CN111811422B - 一种基于锚索稳固的岩石边坡形变在线监测采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于锚索稳固的岩石边坡形变在线监测采集装置，涉及监测设备领域，技术方案为，包括与边坡外侧预留的锚索夹持的终端，及各个终端之间连接的钢丝绳；终端包括夹持部，及位于夹持部周侧的监测部；夹持部夹持在锚索外侧，监测部包括若干圆周阵列设置在夹持部外侧的拉紧组件，相邻的两个终端之间的拉紧组件之间通过钢丝绳连接；拉紧组件包括转轮，转轮固定连接钢丝绳的一端，转轮由驱动组件驱动转动；还包括用于统计转轮转动圈数的计数器，计数器与主控制器之间连接，形成数据反馈通道。本发明的有益效果是：通过本方案可以实现对于延时边坡大致形变情况的远程监测，无须监测人员到达现场便可实现监测。

Description

一种基于锚索稳固的岩石边坡形变在线监测采集装置

技术领域

本发明涉及监测设备领域，特别涉及一种基于锚索稳固的岩石边坡形变在线监测采集装置。

背景技术

目前随着人们活动范围的增加，如水库、道路甚至居住区域，都有濒临山体的情况，出于安全角度，对于这一类情况的岩石边坡往往需要进行加固，如最简单的在边坡外侧铺设防护网，或者在边坡上埋入锚索或者锚杆，均可以起到对边坡的稳固效果。

对于锚索稳固边坡的施工方式一般为在边坡上开阵列式孔洞，将若干锚索埋入孔洞中，填充混凝土，从而起到增强岩石边坡表面至内部的稳定性。而对于该形式的边坡稳固情况，目前大多是采用人工周期性实地监测的方法。因为该类型的边坡数量极大，所以难以实现日常监测。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种基于锚索稳固的岩石边坡形变在线监测采集装置。

其技术方案为，包括与边坡外侧预留的锚索夹持的终端，及各个终端之间连接的钢丝绳；所述终端包括夹持部，及位于夹持部周侧的监测部；

所述夹持部夹持在所述锚索外侧，所述监测部包括若干圆周阵列设置在所述夹持部外侧的拉紧组件，相邻的两个终端之间的拉紧组件之间通过所述钢丝绳连接；

所述拉紧组件包括转轮，转轮固定连接钢丝绳的一端，所述转轮由驱动组件驱动转动；还包括用于统计所述转轮转动圈数的计数器，所述计数器与主控制器之间连接，形成数据反馈通道。计数器只需满足可以统计转轮转动圈数即可，此为现有技术，在此不再赘述。

每个终端均包含有一个主控制器，所有终端的主控制器均与上位机连接，形成反馈和控制回路。

优选为，每一段所述钢丝绳均包括位于两侧端部段，和位于两个端部段中间的连接段，所述连接段为金属的柱体，连接段的两端固定有连接块，两端的所述连接块分别与两侧的端部段焊接，所述连接段的直径小于所述钢丝绳端部段的直径，所述连接段的中部开设有凹口。钢丝绳中部设置有带凹口的金属柱体，当出现拉扯钢丝绳的情况时，钢丝绳更容易被拉断，即避免了终端因为和钢丝绳连接被拉坏的情况，当出现较大块落石落下的情况时，钢丝绳较容易被拉断，从而反馈监测结果。

优选为，所述监测部包括底座，所述拉紧组件设置在所述底座上；

每个所述拉紧组件均包括位于底部的支块，所述支块设置在所述底座上，所述支块上侧面固定设置轴杆，所述转轮套设在所述轴杆，且所述转轮与所述轴杆转动连接；

所述转轮上表面固定设置锥齿盘，所述轴杆上侧固定设置电机，所述电机的电机轴上设置锥齿轮，所述锥齿轮与所述锥齿盘啮合；所述电机与主控制器连接，形成控制回路；

所述转轮上侧设置有罩体，所述罩体将所述电机及锥齿盘罩扣在内部。

所述电机选用伺服电机，通过结合锥齿路和锥齿盘的减速机构，采用较小功率的电机即可提供足够卷动钢丝绳的拉力。

因为终端所采用的均是小功率耗电组件，而本装置所使用的环境均为户外环境，所以可以选择在岩石边坡的适当位置设置太阳能电池板及相关供电组件，作为各个终端的供电来源。

优选为，所述拉紧组件还包括可以检测所述转轮转动角度的转角传感器；所述转角传感器与主控制器连接，形成数据反馈通路。

优选为，所述底座上设置有滑轨，所述滑轨围绕所述夹持部成放射状圆周设置，滑轨上侧为开放面；

所述支块设置在所述滑轨内，且所述支块与所述滑轨滑动连接；

以滑轨远离所述夹持部的一端为滑轨的外侧端，所述支块与所述滑轨外侧端之间设置有波纹管，所述波纹管由金属材质制成；

所述滑轨底部设置若干光敏传感器，所述光敏传感器沿所述滑轨的方向阵列设置，所述支块上侧固定设置有水平的挡板，所述挡板朝向所述滑轨外测端设置，所述挡板位于所述滑轨上侧，且所述滑轨的下侧面与所述滑轨的上侧面相贴；

所述光敏传感器与所述主控制器连接，形成反馈通道。

优选为，波纹管选用金属的抗压力小于钢丝绳的抗拉力。

优选为，所述支块朝向所述滑轨外侧端的一侧固定设置支杆，所述支杆水平设置，所述波纹管套设在所述支杆外侧，所述滑轨外侧端的侧壁上开始有供所述支杆穿过的通孔。

优选为，所述夹持部包括套筒，套筒套设在锚索外侧，且套筒与锚索同轴，套筒的筒壁上对称设置推杆，推杆位于套筒内部的一端设置弧形的瓦板，通过推杆结合瓦板夹持锚索位于边坡外侧的部分。

优选为，所述套筒筒壁两侧对称设置推杆通道，所述推杆位于所述推杆通道内，所述推杆远离所述瓦板的一端固定设置顶块，所述顶块与所述推杆通道滑动连接，所述顶块周壁与所述推杆通道内壁紧贴且密封，所述顶块远离所述瓦板的一侧设置液压管道，液压管道上设置阀门。

通过液压管道向顶块后侧注入液压油，从而推动顶块及推杆向套筒内部运动，从而实现对锚索的夹紧，当确认锚索被夹紧后，通过阀门封闭液压管道，保持瓦板对锚索的压力。

在液压油注入时，可以通过三通来分别两个对称设置的压夜管道同时注入，从而令两侧的瓦板同步向套筒中部运动。

优选为，所述夹持部还包括顶板，所述顶板与锚索的端部焊接；

顶板位于所述套筒上侧；

顶板的直径大于套筒的直径；

所述转轮的中部固定设置有水平的连杆，连杆延伸至所述转轮外侧。

顶板中部开设与锚索对应的通孔，本装置安装时可以将锚索穿过顶板的通孔，然后将锚索与顶板焊接在一起。对于钢丝绳的连接，可以将钢丝绳的端部与转轮的连杆焊接，通过连杆可以更方便的连接钢丝绳和转轮。

一种岩石边坡形变监测方法，包括步骤，

S1、以边坡上的每个锚索位置为中心，圆周阵列设置若干转轮；

S2、相邻的两个锚索的转轮之间通过钢丝绳连接；

S3、通过驱动机构远程驱动转轮旋转，并统计转轮转动的转动情况；

S4、根据S3的转动结果，对边坡形变情况进行判断，如果转轮转动圈数在参考值内，则说明相邻两个锚索之间的位置变近了，如果转轮转动的圈数在参考值外，则说明相邻两个锚索之间的位置变远了；参考值根据转轮直径大小和可能出现形变的情况进行设定，当相邻两个锚索之间变小时，则转轮转动有限次的圈数，该次数小于参考值。当相邻两个锚索之间距离变大，从而导致钢丝绳拉断时，则转轮会以较大数量的转动圈数反馈，该次数则大于参考值；

S5、根据所述锚索周边转轮反馈的情况，来整体性的判断监测区域内岩石边坡的形变情况。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过本方案可以实现对于延时边坡大致形变情况的远程监测，无须监测人员到达现场便可实现监测。且本方案组件简单，能耗低，可通过使用太阳能进行供电，对于使用环境适应性高。

附图说明

图1为本发明实施例的使用状态示意图。

图2为图1的A局部放大图。

图3为本发明实施例的支块部分结构示意图。

图4为本发明实施例的波纹管结构示意图。

其中，附图标记为：1、终端；11、夹持部；111、套筒；112、推杆；113、液压管道；12、监测部；121、转轮；122、底座；123、支块；124、轴杆；125、罩体；126、滑轨；128、挡板；129、支杆；2、钢丝绳。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。当然，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

实施例1

参见图1至图4，本发明提供一种基于锚索稳固的岩石边坡形变在线监测采集装置，包括与边坡外侧预留的锚索夹持的终端1，及各个终端1之间连接的钢丝绳2；终端1包括夹持部11，及位于夹持部11周侧的监测部12；

夹持部11夹持在锚索外侧，监测部12包括若干圆周阵列设置在夹持部11外侧的拉紧组件，相邻的两个终端1之间的拉紧组件之间通过钢丝绳2连接；

拉紧组件包括转轮121，转轮121固定连接钢丝绳2的一端，转轮121由驱动组件驱动转动；还包括用于统计转轮121转动圈数的计数器，计数器与主控制器之间连接，形成数据反馈通道。计数器只需满足可以统计转轮121转动圈数即可，此为现有技术，在此不再赘述。

每个终端1均包含有一个主控制器，所有终端的主控制器均与上位机连接，形成反馈和控制回路。

通过该结构，锚索铺设完毕后，将夹持部11固定在锚索外侧，在相邻的两个终端之间拉设钢丝绳2，钢丝绳2的两端分别固定在两个终端1所含有监测部12的转轮121轮轴处。驱动组件的动力源可以选用伺服电机驱动，当需要检查边坡情况时，通过主控制器传输控制指令使各个伺服电机开始工作，如果对应的计数器没有反馈转轮121的转数，则说明转轮121无法转动，也就是说，相邻两个转轮121之间的钢丝绳没有发生变化，从而反映出相邻两个终端1之间的间距有很大概率是没有变化的，也就是说这一部分的边坡外形应该没有变化。假如边坡外形出现变化，当某两个相邻终端1之间的间距变短时，则钢丝绳2无法绷紧，此时其端部的转轮121则可以转动，从而计数器反馈转轮转动圈数，通过转动圈数可以间接获知两个终端1之间的间距缩短情况。当相邻的两个终端1之间的间距变大时，则钢丝绳可能会被拉断，此时转轮121同样可以转动，且反馈的转动圈数会持续增加，从而可以获知边坡出现形变。此外，当出现超出钢丝绳2承受能力的落石砸击时，钢丝绳2也会断开，此时结合终端其它转轮的转动圈数反馈情况可以获知是出现边坡形变，还是说因为落石等问题导致钢丝绳2断裂。

实施例2

在实施例1的基础上，每一段钢丝绳2均包括位于两侧端部段，和位于两个端部段中间的连接段，连接段为金属的柱体，连接段的两端固定有连接块，两端的连接块分别与两侧的端部段焊接，连接段的直径小于钢丝绳2端部段的直径，连接段的中部开设有凹口。钢丝绳2中部设置有带凹口的金属柱体，当出现拉扯钢丝绳2的情况时，钢丝绳更容易被拉断，即避免了终端1因为和钢丝绳2连接被拉坏的情况，当出现较大块落石落下的情况时，钢丝绳较容易被拉断，从而反馈监测结果。

实施例3

在上述实施例的基础上，监测部12包括底座122，拉紧组件设置在底座122上；

每个拉紧组件均包括位于底部的支块123，支块123设置在底座122上，支块123上侧面固定设置轴杆124，转轮121套设在轴杆124，且转轮121与轴杆124转动连接；

转轮121上表面固定设置锥齿盘，轴杆124上侧固定设置电机，电机的电机轴上设置锥齿轮，锥齿轮与锥齿盘啮合；电机与主控制器连接，形成控制回路；

转轮121上侧设置有罩体125，罩体125将电机及锥齿盘罩扣在内部。

电机选用伺服电机，通过结合锥齿路和锥齿盘的减速机构，采用较小功率的电机即可提供足够卷动钢丝绳2的拉力。

因为终端1所采用的均是小功率耗电组件，而本装置所使用的环境均为户外环境，所以可以选择在岩石边坡的适当位置设置太阳能电池板及相关供电组件，作为各个终端的供电来源。

实施例4

在上述实施例的基础上，拉紧组件还包括可以检测转轮121转动角度的转角传感器；转角传感器与主控制器连接，形成数据反馈通路。

当转轮121仅仅出现小角度转动，而不足以转动一圈时，可由转角传感器将转动的角度反馈至主控制器。

实施例5

在上述实施例的基础上，底座122上设置有滑轨126，滑轨126围绕夹持部11成放射状圆周设置，滑轨126上侧为开放面；

支块123设置在滑轨126内，且支块与滑轨126滑动连接；

以滑轨126远离夹持部11的一端为滑轨126的外侧端，支块123与滑轨126外侧端之间设置有波纹管，波纹管由金属材质制成；

滑轨126底部设置若干光敏传感器，光敏传感器沿滑轨的方向阵列设置，支块123上侧固定设置有水平的挡板128，挡板128朝向滑轨126外测端设置，挡板128位于滑轨126上侧，且滑轨126的下侧面与滑轨126的上侧面相贴，通过挡板128在支块123未发生位移时，可以遮挡滑轨126内的光敏传感器，避免出现误报的情况；

光敏传感器与主控制器连接，形成反馈通道。

波纹管选用金属的抗压力小于钢丝绳2的抗拉力。通过波纹管可以提供日常情况下对于支块123的支撑力，当边坡出现形变，如果相邻的两个终端1之间的间距变大，而该距离还不足以拉断钢丝绳2时，则在钢丝绳2的拉动下，波纹管被挤压，此时，随着支块123的向滑轨126外侧端的移动，则光敏传感器逐一暴露出来，通过光敏传感器的反馈情况，从而体现某一段钢丝绳所覆盖区域出现小幅度拉伸的情况。

实施例6

在上述实施例的基础上，支块123朝向滑轨126外侧端的一侧固定设置支杆129，支杆129水平设置，波纹管套设在支杆129外侧，滑轨126外侧端的侧壁上开始有供支杆129穿过的通孔。

通过支杆129，可以确保波纹管在受力时基本是呈现压缩状态，而非扭曲。

夹持部11包括套筒111，套筒111套设在锚索外侧，且套筒111与锚索同轴，套筒111的筒壁上对称设置推杆112，推杆112位于套筒111内部的一端设置弧形的瓦板，通过推杆112结合瓦板夹持锚索位于边坡外侧的部分。

套筒111筒壁两侧对称设置推杆通道，推杆112位于推杆通道内，推杆112远离瓦板的一端固定设置顶块，顶块与推杆通道滑动连接，顶块周壁与推杆通道内壁紧贴且密封，顶块远离瓦板的一侧设置液压管道113，液压管道113上设置阀门。

通过液压管道113向顶块后侧注入液压油，从而推动顶块及推杆向套筒111内部运动，从而实现对锚索的夹紧，当确认锚索被夹紧后，通过阀门封闭液压管道113，保持瓦板对锚索的压力。

在液压油注入时，可以通过三通来分别两个对称设置的压夜管道113同时注入，从而令两侧的瓦板同步向套筒111中部运动。

实施例7

在上述实施例的基础上，夹持部11还包括顶板114，顶板114与锚索的端部焊接；

顶板114位于套筒111上侧；

顶板114的直径大于套筒111的直径；

转轮121的中部固定设置有水平的连杆，连杆延伸至转轮121外侧。

顶板114中部开设与锚索对应的通孔，本装置安装时可以将锚索穿过顶板114的通孔，然后将锚索与顶板114焊接在一起。对于钢丝绳2的连接，可以将钢丝绳2的端部与转轮121的连杆焊接，通过连杆可以更方便的连接钢丝绳和转轮121。

实施例8

一种岩石边坡形变监测方法，

S1、以边坡上的每个锚索位置为中心，圆周阵列设置若干转轮；

S2、相邻的两个锚索的转轮之间通过钢丝绳连接；

S3、通过驱动机构远程驱动转轮旋转，并统计转轮转动的转动情况；

S4、根据S3的转动结果，对边坡形变情况进行判断，如果转轮转动圈数在参考值内，则说明相邻两个锚索之间的位置变近了，如果转轮转动的圈数在参考值外，则说明相邻两个锚索之间的位置变远了；参考值根据转轮直径大小和可能出现形变的情况进行设定，当相邻两个锚索之间变小时，则转轮转动有限次的圈数，该次数小于参考值。当相邻两个锚索之间距离变大，从而导致钢丝绳拉断时，则转轮会以较大数量的转动圈数反馈，该次数则大于参考值；

S5、根据所述锚索周边转轮反馈的情况，来整体性的判断监测区域内岩石边坡的形变情况。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于锚索稳固的岩石边坡形变在线监测采集装置，其特征在于，包括与边坡（100）外侧预留的锚索夹持的终端（1），及各个终端（1）之间连接的钢丝绳（2）；所述终端（1）包括夹持部（11），及位于夹持部（11）周侧的监测部（12）；

所述夹持部（11）夹持在所述锚索外侧，所述监测部（12）包括若干圆周阵列设置在所述夹持部（11）外侧的拉紧组件，相邻的两个终端（1）之间的拉紧组件之间通过所述钢丝绳（2）连接；

所述拉紧组件包括转轮（121），转轮（121）固定连接钢丝绳（2）的一端，所述转轮（121）由驱动组件驱动转动；还包括用于统计所述转轮（121）转动圈数的计数器，所述计数器与主控制器之间连接，形成数据反馈通道；

所述监测部（12）包括底座（122），所述拉紧组件设置在所述底座（122）上；

每个所述拉紧组件均包括位于底部的支块（123），所述支块（123）设置在所述底座（122）上，所述支块（123）上侧面固定设置轴杆（124），所述转轮（121）套设在所述轴杆（124），且所述转轮（121）与所述轴杆（124）转动连接；

所述转轮（121）上表面固定设置锥齿盘，所述轴杆（124）上侧固定设置电机，所述电机的电机轴上设置锥齿轮，所述锥齿轮与所述锥齿盘啮合；所述电机与主控制器连接，形成控制回路；

所述转轮（121）上侧设置有罩体（125），所述罩体（125）将所述电机及锥齿盘罩扣在内部。

2.根据权利要求1所述的基于锚索稳固的岩石边坡形变在线监测采集装置，其特征在于，每一段所述钢丝绳（2）均包括位于两侧端部段，和位于两个端部段中间的连接段，所述连接段为金属的柱体，连接段的两端固定有连接块，两端的所述连接块分别与两侧的端部段焊接，所述连接段的直径小于所述钢丝绳（2）端部段的直径，所述连接段的中部开设有凹口。

3.根据权利要求1所述的基于锚索稳固的岩石边坡形变在线监测采集装置，其特征在于，所述拉紧组件还包括可以检测所述转轮（121）转动角度的转角传感器；所述转角传感器与主控制器连接，形成数据反馈通路。

4.根据权利要求1所述的基于锚索稳固的岩石边坡形变在线监测采集装置，其特征在于，所述底座（122）上设置有滑轨（126），所述滑轨（126）围绕所述夹持部（11）成放射状圆周设置；

所述支块（123）设置在所述滑轨（126）内，且所述支块与所述滑轨（126）滑动连接；

以滑轨（126）远离所述夹持部（11）的一端为滑轨（126）的外侧端，所述支块（123）与所述滑轨（126）外侧端之间设置有波纹管，所述波纹管由金属材质制成；

所述滑轨（126）底部设置若干光敏传感器，所述光敏传感器沿所述滑轨的方向阵列设置，所述支块（123）上侧固定设置有水平的挡板（128），所述挡板（128）朝向所述滑轨（126）外测端设置，所述挡板（128）位于所述滑轨（126）上侧，且所述滑轨（126）的下侧面与所述滑轨（126）的上侧面相贴；

所述光敏传感器与所述主控制器连接，形成反馈通道。

5.根据权利要求4所述的基于锚索稳固的岩石边坡形变在线监测采集装置，其特征在于，所述支块（123）朝向所述滑轨（126）外侧端的一侧固定设置支杆（129），所述支杆（129）水平设置，所述波纹管套设在所述支杆（129）外侧，所述滑轨（126）外侧端的侧壁上开始有供所述支杆（129）穿过的通孔。

6.根据权利要求1所述的基于锚索稳固的岩石边坡形变在线监测采集装置，其特征在于，所述夹持部（11）包括套筒（111），套筒（111）套设在锚索外侧，且套筒（111）与锚索同轴，套筒（111）的筒壁上对称设置推杆（112），推杆（112）位于套筒（111）内部的一端设置弧形的瓦板。

7.根据权利要求6所述的基于锚索稳固的岩石边坡形变在线监测采集装置，其特征在于，所述套筒（111）筒壁两侧对称设置推杆通道，所述推杆（112）位于所述推杆通道内，所述推杆（112）远离所述瓦板的一端固定设置顶块，所述顶块与所述推杆通道滑动连接，所述顶块周壁与所述推杆通道内壁紧贴且密封，所述顶块远离所述瓦板的一侧设置液压管道（113），液压管道（113）上设置阀门。

8.根据权利要求7所述的基于锚索稳固的岩石边坡形变在线监测采集装置，其特征在于，所述夹持部（11）还包括顶板（114），所述顶板（114）与锚索的端部焊接；

顶板（114）位于所述套筒（111）上侧；

顶板（114）的直径大于套筒（111）的直径；

所述转轮（121）的中部固定设置有水平的连杆，连杆延伸至所述转轮（121）外侧。

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