CN113932846B - 一种峡谷区岸坡消落带岩体劣化综合监测系统及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种峡谷区岸坡消落带岩体劣化综合监测系统及监测方法，监测系统包括：数据采集模块，其连接多个固定测斜仪和多个位移计、多个表面裂缝计、多个土压力盒、多个自动温度计、水位计、以及雨量计；多个一体多天线GNSS接收机；GPRS数据传输装置；Web和数据库服务器；预警模块，其判断出监测数据超出预警值时，发出预警信息；云端服务器，其接收Web和数据服务器自动上传的数据，此外，还可接收手动上传的测试数据；以及用户终端，其由预警模块获取预警信息、由云端服务器获取消落带各物理量监测数据。本发明的有益效果：能有效监测不同地貌特点和岩体质量的岸坡消落带岩体劣化引起的形变和应力变化，还能充分获取岸坡消落带岩体综合劣化参数。

Description

一种峡谷区岸坡消落带岩体劣化综合监测系统及监测方法

技术领域

本发明涉及地质灾害防治与预警技术领域，尤其涉及一种峡谷区岸坡消落带岩体劣化综合监测系统及监测方法。

背景技术

随着大型蓄水式水电站的不断增多，水电站蓄水运行时，库区水位处于波动状态，地表水、地下水在库区岸坡消落带附近活动极其活跃，库区干流及支流两侧的岸坡会发生不同程度的宏观劣化现象，受水位变动影响且岩体劣化效应强烈的水位变动带斜坡被称为斜坡消落带。由于水岩作用、水力侵蚀作用、应力和环境周期性作用等使得不同结构和岩性条件的岸坡消落带表现出显著的劣化差异性。为准确评估库区岸坡稳定性，有必要对岸坡消落带变形劣化情况进行监测。

目前，水电站蓄水运行时峡谷区岸坡消落带的研究主要集中在消落带岩体的室内力学性质测试和无损测试方面，尚无系统的峡谷区岸坡消落带岩体监测系统和监测方法。

发明内容

有鉴于此，为了解决峡谷区岸坡消落带岩体劣化监测问题，本发明的实施例提供了一种峡谷区岸坡消落带岩体劣化综合监测系统和监测方法。

本发明的实施例提供一种峡谷区岸坡消落带岩体劣化综合监测系统，包括：

数据采集模块，其连接设置于消落带岩体内部的多个固定测斜仪和多个位移计、设置于消落带表面岩体裂缝处的多个表面裂缝计、设置于消落带底部软弱夹层或层间剪切带位置处的多个土压力盒、设置于消落带岩体壁面和岩体裂缝中的多个自动温度计、设置于消落带水位监测钻孔中的水位计、以及设置于消落带表面的雨量计；

分别设置于消落带以外稳定地质体上和消落带岩体上的多个一体多天线GNSS接收机；

GPRS数据传输装置，其分别连接所述数据采集模块和多个所述一体多天线GNSS接收机；

与GPRS数据传输装置无线通讯连接的Web和数据库服务器；

与所述Web和数据库服务器通讯连接的预警模块，其判断出所述GPRS数据传输装置传递的所述数据采集模块采集到的监测数据超出预警值时，发出预警信息；

云端服务器，其用于接收Web和数据服务器上传的监测数据，以及接收用三维激光扫描仪对消落带岩体表面的扫描数据、声波测试仪测量出的消落带岩体的声波波速数据、以及高密度电法勘探仪测量出的消落带岩体电阻率数据；

以及分别连接所述预警模块和所述云端服务器的用户终端，所述用户终端由所述预警模块获取预警信息、由所述云端服务器获取所述数据采集模块采集到的监测数据，还可接收消落带三维激光扫描数据、消落带岩体声波波速数据和电阻率数据。

进一步地，若消落带岩体最大深部位移预估值小于固定测斜仪的最大测量值，则选用固定测斜仪进行深部位移监测，所述固定测斜仪布设于消落带岩体上设置的垂直钻孔内；若消落带岩体最大深部位移预估值大于固定测斜仪的最大测量值，则选用位移计进行深部位移监测，所述位移计包括拉线式位移计和多点位移计。

进一步地，多个土压力盒均设置于消落带底部软弱夹层或层间剪切带位置处，用于监测消落带岩体底部软弱夹层或层间剪切带位置处的岩土体压力。

进一步地，消落带岸坡为斜坡时，选用表面裂缝计监测消落带岩体表面裂缝宽度变化，所述表面裂缝计跨过消落带表面岩体裂缝，且表面裂缝计两端分别通过膨胀螺栓固定于消落带表面岩体上；消落带岸坡为凸型近直立陡倾岸坡时，该监测系统还包括旋翼无人机，所述旋翼无人机用于采集凸型近直立陡倾岸坡消落带剖面正交影像图，并根据近直立陡倾岸坡消落带剖面正交影像图直接确定裂缝宽度与关键几何信息。

进一步地，包括多个所述一体多天线GNSS接收机，其中之一作为基准站，安装于斜坡消落带以外的稳定地质体上；其余所述一体多天线GNSS接收机分别作为监测站，布置在消落带的变形控制部位和敏感部位，用以观测斜坡消落带岩体水平位移和竖向变形，所述多个一体多天线GNSS均采用大功率太阳能电池板和电池组组合供电，且分别与所述GPRS数据传输装置相连。

进一步地，包含多个自动温度计，至少两所述自动温度计设置于消落带岩体壁面与岩体表面接触，设置方式为通过膨胀螺栓固定，用于测试消落带岩体表面温度变化情况；至少两所述自动温度计设置于不同深度的消落带岩体裂缝中，设置方式为：在所述消落带岩体裂缝底部用水泥固定抱箍，所述自动温度计固定于所述抱箍上，用于测试不同深度处岩体温度变化情况。

进一步地，开展分米级和米级小尺度测窗三维激光扫描时，所述三维激光扫描仪底座固定在斜坡消落带岩体上，扫描镜头与消落带岩体测窗平行，平扫采集岩体表面劣化信息，不同时段对测区进行三维激光扫描时，扫描镜头与测区距离保持一致；开展百米级大尺度测窗三维激光扫描时，所述三维激光扫描仪设置于消落带对岸斜坡上，所述三维激光扫描仪观测点位、扫描镜头朝向与消落带岩体测量区域相对位置始终固定。

进一步地，所述声波测试仪包括声波发射器和声波接收器，所述声波发射器设有多个声波发射探头，所述声波接收器设有多个声波接收探头；

在消落带岸坡为斜坡时，所述声波发射器和所述声波接收器分别设置于所述消落带岸坡上的发射孔和接收孔内，所述发射孔与所述接收孔内各个声波发射探头和声波接收探头一一对应，且相对应的所述声波发射探头和所述声波接收探头高程相同；

在消落带岸坡为凸型近直立陡倾岸坡时，利用贴近摄影测量获取的消落带剖面正交影像图确定各个声波发射探头和声波接收探头安装位置，并根据凸型近直立陡倾岸坡地形信息预先将声波发射探头、声波接收探头安装固定至声波挂绳上，所述声波发射探头均悬挂于消落带岸坡的一侧且紧贴岩壁，所述声波接收探头均悬挂于消落带岸坡的另一侧且紧贴岩壁，凸型岸坡两侧岩壁各个声波发射探头和声波接收探头一一对应，且相对应的所述声波发射探头和声波接收探头高程相同。

进一步地，在消落带近地表岩体质量等级为Ⅳ-Ⅴ级的裂隙岩体发育区域开展浅层岩体劣化测试时，采用高密度电法勘探仪代替声波测试仪开展测试，高密度电法勘探仪设有供电正极和供电负极，所述供电正极包括间隔设置于一测试孔内的多个正测量电极，所述供电负极包括间隔设置于另一测试孔内的多个负测量电极，所有正测量电极与所有负测量电极一一对应，且相对应的所述正测量电极与所述负测量电极高程相同。

本发明的实施例还提供了一种峡谷区岸坡消落带岩体劣化综合监测方法，步骤如下：

S1：根据消落带岸坡地形判断监测岸坡类型；若监测对象属于凸型近直立陡倾岸坡，则采用挂壁式声波对穿测试开展岩体劣化测试，采用贴近摄影测量采集消落带岩体裂缝变化规律；若监测对象为斜坡，则监测浅层岩体声波值或电阻率、消落带深部位移、消落带岩体表面裂缝宽度、消落带岩体底部软弱夹层或层间剪切带位置处的岩土体压力、消落带岩体表面温度、不同深度岩体温度、消落带水位、以及消落带雨量；

S2:根据岸坡工程地质勘察资料，确定目标监测岸坡消落带岩体质量等级和浅层岩体劣化测试方法；若斜坡消落带岩体质量等级为Ⅰ-Ⅲ级，则浅层岩体劣化测试时选用跨孔声波对穿测试；若斜坡消落带岩体质量等级为Ⅳ-Ⅴ级，则浅层岩体劣化测试时选用高密度电法测试；

S3:根据前期工程地质资料预估目标监测斜坡消落带岩体最大深部位移，若最大深部位移预估值超出固定测斜仪的最大测量值，则选用位移计进行深部位移监测；若最大深部位移预估值小于固定测斜仪的最大测量值，则选用固定测斜仪进行深部位移监测；

S4:安装监测设备，依次将各前端监测仪器与数据采集模块相连，再将数据采集模块和多个一机多天线GNSS接收机连接至GPRS数据传输装置，再依次连接GPRS数据传输装置、Web和数据库服务器、预警系统、云端、用户终端；

S5:开展岸坡消落带岩体劣化监测，以固定采集频率采集所需的消落带岩体劣化关键参数。

本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明的一种峡谷区岸坡消落带岩体劣化综合监测系统，能有效监测不同地貌特点和岩性条件的消落带岩体劣化引起的形变和应力变化，还能充分获取岸坡消落带岩体综合劣化参数，是一种自动化程度高、监测手段全面、且精度较高的岸坡消落带岩体劣化综合监测系统，为进一步研究岸坡消落带浅层至深层岩体劣化规律提供技术支持，为进一步分析水位变动情况下消落带岩体质量劣化机制提供监测数据保障。

附图说明

图1是本发明一种峡谷区岸坡消落带岩体劣化综合监测系统的示意图；

图2是图1中固定测斜仪101的安装示意图；

图3是发射孔和接收孔的布置侧视图；

图4是发射孔和接收孔的布置主视图；

图5是声波测试仪跨孔声波对穿测试的剖视图；

图6是消落带岸坡为凸型近直立陡倾岸坡时声波对穿测试的俯视图；

图7是消落带岸坡为凸型近直立陡倾岸坡时声波对穿测试的主视图；

图8是高密度电法测试中两测试孔的布置侧视图；

图9是高密度电法测试中两测试孔的布置主视图；

图10是高密度电法勘探仪浅层高密度电法对穿测试剖视图。

图中：1-数据采集模块、101-固定测斜仪、101a-测斜管、101b-混凝土基座、102-表面裂缝计、103-土压力盒、104-自动温度计、105-水位计、106-雨量计、2-一体多天线GNSS接收机、3-GPRS数据传输装置、4-Web和数据服务器、5-预警模块、6-云端服务器、7-三维激光扫描仪、8-声波测试仪、801-声波发射器、801a-声波发射探头、802-声波接收器、802a-声波接收探头、9-高密度电法勘探仪、901-正供电电极、901a-正测量电极、902-负供电电极、902a-负测量电极、10-用户终端、11-消落带、11a-发射孔、11b-接收孔、11c/11d-测试孔、12-凸型近直立陡倾岸坡。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

请参考图1，本发明的实施例提供了一种峡谷区岸坡消落带岩体劣化综合监测系统，主要包括数据采集模块1、多个一体多天线GNSS接收机2、GPRS数据传输装置3、Web和数据服务器4、预警模块5、云端服务器6、以及用户终端10。

其中所述数据采集模块1设有设置于消落带11岩体内部的多个固定测斜仪101和多个位移计、设置于消落带11表面岩体的裂缝处的多个表面裂缝计102、设置于消落带11底部软弱夹层或层间剪切带位置处的多个土压力盒103、设置于消落带11岩体壁面和岩体裂缝的多个自动温度计104、设置于消落带11水位监测钻孔中的水位计105、以及设置于消落带11表面的雨量计106。

具体的，请参考图2，斜坡消落带监测目标岩体较稳定，消落带岩体深部位移预估值不超过固定测斜仪101的最大测量值时，采用固定测斜仪101进行消落带岩体深部位移监测，所述固定测斜仪101用于监测岸坡消落带深部位移。

所述固定测斜仪101的布置方式为：安装所述固定测斜仪101前在消落带岩体上钻取垂直安装孔，在所述安装孔内布置测斜管101a并在所述安装孔孔口浇筑混凝土基座101b，根据垂直孔深度确定测斜仪探头数量和位置，所述固定测斜仪101安装时先于地面组装好，再下入测斜管101a内。测斜管101a一组导槽与斜坡劣化带坡面倾向位于同一平面内，另一组导槽与斜坡劣化带走向一致。

所述固定测斜仪101通过专业水工通讯数据线引至上方消落带外与所述数据采集模块1连接。

所述位移计包括拉线式位移计和多点位移计。斜坡消落带岩体整体稳定性较差，消落带岩体深部位移预估值超出固定测斜仪101的最大测量值时，采用拉线式位移计和多点位移计进行深部位移监测，利用拉绳预埋端头法进行测量，所述拉线式位移计和所述多点位移计通过专业水工通讯数据线引至消落带外与数据采集模块1连接。

当目标监测消落带岸坡为斜坡时，选用表面裂缝计102进行裂缝宽度监测。所述表面裂缝计102跨过消落带表面岩体裂缝，且所述表面裂缝计102两端分别通过膨胀螺栓固定于消落带11表面岩体上。所述表面裂缝计102用于自动监测岩体表面裂缝变形。所述表面裂缝计102安装在斜坡消落带劣化带表面大块岩石间的裂缝处，表面裂缝计102一端固定在岸坡岩石的一端，另一端跨过被测量的裂缝固定在裂缝另一侧岩石上。所述表面裂缝计102安装时裂缝计本体须贴合岩体壁面，表面裂缝计102用钻孔膨胀螺丝固定于岩体表面，柔性钢丝绳跨越监测裂缝时采用不锈钢管固定保护。所述表面裂缝计102通过专业水工通讯数据线引至上方消落带外与所述数据采集模块1连接。所述表面裂缝计102可设置多个，按照上下左右分散布点，单个斜坡消落带监测区域至少按“三纵三横”布置，最少布置9个裂缝监测点。

当消落带岸坡为凸型近直立陡倾岸坡时，采用贴近摄影测量进行裂缝宽度监测，步骤如下：

利用旋翼无人机对凸型近直立陡倾岸坡消落带进行常规摄影测量；

开展空中三角测量和密集匹配，获取凸型近直立陡倾岸坡消落带的地形信息；

计算凸型近直立陡倾岸坡消落带贴近摄影扫描的飞行路线，相机姿态与镜头朝向；

借助上述飞行路线，相机姿态与镜头朝向开展无人机贴近摄影测量，获取高精度贴近摄影测量图像；

处理获取的高精度贴近摄影测量图像，获取凸型近直立陡倾岸坡消落带剖面正交影像图；

利用凸型近直立陡倾岸坡消落带剖面正交影像图分析并选取关键裂缝，获取关键裂缝对应初始宽度与基本几何参数；

对比不同时刻采集的消落带剖面正交影像图，可获取凸型近直立陡倾岸坡消落带各裂缝随时间扩展演化规律。

所述土压力盒103用于测试消落带岩体底部软弱夹层或层间剪切带(潜在滑带)位置处的岩土体压力。所述土压力盒103通过局部岩体开槽的方式安装在消落带岩体底部软弱夹层或层间剪切带(潜在滑带)不同的位置，安装前清理淤积的泥沙，用水泥浇筑封堵，保障后期测量的效果。所述土压力盒103通过专业水工通讯数据线引至上方消落带外与数据采集模块1连接。

所述自动温度计104的数量设置为多个，用于同时监测斜坡消落带岩体表面温度和不同深度处岩体温度变化情况，监测所得的温度信息可用于定量分析温度梯度对消落带浅表层岩体劣化的影响。具体的，至少两所述自动温度计104设置于消落带岩体壁面，设置方式为通过膨胀螺栓固定在斜坡劣化带光滑的岩体壁面。同时至少两所述自动温度计104设置于消落带岩体裂缝中，设置方式为：将抱箍用水泥固定安装于所述不同深度的消落带岩体裂缝底部，所述自动温度计104固定于所述抱箍上。所有自动温度计104通过专业水工通讯数据线引至上方消落带外与所述数据采集模块1连接。

所述水位计105布置在斜坡消落带上的水位监测钻孔中，用以监测岸坡消落带内部水位变化。所述水位计105安装时，在斜坡消落带上某一标高处钻孔，将所述水位计105放进钻孔内，同时安装固定穿管保护电缆线，所述水位计105探头固定在历史最低水位以下，用以监测岸坡内部水位变化。所述水位计105通过专业水工通讯数据线引至上方消落带外与所述数据采集模块1连接。

所述雨量计106安装在临近斜坡消落带岩体的稳定地质体上，对空无遮挡，无植被覆盖，用以监测目标斜坡消落带区域降雨情况，所述雨量计106安装处附近3米范围内应为空地，且应清除附近植物。所述雨量计106采用大功率太阳能电池板和蓄电池组组合供电，所述雨量计106通过专业水工通讯数据线与所述数据采集模块1连接。

所述数据采集模块1与所述GPRS数据传输装置3相连，所述数据采集模块1采集斜坡消落带深部位移、岩体裂缝宽度、岩土体压力、温度、水位、雨量等监测数据，并向所述GPRS数据传输装置3实时传输上述监测数据。所述GPRS数据传输装置3和所述数据采集模块1均采用太阳能电池板与蓄电池组组合供电的方式，所述GPRS数据传输装置3、所述数据采集模块1与为其供电的太阳能电池板、电池组均设置在斜坡消落带之外。

所述固定测斜仪101、所述拉线式位移计、所述多点位移计、所述表面裂缝计102、所述土压力盒103、所述自动温度计104、所述水位计105和所述雨量计106的防水等级应达到IP68级，与所述数据采集模块1之间采用485数字信号输出，且上述监测设备数据传输使用的专业水工通讯数据线用穿线管防护固定，每隔2米设置一个锚固点，以避免库水位升降对仪器造成扰动，从而产生测量误差。各监测设备采样频率可根据供电和斜坡消落带变形情况进行调整，但不应低于1天/次，紧急情况下可设置不低于5分钟/次。

多个所述一体多天线GNSS接收机2，其中之一作为基准站，安装于斜坡消落带以外的稳定地质体上；其余所述一体多天线GNSS接收机2分别作为监测站，用以观测斜坡消落带岩体水平位移和竖向变形。所述一体多天线GNSS接收机2可采用水泥墩式安装方式或立柱安装方式，所述一体多天线GNSS接收机2安装后对空无遮挡，采用大功率太阳能电池板和电池组组合供电。作为监测站的一体多天线GNSS接收机2的GNSS地表位移监测点布置在消落带的变形控制部位和敏感部位，应满足“3纵3横”的布设要求，每个地表位移监测点设置一个一体多天线GNSS接收机2，至少布置9个地表位移监测点。多个所述一体多天线GNSS接收机2与所述GPRS数据传输装置3相连，通过所述GPRS数据传输装置3将岸坡消落带变形数据无线传输至所述Web和数据库服务器4。

所述云端服务器6接收数据采集模块1采集的监测数据，还可接收用于消落带岩体表面扫描的三维激光扫描仪7、用于测量消落带岩体声波波速的声波测试仪8、以及用于测量消落带岩体电阻率的高密度电法勘探仪9采集的监测数据。

其中所述三维激光扫描仪7扫描水位变动后消落带岩体表面的错动特征，获取消落带岩体切割节理发育、扩展、演化和岩体表面碎裂劣化信息。根据所述三维激光扫描仪7扫描结果得到的变形阈值可作为测区三维劣化率的计算依据。消落带岩体三维激光扫描时，一般选取分米级、米级、百米级三种尺度的测区。分米级和米级小尺度测窗三维激光扫描时，所述三维激光扫描仪7底座固定在斜坡消落带岩体上，扫描镜头与消落带岩体测窗平行，平扫采集岩体表面劣化信息，不同时段对测区进行三维激光扫描时，扫描镜头与测区距离保持一致。百米级等大尺度三维激光扫描实行远距离扫描，观测点设置在斜坡消落带对岸斜坡上，不同时段对测区进行三维激光扫描时，观测点位与镜头倾角均保持一致。所述三维激光扫描仪7采集到的点云数据经过处理后上传至所述云端服务器6，用户可通过所述用户终端10获取三维激光扫描结果。

请参考图3、4和5，所述声波测试仪8包括声波发射器801和声波接收器802；在消落带岸坡为斜坡时，所述声波发射器801和所述声波接收器802分别设置于所述消落带岸坡上的发射孔11a和接收孔11b内；所述声波测试仪8可对斜坡消落带进行浅孔跨孔声波对穿测试和深孔跨孔声波对穿测试。

其中浅孔跨孔声波对穿测试适用于浅层岩体质量等级为Ⅰ-Ⅲ级的消落带浅层岩体劣化监测，测试物理量为岩体声波波速。浅孔声波对穿测试时发射孔11a和接收孔11b作为声波测试孔，测试深度设置为3-5m，声波孔测试孔垂直斜坡消落带向下钻进布置，发射孔11a与接收孔11b间距设置为1.5-2m，所述声波发射器801设有多个声波发射探头801a，其中相邻两所述声波发射探头801a的距离为0.5m，所述声波接收器802设有多个声波接收探头802a，所有声波发射探头801a与所有声波接收探头802a一一对应且设置于同一高程。浅孔声波对穿测试时，所述发射孔11a、所述接收孔11b与所述声波发射器801、所述声波接收器802之间用水耦合。

深孔跨孔声波对穿测试适用于所有地层，目的是测试斜坡消落带深部较完整岩体的劣化情况，测试物理量为岩体声波波速。深孔跨孔对穿测试孔垂直向下钻进布置，测试深度30-50m，发射孔11a与接收孔11b间距设置为1.5-2m，相邻两所述声波发射探头801a的距离为1m，所有声波发射探头801a与所有声波接收探头802a一一对应且设置于同一高程。深孔跨孔声波对穿测试时，所述发射孔11a、所述接收孔11b与所述声波发射器801、所述声波接收器802之间用水耦合。所述声波测试仪8采集到的声波数据传输至所述云端服务器6，用户可通过用户终端10调用获取浅孔跨孔声波对穿测试和深孔声波对穿测试数据。声波测试在岩体质量良好(岩体质量等级为Ⅰ-Ⅲ级)的区域应用时，浅孔跨孔声波对穿测试孔和深孔跨孔声波对穿测试孔可选用同一对测试孔。

请参考图6和7，特别地，在消落带11岸坡为凸型近直立陡倾岸坡12时，利用贴近摄影测量获取的消落带剖面正交影像图确定各个声波发射探头801a和声波接收探头802a安装位置，并根据消落带岩体地形信息预先将声波发射探头801a、声波接收探头802a安装固定至声波挂绳上，所述声波发射探头801a均悬挂于消落带岸坡的一侧且固定于岩壁上，所述声波接收探头802a均悬挂于消落带岸坡的另一侧且固定于岩壁上。对于向峡谷河道内凸起且坡面较陡的凸型近直立陡倾岸坡12，应使用挂壁式声波对穿测试，测试物理量为岩体声波速度，挂壁式声波对穿测试无需钻孔，直接使用所述声波测试仪8进行测试，避免钻孔破坏岩体完整性，加剧消落带岩体的破坏。所述声波发射探头801a与所述声波接收探头802a一一对应的设置于同一高程，无需用水耦合，可直接测量凸型近直立陡倾岸坡岩体劣化后的声波衰减情况。所述声波测试仪8挂壁采集到的声波数据传输至所述云端服务器6，用户可通过用户终端10在云端服务器6中调用可获取挂壁式声波对穿测试数据。消落带近地表区域，砂、泥岩等软岩区域裂隙发育、风化强烈，岩体质量等级为Ⅳ-Ⅴ级，浅孔跨孔声波波速极低，无法正常获取有效数据。因此，近地表强烈破碎、岩体质量等级为Ⅳ-Ⅴ级的裂隙岩体发育区域采用高密度电法勘探仪9进行浅孔跨孔高密度电法对穿监测。所述高密度电法勘探仪9用于监测砂岩和泥岩等软岩区域(岩体质量等级为Ⅳ-Ⅴ级)斜坡消落带浅层岩体的劣化特点，测试物理量为岩体电阻率。

请参考图8、9和10，所述高密度电法勘探仪9设有供电正极901和供电负极902，所述供电正极901包括间隔设置于一测试孔11c内的多个正测量电极901a，所述供电负极902包括间隔设置于另一测试孔11d内的多个负测量电极902a，所有正测量电极901a与所有负测量电极902a一一对应，且相对应的所述正测量电极901a与所述负测量电极902a高程相同。所述测试孔11c、11d垂直斜坡消落带11向下钻进布置，浅孔跨孔高密度电法测试深度为3-5m，两所述测试孔11c、11d之间间距为1m，每个所述测试孔11c、11d之中相邻2个正测量电极901a或负测量电极902a之间的距离为0.4m。浅孔高密度电法对穿测试时正测量电极901a、负测量电极902a与测试孔11c、11d间均用水耦合。所述高密度电法勘探仪9采集到的电阻率数据传输至所述云端服务器6，用户可通过用户终端10在云端服务器6中调用获取浅孔高密度电法采集到的电阻率数据。浅孔高密度电法对穿测试孔和深孔跨孔声波对穿测试孔可选用同一钻孔。

上述三维激光扫描仪7、所述声波测试仪8和所述高密度电法勘探仪9的测试频率为每年2-3次。

所述GPRS数据传输装置3与所述Web和数据库服务器4无线连接，所述Web和数据库服务器4实时处理数据采集模块1采集到的监测数据，所述Web和数据库服务器4与所述云端服务器6相连，所述Web和数据库服务器4将处理完毕的监测数据上传至所述云端服务器6储存。所述Web和数据库服务器4还与预警模块5相连，所述预警模块5还与所述用户终端10相连。则所述Web和数据库服务器4可向所述预警模块5传输监测数据，预警模块5接收监测数据且在任一实时监测数据超过预警值时发出预警信息，并将预警信息发送至所述用户终端10。

所述云端服务器6储存消落带岩体劣化监测过程中产生的全部数据，包括所述数据采集模块1的监测数据、所述三维激光扫描仪7、所述声波测试仪8和所述高密度电法勘探仪9的测试数据。所述云端服务器6接收所述Web和数据库服务器4传输的监测数据并储存，同时，所述云端服务器6接收所述用户终端10的数据调用指令，可将储存的数据传输至所述用户终端10。

所述用户终端10可以为手机端或PC端，其可以直接由所述预警模块5获取预警信息和所述数据采集模块1的监测数据、以及由所述云端服务器6获取消落带三维激光扫描结果、消落带岩体声波波速和电阻率。这些监测数据可以直观的以图表的形式显示，如所述用户终端10可以直接获取不同时间序列内的消落带岩体表面监测点位移时间曲线图、消落带岩体深层位移时间曲线图、裂缝宽度时间曲线图、岩土体压力时间曲线图、消落带岩体表面温度时间曲线图、不同深度消落带岩体温度时间曲线图、岸坡水位时间曲线图、雨量时间曲线图等。

所述峡谷区岸坡消落带岩体劣化综合监测方法实施步骤如下：

S1：根据消落带岸坡地形判断监测岸坡类型；若监测对象属于凸型近直立陡倾岸坡，则采用挂壁式声波对穿测试开展岩体劣化测试，采用贴近摄影测量采集消落带岩体裂缝变化规律；若监测对象为斜坡，则监测浅层岩体跨孔声波值(或电阻率)、消落带深度位移、消落带岩体表面裂缝、消落带岩体软弱夹层或层间剪切带(潜在滑带)位置处的岩土体压力、消落带岩体表面温度、不同深度岩体温度、消落带水位、以及消落带雨量；

S2:根据岸坡工程地质勘察资料，确定目标监测斜坡消落带岩体质量等级和浅层岩体劣化测试方法；若斜坡消落带岩体质量等级为Ⅰ-Ⅲ级，则浅层岩体劣化测试时选用声波对穿测试；若斜坡消落带岩体质量等级为Ⅳ-Ⅴ级，则浅层岩体劣化测试时选用高密度电法测试；

S3:根据前期工程地质资料预估目标监测斜坡消落带岩体最大深部位移，若最大深部位移预估值超出最大固定测斜仪的最大测量值，则用选用位移计进行深部位移监测；若最大深部位移预估值小于固定测斜仪的最大测量值，则选用固定测斜仪进行深部位移监测

S4:安装监测设备，先将前端监测仪器与数据采集模块相连，再将数据采集模块和多个一机多天线GNSS接收机连接至GPRS数据传输装置，再依次连接GPRS数据传输装置3、Web和数据库服务器4、预警系统5、云端6、用户终端10；

S5:开展岸坡消落带岩体劣化监测，以固定采集频率采集所需的消落带岩体劣化关键参数。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

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 (9)

1.一种峡谷区岸坡消落带岩体劣化综合监测系统，其特征在于，包括：

数据采集模块，其连接设置于消落带岩体内部的多个固定测斜仪和多个位移计、设置于消落带表面岩体裂缝处的多个表面裂缝计、设置于消落带底部软弱夹层或层间剪切带位置处的多个土压力盒、设置于消落带岩体壁面和岩体裂缝中的多个自动温度计、设置于消落带水位监测钻孔中的水位计、以及设置于消落带表面的雨量计；

分别设置于消落带以外稳定地质体上和消落带岩体上的多个一体多天线GNSS接收机；

GPRS数据传输装置，其分别连接所述数据采集模块和多个所述一体多天线GNSS接收机；

与GPRS数据传输装置无线通讯连接的Web和数据库服务器；

与所述Web和数据库服务器通讯连接的预警模块，其判断出所述GPRS数据传输装置传递的所述数据采集模块采集到的监测数据超出预警值时，发出预警信息；

云端服务器，其用于接收Web和数据服务器上传的监测数据，以及接收用三维激光扫描仪对消落带岩体表面的扫描数据、声波测试仪测量出的消落带岩体的声波波速数据、以及高密度电法勘探仪测量出的消落带岩体电阻率数据；

以及分别连接所述预警模块和所述云端服务器的用户终端，所述用户终端由所述预警模块获取预警信息、由所述云端服务器获取所述数据采集模块采集到的监测数据，接收消落带三维激光扫描数据、消落带岩体声波波速数据和电阻率数据；

所述声波测试仪包括声波发射器和声波接收器，所述声波发射器设有多个声波发射探头，所述声波接收器设有多个声波接收探头；

在消落带岸坡为斜坡时，所述声波发射器和所述声波接收器分别设置于所述消落带岸坡上的发射孔和接收孔内，所述发射孔与所述接收孔内各个声波发射探头和声波接收探头一一对应，且相对应的所述声波发射探头和所述声波接收探头高程相同；

在消落带岸坡为凸型近直立陡倾岸坡时，利用贴近摄影测量获取的消落带剖面正交影像图确定各个声波发射探头和声波接收探头安装位置，并根据凸型近直立陡倾岸坡地形信息预先将声波发射探头、声波接收探头安装固定至声波挂绳上，所述声波发射探头均悬挂于消落带岸坡的一侧且紧贴岩壁，所述声波接收探头均悬挂于消落带岸坡的另一侧且紧贴岩壁，凸型近直立陡倾岸坡两侧岩壁各个声波发射探头和声波接收探头一一对应，且相对应的所述声波发射探头和声波接收探头高程相同。

2.如权利要求1所述的一种峡谷区岸坡消落带岩体劣化综合监测系统，其特征在于：若消落带岩体最大深部位移预估值小于固定测斜仪的最大测量值，则选用固定测斜仪进行深部位移监测，所述固定测斜仪布设于消落带岩体上设置的垂直钻孔内；若消落带岩体最大深部位移预估值大于固定测斜仪的最大测量值，则选用位移计进行深部位移监测，所述位移计包括拉线式位移计和多点位移计。

3.如权利要求1所述的一种峡谷区岸坡消落带岩体劣化综合监测系统，其特征在于：多个土压力盒均设置于消落带底部软弱夹层或层间剪切带位置处，用于监测消落带岩体底部软弱夹层或层间剪切带位置处的岩体土压力。

4.如权利要求1所述的一种峡谷区岸坡消落带岩体劣化综合监测系统，其特征在于：消落带岸坡为斜坡时，选用表面裂缝计监测消落带岩体表面裂缝宽度变化，所述表面裂缝计跨过消落带表面岩体裂缝，且表面裂缝计两端分别通过膨胀螺栓固定于消落带表面岩体上；消落带岸坡为凸型近直立陡倾岸坡时，该监测系统还包括旋翼无人机，所述旋翼无人机用于采集凸型近直立陡倾岸坡消落带剖面正交影像图，并根据近直立陡倾岸坡消落带剖面正交影像图直接确定裂缝宽度。

5.如权利要求1所述的一种峡谷区岸坡消落带岩体劣化综合监测系统，其特征在于：包括多个所述一体多天线GNSS接收机，其中之一作为基准站，安装于斜坡消落带以外的稳定地质体上；其余所述一体多天线GNSS接收机分别作为监测站，布置在消落带的地表位移监测点，用以观测斜坡消落带岩体水平位移和竖向变形，所述多个一体多天线GNSS接收机均采用大功率太阳能电池板和电池组组合供电，且分别与所述GPRS数据传输装置相连。

6.如权利要求1所述的一种峡谷区岸坡消落带岩体劣化综合监测系统，其特征在于：包含多个自动温度计，至少两所述自动温度计设置于消落带岩体壁面与岩体表面接触，设置方式为通过膨胀螺栓固定，用于测试消落带岩体表面温度变化情况；至少两所述自动温度计设置于不同深度的消落带岩体裂缝中，设置方式为：在所述消落带岩体裂缝底部用水泥固定抱箍，所述自动温度计固定于所述抱箍上，用于测试不同深度处岩体温度变化情况。

7.如权利要求1所述的一种峡谷区岸坡消落带岩体劣化综合监测系统，其特征在于：开展分米级和米级小尺度测窗三维激光扫描时，所述三维激光扫描仪底座固定在斜坡消落带岩体上，扫描镜头与消落带岩体测窗平行，平扫采集岩体表面劣化信息，不同时段对测区进行三维激光扫描时，扫描镜头与测区距离保持一致；开展百米级大尺度测窗三维激光扫描时，所述三维激光扫描仪设置于消落带对岸斜坡上，所述三维激光扫描仪观测点位、扫描镜头朝向与消落带岩体测量区域相对位置始终固定。

8.如权利要求1所述的一种峡谷区岸坡消落带岩体劣化综合监测系统，其特征在于：在消落带近地表岩体质量等级为Ⅳ-Ⅴ级的裂隙岩体发育区域开展浅层岩体劣化测试时，采用高密度电法勘探仪代替声波测试仪开展测试，高密度电法勘探仪设有供电正极和供电负极，所述供电正极包括间隔设置于一测试孔内的多个正测量电极，所述供电负极包括间隔设置于另一测试孔内的多个负测量电极，所有正测量电极与所有负测量电极一一对应，且相对应的所述正测量电极与所述负测量电极高程相同。

9.如权利要求1所述的一种峡谷区岸坡消落带岩体劣化综合监测系统的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：根据消落带岸坡地形判断监测岸坡类型；若监测对象属于凸型近直立陡倾岸坡，则采用挂壁式声波对穿测试开展岩体劣化测试，将各个声波发射探头均悬挂于消落带岸坡的一侧且固定于岩壁上，将各个声波接收探头均悬挂于消落带岸坡的另一侧且固定于岩壁上，将声波发射探头与声波接收探头一一对应的设置于同一高程，测量凸型近直立陡倾岸坡岩体劣化后的声波衰减情况，

采用贴近摄影测量采集消落带岩体裂缝变化规律；若监测对象为斜坡，则监测浅层岩体声波值或电阻率、消落带深部位移、消落带岩体表面裂缝宽度、消落带岩体底部软弱夹层或层间剪切带位置处的岩土体压力、消落带岩体表面温度、不同深度岩体温度、消落带水位、以及消落带雨量；

S2:根据岸坡工程地质勘察资料，确定目标监测岸坡消落带岩体质量等级和浅层岩体劣化测试方法；若斜坡消落带岩体质量等级为Ⅰ-Ⅲ级，则浅层岩体劣化测试时选用跨孔声波对穿测试；若斜坡消落带岩体质量等级为Ⅳ-Ⅴ级，则浅层岩体劣化测试时选用高密度电法测试；

S3:根据前期工程地质资料预估目标监测斜坡消落带岩体最大深部位移，若最大深部位移预估值超出固定测斜仪的最大测量值，则选用位移计进行深部位移监测；若最大深部位移预估值小于固定测斜仪的最大测量值，则选用固定测斜仪进行深部位移监测；

S4:安装监测设备，依次将各前端监测仪器与数据采集模块相连，再将数据采集模块和多个一体多天线GNSS接收机连接至GPRS数据传输装置，再依次连接GPRS数据传输装置、Web和数据库服务器、预警模块、云端服务器、用户终端；

S5:开展岸坡消落带岩体劣化监测，以固定采集频率采集所需的消落带岩体劣化关键参数。