CN106979743B - 一种滑坡深部大位移自适应监测系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种滑坡深部大位移自适应监测系统，多个空间定位仪安装在螺旋测管内，螺旋测管从滑坡体插入基岩面，螺旋测管的底端固定在基岩面内，所述螺旋测管包括若干一体成型的管圈，相邻的管圈在初始状态并紧，并在滑坡体发生位移时管圈与相邻管圈之间的间隙变大而拉伸螺旋测管的长度，多个空间定位仪根据螺旋测管的长度的变化而发生位置变化，并输出波谱特征，多个空间定位仪输出的波谱特征通过超声波信号发送给探测模块，所述探测模块接收多个空间定位仪的超声波信号，并通过分析超声波信号得到多个空间定位仪的空间坐标。本发明还包括一种滑坡深部大位移自适应监测方法。本发明能适应滑坡深部大变形，柔性强，不易折损，监测准确度高。

Description

一种滑坡深部大位移自适应监测系统和方法

技术领域

本发明涉及滑坡监测领域，尤其涉及一种滑坡深部大位移自适应监测系统和方法。

背景技术

滑坡是一种全球范围内危害严重的地质灾害，随着人类工程活动的日趋频繁，滑坡地质灾害也变得越来越频发，造成的损失也越来越大。为了有效防治滑坡，国内外学者及工程人员对滑坡进行了大量的试验研究，并试图对其进行预测预报。滑坡的位移监测是实现滑坡中长期、临滑预报的重要基础，也是滑坡灾害监测的一项重要的内容和手段。

现有常用的滑坡位移监测手段为地表GPS、TDR技术、埋入式布设光纤和测斜孔位移测量，GPS位移测量只能针对地表单点的变形测量，不能完成地面以下局部变形的测量；TDR技术、埋入式布设光纤等新兴材料技术测量精度及可靠度不高，易被剪断；测斜孔位移测量是现有测量手段中广受认可且能较为真实反应滑坡变形的测量方法，不过该测量方法耗时耗力且测量结果也会因不同操作人员的操作差异产生较大随机误差，而且其在滑坡临滑状态时因测斜管变形较大而无法测得数据，不能适应滑坡大位移变形监测，而且，伴随滑坡大位移发生时，很多检测系统遭到破坏，进而失去作用。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种系统使用稳定，在大位移状态下，仍能正常使用的滑坡深部大位移自适应监测系统和方法。

本发明的实施例提供一种滑坡深部大位移自适应监测系统，包括螺旋测管、多个空间定位仪和探测模块，多个空间定位仪安装在螺旋测管内，所述螺旋测管从滑坡体插入基岩面，所述螺旋测管的底端固定在基岩面内，所述螺旋测管包括若干一体成型的管圈，相邻的管圈在初始状态下并紧，并在滑坡体发生位移时管圈与相邻管圈之间的间隙变大而拉伸螺旋测管的长度，多个空间定位仪根据螺旋测管的长度的变化而发生位置变化，并输出波谱特征，多个空间定位仪将输出的波谱特征通过超声波信号发送给探测模块，所述探测模块接收多个空间定位仪的超声波信号，并通过分析超声波信号得到多个空间定位仪的空间坐标，通过分析多个空间定位仪的空间坐标得到螺旋测管的空间序列数据，进而得到螺旋测管的变化情况，进一步得到滑坡体的位移情况。

进一步，所述空间定位仪的数量与滑坡体的位移测量精度正相关，所述空间定位仪在螺旋测管内沿轴向方向均匀分布，所述空间定位仪与相邻的空间定位仪间通过线缆电性连接。

进一步，所述螺旋测管的制作材料为钢丝增强聚氨酯。

进一步，所述螺旋测管的底端固定在基岩面内0.5m以下。

进一步，所述多个空间定位仪通过线缆连接电源，所述电源向多个空间定位仪供电。

进一步，所述螺旋测管的上部在滑坡体的地表，所述螺旋测管的上端插在衔接轴承内，所述螺旋测管的裸露部分固定在监测墩内，所述监测墩为监测系统提供地表标志，所述螺旋测管被拉伸时，所述衔接轴承驱动螺旋测管转动，便于螺旋测管的拉伸。

进一步，所述衔接轴承包括内圈、外圈、保持架和钢珠，所述内圈和外圈之间设置钢珠，所述保持架固定钢珠，所述螺旋测管固定在内圈内，所述螺旋测管受到轴向拉力时，所述螺旋测管通过摩擦力作用带动内圈运动，所述内圈带动钢珠运动，所述钢珠的运动加速内圈的运动，进而驱动螺旋测管的转动。

进一步，所述探测模块设在滑坡体的后缘稳定位置，所述探测模块连接通讯模块，所述通讯模块无线连接数据接收终端，所述通讯模块为GPRS无线传输设备，所述通讯模块利用GSM移动通信网络的短信息和GPRS业务搭建远距离的数据传输平台，将探测模块内的数据传输至数据接收终端中，所述数据接收终端对接收到的数据进行储存和管理，所述数据接收终端为PC、手机或工作站。

一种滑坡深部大位移自适应监测方法，包括以下步骤：

(1)对滑坡体进行勘察，并确认重点监测位置；

(2)从滑坡体的地表至基岩面钻监测孔，根据监测孔的深部和测量精度确定螺旋测管的长度和空间定位仪的数量；

(3)将多个空间定位仪安装在螺旋测管内，再将螺旋测管插入监测孔内，螺旋测管的底端固定在基岩面内0.5m以下，再将从监测孔内挖出的岩土体回填至监测孔内，在螺旋测管的上端套入衔接轴承，在衔接轴承和地表之间建造监测墩；

(4)滑坡发生时，螺旋测管被拉伸，衔接轴承驱动螺旋测管转动，随着螺旋测管被拉伸，多个空间定位仪的位置发生变化，并输出波谱特征，多个空间定位仪将输出的波谱特征通过超声波信号发送给探测模块，探测模块接收多个空间定位仪的超声波信号，并通过分析超声波信号得到多个空间定位仪的空间坐标，通过分析多个空间定位仪的空间坐标得到螺旋测管的空间序列数据，进而得到螺旋测管的变形情况，进一步得到滑坡体的位移情况；

(5)探测模块通过通讯模块将步骤(4)的所有数据均传输至数据接收终端中，数据接收终端对接收到的数据进行储存和管理。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明利用钢丝增强聚氨酯螺旋测管提供了一个可以适应滑坡大变形的稳定、安全的地下空间，可在与周围岩土体协调变形的同时保护内部监测仪器，提供供电条件，实现滑坡深部大变形的长时间、全过程跟踪监测。

2、本发明通过地面接收多个空间定位仪发射不同的超声波方式确定螺旋测管空间姿态，间接获得滑坡深部岩土体变形空间变化数据，突破传统的滑坡位移监测手段的限制。

3、本发明所涉及材料均为成熟技术，结构简单、设计合理。

4、本发明的监测系统可以实现滑坡大位移监测，解决了传统测斜监测方法因测斜管的破坏而功亏一篑的问题，监测结果有利于阐明和判定滑坡位移不同阶段的发展趋势，丰富并验证现有滑坡的预报方法。

附图说明

图1是本发明一种滑坡深部大位移自适应监测系统的一示意图。

图2是图1中螺旋测管拉伸状态的一剖视图。

图3是图1中监测墩和衔接轴承的一放大图。

图4是本发明一种滑坡深部大位移自适应监测系统的一原理图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

请参考图1和图2，本发明的实施例提供了一种滑坡深部大位移自适应监测系统，包括螺旋测管1、多个空间定位仪2和探测模块3，多个空间定位仪2安装在螺旋测管1内，螺旋测管1从滑坡体13插入基岩面12，螺旋测管1的底端固定在基岩面12内，探测模块3设在滑坡体13的后缘稳定位置，探测模块3连接通讯模块4，通讯模块4无线连接数据接收终端(图中未示出)，在一实施例中，多个空间定位仪2通过线缆6连接电源7，电源7向多个空间定位仪2供电。

请参考图2，空间定位仪2的数量与滑坡体13的位移测量精度正相关，所述空间定位仪2在螺旋测管1内沿轴向方向均匀分布，所述空间定位仪2与相邻的空间定位仪2间通过线缆6电性连接。

螺旋测管1包括若干连接为一体的管圈11，螺旋测管1的制作材料优选为钢丝增强聚氨酯，螺旋测管1的底端固定在基岩面12内0.5m以下，螺旋测管1的上部在滑坡体13的地表，所述螺旋测管1的上端插在衔接轴承8内，所述螺旋测管1的裸露部分固定在监测墩9内，监测墩9为监测系统提供地表标志。

请参考图3，衔接轴承8包括内圈81、外圈82、保持架83和钢珠84，所述内圈81和外圈82之间设置钢珠84，所述保持架83固定钢珠84，所述螺旋测管1固定在内圈81内，所述螺旋测管1受到轴向拉力时，所述螺旋测管1通过摩擦力作用带动内圈81运动，所述内圈81带动钢珠84运动，所述钢珠84的运动加速内圈81的运动，进而驱动螺旋测管1的转动。

通讯模块4优选为GPRS无线传输设备，所述通讯模块4利用GSM移动通信网络的短信息和GPRS业务搭建远距离的数据传输平台，将探测模块3内的数据传输至数据接收终端中，所述数据接收终端对接收到的数据进行储存和管理，所述数据接收终端优选为PC、手机或工作站。

初始状态下，螺旋测管1的管圈11与相邻管圈11间并紧，所述滑坡体13发生位移时，所述螺旋测管1承受轴向拉力和径向压力，管圈11与相邻管圈11之间的间隙变大而拉伸螺旋测管1的长度，所述衔接轴承8驱动螺旋测管1转动，便于螺旋测管1的拉伸，多个空间定位仪2根据螺旋测管1的长度的变化位置发生变化，并输出波谱特征，所述多个空间定位仪2将输出的波谱特征通过超声波信号发送给探测模块3，所述探测模块3接收多个空间定位仪2的超声波信号，并通过分析超声波信号得到多个空间定位仪2的空间坐标，通过分析多个空间定位仪2的空间坐标得到螺旋测管1的空间序列数据，进而得到螺旋测管1的变形情况，进一步得到滑坡体13的位移情况。

一种滑坡深部大位移自适应监测方法，包括以下步骤：

(1)对滑坡体13进行勘察，并确认重点监测位置；

(2)从滑坡体13的地表至基岩面12钻监测孔，根据监测孔的深部和测量精度确定螺旋测管1的长度和空间定位仪的数量；

(3)将多个空间定位仪2安装在螺旋测管1内，再将螺旋测管1插入监测孔内，螺旋测管1的底端固定在基岩面12内0.5m以下，再将从监测孔内挖出的岩土体回填至监测孔内，在螺旋测管1的上端套入衔接轴承8，在衔接轴承8和地表之间建造监测墩9；

(4)滑坡发生时，螺旋测管1被拉伸，衔接轴承8驱动螺旋测管1转动，随着螺旋测管1被拉伸，多个空间定位仪2的位置发生变化，并输出波谱特征，多个空间定位仪2将输出的波谱特征通过超声波信号发送给探测模块3，探测模块3接收多个空间定位仪2的超声波信号，并通过分析超声波信号得到多个空间定位仪2的空间坐标，通过分析多个空间定位仪2的空间坐标得到螺旋测管1的空间序列数据，进而得到螺旋测管1的变形情况，进一步得到滑坡体13的位移情况；

(5)探测模块3通过通讯模块4将步骤(4)的所有数据均传输至数据接收终端中，数据接收终端对接收到的数据进行储存和管理。

请参考图4，空间定位仪2与探测模块4的工作原理：

多个空间定位仪2以向外发射超声波的形式向地表发射信号且不同空间定位仪2分别具有不同的波谱特征，以Pn为例，所述探测模块4测得其与地下某一空间定位仪的直线距离与水平夹角α、垂直夹角β，以探测模块4为坐标原点建立坐标系，通过相关空间坐标计算公式可换算得到空间定位仪Pn的y坐标值、z坐标值以及x坐标值，同理，可得其他空间定位仪2的空间坐标，经过数据处理得到螺旋测管1的空间序列数据，并通过一定的滤波处理得到螺旋测管1的姿态特征，当滑坡深部位移加大，螺旋测管1被拉伸，由于自身的长度冗余使其不会被破坏因而能够继续被监测。

本发明利用钢丝增强聚氨酯螺旋测管提供了一个可以适应滑坡大变形的稳定、安全的地下空间，可在与周围岩土体协调变形的同时保护内部监测仪器，提供供电条件，实现滑坡深部大变形的长时间、全过程跟踪监测。

本发明通过地面接收多个空间定位仪发射不同的超声波方式确定螺旋测管空间姿态，间接获得滑坡深部岩土体变形空间变化数据，突破传统的滑坡位移监测手段的限制；本发明所涉及材料均为成熟技术，结构简单、设计合理；本发明的监测系统可以实现滑坡大位移监测，解决了传统测斜监测方法因测斜管的破坏而功亏一篑的问题，监测结果有利于阐明和判定滑坡位移不同阶段的发展趋势，丰富并验证现有滑坡的预报方法。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种滑坡深部大位移自适应监测系统，其特征在于，包括螺旋测管、多个空间定位仪和探测模块，所述多个空间定位仪安装在螺旋测管内，所述螺旋测管从滑坡体插入基岩面，所述螺旋测管的底端固定在基岩面内，所述螺旋测管包括若干一体成型的管圈，相邻的管圈在初始状态下并紧，并在滑坡体发生位移时管圈与相邻管圈之间的间隙变大而拉伸螺旋测管的长度，多个空间定位仪根据螺旋测管的长度的变化而发生位置变化，并输出波谱特征，多个空间定位仪将输出的波谱特征通过超声波信号发送给探测模块，所述探测模块接收多个空间定位仪的超声波信号，并通过分析超声波信号得到多个空间定位仪的空间坐标，通过分析多个空间定位仪的空间坐标得到螺旋测管的空间序列数据，进而得到螺旋测管的变化情况，进一步得到滑坡体的位移情况；

所述螺旋测管的上部在滑坡体的地表，所述螺旋测管的上端插在衔接轴承内，所述衔接轴承包括内圈、外圈、保持架和钢珠，所述内圈和外圈之间设置钢珠，所述保持架固定钢珠，所述螺旋测管固定在内圈内，所述螺旋测管的裸露部分固定在监测墩内，所述监测墩为监测系统提供地表标志，所述螺旋测管被拉伸时，所述衔接轴承驱动螺旋测管转动，便于螺旋测管的拉伸。

2.根据权利要求1所述的滑坡深部大位移自适应监测系统，其特征在于，所述空间定位仪的数量与滑坡体的位移测量精度正相关，空间定位仪在螺旋测管内沿轴向方向均匀分布，所述空间定位仪与相邻的空间定位仪间通过线缆电性连接。

3.根据权利要求1所述的滑坡深部大位移自适应监测系统，其特征在于，所述螺旋测管的制作材料为钢丝增强聚氨酯。

4.根据权利要求1所述的滑坡深部大位移自适应监测系统，其特征在于，所述螺旋测管的底端固定在基岩面内0.5m以下。

5.根据权利要求1所述的滑坡深部大位移自适应监测系统，其特征在于，所述多个空间定位仪通过线缆连接电源，所述电源向多个空间定位仪供电。

6.根据权利要求1所述的滑坡深部大位移自适应监测系统，其特征在于，所述螺旋测管受到轴向拉力时，所述螺旋测管通过摩擦力作用带动内圈运动，所述内圈带动钢珠运动，所述钢珠的运动加速内圈的运动，进而驱动螺旋测管的转动。

7.根据权利要求1所述的滑坡深部大位移自适应监测系统，其特征在于，所述探测模块设在滑坡体的后缘稳定位置，所述探测模块连接通讯模块，所述通讯模块无线连接数据接收终端，所述通讯模块为GPRS无线传输设备，所述通讯模块利用GSM移动通信网络的短信息和GPRS业务搭建远距离的数据传输平台，将探测模块内的数据传输至数据接收终端中，所述数据接收终端对接收到的数据进行储存和管理，所述数据接收终端为PC、手机或工作站。

8.一种滑坡深部大位移自适应监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)对滑坡体进行勘察，并确认重点监测位置；

(2)从滑坡体的地表至基岩面钻监测孔，根据监测孔的深部和测量精度确定螺旋测管的长度和空间定位仪的数量；

(3)将多个空间定位仪安装在螺旋测管内，再将螺旋测管插入监测孔内，螺旋测管的底端固定在基岩面内0.5m以下，再将从监测孔内挖出的岩土体回填至监测孔内，在螺旋测管的上端套入衔接轴承，在衔接轴承和地表之间建造监测墩；

(4)滑坡发生时，螺旋测管被拉伸，衔接轴承驱动螺旋测管转动，随着螺旋测管被拉伸，多个空间定位仪的位置发生变化，并输出波谱特征，多个空间定位仪将输出的波谱特征通过超声波信号发送给探测模块，探测模块接收多个空间定位仪的超声波信号，并通过分析超声波信号得到多个空间定位仪的空间坐标，通过分析多个空间定位仪的空间坐标得到螺旋测管的空间序列数据，进而得到螺旋测管的变形情况，进一步得到滑坡体的位移情况；

(5)探测模块通过通讯模块将步骤(4)的所有数据均传输至数据接收终端中，数据接收终端对接收到的数据进行储存和管理。