CN109186445A - 无线监测炭质岩边坡表面变形的测试设备及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线监测炭质岩边坡表面变形的测试设备及其应用方法，铝板的正反两面安装具有一定间距的应变片，应变片以半惠斯登电桥形式连接，消除温度对应变片测量的影响；在板的顶部设置双轴测斜仪，测试记录铝板在边坡变形过程中产生的倾斜角度；应变片与双轴测斜仪均与数据采集仪连接，快速记录与自动存储测试数据；将数据采集仪记录、存储的数据利用无线网络远程传输至监测站，通过应变片和铝板的变形计算与理论分析，最终获得边坡表面各监测点的变形情况。该测试技术对于炭质岩的变形监测具有安装操作简单、远程无线传输、测试结果精确度高、节约监测成本显著等优点。

Description

无线监测炭质岩边坡表面变形的测试设备及其应用方法

技术领域

本发明属于岩土工程边坡监测技术领域，具体涉及一种用于无线监测炭质岩边坡表面变形的测试设备及其应用方法。

背景技术

边坡稳定问题由于受其复杂的地质条件的影响，一直是岩土工程界关注的焦点问题。滑坡灾害频发，其中不乏大型滑坡灾害，造成了巨大的人员伤亡及财产损失，迄今为止，但凡有人类生产生活的地区，都发生过滑坡灾害，成为各种灾害中，频率高、损失大的灾害类型。边坡的稳定性对我国的公路、铁道、水利、土建、水运和矿山等建设工程影响极大。因此，为了保证各项建设工程的正常运行，必须对其边坡进行变形监测，以便掌握边坡移动变形及稳定性，必要时对边坡进行加固，以确保各项建设工程的安全。

边坡监测方法可分为两大类：内观法和外观法，工程建设中最长用的监测方法是内观法，内观法以最直观的物理量坡体变形作为主要的观测对象，内观法可探测坡体内部的变形分布，观测精度较高，资料规律性较好，易于实现自动化，故内观法发展较快，目前成为边坡监测中的主要手段。内观法是将测斜管、沉降盘、多点位移计和土压力盒等仪器埋入坡体内部，监测坡体在工程实施过程中的各种物理量的变化的方法。但测量精度低，时效性差。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例提供一种测试结果精确度高、时效性高的无线监测炭质岩边坡表面变形的测试设备及其应用方法。

为解决上述技术问题，本发明实施例采用的技术方案是，一种无线监测炭质岩边坡表面变形的测试设备，包括铝板、应变片、双轴测斜仪、数据记录器；所述铝板位于炭质岩边坡中；所述应变片位于所述铝板上；所述双轴测斜仪位于所述铝板的顶端；所述应变片、双轴测斜仪均分别与所述数据记录器连接。

优选地，所述炭质岩边坡中设有钻孔，所述钻孔直至炭质岩边坡下的基岩中；所述铝板位于钻孔中，铝板下部位于基岩中，其与基岩之间的孔隙通过水泥砂浆固定。

优选地，还包括加固板，所述加固板位于铝板的下方，通过螺栓与铝板固定。

优选地，还包括数据线，所述应变片、双轴测斜仪通过数据线与所述数据记录器连接。

本发明实施例还提供了一种无线监测炭质岩边坡表面变形的测试设备的应用方法，包括以下步骤：

(1)在待监测的炭质岩边坡确定监测点，向地下钻孔，钻孔的底部至基岩下，记录钻孔尺寸；

(2)根据钻孔的深度确定铝板长度，在铝板底部用螺栓固定加固板，在铝板的上部两面均间隔安装应变片，在铝板顶部安装双轴测斜仪，分别将应变片、双轴测斜仪连接数据记录器；

(3)将铝板置于钻孔内，铝板底部位于基岩中，采用水泥砂浆固定铝板下部与基岩间的空隙，铝板上部与炭质岩边坡间的空隙采用炭质岩填充；

(4)沿铝板上的应变片及双轴测斜仪以一定的频率采集数据，数据传输至数据记录器中存储，并传输至远程监测站进行数据的变形计算与理论分析，获得边坡表面各监测点的变形情况。

与相关技术比较，本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明的无线监测炭质岩边坡表面变形的测试设备，以铝板、应变片、双轴测斜仪等部件组成，运用铝板底部在基岩段的变形和转角为零，通过应变片和双轴倾斜测出铝板的弯曲应变和转角，计算出铝板变形，提高了测量精度，其抗弯刚度低，测试设备成本低，不需要人工手动测量，降低了劳动强度，具有良好的社会效益和经济效益。且测试设备及应用过程对环境无任何危害，安装操作简单、可大范围布置、长期监测、远程无线传输、测试结果精确度高、节约监测成本、符合可持续发展的理念，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明实施例的测试设备结构示意图；

图2是本发明实施例的测试设备结构侧面示意图；

图3是本发明实施例的测试设备应用方法流程图；

图4是本发明实施例的测试设备应用与炭质岩边坡中的示意图；

图5是本发明实施例的测试设备应用计算变形的流程图。

其中，炭质岩1、基岩2、铝板3、应变片4、双轴测斜仪5、螺栓6、水泥砂浆7、加固板8、数据记录器9、数据线10、钻孔11。

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、2，本发明的实施例提供了一种无线监测炭质岩边坡表面变形的测试设备，包括铝板3、应变片4、双轴测斜仪5、数据记录器9；所述铝板3位于炭质岩1边坡中；所述应变片4位于所述铝板3上；所述双轴测斜仪5位于所述铝板3的顶端；所述应变片4、双轴测斜仪5与所述数据记录器9连接。监测时，通过采集应变片4及双轴测斜仪5的数据，经所述数据记录器9传输至远程监测站中，根据采集的数据即可计算出边坡的变形。

进一步地，所述铝板3的截面为矩形截面，其厚度为3mm，宽度为50mm；其长度根据边坡坡面监测点上覆炭质岩1的厚度确定，具体为上覆炭质岩1厚度的加上500mm。

进一步地，所述应变片4为应变式应变片，应变片4之间按半惠斯登电桥连接以消除温度的影响，所述铝板3上的两面均分别安装多个所述应变片4，铝板3最上端的应变片4距离铝板3顶部250mm，其最下端的应变片4距离铝板3底部250mm，同面的相邻应变片4的间距为100mm；铝板3顶部的双轴测斜仪5，用于监测传感器上部的倾斜度，在铝板3顶部的位置为距离地面250mm处。

进一步地，所述炭质岩1边坡中设有钻孔11，所述铝板3位于钻孔11中，其下部位于基岩2中，通过水泥砂浆7固定。

进一步地，还包括加固板8，所述加固板8位于铝板3的下方，通过螺栓6与铝板3固定。所述螺栓6的直径8mm，长度40mm；所述加固板8为不锈钢加固板，其厚度为6mm，宽度为50mm，长度为250mm；在铝板3的底部250mm段正反面用所述不锈钢加固板8加固，设置8个螺栓6固定加固板8在铝板3上。

进一步地，还包括数据线10，所述应变片4、双轴测斜仪5通过数据线10与所述数据记录器9连接。数据记录器9为快速数据记录器，将以50H_Z的高频快速记录数据。

参照附图3、4，本发明实施例还提供了一种无线监测炭质岩边坡表面变形的测试设备的应用方法，包括以下步骤：

(1)在待监测的炭质岩1边坡确定监测点，向地下进行钻孔，钻孔11的底部至基岩2下250mm处，记录钻孔11的尺寸，其直径为80mm；

(2)根据钻孔11的深度确定铝板3的尺寸，在铝板3底部用螺栓6固定加固板8，在铝板3的上部两面均间隔安装应变片4，在铝板3顶部安装双轴测斜仪5，分别将应变片4、双轴测斜仪5连接数据记录器9；

(3)将加固后安装应变片4、双轴测斜仪5的铝板3缓慢放置钻孔11内，其铝板3底部位于基岩2下250mm处，用普通硅酸盐水泥和沙子现场配置水泥砂浆7，用导管将水泥砂浆7送达基岩段，填充铝板3下部与基岩2之间的空隙，铝板3上部与边坡之间的空隙采用颗粒小于5mm的炭质岩1填充；使应变片4和炭质岩接触良好；

(4)沿铝板3上的应变片4及双轴测斜仪5以50Hz的频率采集数据，数据通过数据线10传输至数据记录器9中存储，并传输至远程监测站进行数据的变形计算与理论分析，获得边坡表面各监测点的变形情况。

监测炭质岩边坡变形的测试设备，其原理在于测试设备的底部250mm段是固定在基岩2中，在炭质岩1变形过程中是不发生位移和变形，根据应变片4测的弯曲应变和顶部双轴测斜仪5测的倾斜度来计算出铝板3的变形，从而得出炭质岩的变形。

参照附图5，根据监测原理计算本发明的测试设备监测炭质岩1边坡中铝板3的变形，其变形y_n的计算过程如以下公式所示：

其中，S₁是上坡面的长度，R₁是上坡面的曲率半径，S₂是下坡面的长度，R₂是下坡面的曲率半径，θ是相对于垂直方向测量的变形角度，L₀是弯曲元素的初始长度，ε是截面外表面的轴向应变，其中Δl是应变片之间的间距，y_n为监测点n点的变形，y_i是i处应变片的应变值。

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 (10)

1.一种无线监测炭质岩边坡表面变形的测试设备，其特征是，包括铝板、应变片、双轴测斜仪、数据记录器；所述铝板位于炭质岩边坡中；所述应变片位于所述铝板上；所述双轴测斜仪位于所述铝板的顶端；所述应变片、双轴测斜仪均分别与所述数据记录器连接。

2.根据权利要求1所述的一种无线监测炭质岩边坡表面变形的测试设备，其特征是，所述炭质岩边坡中设有钻孔，所述钻孔贯穿至边坡下方的基岩中；所述铝板位于钻孔中，所述铝板的下部位于基岩中，其与基岩之间的空隙通过水泥砂浆固定。

3.根据权利要求1所述的一种无线监测炭质岩边坡表面变形的测试设备，其特征是，还包括加固板，所述加固板位于铝板的下方，通过螺栓与铝板固定。

4.根据权利要求1所述的一种无线监测炭质岩边坡表面变形的测试设备，其特征是，还包括数据线，所述应变片、双轴测斜仪通过数据线与所述数据记录器连接。

5.根据权利要求1所述的一种无线监测炭质岩边坡表面变形的测试设备，其特征是，所述铝板上的两面均分别安装多个所述应变片，铝板最上端的应变片距离铝板顶部250mm，其最下端的应变片距离铝板底部250mm，同面的相邻应变片的间距为100mm；铝板顶部的双轴测斜仪，用于监测传感器上部的倾斜度，在铝板顶部的位置为距离地面250mm处。

6.根据权利要求1所述的一种无线监测炭质岩边坡表面变形的测试设备，其特征是，所述铝板的上部与炭质岩边坡之间的空隙采用颗粒小于5mm的炭质岩填充。

7.一种无线监测炭质岩边坡表面变形的测试设备的应用方法，其特征是，包括以下步骤：

(1)在待监测的炭质岩边坡确定监测点，向地下钻孔，钻孔的底部至基岩下，记录钻孔尺寸；

(2)根据钻孔的深度确定铝板长度，在铝板底部用螺栓固定加固板，在铝板的上部两面均间隔安装应变片，在铝板顶部安装双轴测斜仪，分别将应变片、双轴测斜仪连接数据记录器；

(3)将铝板置于钻孔内，其底部位于基岩中，采用水泥砂浆填充铝板下部与基岩之间的空隙，铝板上部与炭质岩边坡之间的空隙采用炭质岩填充；

(4)沿铝板上的应变片及双轴测斜仪以一定的频率采集数据，数据传输至数据记录器中存储，并传输至远程监测站根据监测进行边坡的变形计算与理论分析，获得边坡表面各监测点的变形情况。

8.根据权利要求7所述的一种无线监测炭质岩边坡表面变形的测试设备的应用方法，其特征是，所述步骤(2)中，所述应变片为应变式应变片，应变片之间按半惠斯登电桥连接，所述铝板上的两面均分别安装多个所述应变片，铝板最上端的应变片距离铝板顶部250mm，其最下端的应变片距离铝板底部250mm，同面的相邻应变片的间距为100mm；铝板顶部的双轴测斜仪，用于监测传感器上部的倾斜度，在铝板顶部的位置为距离地面250mm处。

9.根据权利要求7所述的一种无线监测炭质岩边坡表面变形的测试设备的应用方法，其特征是，所述步骤(3)中，用普通硅酸盐水泥和沙子现场配置水泥砂浆，用导管将水泥砂浆送达基岩段，填充铝板下部与基岩间的空隙；铝板上部与炭质岩边坡之间的空隙采用颗粒小于5mm的炭质岩填充。

10.根据权利要求7所述的一种无线监测炭质岩边坡表面变形的测试设备的应用方法，其特征是，所述步骤(4)中，边坡的变形计算通过以下公式获得；

其中，S₁是上坡面的长度，R₁是上坡面的曲率半径，S₂是下坡面的长度，R₂是下坡面的曲率半径，θ是相对于垂直方向测量的变形角度，L₀是弯曲元素的初始长度，ε是截面外表面的轴向应变，其中Δl是应变片之间的间距，y_n为监测点n点的变形，y_i是i处应变片的应变值。