CN111473719A - 用于滑坡深部位移监测的柔性管状测量装置及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于滑坡深部位移监测的柔性管状测量装置，包括在滑坡上形成的竖直钻孔，钻孔的底端延伸到滑坡以下稳定岩土体内，钻孔内竖直设有柔性测管，柔性测管内壁上沿其长度方向设有刻度线，装置还包括可在柔性测管内上下移动的影像采集仪，影像采集仪与监测装置相连接；该装置能简单、实时、高效、准确地监测滑坡变形动态变化情况，本发明还公开了一种实现用于滑坡深部位移监测的柔性管状测量装置的方法。

Description

用于滑坡深部位移监测的柔性管状测量装置及其实现方法

技术领域

本发明涉及滑坡深部位移监测技术领域，特别涉及一种用于滑坡深部位移监测的柔性管状测量装置，还涉及用于滑坡深部位移监测的柔性管状测量装置的实现方法。

背景技术

滑坡深部位移监测是掌握滑坡坡体变形特征重要的手段，根据滑坡深部位移监测信息，能够对滑坡预报预警以及灾害防治提供可靠的信息保障，从而保证滑坡灾害区的人民生命安全以及减少灾害区的人民生产生活损失。

目前，滑坡深部位移监测技术常见有测斜仪监测技术、应变管监测技术、时间域反射仪监测技术、光纤光栅监测技术等。其中对于测斜仪监测技术，是通过在测斜管中测量不同深度测斜管的倾斜角来解算整个测斜孔不同深度的位移，其不足之处是监测实时性较差、受钻孔测斜管内径限制量程较小；对于应变管监测技术，是通过测量不同深度应变管内的应变片电阻值来解算整个孔内不同深度的位移，其不足之处是投入成本较大、易受湿度、温度等环境条件和传感器粘贴质量等人为条件影响；对于时间域反射仪监测技术，是利用同轴电缆的阻抗特性会随着电缆变形而发生变化特点来测量滑坡深部的位移，其不足之处是精度不易保证、投入成本较大；对于光纤光栅监测技术，是利用光纤光栅应变管变形来测量滑坡深部的位移，其不足之处是精度不易保证、工艺较复杂、投入成本较大、易受温度等环境条件和传感器粘贴质量等人为条件影响。

以上几种方法能运用于滑坡深部位移监测，其本质是通过测斜仪、应变片、电缆、光纤等实现滑坡深部位移监测，基于测斜仪等实现的滑坡深部位移监测存在监测量程小、实用成本较高、不易实时监测等缺点，基于应变片、电缆、光纤等实现的滑坡深部位移监测存在技术要求较高、工艺较复杂、监测投入成本较大、易受环境影响、精度不易保证等缺点。

综上所述，目前深部位移监测中普遍存在监测成本较高、监测精度较低、监测量程小、监测序点数量不足、受人为或环境因素影响较大、技术难度较高、实时性不高等缺点，因此，需要设计一种新型的滑坡深部位移监测技术，旨在更为简单、实时、高效、准确地监测滑坡变形动态变化，对于滑坡的预报预警与滑坡灾害科学防治具有重要的意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种用于滑坡深部位移监测的柔性管状测量装置，能简单、实时、高效、准确地监测滑坡变形动态变化，本发明还提供一种用于滑坡深部位移监测的柔性管状测量装置的实现方法。

本发明的目的之一是通过以下技术方案实现的：

用于滑坡深部位移监测的柔性管状测量装置，包括在滑坡上形成的竖直钻孔，所述钻孔的底端延伸到滑坡以下稳定岩土体内，所述钻孔内竖直设有可伸缩、弯曲和/扭曲变形的柔性测管，所述柔性测管内壁上沿其长度方向设有刻度线，所述装置还包括可在柔性测管内上下移动的影像采集仪，所述影像采集仪与监测装置相连接。

进一步，所述柔性测管由若干环圈在轴向上相扣接而成，所述刻度线设置在每个所述环圈内壁上。

进一步，所述柔性测管外套设有外包软管，所述外包软管外套设有螺旋弹簧，所述螺旋弹簧的内侧与外包软管接触、外侧与钻孔孔壁接触，所述外包软管外侧与钻孔孔壁间浇筑有水泥砂浆体。

进一步，所述环圈包括大环、小环和变径环，所述大环、小环和变径环的两端开口均为倾斜状且其倾斜方向和倾斜角度均相等，所述变径环的尺寸小端与小环相连，所述变径环的尺寸大端与大环相连，所述大环自由端的开口周向向内卷曲形成大环环勾，所述小环自由端的开口周向向外卷曲形成小环环勾，相邻两环圈的小环自由端位于大环自由端内侧且小环环勾可与大环环勾相扣接，所述刻度线设置在大环和小环内壁上。

进一步，所述环圈的小环外壁上临近小环环勾处设有限位凸起，所述环圈的大环内壁设有沿其轴向延伸的轴向凹槽，所述环圈的大环内壁中部设有沿其周向延伸的环向凹槽，所述环向凹槽与轴向凹槽相交叉，所述凸点滑动置于环向凹槽或轴向凹槽内。

进一步，所述环圈包括大套筒和小套筒，所述小套筒一端与大套筒一端相连，所述大套筒自由端中部开有供相邻小套筒穿过的孔，所述小套筒自由端周向向外延伸形成限位环，所述刻度线设置在小套筒和大套筒内壁上。

更进一步，所述限位环上设有沿其径向延伸的限位凸点，所述大套筒内壁设有沿其轴向延伸的轴向凹槽，所述大套筒内壁中部设有沿其周向延伸的环向凹槽，所述环向凹槽与轴向凹槽相交叉，所述凸点滑动置于环向凹槽和轴向凹槽中。

再进一步，所述影像采集仪包括相连接的摄像探头和电缆线，所述摄像探头位于柔性测管内，所述钻孔孔口处设有可供电缆线缠绕的绕线架，所述监测装置包括绕线架电机驱动机构、数据处理器和通讯网络，所述数据处理器分别与电缆线和绕线架电机驱动机构相连，所述绕线架电机驱动机构与绕线架电机相连，所述数据处理器通过通讯网络与监控终端相连，所述监测装置设置在钻孔孔口处。

本发明的目的之二是通过以下技术方案实现的：

一种实现用于滑坡深部位移监测的柔性管状测量装置的方法，包括如下步骤：

a在滑坡上竖直钻钻孔并使其底端延伸到滑坡以下稳定岩土体内；

b先将套设有螺旋弹簧的外包软管竖直放入钻孔中，所述螺旋弹簧的内侧与外包软管接触、外侧与钻孔孔壁接触，然后向外包软管外侧与钻孔孔壁间浇筑水泥砂浆体，再将柔性测管对正放入外包软管中，所述柔性测管由若干环圈在轴向上相扣接而成，每个所述环圈内壁上沿其长度方向设有刻度线，最后将影像采集仪放入柔性测管内并使影像采集仪与监测装置相连，影像采集仪可在钻孔内上下移动；

c使影像采集仪从钻孔孔口下移到钻孔孔底对柔性测管内刻度线初始状态进行成像采集，获得刻度线初始数据并将该数据传输给监侧装置储存，之后影像采集仪周期性对柔性测管内刻度线状态进行成像采集，获得连续的刻度线测量数据并将该数据传输给监测装置，监测装置对比分析连续的刻度线测量数据和刻度线初始数据获得滑坡变形动态变化情况。

进一步，所述影像采集仪包括相连接的摄像探头和电缆线，所述摄像探头位于柔性测管内，所述钻孔孔口处设有可供电缆线缠绕的绕线架，所述监测装置包括绕线架电机驱动机构、数据处理器和通讯网络，所述数据处理器控制绕线架电机驱动机构驱动绕线架电机动作，实现电缆线缠绕在绕线架上或从绕线架上卸下，摄像探头在重力作用下在钻孔内上下移动，所述数据处理器通过电缆线接收摄像探头采集的刻度线初始数据和刻度线测量数据，所述数据处理器对比分析连续的刻度线测量数据和刻度线初始数据获得滑坡变形动态变化，所述数据处理器还通过通讯网络将该护坡变形动态变化情况发送给监控终端。

本发明的有益效果是：

本发明的用于滑坡深部位移监测的柔性管状测量装置，在滑坡变形时，柔性测管伸缩、弯曲和/扭曲，其内的刻度线相对初始状态发生连续变化，影像采集仪采集刻度线连续变化影像及刻度线初始状态影像并传输给监测装置，监测装置分析对比刻度线连续变化影像与刻度线初始状态影像获得滑坡变形动态变化情况，本发明的用于滑坡深部位移监测的柔性管状测量装置的实现方法，步骤简单，实现容易。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明结构断面图。

图3为图1中柔性测管非限制状态伸长时、限制状态时及非限制状态缩短时的对比图。

图4为图1中另一种柔性测管的环圈主视剖视图。

图5为图1中影像采集仪与监测装置连接结构示意图。

图6为本发明安装示意图。

图7为本发明监测示意图。

具体实施方式

以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

如图1-7所示，用于滑坡深部位移监测的柔性管状测量装置，包括在滑坡8上形成的竖直钻孔5，钻孔5的底端延伸到滑坡8以下稳定岩土体9内，钻孔5内竖直设有柔性测管1，柔性测管1可伸缩、弯曲和/扭曲变形，柔性测管1内壁上沿其长度方向设有刻度线102，刻度线精度为毫米，当柔性测管1发生变形时，其上的刻度线发生变化，装置还包括可在柔性测管1内上下移动的影像采集仪6，影像采集仪6与监测装置7相连接，当滑坡8变形时，柔性测管1跟随变形，进而使其内的刻度线102发生变化，影像采集仪6采集刻度线初始状态影像及刻度线连续变化状态影像并传输给监测装置7，监测装置7分析对比刻度线连续变化状态影像与刻度线初始状态影像获得滑坡变形动态变化情况。

优选的，柔性测管1由若干环圈101在轴向上相扣接而成，刻度线102设置在每个环圈101内壁上。

柔性测管1外套设有外包软管2，外包软管2外套设有螺旋弹簧3，螺旋弹簧3的内侧与外包软管2接触、外侧与钻孔5孔壁接触，外包软管2外侧与钻孔5孔壁间浇筑有水泥砂浆体4；

外包软管2是波纹状软质管形壳体，具体可为波纹管，波纹状软质管体结构让其具有强的适应变形能力，外包软管具有隔离作用，隔离钻孔周围的地下水，避免地下水渗入进柔性测管1内，并且其结构特点使其能够适应滑坡变形以及其内嵌入的柔性测管变形。

螺旋弹簧3是外形螺旋状钢筋弹簧，用途上螺旋弹簧套设在外包软管上，具有支撑分离的作用，可以让嵌套柔性测管的外包软管处于钻孔中心，并且使外包软管与钻孔孔壁等距分离开来，避免外包软管贴合至钻孔一侧孔壁。此外，通过对套有螺旋弹簧的外包软管与钻孔孔壁间隙采取灌注水泥砂浆，水泥砂浆与螺旋弹簧组成管状钢筋硬化层，管状钢筋硬化层承担钻孔周围岩土压力作用，进而保护柔性测管，也保证由柔性测管、外包软管、螺旋弹簧组成的装置与钻孔周围的岩土体共同变形。

环圈101包括大环、小环和变径环，大环、小环和变径环的两端开口均为倾斜状且其倾斜方向和倾斜角度均相等，变径环的尺寸小端与小环相连，变径环的尺寸大端与大环相连，大环自由端的开口周向向内卷曲形成大环环勾，小环自由端的开口周向向外卷曲形成小环环勾，相邻两环圈的小环自由端位于大环自由端内侧且小环环勾可与大环环勾相扣接，刻度线102设置在大环和小环内壁上，这样的结构可实现相邻两环圈之间相互伸缩、弯曲和/扭曲。

环圈101的小环外壁上临近小环环勾处设有限位凸起104，环圈101的大环内壁设有沿其轴向延伸的轴向凹槽105，环圈的大环内壁中部设有沿其周向延伸的环向凹槽104，环向凹槽104与轴向凹槽105相交叉，凸起104滑动置于环向凹槽104或轴向凹槽105内，该环圈101中的环形凹槽尺寸比较小，当凸起位于环形凹槽中时，使得柔性测管的长度和角度固定即其长度为限制状态，当凸起位于轴向凹槽时，使得柔性测管的长度、角度可跟随滑坡变形而发生变化，此时柔性测管为非限制状态，该装置在组装时，柔性测管为限制状态，在常规状态时为非限制状态。设定限制状态柔性测管长度为L0；当环圈凸起位于邻近环圈轴向凹槽内时，柔性测管伸缩功能处于非限制状态，柔性测管拉伸最长长度L1，其为锁住状态长度L0的1倍，柔性测管压缩最短长度L1，其为限制状态长度L0的一半。

另一种方式，环圈101包括大套筒和小套筒，小套筒一端与大套筒一端相连，大套筒自由端中部开有供相邻小套筒穿过的孔，小套筒自由端周向向外延伸形成限位环，刻度线设置在小套筒和大套筒内壁上，这样的结构也可实现柔性测管伸缩、弯曲和/扭曲。

限位环106上设有沿其径向延伸的限位凸点，大套筒内壁设有沿其轴向延伸的轴向凹槽，大套筒内壁中部设有沿其周向延伸的环向凹槽，环向凹槽与轴向凹槽相交叉，凸点滑动置于环向凹槽和轴向凹槽中，这样的结构也可实现柔性测管为限制状态或非限制状态。

影像采集仪6包括相连接的摄像探头601和电缆线602，摄像探头601位于柔性测管1内，钻孔5孔口处设有可供电缆线602缠绕的绕线架，监测装置7包括绕线架电机驱动机构、数据处理器、通讯网络和电源，数据处理器分别与电缆线602和绕线架电机驱动机构相连，绕线架电机驱动机构与绕线架电机相连，数据处理器通过通讯网络与监控终端相连，监控终端可为手机，通讯网络可为gprs，监测装置7设置在钻孔5孔口处，电源为本装置供电。

一种实现用于滑坡深部位移监测的柔性管状测量装置的方法，包括如下步骤：

a在滑坡8上竖直钻钻孔5并使其底端延伸到滑坡8以下稳定岩土体9内；

b先将套设有螺旋弹簧3的外包软管2竖直放入钻孔中，螺旋弹簧的内侧与外包软管接触、外侧与钻孔孔壁接触，然后向外包软管外侧与钻孔孔壁间浇筑水泥砂浆体，再将柔性测管对正放入外包软管中，柔性测管由若干环圈在轴向上相扣接而成，每个环圈内壁上沿其长度方向设有刻度线，最后将影像采集仪放入柔性测管内并使影像采集仪与监测装置相连，影像采集仪可在钻孔内上下移动；

c使影像采集仪从钻孔孔口下移到钻孔孔底对柔性测管内刻度线初始状态进行成像采集，获得刻度线初始数据并将该数据传输给监侧装置储存，之后影像采集仪周期性对柔性测管内刻度线状态进行成像采集，获得连续的刻度线测量数据并将该数据传输给监测装置，监测装置对比分析连续的刻度线测量数据和刻度线初始数据获得滑坡变形动态变化情况。

影像采集仪包括相连接的摄像探头和电缆线，摄像探头位于柔性测管内，钻孔孔口处设有可供电缆线缠绕的绕线架，监测装置包括绕线架电机驱动机构、数据处理器和通讯网络，数据处理器控制绕线架电机驱动机构驱动绕线架电机动作，实现电缆线缠绕在绕线架上或从绕线架上卸下，摄像探头在重力作用下在钻孔内上下移动，数据处理器通过电缆线接收摄像探头采集的刻度线初始数据和刻度线测量数据，数据处理器对比分析连续的刻度线测量数据和刻度线初始数据获得滑坡变形动态变化，数据处理器还通过通讯网络将该护坡变形动态变化情况发送给监控终端。

本发明的技术原理：滑坡在变形时，其内部两点间相对位置会发生变化，可通过安装的测量仪器测量滑体沿钻孔轴线两点间的相对位移，若将滑坡以下稳定岩土体作为监测基准点，则可以算出滑坡沿钻孔轴线位移变化，这是目前滑坡深部位移监测的基本原理，也是本发明采纳的基本原理。本发明实现滑坡深部位移监测技术具体原理：由柔性测管1、外包软管2、螺旋弹簧3组成的柔性管状测量装置安装至钻孔5中，并灌注水泥砂浆体4将其与钻孔5壁耦合，滑坡变形会使埋设于其中的装置产生同步地共同变形，装置的柔性测管1发生相适应的变形，从而柔性测管内壁刻度会发生变化，通过影像采集仪6在柔性测管1内采集柔性测管内壁刻度数据，获得了各个时刻柔性测管的刻度值数据，以滑坡以下稳定岩土体作为监测基准点，通过监测装置7的数据处理器计算出滑坡沿整个钻孔轴线各点位移量数据，并逐步累积，得到整个沿钻孔轴线不同深度处总的位移量数据，通过监测装置的通讯模块将经过数据处理的滑坡变形位移数据实时传输至监测人员，监测人员能够实时、准确掌握滑坡的变形动态，及时进行滑坡安全预警。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.用于滑坡深部位移监测的柔性管状测量装置，其特征在于：包括在滑坡（8）上形成的竖直钻孔（5），所述钻孔（5）的底端延伸到滑坡（8）以下稳定岩土体（9）内，所述钻孔（5）内竖直设有可伸缩、弯曲和/扭曲变形的柔性测管（1），所述柔性测管（1）内壁上沿其长度方向设有刻度线（102），所述装置还包括可在柔性测管（1）内上下移动的影像采集仪（6），所述影像采集仪（6）与监测装置（7）相连接。

2.根据权利要求1所述的用于滑坡深部位移监测的柔性管状测量装置，其特征在于：所述柔性测管（1）由若干环圈（101）在轴向上相扣接而成，所述刻度线（102）设置在每个所述环圈（101）内壁上。

3.根据权利要求2所述的用于滑坡深部位移监测的柔性管状测量装置，其特征在于：所述柔性测管（1）外套设有外包软管（2），所述外包软管（2）外套设有螺旋弹簧（3），所述螺旋弹簧（3）的内侧与外包软管（2）接触、外侧与钻孔（5）孔壁接触，所述外包软管（2）外侧与钻孔（5）孔壁间浇筑有水泥砂浆体（4）。

4.根据权利要求3所述的用于滑坡深部位移监测的柔性管状测量装置，其特征在于：所述环圈（101）包括大环、小环和变径环，所述大环、小环和变径环的两端开口均为倾斜状且其倾斜方向和倾斜角度均相等，所述变径环的尺寸小端与小环相连，所述变径环的尺寸大端与大环相连，所述大环自由端的开口周向向内卷曲形成大环环勾，所述小环自由端的开口周向向外卷曲形成小环环勾，相邻两环圈的小环自由端位于大环自由端内侧且小环环勾可与大环环勾相扣接，所述刻度线（102）设置在大环和小环内壁上。

5.根据权利要求4所述的用于滑坡深部位移监测的柔性管状测量装置，其特征在于：所述环圈（101）的小环外壁上临近小环环勾处设有限位凸起（104），所述环圈（101）的大环内壁设有沿其轴向延伸的轴向凹槽（105），所述环圈的大环内壁中部设有沿其周向延伸的环向凹槽（104），所述环向凹槽（104）与轴向凹槽（105）相交叉，所述凸起（104）滑动置于环向凹槽（104）或轴向凹槽（105）内。

6.根据权利要求3所述的用于滑坡深部位移监测的柔性管状测量装置，其特征在于：所述环圈（101）包括大套筒和小套筒，所述小套筒一端与大套筒一端相连，所述大套筒自由端中部开有供相邻小套筒穿过的孔，所述小套筒自由端周向向外延伸形成限位环，所述刻度线设置在小套筒和大套筒内壁上。

7.根据权利要求6所述的用于滑坡深部位移监测的柔性管状测量装置，其特征在于：所述限位环（106）上设有沿其径向延伸的限位凸点，所述大套筒内壁设有沿其轴向延伸的轴向凹槽，所述大套筒内壁中部设有沿其周向延伸的环向凹槽，所述环向凹槽与轴向凹槽相交叉，所述凸点滑动置于环向凹槽和轴向凹槽中。

8.根据权利要求1-7任一所述的用于滑坡深部位移监测的柔性管状测量装置，其特征在于：所述影像采集仪（6）包括相连接的摄像探头（601）和电缆线（602），所述摄像探头（601）位于柔性测管（1）内，所述钻孔（5）孔口处设有可供电缆线（602）缠绕的绕线架，所述监测装置（7）包括绕线架电机驱动机构、数据处理器和通讯网络，所述数据处理器分别与电缆线（602）和绕线架电机驱动机构相连，所述绕线架电机驱动机构与绕线架电机相连，所述数据处理器通过通讯网络与监控终端相连，所述监测装置（7）设置在钻孔（5）孔口处。

9.一种实现权利要求1-6任一所述的用于滑坡深部位移监测的柔性管状测量装置的方法，其特征在于：包括如下步骤：

a在滑坡（8）上竖直钻钻孔（5）并使其底端延伸到滑坡（8）以下稳定岩土体（9）内；

b先将套设有螺旋弹簧（3）的外包软管（2）竖直放入钻孔中，所述螺旋弹簧的内侧与外包软管接触、外侧与钻孔孔壁接触，然后向外包软管外侧与钻孔孔壁间浇筑水泥砂浆体，再将柔性测管对正放入外包软管中，所述柔性测管由若干环圈在轴向上相扣接而成，每个所述环圈内壁上沿其长度方向设有刻度线，最后将影像采集仪放入柔性测管内并使影像采集仪与监测装置相连，影像采集仪可在钻孔内上下移动；

c使影像采集仪从钻孔孔口下移到钻孔孔底对柔性测管内刻度线初始状态进行成像采集，获得刻度线初始数据并将该数据传输给监侧装置储存，之后影像采集仪周期性对柔性测管内刻度线状态进行成像采集，获得连续的刻度线测量数据并将该数据传输给监测装置，监测装置对比分析连续的刻度线测量数据和刻度线初始数据获得滑坡变形动态变化情况。

10.根据权利要求9任一所述的用于滑坡深部位移监测的柔性管状测量装置的实现方法，其特征在于：所述影像采集仪包括相连接的摄像探头和电缆线，所述摄像探头位于柔性测管内，所述钻孔孔口处设有可供电缆线缠绕的绕线架，所述监测装置包括绕线架电机驱动机构、数据处理器和通讯网络，所述数据处理器控制绕线架电机驱动机构驱动绕线架电机动作，实现电缆线缠绕在绕线架上或从绕线架上卸下，摄像探头在重力作用下在钻孔内上下移动，所述数据处理器通过电缆线接收摄像探头采集的刻度线初始数据和刻度线测量数据，所述数据处理器对比分析连续的刻度线测量数据和刻度线初始数据获得滑坡变形动态变化，所述数据处理器还通过通讯网络将该护坡变形动态变化情况发送给监控终端。

Images