CN109518736A - 一种基于北斗定位的多矢量边坡监测锚杆及监测方法 - Google Patents

Abstract

一种北斗定位的多矢量边坡监测锚杆及监测方法。该边坡监测锚杆由4个部件构成：端部信号接收输出器、多节传感器内芯、液压三尖锚固头、外套护筒。端部信号接收输出器主要接收北斗卫星定位信号。多节传感器内芯是核心部件，它如锚杆一样打设到边坡内部，并通过锚固圈与周围土体或岩体多点锚固，内置轴向应力传感器、扭矩传感器和轴向应变传感器，通过线缆汇集到端部信号接收输出器中。液压三尖锚固头在多节传感器内芯内部将锚固圈顶出膨胀，与周围土体或围岩锚固起来。外套护筒是成孔后打设多节传感器内芯时作为保护之用。本发明采用北斗定位导航初步监测滑坡发生的趋势，再通过精细传感器确定滑坡危险位置，为滑坡预警和工程抗滑处置提供必要的数据支撑。

Description

一种基于北斗定位的多矢量边坡监测锚杆及监测方法

技术领域

本发明涉及一种基于北斗定位的多矢量边坡监测锚杆及监测方法。在需要进行监测的边坡坡面或坡肩设置监测锚杆，当边坡有滑动趋势或者产生裂缝变形时，可以通过端部信号接收输出器接收北斗卫星定位信号，确定整个坡面的大致变形方向，然后根据多节传感器内芯的传感器数据，获得滑动变形或裂缝产生的具体部位和深度，为边坡加固和滑坡预警提供决策数据。本发明采用无人值守的工作形式，所有数据均通过无线传输，在室内定期接收相关数据即可进行分析，减少了人员在野外危险区域逗留的时间。本发明采用北斗定位导航初步监测滑坡发生的趋势，再通过精细传感器确定滑坡危险位置和可能滑动面，为滑坡预警和工程抗滑处置提供必要的数据支撑。属于边坡工程、岩土工程等技术领域。

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。随着国民经济的快速发展，人类的工程活动必然越来越频繁，规模也越来越大。同时，由于工程场地的可选余地正在减少，工程设计在一定程度上将面临更加复杂的地质条件。因此，在进行边坡设计时需要更多的考虑边坡的地质条件对其稳定性的影响及其变化趋势。长期以来，工程地质界、岩土力学界对边坡稳定性进行了大量的研究工作，但至今仍难以找到准确评价的理论和方法。比较有效地处理这类问题的方法，就是理论分析、专家群体经验知识和监测控制系统相结合的综合集成的理论和方法。可见边坡监测与反馈分析是边坡工程中的一个重要环节。同时，为了使监测与反馈符合岩土工程动态优化设计和信息化施工的要求，需要建立监测信息快速反馈分析技术。因此本发明针对边坡监测信息快速获取与传递分析，提出了北斗卫星定位外加应力、扭矩、应变等多矢量传感器监测仪器及监测方法，能够快速获取边坡的变形信息与稳定情况，为快速预警与反馈分析提供了及时的数据支撑。

发明内容

本发明提出一种基于北斗定位的多矢量边坡监测锚杆及监测方法。该边坡监测锚杆由4个部件构成：端部信号接收输出器、多节传感器内芯、液压三尖锚固头、外套护筒。端部信号接收输出器主要接收北斗卫星定位信号，同时将多节传感器采集到的数据无线传输到处理站。多节传感器内芯是核心部件，它如锚杆一样打设到边坡内部，并通过锚固圈与周围土体或岩体多点锚固，内置轴向应力传感器、扭矩传感器和轴向应变传感器，通过线缆汇集到端部信号接收输出器中。液压三尖锚固头在多节传感器内芯内部将锚固圈顶出膨胀，与周围土体或围岩锚固起来。外套护筒是成孔后打设多节传感器内芯时作为保护之用。当边坡有滑动趋势或者产生裂缝变形时，可以通过端部信号接收输出器接收北斗卫星定位信号，确定整个坡面的大致变形方向，然后根据多节传感器内芯的传感器数据，获得滑动变形或裂缝产生的具体部位和深度，为边坡加固和滑坡预警提供决策数据。

本发明的解决方案

本发明提出一种基于北斗定位的多矢量边坡监测锚杆，其整体结构包含4个部分：1)端部信号接收输出器、2)多节传感器内芯、3)液压三尖锚固头、4)外套护筒。

其中1)端部信号接收输出器由北斗卫星定位接收器、无线数据发射传输单元组成，通过北斗卫星定位接收器接收北斗卫星的信号，实时确定位置信息，并通过无线数据发射传输单元发送到远端数据采集点，端部信号接收输出器与多节传感器内芯末端相连，所有传感器的信号电缆汇总连接到端部信号接收输出器；

其中2)多节传感器内芯由多个金属锚固圈和柔性连接段组成，连成一节一节的圆柱状结构，金属锚固圈可以通过液压三尖锚固头向外扩大，与周围的土体或者围岩锚固在一起，柔性连接段处于两个金属锚固圈之间，上面布置轴向应力传感器、扭矩传感器和轴向应变传感器，通过线缆汇集到端部信号接收输出器中；

其中3)液压三尖锚固头是金属长杆状结构，液压三尖锚固头内部有液压油管路，端部有三尖顶杆，在液压的作用下向外顶出，将金属锚固圈顶出变形，与周围土体或者围岩形成锚固咬合，多节传感器内芯的线缆可以从液压三尖锚固头上的三尖顶杆间隙穿过，不影响液压三尖锚固头的移动和向外顶出；

其中4)外套护筒是圆筒形结构，两端均不封口，在锚孔成孔后插入孔内，将外套护筒内残留土体清理干净后放入多节传感器内芯，然后拔出外套护筒，使得多节传感器内芯直接接触土体或者围岩；

2、如前所述的一种基于北斗定位的多矢量边坡监测锚杆的监测方法：

1)、确定监测锚杆打设位置和打设深度，按照打设深度制作相应长度的多节传感器内芯；

2)、在预定位置钻孔到预定深度，放入外套护筒后清孔，在外套护筒内放入多节传感器内芯，将外套护筒拔出；

3)、将液压三尖锚固头深入多节传感器内芯内部，注意避开线缆，找准多节传感器内芯上的金属锚固圈，顶撑三尖顶杆，向外将金属锚固圈顶出变形，与周围土体或者围岩形成锚固咬合，以此方式从深处向外依次将每个金属锚固圈顶出变形咬合到土体或围岩中；

4)、将传感器线缆与端部信号接收输出器相连接，将端部信号接收输出器与多节传感器内芯的末端相连接；

5)、开启端部信号接收输出器上的卫星信号接收开关和数据传输开关，监测端部信号接收输出器上的位置信息，当位置变化过快或者过大时则意味着边坡变形较快或者已经出现裂缝，此时分析多节传感器内芯每段传感器上的应力值、扭矩值与应变值，找出应力值最大或者扭矩、应变值较大的部位，则滑坡破坏发生在这个部位附近的深度区域；根据上述数据分析，考察是否需要报警或者提前进行工程边坡加固。

本发明的优点

本发明的目的在于提出一种基于北斗定位的多矢量边坡监测锚杆及监测方法。在需要进行监测的边坡坡面或坡肩设置监测锚杆，当边坡有滑动趋势或者产生裂缝变形时，可以通过端部信号接收输出器接收北斗卫星定位信号，确定整个坡面的大致变形方向，然后根据多节传感器内芯的传感器数据，获得滑动变形或裂缝产生的具体部位和深度，为边坡加固和滑坡预警提供决策数据。本发明采用无人值守的工作形式，所有数据均通过无线传输，在室内定期接收相关数据即可进行分析，减少了人员在野外危险区域逗留的时间。本发明采用北斗定位导航初步监测滑坡发生的趋势，再通过精细传感器确定滑坡危险位置和可能滑动面，为滑坡预警和工程抗滑处置提供必要的数据支撑。。

附图说明

附图1为端部信号接收输出器的示意图

附图2为多节传感器内芯的示意图

附图3为液压三尖锚固头的示意图

附图4为三尖顶杆顶撑工作的示意图

附图5为外套护筒的示意图

附图6为整体锚杆工作的示意图

图中：1)端部信号接收输出器，2)北斗卫星定位接收器，3)多节传感器内芯，4)金属锚固圈，5)柔性连接段，6)轴向应力传感器、扭矩传感器和轴向应变传感器，7)线缆，8)液压三尖锚固头，9)三尖顶杆，10)外套护筒。

具体实施方式：

一种基于北斗定位的多矢量边坡监测锚杆，其整体结构包含4个部分：端部信号接收输出器、多节传感器内芯、液压三尖锚固头、外套护筒。

结构中的端部信号接收输出器1)由北斗卫星定位接收器2)、无线数据发射传输单元组成，通过北斗卫星定位接收器2)接收北斗卫星的信号，实时确定位置信息，并通过无线数据发射传输单元发送到远端数据采集点，端部信号接收输出器1)与多节传感器内芯3)末端相连，所有传感器的信号电缆汇总连接到端部信号接收输出器1)；

结构中的多节传感器内芯3)由多个金属锚固圈4)和柔性连接段5)组成，连成一节一节的圆柱状结构，金属锚固圈4)可以通过液压三尖锚固头8)向外扩大，与周围的土体或者围岩锚固在一起，柔性连接段5)处于两个金属锚固圈4)之间，上面布置轴向应力传感器、扭矩传感器和轴向应变传感器6)，通过线缆7)汇集到端部信号接收输出器1)中；

结构中的液压三尖锚固头8)是金属长杆状结构，液压三尖锚固头8)内部有液压油管路，端部有三尖顶杆9)，在液压的作用下向外顶出，将金属锚固圈4)顶出变形，与周围土体或者围岩形成锚固咬合，多节传感器内芯3)的线缆7)可以从液压三尖锚固头8)上的三尖顶杆9)间隙穿过，不影响液压三尖锚固头8)的移动和向外顶出；

结构中的外套护筒10)是圆筒形结构，两端均不封口，在锚孔成孔后插入孔内，将外套护筒10)内残留土体清理干净后放入多节传感器内芯3)，然后拔出外套护筒10)，使得多节传感器内芯3)直接接触土体或者围岩；

如前所述的一种基于北斗定位的多矢量边坡监测锚杆的监测方法：

1)、确定监测锚杆打设位置和打设深度，按照打设深度制作相应长度的多节传感器内芯3)；

2)、在预定位置钻孔到预定深度，放入外套护筒10)后清孔，在外套护筒10)内放入多节传感器内芯3)，将外套护筒10)拔出；

3)、将液压三尖锚固头8)深入多节传感器内芯3)内部，注意避开线缆7)，找准多节传感器内芯3)上的金属锚固圈4)，顶撑三尖顶杆9)，向外将金属锚固圈4)顶出变形，与周围土体或者围岩形成锚固咬合，以此方式从深处向外依次将每个金属锚固圈4)顶出变形咬合到土体或围岩中；

4)、将传感器线缆7)与端部信号接收输出器1)相连接，将端部信号接收输出器1)与多节传感器内芯3)的末端相连接；

5)、开启端部信号接收输出器1)上的卫星信号接收开关和数据传输开关，监测端部信号接收输出器上的位置信息，当位置变化过快或者过大时则意味着边坡变形较快或者已经出现裂缝，此时分析多节传感器内芯3)每段传感器上的应力值、扭矩值与应变值，找出应力值最大或者扭矩、应变值较大的部位，则滑坡破坏发生在这个部位附近的深度区域；根据上述数据分析，考察是否需要报警或者提前进行工程边坡加固。

Claims (2)

1.一种基于北斗定位的多矢量边坡监测锚杆，其整体结构包含4个部分：1)端部信号接收输出器、2)多节传感器内芯、3)液压三尖锚固头、4)外套护筒，其特征是：

1)、所述的端部信号接收输出器由北斗卫星定位接收器、无线数据发射传输单元组成，通过北斗卫星定位接收器接收北斗卫星的信号，实时确定位置信息，并通过无线数据发射传输单元发送到远端数据采集点，端部信号接收输出器与多节传感器内芯末端相连，所有传感器的信号电缆汇总连接到端部信号接收输出器；

2)、所述的多节传感器内芯由多个金属锚固圈和柔性连接段组成，连成一节一节的圆柱状结构，金属锚固圈通过液压三尖锚固头向外扩大，与周围的土体或者围岩锚固在一起，柔性连接段处于两个金属锚固圈之间，上面布置轴向应力传感器、扭矩传感器和轴向应变传感器，通过线缆汇集到端部信号接收输出器中；

3)、所述的液压三尖锚固头是金属长杆状结构，液压三尖锚固头内部有液压油管路，端部有三尖顶杆，在液压的作用下向外顶出，将金属锚固圈顶出变形，与周围土体或者围岩形成锚固咬合，多节传感器内芯的线缆从液压三尖锚固头上的三尖顶杆间隙穿过，不影响液压三尖锚固头的移动和向外顶出；

4)、所述的外套护筒是圆筒形结构，两端均不封口，在锚孔成孔后插入孔内，将外套护筒内残留土体清理干净后放入多节传感器内芯，然后拔出外套护筒，使得多节传感器内芯直接接触土体或者围岩。

2.基于权利要求1所述的一种基于北斗定位的多矢量边坡监测锚杆的监测方法：

1)、确定监测锚杆打设位置和打设深度，按照打设深度制作相应长度的多节传感器内芯；

2)、在预定位置钻孔到预定深度，放入外套护筒后清孔，在外套护筒内放入多节传感器内芯，将外套护筒拔出；

3)、将液压三尖锚固头深入多节传感器内芯内部，注意避开线缆，找准多节传感器内芯上的金属锚固圈，顶撑三尖顶杆，向外将金属锚固圈顶出变形，与周围土体或者围岩形成锚固咬合，以此方式从深处向外依次将每个金属锚固圈顶出变形咬合到土体或围岩中；

4)、将传感器线缆与端部信号接收输出器相连接，将端部信号接收输出器与多节传感器内芯的末端相连接；

5)、开启端部信号接收输出器上的卫星信号接收开关和数据传输开关，监测端部信号接收输出器上的位置信息，当位置变化过快或者过大时则意味着边坡变形较快或者已经出现裂缝，此时分析多节传感器内芯每段传感器上的应力值、扭矩值与应变值，找出应力值最大或者扭矩、应变值较大的部位，则滑坡破坏发生在这个部位附近的深度区域；根据上述数据分析，考察是否需要报警或者提前进行工程边坡加固。