CN110006383A - 一种适用于滑坡深部大位移的监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于滑坡深部大位移的监测装置，包括多个埋设于滑坡体钻孔内的测量装置、一个GPS监测设备和一个主控制器，其中，埋在钻孔内的多个测量装置通过现场总线、伸缩管和易断绳串连成一个呈直线型的位移测量主体结构；现场总线用于连接测量装置与主控制器，外部由伸缩管保护而不受滑坡体的变形挤压影响；当岩土体发生大变形时，多个测量装置由于柔性结构设计，能够承受较大的变形，同时将测量数据通过现场总线传输到位于坡顶的主控制器，所述主控制器对接收到的测量数据及GPS位置信息进行解算，实现滑坡深部大变形的监测。本发明所涉及技术及材料均较为成熟，且结构简单、设计合理，具有较为广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明适用于滑坡位移监测领域，尤其涉及一种能够适用于滑坡深部大位移的监测装置。
背景技术
滑坡深部位移监测可以为滑坡形成机理、破坏模式和滑带识别等提供数据支撑，因此在关于滑坡的研究中，长期的深部位移监测是一项必不可少的工作，较为常见的滑坡深部位移监测技术包括钻孔位移计、钻孔测斜仪、同轴电缆时域反射(TDR)、光纤光栅等。但由于滑坡的演化过程常伴随有大变形特征，因此会对埋设于滑坡深部的监测仪器产生巨大作用力，尤其表现为剪断、拉断的形式，导致仪器的损毁，要实现滑坡演化过程时间和空间上的持续监测，监测设备应当具备等同变形量的承受性能。综合来看，滑坡深部位移监测需要解决两大难题，一是测量仪器能够在滑坡体发生大变形的情况下，依然能够正常工作；二是测量仪器能进行深部三维全方向的位移测量。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术在滑坡体发生大变形的情况下，测量仪器极易发生损坏和无法进行深部三维全方向的位移测量的缺陷，提供一种能够适用于滑坡深部大位移的监测装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种适用于滑坡深部大位移的监测装置，包括多个测量装置、一个GPS监测设备和一个主控制器，其中：
每两个测量装置之间通过现场总线、伸缩管和易断绳连成一体，在所述现场总线、伸缩管和易断绳的连接作用下，将多个测量装置串连成一个呈线型的位移测量主体结构；
所述位移测量主体结构埋入设于滑坡体上的钻孔内，其中，所述位移测量主体结构的底端须穿过滑动面，其顶端固定于设于钻孔孔口处的GPS监测设备的监测墩上；
所述现场总线位于伸缩管内用于传输指令与数据；
所述主控制器位于设于坡顶的钻孔附近，所述主控制器通过现场总线连接到位于钻孔内的测量装置；
所述GPS监测设备设于坡顶的钻孔孔口附近，所述GPS监测设备通过电缆连接到所述主控制器；所述GPS监测设备用于将监测到的孔口位置信息通过电缆传输到主控制器；
当滑坡体发生大变形时，多个测量装置将测量数据通过现场总线传输到位于坡顶的主控制器，所述主控制器对接收到的数据进行解算，实现滑坡深部大变形的监测。
进一步的，所述测量装置为柔性结构，可实现与滑坡体的协同变形。
进一步的，所述易断绳系于每两个测量装置之间，其长度等于设于两测量装置之间的伸缩管的自然伸展长度；所述伸缩管的自然伸展长度为在无外力作用时，所述伸缩管的伸展长度；
所述易断绳用于在测量装置安装的过程中，防止由于测量装置的自重原因，使得伸缩管产生较大的拉伸，降低测量装置可承受大变形的能力。
进一步的，每个测量装置均包括两个位移补偿模块和一个姿态模块，其中：
当滑坡体发生大变形时，各个测量装置的空间位置与滑坡体协同变位，所述位移补偿模块通过感测相邻两个测量装置之间的距离；所述姿态模块通过其设有的加速度传感器及电子罗盘传感器，得到每个测量装置的姿态信息；
各个测量装置将测得的距离信息和姿态信息，通过现场总线传输到主控制器，所述主控制器通过结合GPS监测信息综合解算各测量装置的空间位置，从而实现滑坡深部大变形的监测。
进一步的，所述测量装置的姿态信息即为其相应的倾角和倾向信息。
进一步的，所述伸缩管采用钢丝骨架橡胶波纹管，所述伸缩管在环向上具有较大的刚度且不易被压扁，在轴向上具有较强的伸缩能力；
所述伸缩管用于保护管内的现场总线不受外界岩土体的挤压影响；在滑坡体发生大变形时，根据所述伸缩管的同步伸缩特性，在保证测量装置之间连接的现场总线不受影响的同时，使得测量装置与岩土体保持协同位移，有效保证了测量装置适应于滑坡体发生大变形的环境。
进一步的，所述主控制器包括通讯模块，所述通讯模块为GPRS无线传输设备，所述通讯模块利用GPRS业务实现远程数据传输，将各个测量装置的监测信息、GPS监测设备位置信息以及综合结算结果传输至接收终端进行数据存储和管理。
进一步的，所述主控制器输出12v直流电，为所述各个测量装置及GPS监测设备供电。
进一步的，所述位移测量主体结构的底端穿过滑动面以下的距离大于0.5m。
本发明所述的一种适用于滑坡深部大位移的监测装置，所涉及的技术及材料均较为成熟，且其结构简单、设计合理，具有较为广泛的应用空间。
实施本发明的一种适用于滑坡深部大位移的监测装置，具有以下有益效果：
1、本发明将位移补偿模块内置于各个测量装置中使的测量位移补偿值更直接，增强了局部补偿能力，同时能更精确的确定滑动面位置及变形量的大小；
2、将现场总线放入伸缩管内，在发生大变形时周围土体的高应力挤压对现场总线的自由活动几乎没有影响，使装置能够有效实现大位移测量。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明提供的一种滑坡深部大位移监测装置在滑坡中的应用示意图；
图2是本发明提供的测量装置的结构示意图；
图3是本发明提供的测量装置、现场总线、伸缩管及易断绳连接方式示意图；
图4是本发明提供的导电滑环结构示意图。
图中：00、位移测量主体结构；1、测量装置；2、伸缩管；3、易断绳；4、GPS监测设备；5、主控制器；6、滑坡体；7、滑动面；8、测量装置外壳；9、位移补偿模块；10、转轴；11、无扭转弹簧；12、鼓轮；13、现场总线；14、导电滑环；15、电位器；16、姿态模块；17、加速度传感器；18、电子罗盘；19、集线器；20、定子；21、转子；22、进线口；23、出线口；24钻孔。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
请参考图1，其为本发明提供的一种滑坡深部大位移监测装置在滑坡中的应用示意图，包括多个测量装置1和一个主控制器5，其中：
每两个测量装置1之间通过现场总线13、伸缩管2和易断绳3连成一体，在所述现场总线13、伸缩管2和易断绳3的连接作用下，将多个测量装置1串连成一个呈线型的位移测量主体结构00；
本实施例中，所述测量装置为柔性结构，可实现与滑坡体的协同变形；
所述位移测量主体结构00埋入设于滑坡体6上的钻孔内，其中，在本实施例中所述位移测量主体结构00的底端须穿过滑动面7以下0.5米，其顶端固定于设于钻孔孔口处的GPS监测设备4的监测墩上；
所述现场总线13位于伸缩管内用于传输指令与数据；所述主控制器5位于设于坡面的钻孔附近，所述主控制器5通过现场总线13连接到位于钻孔内的测量装置1；本实施例中，所述主控制器5可输出12v直流电，直接为所述各个测量装置1及GPS监测设备4供电，所述主控制器5中包括的通讯模块为GPRS无线传输设备，利用GPRS业务实现远程数据传输，将各个测量装置的数据传输至接收终端进行数据存储和管理；
当滑坡体发生大变形时，多个测量装置1将测量数据通过现场总线13传输到位于坡顶的主控制器5，GPS监测设备4通过电缆将坡顶位置信息传输到主控制器5，所述主控制器5对接收到的数据进行解算，实现滑坡深部大变形的监测；其中，滑坡深部局部变形过大会导致该段三角函数积分法产生较大的误差，可通过孔口GPS监测设备4的位置信息及时间-位移曲线特征进行校正。
请参考图2，其为本发明提供的测量装置1结构示意图，所述测量装置1的核心部件包括位移补偿模块9和姿态模块16；其中：
所述位移补偿模块9由转轴10、无扭转弹簧11、鼓轮12、电位器15、导电滑环14及现场总线13组成，本实施例中所述现场总线13采用铠装形式，所述现场总线13缠绕在鼓轮12上，当滑坡体6发生大变形时两相邻测量装置1之间发生较大的相对位移，其相对距离变大，迫使伸缩管2受拉伸长，同时伸缩管2内部的现场总线13也受拉产生牵引力，从而带动鼓轮12发生转动，以此实现了在滑坡大变形条件下测量单元1的连接不被破坏的目的，鼓轮12的转动带动电位器15的转动测得鼓轮12的转动角度，从而获得现场总线13的伸长量，，同时通过导电滑环14的设置，当转轴10转动时带动导电滑环14的转子21转动，由于转子上设置的环形导电线圈使得在转子转动时，进线口22和出线口23的电路连接不中断；
所述姿态模块16由加速度传感器17及电子罗盘18组成，所述加速度传感器17用于获取测量装置1的倾角信息，所述电子罗盘18用于获取测量装置1的倾向信息，两者综合即为测量单元的姿态信息；
上述两个模块的测量信息通过现场总线13传递到地表的控制中心5进行数据存储、数据解算、远程数据传输等。
其中，所述各测量装置1的测量信息包括相邻两测量装置从各自中心位置算起的初始距离L0，上位移补偿长度C1，下位移补偿长度C2，倾向T，倾角D；
本实施例中，所述测量装置1中的位移补偿模块9采用冗余设计结构，其中，每个测量装置1中均包括两个位移补偿模块9，保证所述测量装置1在复杂的滑坡体6结构中具有良好的适应性，同时增加了所述测量装置1的位移补偿能力，根据常见滑坡深部位移值，补偿能力不小于2m/10m(纵向上10m深范围内，允许横向位移达到2m)；其中，滑坡体的深部位移以水平位移为主，竖直方向的位移伸缩可以通过所述测量装置1的位移补偿模块9进行补偿，采用多点测斜原理，按照测量装置的倾向、倾角和间距进行三角函数转换并积分求取滑坡位移在竖向的分布。
本实施例中，所述测量装置1的外壳8，采用刚度大且耐腐蚀的材料，并且具有较强的防水能力，其形状可为圆柱体、长方体和其它规则多面体等；测量装置1与伸缩管2的连接处采用止水接头连接；所述现场总线13的外层为抗拉强度较高的保护层。
请参考图3，其为本发明提供的测量装置1、现场总线13、伸缩管2及易断绳3连接方式示意图，其中，现场总线13设在伸缩管2的内部，其旁侧为易断绳3，所述易断绳3的长度与伸缩管2在自然状态下的长度一致；所述易断绳3具有较小的弹性并且在一定的拉力作用下易被拉断，其作用为在位移测量主体结构00安装入钻孔过程中，抵抗设备本身重力作用所造成的伸缩管2被拉伸问题，在滑坡深部位移监测过程中，由于易断绳3在较小的拉力下会被拉断，因此不影响位移补偿。
本实施例中所述伸缩管2采用钢丝骨架橡胶结构，伸缩管2直径应尽可能的小，伸缩管2内壁具有润滑涂层，现场总线13在伸缩管2内可自由移动。
请参照图4，其为本发明提到的导电滑环14的结构图，其结构形式为圆柱式，本实施例中所述位移补偿模块9中导电滑环14的转子21与转轴10固连在一起，所述定子20包裹在转子21的外表面，使得转子21在转动时导电环与电刷连接不中断，因此不影响电源及信号的传输。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (9)
1.一种适用于滑坡深部大位移的监测装置，其特征在于，包括多个测量装置(1)、一个GPS监测设备(4)和一个主控制器(5)，其中：
每两个测量装置(1)之间通过现场总线(13)、伸缩管(2)和易断绳(3)连成一体，在所述现场总线(13)、伸缩管(2)和易断绳(3)的连接作用下，将多个测量装置(1)串连成一个呈线型的位移测量主体结构(00)；
所述位移测量主体结构(00)埋设于滑坡体上的钻孔(23)内，其中，所述位移测量主体结构(00)的底端须穿过滑动面(7)，其顶端固定于设于钻孔(23)孔口处的GPS监测设备(4)上；
所述现场总线(13)用于传输指令与数据，位于所述伸缩管(2)内，所述现场总线(13)受所述伸缩管(2)保护而不受滑坡体的变形挤压；
所述主控制器(5)位于设于坡顶的钻孔附近，所述主控制器(5)通过现场总线(13)连接到位于钻孔内的测量装置(1)；
所述GPS监测设备(4)位于所述钻孔(23)孔口附近；所述GPS监测设备(4)通过电缆连接到所述主控制器(5)；GPS监测设备(4)用于将监测钻孔孔口的位置信息，并通过电缆传输到主控制器(5)；
多个测量装置(1)将测量数据通过现场总线(13)传输到位于坡顶的主控制器(5)，所述主控制器(5)对接收到的测量数据和孔口位置数据进行解算，实现滑坡深部大变形的监测。
2.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述测量装置为柔性结构，可实现与岩土体的协同变形。
3.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述易断绳(3)系于每两个测量装置(1)之间，其长度等于设于两测量装置(1)之间的伸缩管(2)的自然伸展长度；所述伸缩管(2)的自然伸展长度为在无外力作用下，所述伸缩管(2)的伸展长度；
所述易断绳(3)用于在测量装置安装的过程中，防止由于测量装置的自重原因，使得伸缩管(2)产生较大的初始拉伸，降低测量装置可承受大变形的能力。
4.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于，每个测量装置(1)内均包括两个位移补偿模块(9)和一个姿态模块(16)，其中：
当滑坡体发生大变形时，各个测量装置(1)的空间位置与滑坡体协同变位，所述位移补偿模块通过感测相邻两个测量装置之间的距离；所述姿态模块通过其设有的加速度传感器及电子罗盘传感器，得到每个测量装置的姿态信息；
各个测量装置(1)将测得的距离信息和姿态信息，通过所述现场总线(13)传输到主控制器(5)，所述主控制器(5)结合GPS监测设备(4)监测到的孔口位置信息，通过综合解算获得各个测量装置(1)的空间位置，从而实现滑坡深部大变形的监测。
5.根据权利要求4所述的监测装置，其特征在于，所述测量装置(1)的姿态信息即为其相应的倾角和倾向信息。
6.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述伸缩管(2)采用钢丝骨架橡胶波纹管，所述伸缩管(2)在环向上具有较大的刚度且不易被压扁，在轴向上具有较强的伸缩能力；
所述伸缩管(2)用于保护管内的现场总线(13)不受外界岩土体的挤压影响；在滑坡体发生大变形时，根据所述伸缩管(2)的同步伸缩特性，在保证各个测量装置(1)之间连接的现场总线(13)不受影响的同时，使得各个测量装置(1)与岩土体保持协同位移，有效保证了测量装置(1)适应于滑坡体发生大变形的环境。
7.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述主控制器(5)包括通讯模块，所述通讯模块为GPRS无线传输设备，所述通讯模块利用GPRS业务实现远程数据传输，将各个测量装置(1)和GPS监测设备(4)监测到的数据以及综合结算的结果传输至接收终端进行数据存储和管理。
8.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述主控制器(5)输出12v直流电，为所述各个测量装置(1)及GPS监测设备(4)供电。
9.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述位移测量主体结构(00)的底端穿过滑动面以下的距离大于0.5m。
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