CN110632341B - 一种监测滑坡滑动速度和滑动位移的方法 - Google Patents

一种监测滑坡滑动速度和滑动位移的方法 Download PDF

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Abstract

一种监测滑坡滑动速度和滑动位移的方法，包括以下步骤：在滑坡体上埋设绝缘导线，绝缘导线平直且垂直于滑坡体滑动方向，将滑坡体底部的绝缘导线通过柔性电缆连接至滑坡体顶部并接入电流表后与绝缘导线形成闭合线路，数据采集设备通过数据线连接至电流表，数据采集设备高频采集电流表电流信号；测量滑坡体上磁场强度B，磁感线与滑坡坡面法线水平向夹角
Figure DEST_PATH_IMAGE002
和垂直向夹角β，绝缘导线长度L，测量闭合线路的电阻R，设置数据采集设备采集频率f；当滑坡体滑动时，绝缘导线切割地球磁感线，绝缘导线产生电流，数据采集设备记录电流表
Figure DEST_PATH_IMAGE004
时刻监测电流为
Figure DEST_PATH_IMAGE006
，根据电流
Figure 328152DEST_PATH_IMAGE006
随时间
Figure 44960DEST_PATH_IMAGE004
变化值积分计算滑坡体滑动速度与滑动位移。

Description

一种监测滑坡滑动速度和滑动位移的方法
技术领域
本发明属于滑坡灾害监测领域，具体地说涉及一种应用于滑坡滑动速度和滑动位移监测方法，更加具体的说是一种根据滑坡体中预埋设导线在滑坡滑动时产生电流来计算滑坡滑动速度和滑动位移的方法。
背景技术
目前国内外滑坡滑动速度和滑动位移监测预警方法已有多种，但基于滑坡体中预埋设导线在滑坡滑动时产生电流来计算滑坡滑动速度和滑动位移的方法未有报道。
我国是多山地区，再加上近几十年公路、铁路及水电工程发展，自然或人工高陡边坡越来越多，在降雨、地震等自然或人工因素影响下，时常发生滑坡造成生命财产损失事件，严重威胁着人民生命财产安全。
滑坡变形位移和变形速度监测方法主要有GNSS监测方法、雷达干涉监测方法、钻孔测斜仪监测方法、三维激光扫描监测方法和群测群防等方法。
发明内容
滑坡滑动的速度和滑动的位移是滑坡稳定性判断的关键指标，因此现有的滑坡监测方法多监测滑坡的滑动的速度和滑动的位移。但是现有的GNSS监测方法、雷达干涉监测方法、钻孔测斜仪监测方法、三维激光扫描监测方法都是成本极高的监测方法，很难大范围推广。群测群防方法依靠人员经验判断，缺乏可靠性。
本发明的目的在于提供一种监测滑坡滑动速度和滑动位移的方法，基于滑坡体中预埋设导线在滑坡滑动时产生电流来计算滑坡滑动速度和滑动位移的方法。本发明采集信号精度高，成本低廉、安装简便，具有适用性强特点。
本发明的目的是以下述方式实现的：
一种监测滑坡滑动速度和滑动位移的方法，包括以下步骤：
a.安装监测设备：在滑坡体上埋设绝缘导线，绝缘导线平直且垂直于滑坡体滑动方向，将滑坡体底部的绝缘导线通过柔性电缆连接至滑坡体顶部并接入nA电流表后与绝缘导线形成闭合线路，数据采集设备通过数据线连接至nA电流表，数据采集设备高频采集电流表电流信号；
b.测量滑坡体上磁场强度B，磁感线与滑坡坡面法线水平向夹角θ和垂直向夹角β，绝缘导线长度L，测量闭合线路的电阻R，设置数据采集设备采集频率f；
c.当滑坡体滑动时，绝缘导线切割地球磁感线，绝缘导线产生电流，数据采集设备记录电流表ti时刻监测电流为Ii，根据电流Ii随时间ti变化值积分计算滑坡体滑动速度与滑动位移。
上述监测滑坡滑动速度和滑动位移的方法，所述步骤a中数据采集设备为测站式数据采集仪终端。可采集RS-232数据接口的传感器，采集频率最高可达800赫兹，极限工作温度-30℃～80℃。
上述监测滑坡滑动速度和滑动位移的方法，所述步骤a中nA电流表的测量范围0～20nA，误差小于2％。
上述磁感线与滑坡坡面法线水平向夹角θ和垂直向夹角β，所述步骤b中磁感线与滑坡坡面法线水平向夹角θ和垂直向夹角β为均为大于0°小于90°。
上述监测滑坡滑动速度和滑动位移的方法，所述步骤c中计算滑坡体滑动速度和滑动位移如下：
根据法拉第电磁感应定律，在ti时刻导线中电流Ii＝BLVi cosθcosβ/R
在ti时刻滑坡沿坡面方向滑动速度Vvi＝IiR/BLcosθcosβ(i＝1,2,3…n)
滑坡沿坡面方向累积滑动位移为：
Figure BDA0002191283760000021
B-磁场强度，安培/米；
L-滑坡体中埋设导线长度，米；
R-闭合线路的电阻，欧姆；
β-磁感线与滑坡坡面法线垂直向夹角，度；
f-数据采集设备采集频率，赫兹；
f-数据采集设备采集频率，赫兹；
Vvi-在ti时刻滑坡竖直方向滑动速度，米/天；
SS-在ti时刻滑坡沿坡面方向累积滑动位移，米。
相对于现有技术，有以下优点：
本发明就基于滑坡体中预埋设导线在滑坡滑动时产生电流来计算滑坡滑动速度和滑动位移，采集信号精度高，成本低廉、安装简便，具有适用性强特点。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
具体实施方式
本发明nA电流表选用美国MONROE公司285纳安电流表，测量范围0～20nA，分辨率：0.01nA精度优于：±2％；测量电阻的电阻表选用普通万用表测量系统电阻；磁场强度的磁力表选用北京恒奥德仪器仪表有限公司的型号：H17565的地球磁场测量仪，精度优于：±0.5％F.S，灵敏度1nT；数据采集设备采用北京北科安地科技发展有限公司ADT-M100S型测站式数据采集仪终端采集电流表电流数据。
实施例1：
一种监测滑坡滑动速度和滑动位移的方法，包括以下步骤：
a.安装监测设备：在滑坡体上埋设绝缘导线，绝缘导线平直且垂直于滑坡体滑动方向，将滑坡体底部的绝缘导线通过柔性电缆连接至滑坡体顶部并接入nA电流表后与绝缘导线形成闭合线路，数据采集通过数据线连接至nA电流表，数据采集设备高频采集电流表电流信号；
b.测量滑坡体上磁场强度B，测量磁感线与滑坡坡面法线水平向夹角θ和垂直向夹角β，绝缘导线长度L，测量闭合线路的电阻R，设置数据采集设备采集频率f；
c.当滑坡体滑动时，绝缘导线切割地球磁感线，绝缘导线产生电流，数据采集设备记录电流表ti时刻监测电流为Ii，根据电流Ii随时间ti变化值积分计算滑坡体滑动速度与滑动位移；
d.计算滑坡体滑动速度和滑动位移如下：
根据法拉第电磁感应定律，在ti时刻导线中电流Ii＝BLVicosθcosβ/R
在ti时刻滑坡沿坡面方向滑动速度Vvi＝IiR/BLcosθcosβ(i＝1,2,3…n)
滑坡沿坡面方向累积滑动位移为：
Figure BDA0002191283760000031
B-磁场强度，安培/米；
L-滑坡体中埋设导线长度，米；
R-闭合线路的电阻，欧姆；
θ-磁感线与滑坡坡面法线水平向夹角，度；
β-磁感线与滑坡坡面法线垂直向夹角，度；
f-数据采集设备采集频率，赫兹；
Vvi-在ti时刻滑坡竖直方向滑动速度，米/秒；
SS-在ti时刻滑坡沿坡面方向累积滑动位移，米。
实施例2：
一种监测滑坡滑动速度和滑动位移的方法，包括以下步骤：
a.安装监测设备：在滑坡体上埋设绝缘导线，绝缘导线平直且垂直于滑坡体滑动方向，将滑坡体底部的绝缘导线通过柔性电缆连接至滑坡体顶部并接入nA电流表后与绝缘导线形成闭合线路，数据采集设备(北京北科安地科技发展有限公司ADT-M100S型测站式数据采集仪终端)通过数据线连接至nA电流表，数据采集设备高频采集电流表电流信号；
b.测量滑坡体上磁场强度B(49518.1nT)，测量磁感线与滑坡坡面法线垂直向夹角β(10°)，绝缘导线长度L(20米)，测量闭合线路的电阻R(1.5欧姆)，测量磁感线与滑坡坡面法线水平向夹角θ(8°)，设置数据采集设备采集频率f(10赫兹)；
c.当滑坡体滑动时，绝缘导线切割地球磁感线，绝缘导线产生电流，数据采集设备记录电流表在1秒内产生的10组数据(ti，Ii)，10组数据分别为(0.1s，1.18na)，(0.2s，3.51na)，(0.3s，4.21nA)，(0.4s，4.89nA)，(0.5s，5.02nA)，(0.6s，4.61nA)，(0.7s，3.51nA)，(0.8s，2.00nA)，(0.9s，1.10nA)，(1.0s，0.01nA)，根据电流Ii随时间ti变化值积分计算滑坡体滑动速度与滑动位移；
d.计算滑坡体滑动速度和滑动位移如下：
根据法拉第电磁感应定律：
在ti时刻滑坡沿坡面方向滑动速度Vvi＝IiR/BLcosθcosβ(i＝1,2,3…n)(0.1s，0.155m/d)，(0.2s，0.460m/d)，(0.3s，0.552m/d)，(0.4s，0.641m/d)，(0.5s，0.659m/d)，(0.6s，0.605m/d)，(0.7s，0.460m/d)，(0.8s，0.262m/d)，(0.9s，0.144m/d)，(1.0s，0.001m/d)；
滑坡沿坡面方向累积滑动位移为：
Figure BDA0002191283760000051
(4.6*10-6m)
B-磁场强度，安培/米；
L-滑坡体中埋设导线长度，米；
R-闭合线路的电阻，欧姆；
θ-磁感线与滑坡坡面法线水平向夹角，度；
β-磁感线与滑坡坡面法线垂直向夹角，度；
f-数据采集设备采集频率，赫兹；
Vvi-在ti时刻滑坡竖直方向滑动速度，米/秒；
Vsi-在ti时刻滑坡沿坡面方向滑动速度，米/秒；
SV-在ti时刻滑坡竖直方向累积滑动位移，米；
SS-在ti时刻滑坡沿坡面方向累积滑动位移，米。
实施例3：
一种监测滑坡滑动速度和滑动位移的方法，包括以下步骤：
a.安装监测设备：在滑坡体上埋设绝缘导线，绝缘导线平直且垂直于滑坡体滑动方向，将滑坡体底部的绝缘导线通过柔性电缆连接至滑坡体顶部并接入nA电流表后与绝缘导线形成闭合线路，数据采集设备(北京北科安地科技发展有限公司ADT-M100S型测站式数据采集仪终端)通过数据线连接至nA电流表，数据采集设备高频采集电流表电流信号；
b.测量滑坡体上磁场强度B(49829.5nT)，测量磁感线与滑坡坡面法线水平向夹角θ(5°)，测量磁感线与滑坡坡面法线垂直向夹角β(7°)，绝缘导线长度L(30米)，测量闭合线路的电阻R(1.7欧姆)，设置数据采集设备采集频率f(20赫兹)；
c.当滑坡体滑动时，绝缘导线切割地球磁感线，绝缘导线产生电流，数据采集设备记录电流表在1秒内产生的20组数据(ti，Ii)，20组数据分别为(0.05s，0.01na)，(0.1s，2.42na)，(0.15s，4.21nA)，(0.2s，5.66nA)，(0.25s，5.92nA)，(0.3s，5.69nA)，(0.35s，6.89nA)，(0.4s，6.00nA)，(0.45s，6.10nA)，(0.5s，7.01nA)，(0.55s，7.13na)，(0.6s，7.23na)，(0.65s，8.26nA)，(0.7s，7.22nA)，(0.75s，6.12nA)，(0.8s，4.59nA)，(0.85s，3.21nA)，(0.9s，1.18nA)，(0.95s，0.10nA)，(1.0s，0.02nA)根据电流Ii随时间ti变化值积分计算滑坡体滑动速度与滑动位移；
d.计算滑坡体滑动速度和滑动位移如下：
根据法拉第电磁感应定律：
在ti时刻滑坡沿坡面方向滑动速度Vvi＝IiR/BLcosθcosβ(i＝1,2,3…n)(0.05s，0.001m/d)，(0.1s，0.238m/d)，(0.15s，0.414m/d)，(0.2s，0.557m/d)，(0.25s，0.582m/d)，(0.3s，0.560m/d)，(0.35s，0.678m/d)，(0.4s，0.590m/d)，(0.45s，0.600m/d)，(0.5s，0.690m/d)，(0.55s，0.701m/d)，(0.6s，0.711m/d)，(0.65s，0.813m/d)，(0.7s，0.710m/d)，(0.75s，0.602m/d)，(0.8s，0.452m/d)，(0.85s，0.316m/d)，(0.9s，0.116m/d)，(0.95s，0.010m/d)，(1.0s，0.002m/d)；
滑坡沿坡面方向累积滑动位移为：
Figure BDA0002191283760000061
(1.08*10-5m)
B-磁场强度，安培/米；
L-滑坡体中埋设导线长度，米；
R-闭合线路的电阻，欧姆；
β-磁感线与滑坡坡面法线垂直向夹角，度；
f-数据采集设备采集频率，赫兹；
f-数据采集设备采集频率，赫兹；
Vvi-在ti时刻滑坡竖直方向滑动速度，米/天；
SS-在ti时刻滑坡沿坡面方向累积滑动位移，米。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (4)

1.一种监测滑坡滑动速度和滑动位移的方法，其特征在于：包括以下步骤：
a.安装监测设备：在滑坡体上埋设绝缘导线，绝缘导线平直且垂直于滑坡体滑动方向，将滑坡体底部的绝缘导线通过柔性电缆连接至滑坡体顶部并接入nA电流表后与绝缘导线形成闭合线路，数据采集设备通过数据线连接至nA电流表，数据采集设备高频采集电流表电流信号；
b.测量滑坡体上磁场强度B，地球磁感线与滑坡坡面法线水平向夹角θ和垂直向夹角β，绝缘导线长度L，测量闭合线路的电阻R，设置数据采集设备采集频率f；
c.当滑坡体滑动时，绝缘导线切割地球磁感线，绝缘导线产生电流，数据采集设备记录电流表ti时刻监测电流为Ii，根据电流Ii随时间ti变化值积分计算滑坡体滑动速度与滑动位移；
所述步骤c中计算滑坡体滑动速度和滑动位移如下：
根据法拉第电磁感应定律，在ti时刻导线中电流Ii＝BLVicosθcosβ/R在ti时刻滑坡沿坡面方向滑动速度Vvi＝IiR/BLcosθcosβ(i＝1,2,3…n)滑坡沿坡面方向累积滑动位移为：
Figure FDA0003027575750000011
Figure FDA0003027575750000012
B-磁场强度，安培/米；
L-滑坡体中埋设导线长度，米；
R-闭合线路的电阻，欧姆；
β-地球磁感线与滑坡坡面法线垂直向夹角，度；
f-数据采集设备采集频率，赫兹；
Vvi-在ti时刻滑坡竖直方向滑动速度，米/天；
SS-在ti时刻滑坡沿坡面方向累积滑动位移，米。
2.根据权利要求1所述的监测滑坡滑动速度和滑动位移的方法，其特征在于：所述步骤a中数据采集设备为测站式数据采集仪终。
3.根据权利要求1所述的监测滑坡滑动速度和滑动位移的方法，其特征在于：所述步骤a中nA电流表的测量范围0～20nA，误差小于2％。
4.根据权利要求1所述的监测滑坡滑动速度和滑动位移的方法，其特征在于：其特征在于：所述步骤b中地球磁感线与滑坡坡面法线水平向夹角θ和垂直向夹角β均大于0°小于90°。
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