CN113096360A - 一种新型边坡固定监测预警器及分析监测方法 - Google Patents

一种新型边坡固定监测预警器及分析监测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新型边坡固定监测预警器，包括一个以上的监测柱，监测柱包括混凝土柱以及监测器，所有的混凝土柱以网格状分布的形式插接在边坡上，每一个监测器均包括角度测量仪、应力感应盒、监测信号处理器以及一个保护管；其中，所述的角度测量仪、应力感应盒以及监测信号处理器均设置在保护管内，所述的监测信号处理器与角度测量仪以及应力感应盒电连接。本发明还公开了一种新型边坡固定监测的分析监测方法。本发明不仅可以对边坡起到固定作用，还能测精确量出蠕滑型边坡的危险滑移面，同时还能够从岩土层内部更准确的测量出边坡的蠕动。

Description

一种新型边坡固定监测预警器及分析监测方法
技术领域
本发明涉及蠕滑型边坡的监测预警，以及边坡的防护固定技术领域，具体为一种新型边坡固定监测预警器及分析监测方法。
背景技术
滑坡是当前自然灾害研究领域中极为重要的内容，并且滑坡是一种频发、分布广泛并且发生会极容易造成极大的人身安全以及财产的巨大损失。根据边坡变形演化的失稳特征，滑坡可分为突变型滑坡和渐变蠕滑型滑坡，其中渐变蠕滑型滑坡在边坡失稳破坏中占了很大的比例，松散土质边坡，堆积层边坡、风化岩边坡以及各类软岩边坡的失稳均属于渐变蠕滑型边坡。所以，对渐变蠕滑型滑坡的监测预警尤其的重要。
滑坡灾害的预测预报，就现有的理论和方法可分为现象预报和位移预报。现象预报是人们对滑坡前兆反映的经验积累的直观预报方法，是根据某些自然地质因素的突然改变，比如地表裂缝的扩大、地表水的漏失、或者地音频度增大等滑坡的前兆现象，可大致判断出边坡的危险状况。可是这种方法大多靠的是经验告诉现在进入了危险阶段，明显不可靠。因此从边坡变形信息以及滑坡的蠕滑灾害机理才可以较为准确的预测。而现在大多数监测预警应用的是固定测量边坡某些可能或者已经开始出现变形的地方的位移来得出数据。可是这样的测量并没有考虑到岩土层内时时刻刻蠕变的微小变化，而且蠕滑型滑坡的破坏是在进入加速蠕变阶段后的突然破坏，最终导致对滑坡灾害测量不精准的问题，故此需要改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型边坡固定监测预警器及分析监测方法，以解决上述背景技术中提出的对滑坡灾害测量不精准的问题，本发明通过一种安置在岩土层内根据岩土层内的应力变化以及岩土层内的角度变化测量滑坡的位移程度以及蠕变程度，并且根据测量器的应力测量部分测出滑坡岩土层内的最大剪力发生位置，然后绘制出边坡的滑移线，最终更准确的分析并且预警边坡发生滑坡破坏现象。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种新型边坡固定监测预警器，包括一个以上并垂直插接在边坡内的监测柱，所述的监测柱包括混凝土柱，在混凝土柱内安置有一个监测器，所有的混凝土柱以网格状分布的形式插接在边坡上，每一个监测器均包括以下部件：
用于通过重心的改变检测出角度倾角变化的角度测量仪；
用于监测混凝土柱所受到的应力来监测外界岩土层的应力变化的应力感应盒；
用于获取角度以及应力信息的监测信号处理器；
一个保护管；
其中，所述的角度测量仪、应力感应盒以及监测信号处理器均设置在保护管内，所述的监测信号处理器与角度测量仪以及应力感应盒电连接。
进一步，为了提高检测的精度，所述的应力感应盒为位于混凝土柱中部的长段式应力感应盒，在长段式应力感应盒的上下均设置有一个所述的角度测量仪，且所述的监测信号处理器位于上方的角度测量仪的上部。
进一步，为了使得检测更加精准，所述的保护管与混凝土柱一体浇筑而成，通过上述结构设置让保护管与混凝土柱一起浇筑，使得保护管与混凝土柱能共同受力，即检验保护管的受力情况与倾斜角度，便能更加精准地知道混凝土柱的受力情况与倾斜角度，最终提高检测精度。
作为优选，为了方便供电，所有监测器的电力供应由一根主电线或者太阳能供电，通过上述供电设置，使得整体供电更加方便，同时同一个边坡上的每根监测柱10的实际长度可以根据边坡的理论滑移线来确定。
本发明还公开了一种新型边坡固定监测的分析监测方法，包括采用上述的一种新型边坡固定监测预警器，其具体包括以下步骤：
S1、首先根据边坡实际情况获得边坡的理论滑移线，然后以网格状分布的形式将每一个监测器竖向插入边坡岩土层的危险边坡坡面3-1内并穿过边坡的缝隙或者理论滑移线后进行浇筑，然后将同一个边坡上的所有监测器连接同一个主电线或者太阳能供电电路，最终构成一个完整的边坡固定监测系统；
S2、将边坡固定监测系统中每一个应力感应盒监测到整段混凝土柱的最大剪力点作为判断滑坡最有可能在某一点深度发生滑移的依据，并将监测到整段混凝土柱的最大剪力点定义为是该边坡岩土层在竖向上的剪切破坏点；
S3、通过在边坡上以网格状插入监测器监测的方式，利用监测信号处理器来获取每一个监测点上的剪切破坏点的深度值，将网格中每个监测器上的最大剪力点进行连接，并通过计算机绘制出一副三维的网格状平面，将这个网格状平面作为检测边坡最有可能发生剪切破坏的实际危险滑移面；
S4、角度测量仪实时根据重心的改变收集到监测器角度倾角的变化，然后将所有收集到的倾斜角度与实时应力感应数据后，通过监测信号处理器上传至云端，然后对应力数据进行系数放大，并根据获得的角度测量仪的倾斜角度变化与混凝土柱的长度来计算出边坡在单位时间里的蠕滑位移变化；
S5、后台通过监测测量下得到的边坡在单位时间内的蠕滑位移变化与边坡的实际危险滑移面信息，然后获得在单位时间内的变化精确预测到边坡发生滑坡现象变化的准确数据信息。
进一步，提高检测精度，在步骤S4中需要对监测器的上下两端均进行角度倾角变化的测量。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
（1） 本发明可以对危险边坡起到类似“锚杆”的加固固定作用。
（2） 本发明可以实时的监测到边坡的理论滑移面的位置以及滑移面的变化。
（3） 根据实时监测得到的理论滑移面数据，在监测分析系统中可以建立出边坡的破坏模型，计算出此次边坡破坏造成的土方流失量以及破坏力、破坏范围的大小，当破坏力超出危险值时可以发出警告，可以为人身安全及财产及时的做出有效的保护反应。
（4） 本发明不仅可以对边坡起到固定作用，还能测精确量出蠕滑型边坡的危险滑移面，同时还能够从岩土层内部更准确的测量出边坡的蠕动，最终解决了现有技术中存在的“对滑坡灾害测量不精准”的问题。
附图说明
图1为实施例1中监测器与混凝土柱的平面俯视图；
图2 为实施例1中监测器与混凝土柱的剖面图；
图3为实施例1中监测柱在边坡上的固定安装示意图；
图4为监测柱在边坡上以网格状安装平面示意图；
图5为测量所能得到的边坡的实时三维网格状危险滑移面示意图。
图中：1、混凝土柱；2、监测器；3、边坡；4、角度测量仪；5、应力感应盒；6、监测信号处理器；7、保护管；8、理论滑移线；9、缝隙；10、监测柱；3-1、危险边坡坡面。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”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的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
请参阅图1-图5，本发明提供的一种实施例：一种新型边坡固定监测预警器，包括一个以上并垂直插接在边坡3内的监测柱10，所述的监测柱10包括混凝土柱1，在混凝土柱1内安置有一个监测器2，其特征在于：所有的混凝土柱1以网格状分布的形式插接在边坡3上，每一个监测器2均包括以下部件：
用于通过重心的改变检测出角度倾角变化的角度测量仪4；
用于监测混凝土柱1所受到的应力来监测外界岩土层的应力变化的应力感应盒5；
用于获取角度以及应力信息的监测信号处理器6；
一个保护管7；
其中，所述的角度测量仪4、应力感应盒5以及监测信号处理器6均设置在保护管7内，所述的监测信号处理器6与角度测量仪4以及应力感应盒5电连接。
本结构通过应力感应盒可以通过监测混凝土柱1所受到的应力来监测外界岩土层的应力变化，通过角度测量仪4测量监测柱10的倾斜角度，并由监测信号处理器收集角度检验仪与应力感应盒收集的所有数据信号，并上传至主机系统进行整理后，获得边坡的蠕滑位移变化与危险滑移面，最终能够在单位时间内的变化精确到预测到边坡发生滑坡现象，并利用网格状分布来安放监测器，不仅可以对边坡起到固定作用，一定程度上阻止了边坡的破坏，同时还可以收集到边坡上多个位置上的数据，包括在每个点上的竖向的剪力最大点，将每个剪力最大点连接在一起，便能得到该边坡的实际危险滑移面，因此本发明不仅可以对边坡起到固定作用，还能测精确量出蠕滑型边坡的危险滑移面，同时还能够从岩土层内部更准确的测量出边坡的蠕动，最终解决了现有技术中存在的“对滑坡灾害测量不精准”的问题。
本实施例中将角度测量仪4、应力感应盒5以及监测信号处理器6均设置在保护管7内能够防止被腐蚀或者损坏。
为了提高检测的精度，所述的应力感应盒5为位于混凝土柱1中部的长段式应力感应盒5，在长段式应力感应盒5的上下均设置有一个所述的角度测量仪4，且所述的监测信号处理器6位于上方的角度测量仪4的上部，在本实施例中将角度测量仪4设置两个，分别上下分布，上方的角度测量仪角度测量仪4与下端的角度测量仪角度测量仪4相同，通过重心的改变检测出角度倾角的变化，每根监测柱10没有受到竖向的压力使其沿着监测柱10的方向发生竖向沉降，在这个前提下，下方的角度测量仪具有多个作用：第一个作用是根据上端的角度检验仪可以与下端的角度检验仪相互验证角度，保证倾角的检验正确。第二个作用是验证监测柱10是否发生弯曲或者折断；第三个作用是假设在柱子的中部某段发生弯曲或者折断，可以根据监测柱10上端的高差的变化与上、下端的角度检验仪的角度的差值还有监测柱10的长度用三角函数求出发生弯折的点；第四个作用可以在根据上、下两端的角度变化与混凝土柱的长度用三角函数求出边坡在监测柱10的固定作用下的蠕动位移，最终提高检测精度。
进一步，为了使得检测更加精准，所述的保护管7与混凝土柱11一体浇筑而成，通过上述结构设置让保护管7与混凝土柱1一起浇筑，使得保护管7与混凝土柱1能共同受力，即检验保护管7的受力情况与倾斜角度，便能更加精准地知道混凝土柱1的受力情况与倾斜角度，最终提高检测精度。
作为优选，为了方便供电，所有监测器2的电力供应由一根主电线或者太阳能供电，通过上述供电设置，使得整体供电更加方便，同时同一个边坡上的每根监测柱10的实际长度可以根据边坡的理论滑移线来确定。
本实施例还公开了一种新型边坡固定监测的分析监测方法，包括采用上述的一种新型边坡固定监测预警器，其具体包括以下步骤：
S1、首先根据边坡3实际情况获得边坡3的理论滑移线8，然后以网格状分布的形式将每一个监测器2竖向插入边坡岩土层的危险边坡坡面3-1内并穿过边坡的缝隙或者理论滑移线后进行浇筑，使其能够发挥出固定边坡的作用，然后将同一个边坡3上的所有监测器2连接同一个主电线或者太阳能供电电路，最终构成一个完整的边坡3固定监测系统；
S2、将边坡3固定监测系统中每一个应力感应盒5监测到整段混凝土柱1的最大剪力点作为判断滑坡最有可能在某一点深度发生滑移的依据，并将监测到整段混凝土柱1的最大剪力点定义为是该边坡3岩土层在竖向上的剪切破坏点；
S3、通过在边坡3上以网格状插入监测器2监测的方式，利用监测信号处理器6来获取每一个监测点上的剪切破坏点的深度值，将网格中每个监测器2上的最大剪力点进行连接，并通过计算机绘制出一副三维的网格状平面，将这个网格状平面作为检测边坡3最有可能发生剪切破坏的实际危险滑移面；
S4、角度测量仪4实时根据重心的改变收集到监测器2角度倾角的变化，然后将所有收集到的倾斜角度与实时应力感应数据后，通过监测信号处理器6上传至云端，然后对应力数据进行系数放大，并根据获得的角度测量仪4的倾斜角度变化与混凝土柱1的长度来计算出边坡3在单位时间里的蠕滑位移变化；
S5、后台通过监测测量下得到的边坡3在单位时间内的蠕滑位移变化与边坡3的实际危险滑移面信息，然后获得在单位时间内的变化精确预测到边坡3发生滑坡现象变化的准确数据信息。
进一步，提高检测精度，在步骤S4中需要对监测器2的上下两端均进行角度倾角变化的测量，上方的角度测量仪角度测量仪4与下端的角度测量仪角度测量仪4相同，通过重心的改变检测出角度倾角的变化，每根监测柱10没有受到竖向的压力使其沿着监测柱10的方向发生竖向沉降，在这个前提下，下方的角度测量仪具有多个作用：第一个作用是根据上端的角度检验仪可以与下端的角度检验仪相互验证角度，保证倾角的检验正确。第二个作用是验证监测柱10是否发生弯曲或者折断；第三个作用是假设在柱子的中部某段发生弯曲或者折断，可以根据监测柱10上端的高差的变化与上、下端的角度检验仪的角度的差值还有监测柱10的长度用三角函数求出发生弯折的点；第四个作用可以在根据上、下两端的角度变化与混凝土柱的长度用三角函数求出边坡在监测柱10的固定作用下的蠕动位移，最终提高检测精度。
本实施例中将中间部分作为长段式应力感应盒，将监测器2放入混凝土柱1内，保护管7可以保护监测仪器不被损坏，而且当需要维修的时候可以从保护管7里取出监测器2进行维修，将监测柱10即监测器22竖向插入边坡岩土层内浇筑，穿过边坡的缝隙或者理论滑移线可以对边坡起到固定作用，设定蠕滑型边坡的岩土层是一个均质体，则剪力最大点就是破坏点，而滑坡是边坡岩土体以剪切破坏为主的边坡破坏，边坡岩体沿剪切滑动面向下滑落，而坡体中的应力的改变是渐变的，所以监测器2的应力感应盒可以通过监测混凝土柱1所受到的应力来监测外界岩土层的应力变化，通过监测到整段混凝土柱1的最大剪力点来判断滑坡最有可能在什么深度发生滑移，然后将这个点认为是该岩土层在竖向上的剪切破坏点，并且通过在边坡上以网格状插入固定监测柱10监测到每个监测点上的剪切破坏点的深度，将网格中每个监测器2上的最大剪力点连接，并绘制出一副三维网格状平面，再将这个平面认为是此边坡最有可能发生剪切破坏的滑移面，然后监测器2的上端由监测信号处理器6与角度测量仪4组成，而监测信号处理器的作用是收集角度检验仪与应力感应盒收集的所有数据信号，并上传至主机系统进行整理因此在本发明的监测测量下能精确地得到边坡在单位时间内的蠕滑位移变化与边坡的危险滑移面，最终能够在单位时间内的变化精确到预测到边坡发生滑坡现象，综上所述本发明通过从边坡的岩土层内部通过测量监测柱10的倾斜角度来测量出边坡的蠕滑位移，并且利用网格状分布来安放监测柱10，可以对边坡起到固定作用，一定程度上阻止了边坡的破坏，同时在边坡上以网格状分布来安放监测柱10，可以收集到边坡上多个位置上的数据，包括在每个点上的竖向的剪力最大点，将每个剪力最大点连接在一起，便能得到该边坡的实际危险滑移面，因此本发明不仅可以对边坡起到固定作用，还能测精确量出蠕滑型边坡的危险滑移面，同时还能够从岩土层内部更准确的测量出边坡的蠕动，最终解决了现有技术中存在的“对滑坡灾害测量不精准”的问题。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (6)

1.一种新型边坡固定监测预警器，包括一个以上并垂直插接在边坡（3）内的监测柱（10），所述的监测柱（10）包括混凝土柱（1），在混凝土柱（1）内安置有一个监测器（2），其特征在于：所有的混凝土柱（1）以网格状分布的形式插接在边坡（3）上，每一个监测器（2）均包括以下部件：
用于通过重心的改变检测出角度倾角变化的角度测量仪（4）；
用于监测混凝土柱（1）所受到的应力来监测外界岩土层的应力变化的应力感应盒（5）；
用于获取角度以及应力信息的监测信号处理器（6）；
一个保护管（7）；
其中，所述的角度测量仪（4）、应力感应盒（5）以及监测信号处理器（6）均设置在保护管（7）内，所述的监测信号处理器（6）与角度测量仪（4）以及应力感应盒（5）电连接。
2.根据权利要求1所述的一种新型边坡固定监测预警器，其特征在于：所述的应力感应盒（5）为位于混凝土柱（1）中部的长段式应力感应盒（5），在长段式应力感应盒（5）的上下均设置有一个所述的角度测量仪（4），且所述的监测信号处理器（6）位于上方的角度测量仪（4）的上部。
3.根据权利要求1所述的一种新型边坡固定监测预警器，其特征在于：所述的保护管（7）与混凝土柱（1）一体浇筑而成。
4.根据权利要求1所述的一种新型边坡固定监测预警器，其特征在于：所有监测器（2）的电力供应由一根主电线或者太阳能供电。
5.一种新型边坡固定监测的分析监测方法，包括采用1-4中任意一项权利要求所述的一种新型边坡固定监测预警器，其特征在于具体包括以下步骤：
S1、首先根据边坡（3）实际情况获得边坡（3）的理论滑移线，然后以网格状分布的形式将每一个监测器（2）竖向插入边坡岩土层的危险边坡坡面（3-1）内并穿过边坡的缝隙或者理论滑移线后进行浇筑，然后将同一个边坡（3）上的所有监测器（2）连接同一个主电线或者太阳能供电电路，最终构成一个完整的边坡（3）固定监测系统；
S2、将边坡（3）固定监测系统中每一个应力感应盒（5）监测到整段混凝土柱（1）的最大剪力点作为判断滑坡最有可能在某一点深度发生滑移的依据，并将监测到整段混凝土柱（1）的最大剪力点定义为是该边坡（3）岩土层在竖向上的剪切破坏点；
S3、通过在边坡（3）上以网格状插入监测器（2）监测的方式，利用监测信号处理器（6）来获取每一个监测点上的剪切破坏点的深度值，将网格中每个监测器（2）上的最大剪力点进行连接，并通过计算机绘制出一副三维的网格状平面，将这个网格状平面作为检测边坡（3）最有可能发生剪切破坏的实际危险滑移面；
S4、角度测量仪（4）实时根据重心的改变收集到监测器（2）角度倾角的变化，然后将所有收集到的倾斜角度与实时应力感应数据后，通过监测信号处理器（6）上传至云端，然后对应力数据进行系数放大，并根据获得的角度测量仪（4）的倾斜角度变化与混凝土柱（1）的长度来计算出边坡（3）在单位时间里的蠕滑位移变化；
S5、后台通过监测测量下得到的边坡（3）在单位时间内的蠕滑位移变化与边坡（3）的实际危险滑移面信息，然后获得在单位时间内的变化精确预测到边坡（3）发生滑坡现象变化的准确数据信息。
6.根据权利要求5所述的一种新型边坡固定监测的分析监测方法，其特征在于：在步骤S4中需要对监测器（2）的上下两端均进行角度倾角变化的测量。
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