CN104655191B - 一种消落带库岸多参数立体化监测方法及监测探头 - Google Patents

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本发明提供一种消落带库岸多参数立体化监测方法，包括以下步骤：在待测岩土体内设置监测线；采集各监测点的位移传感器和角度传感器传递的横向位移数据和角度数据；根据初始状态下各监测点的位置绘制初始立体位置图，通过采集到的横向位移数据和角度数据得到各监测点的位移偏量，绘制同一时刻下的立体位置图；通过对不同时刻下的立体位置图进行比较，对该待测岩土体的稳定性进行评价。本发明通过监测滑坡体深部的水平位移和倾斜角度，从而实现对滑坡进行立体化监测。

Description

一种消落带库岸多参数立体化监测方法及监测探头
技术领域
本发明属于数据监测领域，具体涉及一种消落带库岸多参数立体化监测方法及监测探头。
背景技术
消落带是湖泊、河流、水库等周期性水位涨落所形成的一种特殊区域，对江河库岸消落带进行长期有效的监测，加强其地质灾害及其工程岩体稳定性研究，对于科学地认识江河库岸消落带边坡及其危岩体的稳定性和危险性，制定江河库岸防灾减灾的中长远规划均具有重要的现实意义。目前常见的消落带监测方法是依靠人工巡视或基于单参数测试仪器的监测，但由于中国消落带面积巨大，且单一参数的滑坡监测往往导致滑坡误判，譬如当监控端部随滑坡体发生移动时，就不能简单地以水平位移参数作为滑坡判断依据，而要综合考虑其它多个参数的变化情况对该岩土体的滑坡情况进行综合分析。因此还缺乏一套行之有效的融合多种因素的多维动态监测系统。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种消落带库岸多参数立体化监测方法及监测探头，通过监测滑坡体深部的水平位移和倾斜角度，从而实现对滑坡进行立体化监测。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种消落带库岸多参数立体化监测方法，其特征在于：它包括以下步骤：
S1、在待测岩土体内设置监测线：
每条监测线的初始状态均为竖直方向，监测线之间相互平行，监测线的数量根据待测岩土体的面积和需要监测的精度设置；每条监测线上间距设置监测点，每个监测点上设有用于检测横向位移的位移传感器以及用于检测倾斜角度的角度传感器；
S2、数据采集：
采集各监测点的位移传感器和角度传感器传递的横向位移数据和角度数据；
S3、数据处理：
根据初始状态下各监测点的位置绘制初始立体位置图，通过采集到的横向位移数据和角度数据得到各监测点的位移偏量，绘制同一时刻下的立体位置图；
S4、数据分析：
通过对不同时刻下的立体位置图进行比较，对该待测岩土体的稳定性进行评价。
按上述方法，所述的S1设置监测线的方法为：通过钻机在待测岩土体上沿竖直方向钻孔；将设有位移传感器和角度传感器的监测探头间距安装在与钻孔深度相当长度的管体上，安装完毕后将管体放入钻孔内；用碎石或岩土将钻孔与管体之间的间隙填充。
按上述方法，所述的S3具体包括：
根据初始状态下各监测点的位置，建立坐标系，绘制初始立体位置图；
轨迹计算：仅根据采集到的各监测点的横向位移数据，计算每条监测线的形状；
轨迹平移：根据初始状态下每条监测线的坐标，将轨迹计算后的每条监测线的形状放入坐标系中，得到二维位置图；
三维轨迹产生：结合同一时刻下采集到的各监测点的角度数据，将二维位置图转成立体位置图。
按上述方法，所述的S1每个监测点上还设有用于测深部压力和/或孔隙水压的压力传感器，根据测得的深部压力和/或孔隙水压辅助判断位移传感器采集到的横向位移数据是否准确。
一种用于上述一种消落带库岸多参数立体化监测方法的监测探头，其特征在于：它包括壳体，壳体内设有用于放置传感器的内衬，壳体上部设有密封盖，壳体下部设有底盘，所述的内衬固定在底盘上，底盘内设有配重；所述的密封盖上设有供传递传感器采集的数据的线缆穿过的通孔，线缆与密封盖之间通过密封接头连接。
按上述装置，所述的密封盖上设有用于固定的拉环。
本发明的有益效果为：
1、通过监测滑坡体深部的水平位移和倾斜角度，并通过多个测点连成测线，通过多条测线连成测面的方式，可实现对整个滑坡体进行立体化网络监测，从而可对滑坡体进行更加准确、更加及时的动态监测，减少了人工巡查的劳动力成本并杜绝了人生安全问题，有着巨大的社会效益与经济效益。
2、通过特有的数据分析处理方法，可对监测端点发生移动时的情况进行处理。
3、单个监测点的水平位移和深部压力之间存在一定的函数关系，水平位移和孔隙水压之间也存在一定的函数关系，故单个监测点内的水平位移、深部压力和孔隙水压之间存在着互相关联的函数关系，因此通过单个监测点内多个参数之间的相互关联，可有效预防因单个测量参数失效而引起的滑坡预测延误甚至误判。
附图说明
图1为监测探头的结构图。
图2为单测点及单测线示意图。
图3为单测面示意图。
图4为端点发生移动时，数据处理过程示意图。
图5为端点发生移动时，轨迹计算数学模型。
图6为端点发生移动式，轨迹平移数学模型。
图中：1.密封接头，2.密封盖，3.壳体，4.内衬，5.螺钉，6.底盘，7.配重，8.上位机，9.线缆，10.监测线，11.监测点。
具体实施方式
下面结合具体实例和附图对本发明作进一步说明。
本发明提供一种消落带库岸多参数立体化监测方法，包括以下步骤：
S1、在待测岩土体内设置监测线：
如图2所示，每条监测线10的初始状态均为竖直方向，监测线10之间相互平行，监测线10的数量根据待测岩土体的面积和需要监测的精度设置；每条监测线10上间距设置监测点11，每个监测点11上设有用于检测横向位移的位移传感器以及用于检测倾斜角度的角度传感器。
本实施例中，设置监测线的方法为：通过钻机在待测岩土体上沿竖直方向钻孔；将设有位移传感器和角度传感器的监测探头间距安装在与钻孔深度相当长度的管体上，安装完毕后将管体放入钻孔内；用碎石或岩土将钻孔与管体之间的间隙填充。
S2、数据采集：
采集各监测点的位移传感器和角度传感器传递的横向位移数据和角度数据。
本实施例中，用于传输各传感器数据的线缆设置在管体内，每条监测线10上各传感器采集到的数据通过线缆9(根据传感器采集到的数据类型，该线缆可以为电缆或者光缆)传递给上位机8进行处理和分析，如图2所示。
S3、数据处理：
根据初始状态下各监测点的位置绘制初始立体位置图，通过采集到的横向位移数据和角度数据得到各监测点的位移偏量，绘制同一时刻下的立体位置图。
具体包括：
根据初始状态下各监测点的位置，建立坐标系，绘制初始立体位置图；
轨迹计算：仅根据采集到的各监测点的横向位移数据，计算每条监测线的形状，如图4①；
轨迹平移：根据初始状态下每条监测线的坐标，将轨迹计算后的每条监测线的形状放入坐标系中，如图4②，得到二维位置图；
三维轨迹产生：结合同一时刻下采集到的各监测点的角度数据，如图4③，将二维位置图转成立体位置图，如图3所示。
S4、数据分析：
通过对不同时刻下的立体位置图进行比较，对该待测岩土体的稳定性进行评价。
轨迹计算和轨迹平移的原理如下：
如图5所示，对监测线进行数学建模，ON为监测线的初始位置，M1、M2…Mn-1、Mn为监测探头的安装位置，每两个探头之间的距离均为L。O1N1为监测线发生位移后的位置，M11、M12…M1n-1、M1n分别为监测探头M1、M2…Mn-1、Mn发生位移后的对应位置，发生位移后每两个监测探头之间的位置仍然为L，且当L取值较小时，可假设L为没有发生弯曲的直线段。θ1、θ2…θn-1分别为相应探头输出的井斜角(即监测探头倾斜角度)。H点为地表固定点，H点不发生水平及垂直位移，HO＝LO，∠PHO＝α，OP＝Lp，HP＝Lh，O点左侧为负半轴，O点右侧为正半轴，则在M11点，M12点及Q1点组成的三角形M11M12Q1中，M11M12之间的距离为L，当L较小时，可假设L为一个直线段，则
x1＝sinθ1·L (1)
y1＝cosθ1·L (2)
其中，x1为三角形M11M12Q1中M12Q1的长度，y1为三角形M11M12Q1中M11Q1的长度。由公式(1)、(2)可知M12点相对O点的水平位移Kx2＝BO1+x1或Kx2＝BO1-x1。M12点相对O点的垂直位移Ky2＝OB+y1。
M12点相对O点的水平位移为BO1+x1或BO1-x1，具体是BO1+x1或BO1-x1，则可根据传感器的输出数据判定。
依次类推，便可得出所有测量探头相对于原始位置移动的水平位移和垂直位移，再通过将这些轨迹点进行线性拟合，便可得到该单测点的基本轨迹。
如图6所示，图中HO1＝L1，∠PH O1＝α1，则在△AHO1中，
故M11点相对O点的水平位移BO1为，
BO1＝AO1-OP＝sinα1·L1-LP (5)
M11点相对O点的垂直位移OB为，
OB＝AH-HP＝cosα1·L1-Lh (6)
根据计算出的OB和BO1的值，将轨迹计算中得到的基本轨迹进行平移，得到该轨迹在坐标系中的实际轨迹。
优选的，每个监测点上还设有用于测深部压力和/或孔隙水压的压力传感器，根据测得的深部压力和/或孔隙水压辅助判断位移传感器采集到的横向位移数据是否准确。单个测点内的水平位移和深部压力之间存在一定的函数关系，水平位移和孔隙水压之间也存在一定的函数关系，故单个测点内的水平位移、深部压力和孔隙水压之间存在着互相关联的函数关系，因此通过单个测点内多个参数之间的相互关联，可有效预防因单个测量参数失效而引起的滑坡预测延误甚至误判。
一种用于上述消落带库岸多参数立体化监测方法的监测探头，如图1所示，它包括壳体3，壳体3内设有用于放置传感器(该传感器为位移传感器和角度传感器)的内衬4，壳体3上部设有密封盖2，壳体3下部设有底盘6，所述的内衬4通过螺钉5固定在底盘6上(还可以根据情况采用其它方式固定)，底盘6内设有配重7，以保证监测探头能顺利下放到钻孔内；所述的密封盖2上设有供传递传感器采集的数据的线缆穿过的通孔，线缆与密封盖2之间通过密封接头1连接。密封盖上设有用于固定的拉环，用于连接钢丝绳，通过钢丝绳固定在管体上(本实施例中管体为PVC管)。
优选的，所述的壳体3上还设有开孔，用于安装测量深部压力和/或孔隙水压的压力传感器
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种消落带库岸多参数立体化监测方法，其特征在于：它包括以下步骤：
S1、在待测岩土体内设置监测线：
每条监测线的初始状态均为竖直方向，监测线之间相互平行，监测线的数量根据待测岩土体的面积和需要监测的精度设置；每条监测线上间隔设置监测点，每个监测点上设有用于检测横向位移的位移传感器以及用于检测倾斜角度的角度传感器；
S2、数据采集：
采集各监测点的位移传感器和角度传感器传递的横向位移数据和角度数据；
S3、数据处理：
根据初始状态下各监测点的位置绘制初始立体位置图，通过采集到的横向位移数据和角度数据得到各监测点的位移偏量，绘制同一时刻下的立体位置图；
S4、数据分析：
通过对不同时刻下的立体位置图进行比较，对该待测岩土体的稳定性进行评价；
所述的S3具体包括：
根据初始状态下各监测点的位置，建立坐标系，绘制初始立体位置图；
轨迹计算：仅根据采集到的各监测点的横向位移数据，计算每条监测线的形状；
轨迹平移：根据初始状态下每条监测线的坐标，将轨迹计算后的每条监测线的形状放入坐标系中，得到二维位置图；
三维轨迹产生：结合同一时刻下采集到的各监测点的角度数据，将二维位置图转成立体位置图。
2.根据权利要求1所述的一种消落带库岸多参数立体化监测方法，其特征在于：所述的S1设置监测线的方法为：通过钻机在待测岩土体上沿竖直方向钻孔；将设有位移传感器和角度传感器的监测探头间隔安装在与钻孔深度相当长度的管体上，安装完毕后将管体放入钻孔内；用碎石或岩土将钻孔与管体之间的间隙填充。
3.根据权利要求1或2所述的一种消落带库岸多参数立体化监测方法，其特征在于：所述的S1每个监测点上还设有用于测深部压力和/或孔隙水压的压力传感器，根据测得的深部压力和/或孔隙水压辅助判断位移传感器采集到的横向位移数据是否准确。
4.一种用于权利要求2所述的一种消落带库岸多参数立体化监测方法的监测探头，其特征在于：它包括壳体，壳体内设有用于放置传感器的内衬，壳体上部设有密封盖，壳体下部设有底盘，所述的内衬固定在底盘上，底盘内设有配重；所述的密封盖上设有供传递传感器采集的数据的线缆穿过的通孔，线缆与密封盖之间通过密封接头连接。
5.根据权利要求4所述的监测探头，其特征在于：所述的密封盖上设有用于固定的拉环。
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