CN107916672A - 膨胀土边坡智能预警及防护系统 - Google Patents

膨胀土边坡智能预警及防护系统 Download PDF

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赵艳林
谢灿荣
梅国雄
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    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D17/00—Excavations; Bordering of excavations; Making embankments
    • E02D17/20—Securing of slopes or inclines
    • E02D17/202—Securing of slopes or inclines with flexible securing means
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B21/00—Alarms responsive to a single specified undesired or abnormal condition and not otherwise provided for

Abstract

本发明公开了一种膨胀土边坡智能预警及防护系统，包括：植被，铺设于膨胀土边坡表面；分布式光纤测试仪；用于检测膨胀土边坡的开裂情况；信息采集设备，用于检测膨胀土边坡土壤的表征；通讯设备，其与所述、信息采集设备数据连接，用于传输数据；补水装置，其包括蓄水池和补水带，所述补水带与所述蓄水池连通，所述补水带均匀铺设于膨胀土边坡上，所述补水带设有多个出水口；以及信号处理系统，其与所述通讯设备、补水装置数据连接，对接收到的数据进行分析处理。本发明的系统，能监测边坡表面裂缝情况，对于边坡内部的变形也进行实时反馈；能通过远程控制补水装置对膨胀土坡进行调控，监测具有时效性。

Description

膨胀土边坡智能预警及防护系统
技术领域
本发明涉及边坡防护领域，特别涉及一种膨胀土边坡智能预警及防护系统。
背景技术
从目前的膨胀土边坡的防护技术来看，对于膨胀土的边坡的防护主要有物理、化学、生物等加固法，在国内常用处理膨胀土边坡的措施主要是人工铺设土工膜、换填、支挡等，一方面主要是为了避免雨水对膨胀土的影响，另一方面通过巨大的支挡结构对边坡进行支挡，进一步维持边坡的稳定性。但这类方法对于铺设的材料要求较高，换填工程量大，劳动力大，其经济性不理想。
传统的膨胀土边坡监测，主要是人工监测为主，其具备技术手段落后、数据信息的采集困难以及信息获取的准确性不高、测点周期长、费时费力、时效性差等特点。人工监测过程中只能发现边坡表面较为明显异常显现，并不能发现边坡内部变化情况，并且在人工监测过程中可能会遭遇恶劣的环境，同时在恶劣的环境下(暴雨、地震)膨胀土边坡易发生失稳而遭受破坏，使监测无法进行。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种膨胀土边坡智能预警及防护系统，从而克服人工监测费时费力，成本高、防护效果不明显的缺点。
本发明的另一目的在于提供一种利用膨胀土边坡智能预警及防护系统进行边坡防护的方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种膨胀土边坡智能预警及防护系统，包括：植被，其包括多种绿色植物，铺设于膨胀土边坡表面；分布式光纤测试仪，其设于膨胀土边坡上，用于检测膨胀土边坡的开裂情况；信息采集设备，其设于膨胀土边坡上，用于检测膨胀土边坡土壤的表征；通讯设备，其与所述分布式光纤测试仪、信息采集设备数据连接，用于传输数据；补水装置，其包括蓄水池和补水带，所述补水带与所述蓄水池连通，所述补水带均匀铺设于膨胀土边坡上，所述补水带设有多个出水口；以及信号处理系统，其与所述通讯设备、补水装置数据连接，对接收到的数据进行分析处理；其中，根据所述信号处理系统中设定膨胀土边坡开裂含水量的设定值，控制补水装置给膨胀土边坡进行补水。
优选地，上述技术方案中，所述信息采集设备包括摄像头、孔压计、分布式光纤测试仪和测斜仪。
优选地，上述技术方案中，所述补水装置还包括定压补水机构，所述定压补水机构与所述蓄水池连接。
优选地，上述技术方案中，所述信号处理系统设置的边坡土体内部裂缝为1-3mm，超出设定值时，信号处理系统发出警报。
一种使用膨胀土边坡智能预警及防护系统进行边坡防护的方法，包括以下步骤：
(1)在膨胀土边坡表面种植不同品种的绿色植物；
(2)将孔压计、分布式光纤测试仪、测斜仪仪器埋设于土坡表层及内部，摄像头安装在边坡表面的上方；
(3)安装通讯设备；
(4)安装补水装置，在边坡坡面折线交叉设置补水带，补水带与蓄水池连通，沿着边坡倾斜的方向上，开设有多条排水通道，在边坡下方设有排水沟，排水沟与排水通道连通；
(5)通过信号处理系统接将收到的信息进行分析处理。
优选地，上述技术方案中，所述步骤(1)中种植的绿色植物狗牙草和百喜草。
优选地，上述技术方案中，所述步骤(1)中种植的绿色植物的播籽量为 25-30g/m2。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明的膨胀土边坡智能预警及防护系统，膨胀土坡上铺设的绿色植物与定压补水设备构成一个绿色生态的防护系统，绿色植物的铺种范围广，所选的绿色植物能很好地适应多变、复杂的自然环境，特别是在暴雨天气以及干旱天气下具有顽强生命力，定压补水系统能控制空气湿度和土温能对土坡起很好地防护效果；在土坡上配以分布式光纤测试仪以及相应的摄像装置和各类现场信息采集装置与上述防护系统形成了防护预警一体化系统，能对土坡进行大范围地监测；所设警报器等警示装置能实时有效地对土坡进行监测预警和做出防护。本系统不仅是监测边坡表面的裂缝情况，对边坡内部的变形情况也进行实时地反馈。
(2)本发明的系统，绿色环保，绿色植物的种植不仅可以防止坡面冲刷，有效防止边坡的干湿循环，对于膨胀土坡的防护起到了很好的作用，还有利于绿化。本发明中定压补水设备、分布式光纤测试仪以及现场信息采集系统结合防护系统形成了更好的预警和防护一体化，而不是防护、监测分开进行。不仅监测边坡表面裂缝情况，对于边坡内部的变形也进行实时反馈；能通过远程控制定压补水装置以对膨胀土坡进行调控，监测具有时效性，人工成本花费少，经济性高，利于环保。
附图说明
图1是根据本发明的膨胀土边坡智能预警及防护系统的原理图。
图2是根据本发明的膨胀土边坡坡面布置示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
如图1-2所示，根据本发明具体实施方式的一种膨胀土边坡智能预警及防护系统，植被(图未示)，分布式光纤测试仪1、信息采集设备2(包括摄像头、孔压计、测斜仪)、通讯设备3、补水装置4和信号处理系统5。分布式光纤测试仪1设于膨胀土边坡上，用于检测膨胀土边坡的土壤的裂缝宽度；信息采集设备2设于膨胀土边坡上，用于检测膨胀土边坡土壤的表征。使用监控摄像头对边坡状况进行摄像拍照记录，并同时使用分布式光纤检测边坡土体内部裂缝以及温度。通讯设备3为GPRS通讯设备，通讯设备与分布式光纤测试仪1、信息采集设备2数据连接，用于传输数据。通讯设备3与信号处理系统4数据连接，GPRS通讯设备将采集到的信号传播至信号处理系统4 加以分析处理，将分析结果在显示器上输出。信号处理系统5对接收到的数据进行分析处理。补水装置4与信号处理系统5数据连接。补水装置4包括蓄水池41和补水带42，补水带42与蓄水池41连通，补水带42均匀铺设于膨胀土边坡6上，补水带设有多个出水口。蓄水池41与定压补水机构连接。定压补水机构与信号处理系统5数据连接。
当输出结果低于设定值(边坡土体内部裂缝设定值1～3mm)则认为是安全的；当输出值高于设定值则警报器发出警报，工作人员立即响应，将实时拍摄的现场土坡照片以及现场采集的信息资料(如分布式光纤对边坡土体内部裂缝、温度的检测情况)做人工分析(采用二值化像素统计法将原状膨胀土表面、内部裂隙与含水量关系进行量化)，进行安全评估，安全评估过程中若膨胀土坡湿度过大或过小，则控制定压补水装置4来稳定土坡的湿度，防止土坡产生过多裂缝导致产生滑坡隐患。
一种使用膨胀土边坡智能预警及防护系统进行边坡防护的方法，包括以下步骤：
(1)在膨胀土边坡表面种植不同品种的绿色植物；
具体为，在膨胀土坡上铺种绿色植物，其中绿色植物可交叉种植狗牙根和百喜草(播籽量25-30g/m2)，百喜草横向生长，狗牙根纵向生长，种植区纵横交错生长形成良好的保湿、保温空间，使土壤处于合适的湿度和温度。利用绿色植物的蒸腾作用(其过程为：膨胀土中的水分→根毛→根内导管→茎内导管→叶内导管→气孔→大气)以及植物茎叶的截留作用，使得膨胀土稳定于一定的水分，不至于出现胀缩变化产生裂缝最终导致边坡失稳。
(2)将孔压计、分布式光纤测试仪、测斜仪仪器埋设于土坡表层及内部；同时采用分布式光纤检测边坡土体内部裂缝以及温度，摄像头安装在边坡表面的上方；
(3)安装通讯设备，在土坡表层安装通讯设备，并辅以太阳能发电设备对通讯设备补充电能；
(4)安装补水装置，在边坡坡面折线交叉设置补水带41，补水带42与蓄水池41连通，沿着边坡6倾斜的方向上，开设有多条排水通道61，在边坡下方设有排水沟62，排水沟与排水通道连通。铺设补水带使得种植区63完全处于补水范围内，同时设置蓄水池供补水装置抽水并且在雨季能起一定的排蓄作用。所配定压补水机构可实现远程控制，而且补水装置在运作过程中不是短时间一次性灌入，对地温的直接影响小，并且可降低空气湿度并维持在一定范围内，如此一来能防止膨胀土土体产生裂隙，使得边坡膨胀土土体更稳定。
(5)通过信号处理系统接将收到的信息进行分析处理。具体控制分析如下：
当输出结果低于设定值(边坡土体内部裂缝设定值1～3mm)则认为是安全的；当输出值高于设定值则警报器发出警报，工作人员立即响应，将实时拍摄的现场土坡照片以及现场采集的信息资料(如分布式光纤对边坡土体内部裂缝、温度的检测情况)做人工分析(采用二值化像素统计法将原状膨胀土表面、内部裂隙与含水量关系进行量化)，进行安全评估，安全评估过程中若膨胀土坡湿度过大或过小，则控制定压补水装置5来稳定土坡的湿度，防止土坡产生过多裂缝导致产生滑坡隐患。
在干旱时期，当膨胀土过于干燥易产生裂缝，此时定压补水装置自动开启以维持膨胀土的湿度和温度；在中、小雨时期，由于膨胀土的吸胀特性在吸水后体积变化，此时监控室警报限为：边坡土体内部裂缝为1～3mm，当警报发出时定压补水装置自动关闭，蓄水池发挥排蓄作用。当到大暴雨时期，多余的水分可通过边坡的排水通道和排水沟排水，在补水带附近设置蓄水池，排出的水可流入蓄水池内或是排出到路面7。在蓄水池中设置警戒线，当蓄水池水位到达警戒线时给监测中心发出警报，同时将膨胀土边坡的实时图像情况发送至监测中心以做进一步评估。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (7)

1.一种膨胀土边坡智能预警及防护系统，其特征在于，包括：
植被，其包括多种绿色植物，铺设于膨胀土边坡表面；
分布式光纤测试仪，其设于膨胀土边坡上，用于检测膨胀土边坡的土壤的裂缝宽度；
信息采集设备，其设于膨胀土边坡上，用于检测膨胀土边坡土壤的表征；
通讯设备，其与所述信息采集设备数据连接，用于传输数据；
补水装置，其包括蓄水池和补水带，所述补水带与所述蓄水池连通，所述补水带均匀铺设于膨胀土边坡上，所述补水带设有多个出水口；以及
信号处理系统，其与所述通讯设备、补水装置数据连接，对接收到的数据进行分析处理；其中，根据所述信号处理系统中设定膨胀土边坡裂缝宽度的设定值，控制补水装置给膨胀土边坡进行补水。
2.根据权利要求1所述的膨胀土边坡智能预警及防护系统，其特征在于，所述信息采集设备包括摄像头、孔压计、分布式光纤测试仪和测斜仪。
3.根据权利要求1所述的膨胀土边坡智能预警及防护系统，其特征在于，所述补水装置还包括定压补水机构，所述定压补水机构与所述蓄水池连接。
4.根据权利要求1所述的膨胀土边坡智能预警及防护系统，其特征在于，所述信号处理系统设置的边坡土体内部裂缝为1-3mm，超出设定值时，信号处理系统发出警报。
5.一种使用如权利要求1所述的膨胀土边坡智能预警及防护系统进行边坡防护的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在膨胀土边坡表面种植不同品种的绿色植物；
(2)将孔压计、分布式光纤测试仪、测斜仪仪器埋设于土坡表层及内部，摄像头安装在边坡表面的上方；
(3)安装通讯设备；
(4)安装补水装置，在边坡坡面折线交叉设置补水带，补水带与蓄水池连通，沿着边坡倾斜的方向上，开设有多条排水通道，在边坡下方设有排水沟，排水沟与排水通道连通；
(5)通过信号处理系统接将收到的信息进行分析处理。
6.根据权利要求5所述边坡防护的方法，其特征在于，所述步骤(1)中种植的绿色植物狗牙草和百喜草。
7.根据权利要求5所述边坡防护的方法，其特征在于，所述步骤(1)中种植的绿色植物的播籽量为25-30g/㎡。
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