CN110261026A - 一种泥石流冲击力监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种泥石流冲击力监测装置，包括监测桩、底座和固定桩，监测桩下端与底座上侧中部固定连接，底座通过四个固定桩固定在泥石流沟道底床中，监测桩上设有三个泥石流冲击力监测传感器，均匀分布的冲击力传感器实现了对泥石流冲击力的全方位监测，而监测桩内的第一空腔和第三空腔内填充液体受力介质以及第四空腔内的弹簧可提供一定的回弹空间，避免泥石流冲击力直接作用于监测桩，造成监测桩被破坏，另外可通过螺栓调节固定杆位于固定桩外侧的长度，使固定桩固定在泥石流沟道之后，利用固定杆进一步加固，避免该泥石流冲击力监测装置因固定不牢而产生摆动，引起泥石流冲击力监测数据的误差。本发明具有能避免冲击力、稳固的优点。

Description

一种泥石流冲击力监测装置

技术领域

本发明涉及地质灾害监测、泥石流防治工程设备技术领域，尤其涉及一种泥石流冲击力监测装置。

背景技术

泥石流具有超强的冲击力和巨大的破坏能力，通过携带、冲刷、掩埋和冲击作用等方式对沿程或堆积区内各种障碍物造成破坏，是山区常见且典型的自然灾害类型之一。为减少泥石流灾害造成的损失，需要对泥石流冲击力进行监测，准确的泥石流冲击力监测，可以为泥石流防治工程提供基础设计参数，为拦挡工程抗滑移及抗倾覆验算提供准确数据，从而保证防治工程的安全性及可靠性，为泥石流多发区防灾减灾服务。

由于泥石流冲击力与泥石流发生的规模及流动特性存在直接关系，泥石流发生的规模越大，流动速度越快，产生的冲击力越大，因此，泥石流的巨大破坏力会造成现有冲击力监测装置使用寿命有限，需要频繁更换，且维护成本较高，另外，监测桩经过长时间泥石流冲击作用之后，固定桩容易发生松动，造成监测桩发生摆动，导致监测数据失真。

发明内容

为此，需要提供一种泥石流冲击力监测装置,以解决现有技术中监测装置易受损且易松动的问题。

为实现上述目的，发明人提供了一种泥石流冲击力监测装置，包括监测桩、底座和固定桩，监测桩下端与底座上侧中部固定连接，底座通过四个固定桩固定在泥石流沟道底床中，监测桩内部设置有信号采集装置和信号传输装置，且监测桩内均匀分布三个第一空腔，第一空腔内滑动连接有第一活塞，第一活塞左侧与第一导杆右端固定连接，第一导杆左端与冲击板右侧中部固定连接，冲击板左侧固定有冲击力传感器，冲击力传感器通过信号传输线路与信号采集装置连接，信号采集装置通过信号传输装置与控制中心无线信号通信，第一导杆前后侧均设有一个第二导杆，第二导杆左端与冲击板固定连接，第二导杆右端穿入监测桩内的第四空腔内，且第二导杆右端与第四活塞左侧固定连接，第四活塞与第四空腔滑动连接，且第四空腔内设有弹簧，弹簧左端与第四活塞右侧固定连接，弹簧右端与第四空腔右侧固定连接。

作为本发明的一种优选结构，每个所述第一空腔前侧和后侧靠近右端均与一个第三空腔顶端贯通，第三空腔内滑动连接有第三活塞，第三活塞位于第三空腔顶端时，第三活塞侧面将第三空腔与导管贯通部位封堵，第一空腔前侧和后侧的第三空腔均通过导管与第二空腔贯通，第二空腔设置在第一空腔上侧，导管靠近第二空腔一端设有单向阀，第二空腔顶端与第一空腔通过单向阀贯通，第二空腔内滑动连接有第二活塞，第二活塞底端与气压缸顶端固定连接，气压缸固定在监测桩内，且气压缸通过信号传输装置与控制中心无线信号通信。

作为本发明的一种优选结构，所述固定桩分为上、中、下三部分，且固定桩上、中、下三部分直径依次减小，且固定桩下部分底端为圆锥形尖端，固定桩中部穿过底座，固定桩上端凹槽内设有螺栓，螺栓与固定桩上端凹槽底端螺纹连接，且螺栓下端贯穿到固定桩内部空腔内，固定桩内部空腔内滑动连接有推杆，且推杆上端通过轴承与螺栓下端转动连接，推杆侧面螺旋分布有梯形凹槽，固定杆带有拐角的一端插入推杆的梯形凹槽内，位于梯形凹槽内的固定杆的一端与梯形凹槽内侧斜面接触且固定杆另一端穿过固定桩。

作为本发明的一种优选结构，所述第一活塞右侧的第一空腔部位填充有滞弹性的第一液体受力介质，第三空腔靠近底端部分填充有滞弹性的第二液体受力介质，且第二液体受力介质可压缩性大于第一液体受力介质可压缩性，第二液体受力介质压缩所需压力略小于监测桩承载力，使第三活塞所受压力接近监测桩承载力时，第二液体受力介质可以被压缩，提供一定的回弹空间，保护监测桩。

作为本发明的一种优选结构，所述导管上的单向阀由导管通向第二空腔，第二空腔与第一空腔之间的单向阀由第二空腔通向第一空腔。

区别于现有技术，上述技术方案所述的泥石流冲击力监测装置的上、中、下三个冲击力传感器监测沿竖向不同高度处的冲击力大小，利用均匀分布的泥石流冲击力监测装置监测不同位置处的冲击力大小，最终实现对泥石流冲击力的全方位监测；固定桩上螺旋分布的固定杆不仅能够产生螺旋叶片的螺旋作用，方便将固定桩插入泥石流沟道内，而且在将固定桩插入泥石流沟道底床之后，通过螺栓推动推杆滑动，利用推杆将固定杆推出，使固定杆位于固定桩外侧的部位变长，固定杆插入泥石流沟道的深度加深，使得本发明固定更加牢固，避免该泥石流冲击力监测装置发生摆动引起监测数据失真；另外，弹簧、第一液体受力介质、第二液体受力介质受力后可以发生弹性变形，提供了一定的回弹空间，减小硬性冲击，避免损坏监测桩，延长监测桩的使用寿命。最后，第一液体受力介质、第二液体受力介质滞弹性特点，使得第一液体受力介质、第二液体受力介质受到冲击力引起的弹性形变落后于冲击力的发生，而冲击力作用时间以及冲击力传感器受到冲击力发生响应的时间通常在千分之几秒，时间极短，使得第一液体受力介质、第二液体受力介质弹性形变不会引起冲击力传感器监测误差。

附图说明

图1为本发明一实施例涉及的泥石流冲击力监测装置的正视结构图；

图2为本发明一实施例涉及的监测桩的正视局部结构图；

图3为本发明一实施例涉及的图2中A-A部位剖视图；

图4为本发明一实施例涉及的监测桩的俯视结构图；

图5为本发明一实施例涉及的固定桩的结构图；

图6为本发明一实施例涉及的固定杆收缩时的结构图；

图7为本发明一实施例涉及的固定杆扩散时的结构图；

图8为本发明一实施例涉及的监测桩的分布方式正视截面图；

图9为本发明一实施例涉及的检测桩的分布方式侧视截面图；

图10为本发明一实施例涉及的检测桩的分布方式俯视图。

附图标记说明：

1、监测桩；

2、底座；

3、固定桩；

4、第一空腔；

5、第一活塞；

6、第一导杆；

7、冲击板；

8、冲击力传感器；

9、单向阀；

10、第二空腔；

11、第二活塞；

12、气压缸；

13、第三空腔；

14、导管；

15、第三活塞；

16、第四空腔；

17、弹簧；

18、第四活塞；

19、第二导杆；

20、固定杆；

21、螺栓；

22、轴承；

23、推杆。

具体实施方式

为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。

请参阅图1至图10，本发明提供了一种泥石流冲击力监测装置，包括监测桩1、底座2和固定桩3，监测桩1下端与底座2上侧中部固定连接，底座2通过四个固定桩3固定在泥石流沟道底床中，监测桩1内部设置有信号采集装置和信号传输装置，且监测桩1内均匀分布有三个第一空腔4，第一空腔4内滑动连接有第一活塞5，第一活塞5右侧的第一空腔4部位填充有滞弹性的第一液体受力介质，第一活塞5左侧与第一导杆6右端固定连接，第一导杆6左端与冲击板7右侧中部固定连接，冲击板7左侧固定有冲击力传感器8，冲击力传感器8通过必要的信号传输线路与信号采集装置连接，信号采集装置通过信号传输装置与控制中心无线信号通信，第一导杆6前后侧均设有一个第二导杆19，第二导杆19左端与冲击板7固定连接，第二导杆19右端穿入监测桩1内的第四空腔16内，且第二导杆19右端与第四活塞18左侧固定连接，第四活塞18与第四空腔16滑动连接，且第四空腔16内设有弹簧17，弹簧17左端与第四活塞18右侧固定连接，弹簧17右端与第四空腔16右侧固定连接。

每个所述第一空腔4前侧和后侧靠近右端均与一个第三空腔13顶端贯通，第三空腔13内滑动连接有第三活塞15，第三活塞15位于第三空腔13顶端时，第三活塞15侧面将第三空腔13与导管14贯通部位封堵，第三空腔13靠近底端部分填充有滞弹性的第二液体受力介质，且第二液体受力介质的可压缩性大于第一液体受力介质，第二液体受力介质压缩所需压力小于固定桩承载力，第一空腔4前侧和后侧的第三空腔13均通过导管14与第二空腔10贯通，第二空腔10设置在第一空腔4上侧，导管14靠近第二空腔10一端设有单向阀9，单向阀9由导管14通向第二空腔10，第二空腔10顶端与第一空腔4通过单向阀9贯通，单向阀9由第二空腔10通向第一空腔4，第二空腔10内滑动连接有第二活塞11，第二活塞11底端与气压缸12顶端固定连接，气压缸12固定在监测桩1内，且气压缸12通过信号传输装置与控制中心无线信号通信。

所述固定桩3分为上、中、下三部分，且固定桩3上、中、下三部分直径依次减小，且固定桩3下部分底端为圆锥形尖端，固定桩3中部穿过底座2，固定桩3上端凹槽内设有螺栓21，螺栓21与固定桩3上端凹槽底端螺纹连接，且螺栓21下端贯穿到固定桩3内部空腔内，固定桩3内部空腔内滑动连接有推杆23，且推杆23上端通过轴承22与螺栓21下端转动连接，推杆23侧面螺旋分布有梯形凹槽，固定杆20带有拐角的一端插入推杆23的梯形凹槽内，位于梯形凹槽内的固定杆的一端与梯形凹槽内侧斜面接触且固定杆20另一端穿过固定桩3。

具体的，本发明分布在泥石流流通区沟道内，其布置方法：

横向布置如图8所示，在泥石流流通区沟道内，泥石流沟道中心线处固定一个泥石流冲击力监测装置，且在泥石流沟道中心线两侧，对称均匀分布多个泥石流冲击力监测装置，相邻泥石流冲击力监测装置之间间距2.5m，对于泥石流沟道宽度小于5m的，即泥石流中心线距离两侧边缘小于2.5m的，仅在泥石流中心线位置设置一个泥石流冲击力监测装置；

纵向布置如图9所示，在泥石流流通沟道的内，每隔2.5m设置一个泥石流冲击力监测装置，且泥石流冲击力监测装置的冲击力传感器8朝向坡面高的一侧；最终形成如图10所示均匀分布在泥石流流通购岛内的泥石流冲击力监测装置。

泥石流冲击力监测装置固定方法；

旋转螺栓21，使推杆23向上移动，直到固定杆20拐角处与推杆23上梯形凹槽下侧面接触，之后将固定桩3穿过底座2，并采用按压旋转固定桩3的方式将其插入泥石流流通区沟道内，直到固定桩3上部位与底座2上侧面接触，将底座2固定，在将固定桩3插入泥石流流通区沟道底床时，泥石流沟道底床岩土体的压力使固定杆20紧贴推杆23上的梯形凹槽，使固定杆20处于如图6所示的状态，仅固定杆20的尖端位于固定桩3外侧，当固定桩3完全插入泥石流沟道之后，旋转螺栓21，利用螺栓21与固定桩3之间的螺纹配合将推杆23下推，推杆23被下推的过程中，推杆23上的梯形凹槽倾斜面与固定杆20发生相对位移，将被固定杆20推出，固定杆20状态如图7所示，固定杆20位于固定桩3外侧的部位变长，固定杆20插入泥石流沟道底床的深度加大。

泥石流发生时，泥石流流经冲击力监测装置：泥石流流体及所携带的固体物质与冲击力传感器8接触瞬间产生的冲击力，分别被泥石流冲击力监测装置的监测桩1上、中、下三个冲击力传感器8感应到，之后，冲击力传感器8的冲击力信号经过信号传输线路传送给信号采集装置，信号采集装置将泥石流冲击信号采集之后通过信号传输装置无线传送给控制中心，控制中心工作人员根据每个泥石流冲击力监测装置上、中、下不同部位的冲击力传感器的数据，计算出每个泥石流冲击力监测装置所在部位竖向泥石流冲击力平均值P1。之后，将每排横向分布泥石流冲击力监测装置的平均值P1全部相加，并求出平均值P2，P2即泥石流流经横向分布泥石流冲击力监测装置所在平面的一瞬间产生的冲击力，通过均匀分布的多排泥石流冲击力监测装置测量数据，最终得出泥石流冲击力的在不同高度处的冲击力变化情况。

泥石流冲击后的缓冲过程，冲击力传感器8承受的泥石流冲击力通过第一活塞5和第四活塞18，将冲击力传递给弹簧17和第一液体受力介质，弹簧发生微小形变，同时第一液体受力介质被压缩产生一定的回弹空间，使泥石流冲击力得到缓冲，之后第一液体受力介质进入第三空腔13，推动第三活塞15，第三活塞15在第三空腔13内滑动，第一液体受力介质通过第三空腔13侧面的导管14进入第二空腔10中，第一空腔4内第一液体受力介质减少，使第一活塞5进一步滑动，进一步增大回弹空间，泥石流冲击结束之后，工作人员在控制中心通过信号传输装置开启气压缸12，气压缸12伸长，将进入第二空腔10中的第一液体受力介质注入第一空腔4中，推动第一活塞5恢复到泥石流冲击前位置。

需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本发明的专利保护范围。因此，基于本发明的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (5)

1.一种泥石流冲击力监测装置，包括监测桩、底座和固定桩，其特征在于：监测桩下端与底座上侧中部固定连接，底座通过四个固定桩固定在泥石流沟道底床中，监测桩内部设置有信号采集装置和信号传输装置，且监测桩内均匀分布三个第一空腔，第一空腔内滑动连接有第一活塞，第一活塞左侧与第一导杆右端固定连接，第一导杆左端与冲击板右侧中部固定连接，冲击板左侧固定有冲击力传感器，冲击力传感器通过信号传输线路与信号采集装置连接，信号采集装置通过信号传输装置与控制中心无线信号通信，第一导杆前后侧均设有一个第二导杆，第二导杆左端与冲击板固定连接，第二导杆右端穿入监测桩内的第四空腔内，且第二导杆右端与第四活塞左侧固定连接，第四活塞与第四空腔滑动连接，且第四空腔内设有弹簧，弹簧左端与第四活塞右侧固定连接，弹簧右端与第四空腔右侧固定连接。

2.根据权利要求1所述的泥石流冲击力监测装置，其特征在于：每个所述第一空腔前侧和后侧靠近右端均与一个第三空腔顶端贯通，第三空腔内滑动连接有第三活塞，第三活塞位于第三空腔顶端时，第三活塞侧面将第三空腔与导管贯通部位封堵，第一空腔前侧和后侧的第三空腔均通过导管与第二空腔贯通，第二空腔设置在第一空腔上侧，导管靠近第二空腔一端设有单向阀，第二空腔顶端与第一空腔通过单向阀贯通，第二空腔内滑动连接有第二活塞，第二活塞底端与气压缸顶端固定连接，气压缸固定在监测桩内，且气压缸通过信号传输装置与控制中心无线信号通信。

3.根据权利要求1所述的泥石流冲击力监测装置，其特征在于：所述固定桩分为上、中、下三部分，且固定桩上、中、下三部分直径依次减小，且固定桩下部底端为圆锥形尖端，固定桩中部穿过底座，固定桩上端凹槽内设有螺栓，螺栓与固定桩上端凹槽底端通过螺纹连接，且螺栓下端贯穿到固定桩内部空腔内，固定桩内部空腔内滑动连接有推杆，且推杆上端通过轴承与螺栓下端转动连接，推杆侧面螺旋分布有梯形凹槽，固定杆带有拐角的一端插入推杆的梯形凹槽内，位于梯形凹槽内的固定杆的一端与梯形凹槽内侧斜面接触，且固定杆另一端穿过固定桩。

4.根据权利要求1或2所述的泥石流冲击力监测装置，其特征在于：所述第一活塞右侧的第一空腔部位填充有滞弹性的第一液体受力介质，第三空腔靠近底端部分填充有滞弹性的第二液体受力介质，且第二液体受力介质可压缩性大于第一液体受力介质可压缩性，第二液体受力介质压缩所需压力小于监测桩承载力。

5.根据权利要求2所述的泥石流冲击力监测装置，其特征在于：所述导管上的单向阀由导管通向第二空腔，第二空腔与第一空腔之间的单向阀由第二空腔通向第一空腔。