CN114543871A - 一种适用于高陡路堑边坡的全方位监测系统及其监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于高陡路堑边坡的全方位监测系统及其监测方法，涉及到边坡监测技术领域，监测系统包含了监测传感器、数据采集模块、通讯模块、小型监测站等，长期全面监测包含地表位移、土体深部位移、支护结构应力、土压力、孔隙水压力、土体含水率以及降雨量等数据，保证了数据的全面性、连续性，再通过监测仪器配套软件处理监测数据后，能更方便、快捷且全面地了解边坡应力变形状态与结构物作用，进而能对边坡稳定性状况做出评价，为边坡开挖施工提供建议与指导，为交通设施运营安全提供了保障。

Description

一种适用于高陡路堑边坡的全方位监测系统及其监测方法

技术领域

本发明涉及边坡监测技术领域，更具体地说，涉及一种适用于高陡路堑边坡的全方位监测系统及其监测方法。

背景技术

随着我国经济的快速发展，随之而来的关于交通、石化能源、水利水电以及矿山开采等大量基础设施建设也出现了空前的规模和数量。其中，边坡是工程建设中所涉及问题最多的工程之一，尤其是在大规模的基础建设中，以滑坡及开挖边坡工程形成的地质灾害问题愈发突出。

在铁路高陡路堑边坡开挖施工及长期运营中，边坡的动态监测，对边坡完善防护设计、保证工程安全具有十分重要的意义。

在现有的高陡路堑边坡监测方法中，已有一些关于边坡监测的专利，但大多监测方式单一，监测的项目较少、不全面，并不能准确地反映高陡路堑边坡稳定性状。

因此，需要一种适用于高陡路堑边坡的全方位监测系统，来对边坡稳定性进行监测、分析。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于高陡路堑边坡的全方位监测系统，来对边坡进行监测、分析。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种适用于高陡路堑边坡的全方位监测系统，包括位移监测桩1、桩顶位移监测点3、测斜仪2、土体含水量传感器4、渗压计5、钢筋计6、锚索测力计7和磁通量传感器8。位移监测桩1 和桩顶位移监测点3分散布置在高陡路堑边坡处。

测斜仪2沿各个高陡路堑边坡的各个分阶平坡侧部向下竖向埋设；测斜仪2 上设有土体含水量传感器4和渗压计5；钢筋计6沿各个高陡路堑边坡的各个分阶斜坡侧部水平布设，磁通量传感器8沿各个高陡路堑边坡的各个分阶平坡侧部水平横向布设；锚索测力计7沿各个高陡路堑边坡的各个分阶平坡水平布设。桩顶位移监测点3的侧部安装有土压力盒9。

进一步地，所述的位移监测桩1为预制钢筋混凝土桩，预制钢筋混凝土桩超出高陡路堑边坡表面10cm～20cm，位移监测桩1沿着山体滑坡倾向方向设置。

进一步地，桩顶位移监测点3用于地表位移的监测，在桩顶位移监测点3 上预埋带有“十”字中心的钢筋进行地表位移监测。

进一步地，高陡路堑边坡的环境通过小型气象站进行监测。

本发明设计了一种高陡路堑边坡全方位的监测方法，移监测桩1、桩顶位移监测点3、测斜仪2、土体含水量传感器4、渗压计5、钢筋计6、锚索测力计7 和磁通量传感器8用以采集高陡路堑边坡的监测点数据，用以实时记录监测高陡路堑边坡全方位数据，所述高陡路堑边坡全方位数据包括边坡体表面的位移数据，边坡体深部位移数据，边坡体内部的锚杆、锚索应力数据，桩身内部应力数据，桩前、后土体土压力数据，边坡土体内孔隙水压力数据、含水率数据，以及边坡区域内实时降雨量数据。

所述的监测点在每隔预定时间内向服务器发送所述的各监测点的数据；

所述的服务器对所发送的各监测点的数据进行处理、分析，并根据处理分析的结果用以判断边坡是否稳定；

各所述的监测点以通讯模块将预定时间内所采集的监测数据传输给服务器；

进一步地，所述服务器，用于对所述各监测点传输的监测数据进行处理、分析，并根据处理分析的结果判断是否稳定；

本发明具有如下有益效果：通过土体位移、水文、土压力以及支护结构受力等对高陡路堑边坡进行全方位的监测，并将采集数据经过通讯模块传输至服务器进行处理分析，达到对高陡路堑边坡全方位的监测、分析等目的；

附图说明

图1为本发明一个高速铁路高陡路堑边坡全方位监测系统的实现流程示意图。

图2为本发明一个实施例中高速铁路高陡路堑边坡全方位监测系统的监测点布置图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，并将结合附图进一步说明。

本发明是一种适用于高陡路堑边坡的全方位监测系统及其监测方法，包含了监测传感器、数据采集模块、通讯模块、以及小型服务器等内容，能持续地监测边坡体表面的位移，边坡体深部位移，边坡体内部的锚杆、锚索应力，桩身内部应力，桩前、后土体土压力，边坡土体内孔隙水压力、含水率，边坡区域内实时降雨量等，将传感器线接入采集模块，接入电脑，使用相应仪器配套的软件能较为方便的采集处理数据，再利用服务器对数据做相应的处理分析，并根据处理分析的结果判断边坡是否稳定。

一种高陡路堑边坡监测系统，包括监测传感器、采集模块、通讯模块和小型监测站，能监测边坡体表面的位移，边坡体深部位移，边坡体内部的锚杆、锚索应力，桩身内部应力，桩前、后土体土压力，边坡土体内孔隙水压力、含水率，边坡区域内实时降雨量监测，将传感器线接入采集模块，然后通过通讯模块以移动数据通道形式将采集的现场数据传入服务器中保存下来，再用仪器配套的软件处理并分析数据，达到对高陡路堑边坡进行全方位实时监测的目的；

所述采集模块用相应的传感器以对如权利要求1中所述的数据，并将监测采集信息记录在存储模块中，然后通过通讯模块以移动数据通道形式将现场数据传入服务器中保存下来，再用仪器配套的软件处理并分析数据；

所述采集模块包括边坡地表位移信息采集模块，边坡体深部位移信息采集模块，应力信息采集模块，土压力信息采集模块，土体内孔隙水压力信息采集模块、含水率信息采集模块，实时降雨量信息采集模块；

所述的边坡地表位移信息采集包括混凝土位移监测桩，监测桩置于高陡路堑边坡的多个地点处，沿着山体滑坡倾向方向设置；监测桩采用现浇混凝土的方式与边坡体连接成一体；

所述的边坡体深部位移信息采集所用的传感器为测斜仪，在选取的边坡各平台处向下钻孔，将测斜仪埋置于边坡体内部；

所述的应力信息采集所用的传感器包括，锚索采用的锚索测力计、磁通量传感器，锚杆、桩身采用的钢筋计；其中磁通量传感器埋置于锚索锚固段，锚索测力计固定于锚索端部锚头处，；钢筋计采用焊接方法，置于锚杆、桩身主筋中，并在焊接过程中，浇水降温防止因热传导过快散热不及时而烧毁钢筋计组件；

土体内孔隙水压力信息采集所用的传感器为渗压计，在边坡各平台处钻孔，在渗压计进水口位置处安装人工过滤层，安装埋设渗压计，安装完成后回填透水填料，并用膨润土球或注浆封孔；

土体内含水率信息采集所用的传感器为土体含水量传感器，在钻孔处将土体水含量传感器插到要测量的区域，安装完成后将孔用土回填满；

土体内含水率信息采集为小型气象站，能自动同时测量大气温度、大气湿度、风速、风向、气压和雨量等六种主要气象要素。

如图2所示，根据本发明具体实施例中的一种高速铁路高陡路堑边坡全方位监测系统，其中监测系统包括：位移监测模块、水分监测模块、应力信息采集模块和土压力信息采集模块。

在如图2所示的高陡路堑边坡实施例中，测斜仪2为固定式测斜仪，首先埋置于高陡路堑边坡三个平台处的内部，用于监测边坡体的深部位移，而深部位移的变化是坡体产生剪切变形破坏最直观的结果，在预定钻孔处向下安装测斜管，将多支测斜传感器串联起来埋置于不同的深度，当待测区域发生形变时，测斜管内部的传感器可以灵敏感应在每一深度处的倾斜角度变化，进而根据倾斜角求出不同高程处的水平位移增量，然后输出一个电压信号并在读数仪的显示器上显示出来，仪器输出的信号是以测斜导管导槽为基准，在某一深度处测头上下导轮标准间距L上的倾斜角的函数sinθ_i，并将该信号换算成水平位移，即Δ_i＝Lsinθ_i，故由测斜管底部测点开始逐段累加，可得任一高程处的水平位移。

在如图2所示的高陡路堑边坡实施例中，设于边坡体上的位移监测桩1为预制钢筋混凝土桩，预制钢筋混凝土桩需要超出平台表面10cm～20cm，并用现浇混凝土的方式与边坡体连接成一体，监测桩置于高陡路堑边坡的多个地点处，沿着山体滑坡倾向方向设置，利用位移监测桩通过全站仪测进行地表位移量的测量，即利用全站仪放出测点，参照标准水准点埋设，所有基点应和附近水准点联测取得原始高程，再利用全站仪对坡体上的位移桩进行监测，测量地表水平位移量与地表垂直位移量。

在如图2所示的高陡路堑边坡实施例中，桩顶位移监测点3主要用于地表位移的监测，在桩顶上预埋带有“十”字中心的0.5m长的

的HPB235钢筋，通过全站仪进行桩顶位移的监测，即进行地表位移的监测。

所述位移监测桩1、固定式测斜仪2、桩顶位移监测点3构成位移监测模块，其中位移监测桩1、桩顶位移监测点3构成边坡地表位移信息采集模块，固定式测斜仪2构成边坡体深部位移信息采集模块，利用坡体内部埋设的测斜仪2测量得土体深部位移量，利用设于边坡体上的位移监测桩1通过全站仪测量得地表水平位移量与地表垂直位移量，利用安设的桩顶位移监测点3通过全站仪测量得桩顶位移量，再通过数据分析获取各个位置的累积变形量以及位移速率，了解边坡变形情况，以此判断边坡的稳定性。

在高陡路堑边坡实施例中，土体含水量传感器4为JMSF-1I型土体含水量传感器，主要用于土体内含水量的监测，可以实时监测坡体内土壤的含水率变化，而土壤含水率的变化能够直接反映雨水在土体内部的渗透程度，为保证土体水含量传感器测量有效区域与土体紧密接触，故在垂直安装时，先挖一个直径50mm 的洞，继而再把土体水含量传感器插到要测量的区域，在水平安装时，需要先挖一个直径足够大的洞或沟，把土体水含量传感器水平插到要测量的区域，再使用当地土壤填满压实。

在高陡路堑边坡实施例中，渗压计5为JMZX-5503HAT型渗压计，属于智能弦式渗压计，用于监测边坡内土体的孔隙水压力，监测在开挖施工及运营期由于降雨等因素而引起边坡内部孔隙水压力的变化趋势，分析边坡稳定性可能发展趋势，埋设渗压计时需先完全浸泡在清水里几个小时并进行测值读数，确保渗压计可正常使用后需在渗压计进水口位置处安装人工过滤层即使用现场的绿色防护网包裹渗压计，以保证渗压计的进水口畅通，防止泥浆堵塞进水口，采用泥浆护壁成孔，孔直径宜为100～130mm并保持钻孔圆直、干净，将渗压计埋入孔中后回填透水填料并用膨润土球或注浆封孔。

所述土体含水量传感器4、渗压计5构成水分监测模块，其中土体含水量传感器构成土体内含水率信息采集模块，渗压计构成土体内孔隙水压力信息采集模块，利用坡体内埋设的土体含水量传感器实时监测坡体内土壤的含水率变化，利用坡体内埋设的渗压计监测边坡内土体的孔隙水压力的变化。

在高陡路堑边坡实施例中，钢筋计6使用的是JMZX-416HAT型钢筋计，属于振弦式钢筋应力计，用于监测锚固桩、锚杆、土钉的应力，在锚杆、土钉与桩身中，将主钢筋除锈处理后且检查无损伤后将主筋切开，留足够供钢筋计搭接的长度后将钢筋计先用细铁丝绑扎固定在钢筋上再将其焊接在钢筋上，在焊接过程中需浇水降温防止因热传导过快与散热不及时而烧毁钢筋计组件。

在高陡路堑边坡实施例中，锚索测力计7使用的是JMZX-3110HAT型锚索计，属于振弦式锚索测力计，用于测定锚索张拉和锚固过程中预应力大小与预应力损失，监测锚索张拉完成后的应力变化，以此分析预应力锚索的加固效果和运行工作状态，安装时先将预应力锚索穿入仪器的承压钢筒后再将锚索测力计安装在锚杆工作锚头和钢垫座之间。

在高陡路堑边坡实施例中，磁通量传感器8用于测定锚索锚固段沿杆长的应力分布，将磁通量传感器套入锚索锚固段中相应的位置，并用多根扎丝固定紧，防止传感器来回滑动。

所述钢筋计6、锚索测力计7、磁通量传感器8构成应力信息采集模块，其中钢筋计用于监测锚杆、锚固桩的应力变化，锚索测力计用于监测锚索张拉过程中以及张拉完成后应力的变化，磁通量传感器用于监测锚索锚固段沿杆长的应力变化。

在高陡路堑边坡实施例中，土压力盒9使用的是JMZX-5006AM型土压力盒，属于振弦式土压力盒，用于监测桩前与桩后土体的土压力变化，采用埋入式安置土压力盒，需确保土压力盒垂直并紧贴面向土体。

所述土压力盒9构成土压力信息采集模块，用于监测桩前与桩后土体的土压力变化，以了解坡体内部的应力情况，再结合边坡地表位移信息采集模块与边坡体深部位移信息采集模块所采集的位移量综合考虑边坡的变形情况。

在高陡路堑边坡实施例中，小型气象站10用于自动同时监测大气温度、大气湿度、风速、风向、气压和雨量等六种主要气象要素，以此用来分析各项气象要素对监测项目的影响。可以采用NHQXZ-W-609微型气象站，微型气象站为了外场使用方便，选用高精度的数字气压、温度、湿度、风向风速，多种通信方式、免调试、可折叠伸缩、自带电源等特点使其非常适用于各类应急临时气象短期观测、长期连续的小型气象监测和移动便携的各类气象数据实时获取。

所述小型气象站不仅能完成多项气象要素的监测，最重要的是构成实时降雨量信息采集模块，以完成被监测项目所在地的实时降雨以及其他多项气象要素的监测。

所述监测传感器模块中的各个监测传感器接入数据采集模块中相应的数据采集模块中并再通过通讯模块将采集数据传入到服务器中，然后通过通讯模块以移动数据通道形式将采集的现场数据传入服务器中保存下来，再用仪器配套的软件处理并分析数据，达到对高陡路堑边坡进行全方位实时监测的目的。

所述监测模块完成对经由监测传感器模块、数据采集模块、通讯模块、服务器等最终处理所得的数据的分析，若经由监测模块判断某累传感器监测所得的数据已不在安全范围内，提示相应的管理人员被监测项目存在危险需立即采取相应措施。

本发明的保护范围不限于上述具体实施方式。

本发明中采用了具体工程案例对本发明原理及实施方法进行了系统阐述，上述具体实施方式说明只是用于介绍本发明的方法和实施方式。依据本发明具体实施方法和试验范围可开展多种工点的监测。本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。

Claims (9)

1.一种适用于高陡路堑边坡的全方位监测系统，其特征在于：包括位移监测桩(1)、桩顶位移监测点(3)、测斜仪(2)、土体含水量传感器(4)、渗压计(5)、钢筋计(6)、锚索测力计(7)和磁通量传感器(8)；位移监测桩(1)和桩顶位移监测点(3)分散布置在高陡路堑边坡处；

测斜仪(2)沿各个高陡路堑边坡的各个分阶平坡侧部向下竖向埋设；测斜仪(2)上设有土体含水量传感器(4)和渗压计(5)；钢筋计(6)沿各个高陡路堑边坡的各个分阶斜坡侧部水平布设，磁通量传感器(8)沿各个高陡路堑边坡的各个分阶平坡侧部水平横向布设；锚索测力计(7)沿各个高陡路堑边坡的各个分阶平坡水平布设；桩顶位移监测点(3)的侧部安装有土压力盒(9)。

2.根据权利要求1所述的一种适用于高陡路堑边坡的全方位监测系统，其特征在于：所述的位移监测桩(1)为预制钢筋混凝土桩，预制钢筋混凝土桩超出高陡路堑边坡表面10cm～20cm，位移监测桩(1)沿着山体滑坡倾向方向设置。

3.根据权利要求1所述的一种适用于高陡路堑边坡的全方位监测系统，其特征在于：桩顶位移监测点(3)用于地表位移的监测，在桩顶位移监测点(3)上预埋带有十字中心的钢筋进行地表位移监测。

4.根据权利要求1所述的一种适用于高陡路堑边坡的全方位监测系统，其特征在于：高陡路堑边坡的环境通过小型气象站进行监测。

5.一种高陡路堑边坡全方位的监测方法，其特征在于：移监测桩(1)、桩顶位移监测点(3)、测斜仪(2)、土体含水量传感器(4)、渗压计(5)、钢筋计(6)、锚索测力计(7)和磁通量传感器(8)用以采集高陡路堑边坡对应的监测点数据，用以实时记录监测高陡路堑边坡全方位数据，所述高陡路堑边坡全方位数据包括边坡体表面的位移数据，边坡体深部位移数据，边坡体内部的锚杆、锚索应力数据，桩身内部应力数据，桩前、后土体土压力数据，边坡土体内孔隙水压力数据、含水率数据，以及边坡区域内实时降雨量数据。

6.根据权利要求5所述的一种高陡路堑边坡全方位的监测方法，其特征在于：所述的监测点在每隔预定时间内向服务器发送所述的各监测点的数据。

7.根据权利要求5所述的一种高陡路堑边坡全方位的监测方法，其特征在于：所述的服务器对所发送的各监测点的数据进行处理、分析，并根据处理分析的结果用以判断边坡是否稳定。

8.根据权利要求5所述的一种高陡路堑边坡全方位的监测方法，其特征在于：各所述的监测点以通讯模块将预定时间内所采集的监测数据传输给服务器。

9.根据权利要求8所述的一种高陡路堑边坡全方位的监测方法，其特征在于：所述服务器，用于对所述各监测点传输的监测数据进行处理、分析，并根据处理分析的结果判断是否稳定。

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