CN201540087U - 一种无通视高陡边坡变形监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无通视高陡边坡变形监测装置，涉及岩土工程边坡变形监测技术。本实用新型包括依次连接的目标靶点(1)、测试连接线(2)、测试固定基座(3)、位移传感器(4)、数据采集记录系统(5)和PC计算机(6)；所述的目标靶点(1)或为地表目标靶点，或为深层目标靶点；地表目标靶点或为单个，或为多个；深层目标靶点或为单个，或为多个。本实用新型不受边坡的通视条件限制，同时不受地形条件以及光线条件制约，可以在任何时间及气候条件下实时对边坡变形予以监控，也可运用于基坑开挖、地下矿山开采等的岩土工程变形监测领域。

Description

一种无通视高陡边坡变形监测装置

技术领域

本实用新型涉及岩土工程边坡变形监测技术，尤其涉及一种通视条件差、地形复杂的无通视高陡边坡变形监测装置。具体地说，主要是针对复杂地形条件下的岩土工程边坡变形的实时监测，不仅对复杂地形条件下施工和运营过程中边坡与附属构筑物的变形监测具有显著优点，亦可运用于道路、桥梁、结构工程等的表面与内部变形监测领域。

背景技术

地表变形监测是对滑坡体的地表进行绝对位移和相对位移监测。每种监测方法，都有其优缺点，要根据滑坡具体情况，选用精度适宜、经济合理的监测方法。

在土石坝的表面变形监测中，大都继续采用视准线法(活动标法、小角法)和人工水准测量法进行水平位移和垂直位移监测。传统的水平位移监测通常采用经纬仪三角测量或视准测量的方法。若变形量相对较小，监测精度要求较高，近一、二十年来，传统方法逐渐被垂线、引张线所取代，并在人工观测的基础上向自动化方向发展。现在使用较多的是步进电机式、光电式、感应式和激光等自动遥测传感器设备。垂直位移监测通常采用人工的光学水准测量方法。近年来为了满足管理部门自动化遥测的需求，出现了静力水准遥测技术。我国研制的差动变压器式和电容式等静力水准装置在许多大坝中得到了应用。

在三峡库区，绝对位移监测的新技术和新方法有全球定位系统GPS技术和合成孔径雷达干涉测量(简称INSAR)技术；相对位移变形监测的新技术有自动伸缩仪监测和分布式光纤监测等。GPS地表变形监测缺点是测量精度不够高、易受地形的影响，如在峡谷区由于接收到的卫星信号不够多而不能进行精确测量。合成孔径雷达干涉测量INSAR目前精度仍低于GPS的观测精度，但INSAR技术能提供比GPS技术好得多的空间分辨率。该技术手段特别适于解决大面积的滑坡、崩塌、泥石流以及地裂缝、地面沉降等地质灾害的监测预报，是一项快速、经济的空间探测高新技术。自动伸缩计是自动观测滑坡地表相对位移量的仪器，可用记录纸和数据贮存卡同时进行记录，可以记录长达半年的变形数据，测量精度可达到0.2mm，可进行远程遥测。其测定的数据具有连续性、实时性的特点，能揭示滑坡连续变形的全过程。缺点是测量的数据只是局部变形，要消除这种影响需多台串联。分布式光纤监测系统是分布调制的光纤传感系统，通常由激光光源、传感光纤(缆)和检测单元组成，它是一种自动化的监测系统。

张正禄教授与长委长江三峡勘测研究院有限公司(武汉)合作的“毫米级滑坡变形监测的2G技术与方法研究”将GPS和Georobot(全球定位系统和测量机器人)这两种现代技术与方法结合起来，解决滑坡变形监测中的关键技术问题。另有学者对TDR系统中电缆、电缆测试仪、数据记录仪和多路复用器进行了具体剖析，并对比水平仪、倾斜仪等传统监测仪器，论述了TDR系统的优点和不足。以及采用GPS相对静态定位技术监测山体滑坡，从滑坡监测网的基准点、监测点设计和观测出发，提出了利用高精度全站仪提供的尺度与方位基准来获得相对稳定不变的基准点坐标数据方法；在监测数据处理中对于不同监测周期的网形、起算点选取等对解算结果产生的影响进行了试验研究，提出适宜的解决方法。BHT-II滑坡推力光纤监测仪采用了一种基于OTDR的准分布式光纤压力传感器，具有较高的空间分辨率和测量灵敏度，适用于滑坡的推力实时监测，监测数据可用于滑坡治理工程设计和滑坡的预警预报。

随着自动化全站仪(测量机器人)、GPS、计算机软件和通信技术的发展，突破大坝(特别是土石坝)表面变形监测自动化的技术手段已成为可能。如目前市场上比较流行的“流动式半自动化变形监测系统”和“固定式全自动化变形监测系统”。流动式半自动化变形监测系统一方面可用于基点和工作基点三角网的边角观测；另一方面还可在基点或工作基点上对变形点进行边角交会测量。由于自动化全站仪在机载软件的控制下，可实现对棱镜目标的自动识别与照准，因此测站工作实现了自动化观测、记录与限差检核。但因多站观测，需要人工在有关的网点(基点或工作基点)之间搬动仪器。

中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所赵宇等发明一种智能型地质灾害综合监测系统及多级预报分析方法，该系统是一种按需可组合、拆卸的，适合于野外安装的监测装置，定时测量并地面无线发射斜坡地下深部变形信息于系统信息分析控制单元，结合采用激光扫描器，同时还增设多点定点激光测距仪，对选定物体进行精确测距。它以地质灾害体地下深部变形和地表直接变形位移为主要监测预报依据，就地一体化地完成监测、分析、预报功能。

综上，目前尚无统一的技术方法对边坡表面和深部变形进行监测，因此其变形测试结果的统一性和可比性不强，另外对于设备安装、测试光线、现场通视条件以及自动化采集设备的用电等方面均有相对特别的要求。

发明内容

本实用新型的目的就在于克服现有技术存在的上述缺点和不足，提供一种无通视高陡边坡变形监测装置，对测试光线和通视条件无任何要求，人工读数和自动采集相对独立。

本实用新型的目的是这样实现的：

包括依次连接的目标靶点、测试连接线、测试固定基座、位移传感器、数据采集记录系统和PC计算机。

工作原理：

利用膨胀木的膨胀特性将不锈钢丝测线与钻孔孔壁牢牢地相对固定，测线通过牵引配重保持一定的张紧度受力，测线的伸缩量代表了边坡所测位置(地表和不同深部岩土体)与测试固定基座之间的相对位移量。具体地说，边坡及附属构筑物等在施工或运营过程中，若置于牵引配重上的位移传感器读数减小，则表明边坡发生滑动变形。变形量可通过人工读数或通过数据采集仪采集、记录的位移传感器读数相互独立获取。

整个过程实现了在不影响施工和运营条件下，克服光线条件、通视条件以及复杂地形条件等的约束直观实时获取变形监测数据。

经现场测试，本装置的技术指标如下：

精度：0.01mm；    测试距离：400m；    工作温度：0℃～50℃，

测试通道：无限制；变形量程：无限制。

本实用新型具有以下优点和积极效果

①在监测过程中，可实时监测采集在复杂工况条件下边坡滑动变形，掌控边坡稳定性，使地表变形和深部岩土体变形测试手段和标准相统一。

②不受边坡的通视条件限制，同时不受地形条件以及光线条件制约，可以在任何时间及气候条件下实时对边坡变形予以监控。

③视现场条件可以分别选择人工读数或数据自动采集功能，可以按照不同精度要求更换传感器种类。

④该装置测试原理直观、结构简单、精度高、稳定性好、易于操作、拆卸方便，对安装测试人员没有很强的技术要求。

⑤本实用新型不仅对复杂条件下施工和运营过程中边坡的变形监测具有显著的优点，也可运用于基坑开挖、地下矿山开采等的岩土工程变形监测领域。

附图说明

图1是本实用新型结构方框图；

图2是深层目标靶点埋置图；

图3是本装置结构示意图。

其中：

1-目标靶点，

1.1-固定钢管，    1.2-膨胀木，       1.3-PVC护管，

1.4-法兰盘；

2-测试连接线，

2.1-不锈钢铉，    2.2-钢铉固定卡扣，  2.3-牵引配重；

3-测试固定基座，

3.1-基座底板，    3.2-固定螺钉，      3.3-滑轮支撑架，

3.4-滑轮固定销，  3.5-滑轮组；

4-位移传感装置；

4.1-位移传感器，  4.2-传感器固定夹；

5-数据采集记录系统；

5.1-数据传输线，  5.2-数据采集仪；6-PC计算机。

具体实施方式

下面结合附图和实施示例对本装置进一步说明：

一、总体

如图1、图2、图3，本装置包括依次连接的目标靶点1、测试连接线2、测试固定基座3、位移传感器4、数据采集记录系统5和PC计算机6。

二、功能块

1、目标靶点1

目标靶点1或为地表目标靶点，或为深层目标靶点；

(1)地表目标靶点

如图3，地表目标靶点或为单个，或为多个。

①单个

单个由固定钢管1.1和膨胀木1.2组成；

固定钢管1.1贯穿于膨胀木1.2中，膨胀木1.2埋置于孔径大于膨胀木直径0～10mm的地表浅孔中。

②多个

多个固定钢管1.1分别贯穿于多个膨胀木1.2中，多个膨胀木1.2分别埋置于多个地表浅孔中。

(2)深层目标靶点

如图2、3，深层目标靶点或为单个，或为多个。

①单个

单个由固定钢管1.1、膨胀木1.2、PVC护管1.3和法兰盘1.4组成；

固定钢管1.1贯穿于膨胀木1.2中，膨胀木1.2埋置于孔径大于膨胀木直径0～10mm的坡体倾斜钻孔中，不锈钢铉2.1起始端与固定钢管1.1相连，末端穿过安装于孔口的法兰盘1.4绕过滑轮组3.5与牵引配重2.3相连，孔内的不锈钢铉2.1用PVC护管1.3加以保护。

②多个

多个固定钢管1.1分别贯穿于多个膨胀木1.2中，多个膨胀木1.2分别埋置于一个坡体倾斜钻孔中的多个测点；每个不锈钢铉2.1起始端分别与每个固定钢管1.1相连，末端穿过安装于孔口的一个法兰盘1.4绕过滑轮组3.5分别与每个牵引配重2.3相连，孔内的多个不锈钢铉2.1用一个PVC护管1.3加以保护。

2、测试连接线2

如图3，测试连接线2包括前后依次连接的不锈钢铉2.1、钢铉固定卡扣2.2和牵引配重2.3；

不锈钢铉2.1的起始端连接于固定钢管1.1，末端绕过滑轮组3.5通过钢铉固定卡扣2.2与牵引配重2.3相连。

牵引配重2.3的作用是将不锈钢铉2.1拉直，并保持不发生蠕变变形，另外可作为位移传感器4.1的测试基点。

3、测试固定基座3

如图3，测试固定基座3包括基座底板3.1、固定螺钉3.2、滑轮支撑架3.3、滑轮固定销3.4和滑轮组3.5；

利用固定螺钉3.2将基座底板3.1固定在边坡顶部相对稳定位置，滑轮支撑架3.3安装于测试基座3.1上，利用滑轮固定销3.4将滑轮组3.5固定于滑轮支撑架3.3顶端，滑轮组3.5作为不锈钢铉2.1支撑和变向之用。

4、位移传感装置4

如图3，位移传感装置4包括位移传感器4.1和传感器固定夹4.2；

传感器固定夹4.2安装在滑轮支撑架3.3上，位移传感器4.1通过传感器固定夹4.2固定于牵引配重2.3上。

位移传感器4.1可采用百分表或拉杆式传感器，用于人工读数，也可用于自动记录系统；采用激光传感器可用于自动记录，且能够达到更高的测试精度。

5、数据采集记录系统5

数据采集记录系统5包括相互连接的数据传输线5.1和数据采集仪5.2；

数据传输线5.1的输入端接位移传感器4.1，数据传输线5.1的输出端接数据采集仪5.2。

数据采集仪5.2选用多通道数据采集仪。

位移传感器4.1输出信号为电压模拟信号，需经数据采集仪5.2把模拟信号转换为数字信号存入采集卡，将采集卡中的数据导入PC计算机6进行后续计算分析。

6、PC计算机6

PC计算机6是一种常用的工业计算机。

Claims (8)

1.一种无通视高陡边坡变形监测装置，其特征在于：

包括依次连接的目标靶点(1)、测试连接线(2)、测试固定基座(3)、位移传感器(4)、数据采集记录系统(5)和PC计算机(6)。

2.按权利要求1所述的一种无通视高陡边坡变形监测装置，其特征在于：

所述的目标靶点(1)为单个地表目标靶点，由固定钢管(1.1)和膨胀木(1.2)组成；固定钢管(1.1)贯穿于膨胀木(1.2)中，膨胀木(1.2)埋置于孔径大于膨胀木直径0～10mm的地表浅孔中。

3.按权利要求1所述的一种无通视高陡边坡变形监测装置，其特征在于：

所述的目标靶点(1)为多个地表目标靶点(1A)，是多个固定钢管(1.1)分别贯穿于多个膨胀木(1.2)中，多个膨胀木(1.2)分别埋置于多个地表浅孔中。

4.按权利要求1所述的一种无通视高陡边坡变形监测装置，其特征在于：

所述的目标靶点(1)为单个深层目标靶点，由固定钢管(1.1)、膨胀木(1.2)、PVC护管(1.3)和法兰盘(1.4)组成；固定钢管(1.1)贯穿于膨胀木(1.2)中，膨胀木(1.2)埋置于孔径大于膨胀木直径0～10mm的坡体倾斜钻孔中，不锈钢铉(2.1)起始端与固定钢管(1.1)相连，末端穿过安装于孔口的法兰盘(1.4)绕过滑轮组(3.5)与牵引配重(2.3)相连，孔内的不锈钢铉(2.1)用PVC护管(1.3)加以保护。

5.按权利要求1所述的一种无通视高陡边坡变形监测装置，其特征在于：

所述的目标靶点(1)为多个深层目标靶点，是多个固定钢管(1.1)分别贯穿于多个膨胀木(1.2)中，多个膨胀木(1.2)分别埋置于一个坡体倾斜钻孔中的多个测点；每个不锈钢铉(2.1)起始端分别与每个固定钢管(1.1)相连，末端穿过安装于孔口的一个法兰盘(1.4)绕过滑轮组(3.5)分别与每个牵引配重(2.3)相连，孔内的多个不锈钢铉(2.1)用一个PVC护管(1.3)加以保护。

6.按权利要求1所述的一种无通视高陡边坡变形监测装置，其特征在于：

测试连接线(2)包括前后依次连接的不锈钢铉(2.1)、钢铉固定卡扣(2.2)和牵引配重(2.3)。

7.按权利要求1所述的一种无通视高陡边坡变形监测装置，其特征在于：

测试固定基座(3)包括基座底板(3.1)、固定螺钉(3.2)、滑轮支撑架(3.3)、滑轮固定销(3.4)和滑轮组(3.5)；

利用固定螺钉(3.2)将基座底板(3.1)固定在边坡顶部相对稳定位置，滑轮支撑架(3.3)安装于测试基座(3.1)上，利用滑轮固定销(3.4)将滑轮组(3.5)固定于滑轮支撑架(3.3)顶端。

8.按权利要求1所述的一种无通视高陡边坡变形监测装置，其特征在于：

位移传感装置(4)包括位移传感器(4.1)和传感器固定夹(4.2)；

传感器固定夹(4.2)安装在滑轮支撑架(3.3)上，位移传感器(4.1)通过传感器固定夹(4.2)固定于牵引配重(2.3)上。

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