù)據(jù)采集發(fā)射儀器(即數(shù)據(jù)采集發(fā)射裝置)、 以及18W太陽能電池板、65AH12V蓄電池、以及防潮防雷電配電箱。傳感器保護加工件包括
53m的保護管(直徑為159mm，稱為159管)、底部固定法蘭盤、以及頂部承載盤和保護上蓋。根據(jù)鉆孔的實際情況，選擇不同深度的測點，根據(jù)不同深度的測點安裝傾角傳感器以及鋼絲繩端部測點，將傾角傳感器通過配套固定支架固定在測斜管的端部(處在測斜管的內(nèi)部)，將套有保護套的鋼絲繩的一端固定在測斜管的外部，傾角傳感器的布設(shè)位置與孔內(nèi)鋼絲繩端部布設(shè)位置要一一對應(yīng)(同一測深位置)，將測斜管沉入鉆孔內(nèi)部，測斜管上有兩道凹槽，凹槽呈180度分布，選中其中一道凹槽正對滑坡的主滑方向(即測量傾斜方向)，此時傾角傳感器的測量方向為滑坡主滑方向的正反向以及與主滑方向成90度方向的正反向(即XY方向在同一水平面)，測斜管標(biāo)準(zhǔn)長度為2m、4m，逐節(jié)對接下沉測斜管，在下沉測斜管的過程中，保證各個測斜管凹槽始終正對滑坡的主滑方向(測斜管對接件能夠保證凹槽方向始終不變)，在沉管的過程中要完成傾角傳感器的數(shù)據(jù)線以及套有保護套的鋼絲繩的走線，完成鉆孔內(nèi)部布設(shè)后，回填鉆孔，將鋼絲繩和數(shù)據(jù)線從傳感器保護加工件159 管內(nèi)部穿過，此時編碼傳感器分別固定在相對應(yīng)的支架的滑輪中心上，編碼傳感器固定支架固定在傳感器保護加工件上，將鋼絲繩的另一端分別繞過相對應(yīng)支架上的滑輪后被固定質(zhì)量的重錘帶緊，連接有鋼絲的重錘接近地面，各個傳感器的數(shù)據(jù)線通過一條總線與數(shù)據(jù)采集發(fā)射儀器相連。完成施工安裝后，進行首次數(shù)據(jù)采集作為初始值。當(dāng)滑坡沿著主滑方向產(chǎn)生小的滑移的時候，鋼絲繩測點由于原理和精度的原因不能夠及時精確地把握變形的情況，因此在邊坡微變形的時候傾角傳感器起主要作用，由于采用高精度傾角傳感器，精度可達到0. 001度，可以精確測量出鉆孔內(nèi)各個點位傾角傳感器的角度變化，根據(jù)埋深的深度可以測量出各個點位位移的變化值，根據(jù)初始值可以精確的描繪出鉆孔的狀態(tài)曲線，由于傾角傳感器的高精度性，它的量程很有限，在產(chǎn)生大的滑移的情況下，傾斜角度超出量程，此時鋼絲繩連接的編碼傳感器開始發(fā)揮作用，因為鋼絲繩與保護套能夠相對滑動，當(dāng)測點產(chǎn)生一定量位移的時候，鋼絲繩會拉動重錘向遠離地面的方向運動，帶動連有滑輪的編碼傳感器產(chǎn)生位移數(shù)據(jù)，又因為重錘接近地面，159管的高度為 3m,因此編碼傳感器測量滑坡的有效量程為3m，量程完全能夠描述邊坡失穩(wěn)的過程。當(dāng)滑坡發(fā)生滑面挫動的時候，甚至挫斷測斜管的時候，挫斷位置以下的傾角傳感器的數(shù)據(jù)線很有可能被挫斷，因此而喪失部分傾角傳感器的作用，此時布設(shè)在滑動面下方的鋼絲繩測點，由于挫動拖拽鋼絲繩產(chǎn)生位移，因此能夠準(zhǔn)確的測量出挫動的位移，根據(jù)測點的布設(shè)的深度能夠確定滑面的所在位置，確定滑面，滑面以上的傾角傳感器和鋼絲繩測點，依然能夠描述滑面以上的鉆孔情況。因此傾角傳感器配合鋼絲繩測點，不但能夠精確描繪鉆孔前期微變形的情況，而且在滑移面產(chǎn)生大位移和挫斷的情況下依然能夠描繪出鉆孔情況。下面對施工的具體過程進一步描述步驟101，打監(jiān)測鉆孔，根據(jù)鉆孔勘探情況確定測點數(shù)量以及測點位置。步驟102，沉測斜管且測斜管凹槽正對主滑方向，在沉測斜管的時候在事先確定好的位置上安裝傾角傳感器，先將傾角傳感器與傾角傳感器加工件固定連接，在將其與測斜管連接，在同樣位置上，安裝連接鋼絲繩測點。步驟103，通過連接件以及連接螺釘逐節(jié)下沉測斜管，在下沉的過程中，如遇地下水測斜管浮起，可在測斜管內(nèi)充水，傾角傳感器防護等級為IP68對，在水、泥沙的工作環(huán)境依然能夠正常使用。步驟104，在沉測斜管的時候，始終保持凹槽正對主滑方向。步驟105，隨著測斜管的逐步往鉆孔內(nèi)沉，完成各個測點傾角傳感器以及套有保護套鋼絲繩端部的安裝，且測斜傳感器的數(shù)據(jù)線在測斜管內(nèi)部布設(shè)，套有保護套的鋼絲繩在測斜管外部布設(shè)，記錄標(biāo)記清楚每根數(shù)據(jù)線及鋼絲測線的測量點位。步驟106，完成鉆孔安裝后，回填鉆孔，在測斜管和鉆孔之間充填混凝土。步驟107，將傾角傳感器的數(shù)據(jù)線，以及鋼絲繩穿過傳感器保護加工件的159管， 且通過底部固定法蘭盤固定159管，將各個測點的鋼絲繩繞過頂部承載盤上的滑輪且連接重錘。步驟108，將傾角傳感器與編碼傳感器的數(shù)據(jù)線，一并引出與數(shù)據(jù)采集發(fā)射裝置連接。步驟109，連接數(shù)據(jù)采集發(fā)射裝置的蓄電池、太陽能電池板，測試數(shù)據(jù)。步驟110，將測試數(shù)據(jù)存檔作為該鉆孔監(jiān)測的初始數(shù)據(jù)記錄。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種監(jiān)測滑坡滑動面位移變形的裝置，包括位于地下的測斜管和位于測斜管內(nèi)部的一個以上的傾角傳感器，其特征在于，所述裝置還包括與每個傾角傳感器一一對應(yīng)的大變形測量系統(tǒng)；所述大變形測量系統(tǒng)包括鋼絲繩、滑輪、編碼傳感器和重錘；其中，所述鋼絲繩的一端與所對應(yīng)的傾角傳感器位于同一測深位置，所述鋼絲繩繞過位于支架上的滑輪，其另一端連接所述重錘；所述編碼傳感器固定在所述滑輪的中心。
2.如權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括數(shù)據(jù)采集發(fā)射裝置，以及，與所述傾角傳感器連接的數(shù)據(jù)線和與所述編碼傳感器連接的數(shù)據(jù)線，所述數(shù)據(jù)線均連接所述數(shù)據(jù)采集發(fā)射裝置。
3.如權(quán)利要求I或2所述的裝置，其特征在于，所述大變形測量系統(tǒng)還包括傳感器保護加工件，所述傳感器保護加工件包括位于地上的保護管和用于固定所述保護管的法蘭盤，位于地上的鋼絲繩穿過所述保護管，再繞過所述滑輪。
4.如權(quán)利要求I或2所述的裝置，其特征在于，所述鋼絲繩位于所述測斜管外部。
5.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述保護管直徑為159mm，長度為3m ;所述鋼絲繩的直徑為1mm，套有保護套。
6.一種監(jiān)測滑坡滑動面位移變形的方法，包括安裝步驟在所要監(jiān)測的滑坡打孔安裝測斜管，在所述測斜管內(nèi)部安裝一個以上的傾角傳感器，并安裝與每個傾角傳感器一一對應(yīng)的一個以上的大變形測量系統(tǒng)；所述大變形測量系統(tǒng)包括鋼絲繩、滑輪、編碼傳感器和重錘；安裝所述大變形測量系統(tǒng)時，將所述鋼絲繩的一端與所對應(yīng)的傾角傳感器安裝在同一測深位置，將所述鋼絲繩繞過位于支架上的滑輪，在所述鋼絲繩的另一端連接所述重錘，并將所述編碼傳感器固定在所述滑輪的中心；監(jiān)測步驟采集傾角傳感器和編碼傳感器的初始數(shù)據(jù)；當(dāng)滑坡滑動面位移變形時，采集傾角傳感器和編碼傳感器的數(shù)據(jù)，根據(jù)得到的測量點的位移變化值監(jiān)測滑動面位移變形情況。
7.如權(quán)利要求6所述方法，其特征在于，在所述安裝步驟中，還將與所述傾角傳感器連接的數(shù)據(jù)線和與所述編碼傳感器連接的數(shù)據(jù)線均連接到數(shù)據(jù)采集發(fā)射裝置；在所述監(jiān)測步驟中，通過所述數(shù)據(jù)采集發(fā)射裝置采集傾角傳感器和編碼傳感器的數(shù)據(jù)。
8.如權(quán)利要求6或7所述方法，其特征在于，在所述安裝步驟中，還包括使用法蘭盤固定保護管，并將位于地上的鋼絲繩穿過所述保護管，再繞過所述滑輪。
9.如權(quán)利要求6或7所述方法，其特征在于，在所述安裝步驟中，將所述鋼絲繩設(shè)置在所述測斜管外部。
10.如權(quán)利要求8所述方法，其特征在于，所述保護管直徑為159mm，長度為3m ;所述鋼絲繩的直徑為1mm，套有保護套。
全文摘要
本發(fā)明公開一種監(jiān)測滑坡滑動面位移變形的裝置及方法，其中，所述裝置包括位于地下的測斜管和位于測斜管內(nèi)部的一個以上的傾角傳感器，所述裝置還包括與每個傾角傳感器一一對應(yīng)的大變形測量系統(tǒng)；所述大變形測量系統(tǒng)包括鋼絲繩、滑輪、編碼傳感器和重錘；其中，所述鋼絲繩的一端與所對應(yīng)的傾角傳感器位于同一測深位置，所述鋼絲繩繞過位于支架上的滑輪，其另一端連接所述重錘；所述編碼傳感器固定在所述滑輪的中心。本發(fā)明針對現(xiàn)有滑坡鉆孔測斜側(cè)位移的不足，提供了一種造價相對低廉、能夠監(jiān)測描述滑坡滑動面從變形到失穩(wěn)整個過程的自動化監(jiān)測設(shè)備，且測量精度能夠滿足測量要求。
文檔編號G01B21/02GK102607488SQ20121004286
公開日2012年7月25日 申請日期2012年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月23日
發(fā)明者侯岳峰, 李世海 申請人:中國科學(xué)院力學(xué)研究所