CN202033877U - 突发性崩塌灾害应急安全警报装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出了一种突发性崩塌灾害应急安全警报装置，该警报装置由数据采集模块、信号放大模块、信号选择模块、A/D转换模块、数据处理模块、键盘和液晶显示模块及报警模块组成；所述的数据采集模块将采集到的岩石的应力信息传送给信号放大模块进行放大，放大后的信号送到信号选择模块对信号进行分时采集，分时采集的信号送入A/D转换模块转换成数字信息，再送入数据处理模块进行数据处理；数据处理模块分别与报警模块、键盘和液晶显示模块连接。本实用新型的有益技术效果是：由危岩稳定系数经有线通讯传输并解调以后的危岩崩塌信号，是进行突发性崩塌应急安全警报的重要原始信息，再结合危岩安全性评价标准，实时判识危岩所处的安全性态，将危岩的安全状态以声音、灯光等显示方式予以实时公布，及时指导防灾、减灾和应急避灾。
Description
技术领域
本实用新型涉及地质灾害监测及防御技术，尤其是涉及一种突发性崩塌灾害应急安全警报装置。
背景技术
危岩崩塌是一种全球性泛生型山地灾害，存在部位具有隐蔽性，失稳破坏具有突发性，致灾后果具有灾难性，是山地城市和矿山居民集中活动区域及公路交通生命线建设及营运中普遍存在的突发性重大地质安全隐患。我国三分之二以上的国土面积为山区，是世界上受到危岩崩塌灾害最严重的国家之一。据统计，近十年来我国山地城市、矿山及公路沿线发生崩塌灾害5000余次，其中灾难性崩塌1000余次，占20%左右，死亡人数1600多人、直径经济损失400多亿元。如2007年11月，宜万铁路岩石崩塌事故造成31名遇难者；2004年06月19日，位于湖南张家界武陵源核心景区外的紫霞观景点发生一起岩石崩塌灾害事件，20多名在此游览的游客有3人死亡3人受伤；2007年11月20日发生在湖北省巴东县国道318线K1405高阳寨隧道边坡的灾难性崩塌事件，一辆车牌号为鄂Q20684的大客车被突发性崩塌体瞬间掩埋，车内31人全部遇难；2006年7月8日山西太原市襄汾溃坝和娄烦尖山铁矿崩滑灾害事件，死亡314人。2005年01月01日上午，南充市小佛乡九里半村四社突然发生岩石崩塌事故，刹那间，250立方米的大石头以排山倒海之势滚滚而下，把山下一座两层楼的民房砸得稀烂，一位80多岁的老人被砸成重伤。更令人担心的是，山体随时还有崩塌的可能，860多立方米的巨石已经裂开，直接威胁到山下10多户村民的人身和财产安全。
支撑、锚固、支撑-锚固联合、清除、拦石网、拦石墙、拦石栅栏、排水等危岩崩塌工程处理技术，遵循勘察、可行性分析、初步设计、施工图设计和施工等复杂的建设程序，处治准备时间长达3个月以上，施工工期更可长达1年以上。
突发性崩塌灾害应急安全警报是危岩崩塌应急减灾的重要举措，但国内外目前尚未取得实质性进展，难以提取合理、有效的突发性安全警报信息，尚未提出有效的安全警报方法。
发明内容
为了解决突发性崩塌灾害应急安全警报问题，本实用新型提出了一种突发性崩塌灾害应急安全警报装置，该警报装置由数据采集模块、信号放大模块、信号选择模块、A/D转换模块、数据处理模块、键盘和液晶显示模块及报警模块组成；所述的数据采集模块将采集到的岩石的应力信息传送给信号放大模块进行放大，放大后的信号送到信号选择模块对信号进行分时采集，分时采集的信号送入A/D转换模块转换成数字信息，再送入数据处理模块进行数据处理；数据处理模块分别与报警模块、键盘和液晶显示模块连接。
所述的数据采集模块为三维应力采集器，它由纵向开口的薄壁金属筒、多个压力传感器和填充于薄壁金属筒内的膨胀混凝土填芯构成，薄壁金属筒与膨胀混凝土填芯间设有防水压膜；压力传感器贴于薄壁金属筒的外壁；在薄壁金属筒上帖压力传感器处开设有小孔；在薄壁金属筒的内侧壁轴向布设有压力信号传输线；压力信号传输线起点设于相应的压力传感器位置处，穿过薄壁金属筒上的小孔与对应的压力传感器连接，压力信号传输线终点设置于薄壁金属筒顶部。所述的压力传感器沿薄壁金属筒的外表面轴向等距离布设，径向等角度布设，在薄壁金属筒的同一截面布设3个压力传感器。所述的键盘为4×4矩阵键盘。
本实用新型的有益技术效果是：由危岩稳定系数经有线通讯传输并解调以后的危岩崩塌信号，是进行突发性崩塌应急安全警报的重要原始信息，再结合危岩安全性评价标准，实时判识危岩所处的安全性态，将危岩的安全状态以声音、灯光等显示方式予以实时公布，及时指导防灾、减灾和应急避灾。
附图说明
图1为突发性崩塌应急安全警报装置图；
图2为三维应力采集器外部结构图；
图3为图2的A-B截面图；
图4为本实用新型的应用示意图。
附图中，三维应力采集器1，薄壁金属筒1-1、压力传感器1-2、膨胀混凝土填芯1-3、防水压膜1-4、压力信号传输线1-5，报警灯2，扬声器3，危岩体4、主控结构面5，L为薄壁金属筒1-1的长度、d为薄壁金属筒1-1的直径、L0为两个压力传感器1-2的中心距。
具体实施方式
参见图1，本实用新型突发性崩塌灾害应急安全警报装置，该警报装置由数据采集模块、信号放大模块、信号选择模块、A/D转换模块、数据处理模块、键盘和液晶显示模块及报警模块组成；所述的数据采集模块将采集到的岩石的应力信息传送给信号放大模块进行放大，放大后的信号送到信号选择模块对信号进行分时采集，分时采集的信号送入A/D转换模块转换成数字信息，再送入数据处理模块进行数据处理；数据处理模块分别与报警模块、键盘和液晶显示模块连接。所述的报警模块由报警灯2和扬声器3构成。
参见图2、图3，所述的数据采集模块为三维应力采集器1，它由纵向开口的薄壁金属筒1-1、多个压力传感器1-2和填充于薄壁金属筒1-1内的膨胀混凝土填芯1-3构成，薄壁金属筒1-1与膨胀混凝土填芯1-3之间设有防水压膜1-4；压力传感器1-2贴于薄壁金属筒1-1的外壁，沿薄壁金属筒1-1的外表面轴向等距离布设，径向等角度布设，在薄壁金属筒1-1的同一截面布设三个压力传感器1-2。在薄壁金属筒1-1上帖压力传感1-2处开设有小孔；在薄壁金属筒1-1的内侧壁轴向布设有压力信号传输线1-5；压力信号传输线1-5起点设于相应的压力传感器1-2位置处，穿过薄壁金属筒1-1上的小孔与对应的压力传感器1-2连接，压力信号传输线1-5终点设置于薄壁金属筒1-1顶部。
三维应力采集器1采集到的应力信号很小，为了提高测量的精确性，故把采集到的应力信号通过信号放大模块进行放大，仪用放大器AD621可作为信号放大模块对信号进行放大。
多个三维应力采集器1采集的是多路模拟信号，为了减少电路的复杂程度和成本，采用公共的模数转换电路，所以在对信号进行模数转换前用信号选择模块对信号进行分时采集。 CD4051是单8通道数字控制模拟开关，可满足本系统对信号进行分时采集的需要。
因为采用的处理器只能处理数字信号，而采集到的应力信号为模拟信号，故在处理器接收应力信号前将采集到的应力信号转换成处理器能够处理的数字信号，考虑到本系统需要采集的线路较多，而且需要的精度较高，故AD转换采用ADC0809芯片，ADC0809是具有8位8路的AD转换器，它能采集8路连续的电压。
本系统的数据处理，采用单片机AT89C51，AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器。通过单片机连接4×4矩阵键盘来接收输入，连接液晶来显示，连接ADC0809的数据输出线来接收转换后的电压值，连接报警灯2和扬声器3的驱动电路来控制显示不同的安全等级。
在系统中危岩稳定系数的计算中要用到主控结构面5贯通段长度、危岩主控结构面5端部岩石断裂韧度等参数，故本系统的输入采用4×4的矩阵键盘，为了便于输入我们加一个液晶来显示输入，液晶则用HGB12864，液晶的显示采用串行方式。
报警灯2选用LED汽车灯，根据危岩的四个安全等级，我们设置了绿、蓝、黄、红4种颜色的LED汽车灯，用不同颜色的LED汽车灯和扬声器3不同的组合来表示不同的安全等级。因为单片机的驱动能力有限，所以用单片机来控制驱动电路来驱动LED汽车灯和扬声器。
本系统上电后，单片机首先就进行初始化，然后检查键盘是否有输入，如果有输入则调用键盘扫描程序，读出输入的值并在液晶上显示出来，然后就进行应变信号采集；如果没有输入则直接进行应变信息采集，然后把采集到的应变力代入公式求出当前岩石的安全等级，然后通过控制LED汽车灯和扬声器来显示不同的安全等级。
图4为本实用新型的应用示意图，根据勘测资料指定的危岩，在其主控结构面5尖端区域按照一定规律布置钻孔三维应力采集器1，一般可采用梅花桩式或行列式布置，岩性较差时布设间距较小，岩性较好时适当增大布设间距。
每个三维应力采集器1，在安置在危岩体4内之前，将压力传感器1-2、防水压膜1-4、压力信号传输线1-5有效粘贴在开口的薄壁金属筒1-1上，并预先制定成直径略小于薄壁金属筒1-1的直径d的开口圆筒。
在观测区预设三维应力采集器1的部位实施钻孔，孔径略大于开口薄壁金属筒1-1，钻孔垂直于坡面地表。
钻孔清孔后，放入开口薄壁金属筒1-1，筒底端深入钻孔底部，顶端与地表齐平。
在开口薄壁金属筒1-1内浇筑混凝土，机械振捣，使混凝土密实，符合混凝土工程相关要求。
开口薄壁金属筒1-1内混凝土完全凝固后，将压力信号传输线1-5连接到信号放大模块，即可采集三维应力数据，有效提取最大应力值，并由断裂力学构建的危岩断裂稳定性分析方法，将危岩主控结构面端部岩石的断裂韧度与主控结构面联合断裂强度因子的比值（K ⅠC/K e）得到实时稳定系数，判断危岩体安全等级并给以报警。
本实用新型基于断裂力学构建的危岩断裂稳定性分析方法，将危岩主控结构面端部岩石的断裂韧度与主控结构面联合断裂强度因子的比值（KⅠC/Ke）定义为危岩稳定系数。由于主控结构面联合断裂强度因子具有实时性，则据此确定的危岩稳定系数也必然具有实时性，符合突发性崩塌应急安全警报目标。
Claims (4)
1.一种突发性崩塌灾害应急安全警报装置，其特征在于：该警报装置由数据采集模块、信号放大模块、信号选择模块、A/D转换模块、数据处理模块、键盘和液晶显示模块及报警模块组成；所述的数据采集模块将采集到的岩石的应力信息传送给信号放大模块进行放大，放大后的信号送到信号选择模块对信号进行分时采集，分时采集的信号送入A/D转换模块转换成数字信息，再送入数据处理模块进行数据处理；数据处理模块分别与报警模块、键盘和液晶显示模块连接。
2.根据权利要求1所述的突发性崩塌灾害应急安全警报装置，其特征在于：所述的数据采集模块为三维应力采集器（1），它由纵向开口的薄壁金属筒（1-1）、多个压力传感器（1-2）和填充于薄壁金属筒（1-1）内的膨胀混凝土填芯（1-3）构成，薄壁金属筒（1-1）与膨胀混凝土填芯（1-3）之间设有防水压膜（1-4）；压力传感器（1-2）贴于薄壁金属筒（1-1）的外壁；在薄壁金属筒（1-1）上帖压力传感器（1-2）处开设有小孔；在薄壁金属筒（1-1）的内侧壁轴向布设有压力信号传输线（1-5）；压力信号传输线（1-5）起点设于相应的压力传感器（1-2）位置处，穿过薄壁金属筒（1-1）上的小孔与对应的压力传感器（1-2）连接，压力信号传输线（1-5）终点设置于薄壁金属筒（1-1）顶部。
3.根据权利要求2所述的突发性崩塌灾害应急安全警报装置，其特征在于：所述的压力传感器（1-2）沿薄壁金属筒（1-1）的外表面轴向等距离布设，径向等角度布设，在薄壁金属筒（1-1）的同一截面布设三个压力传感器（1-2）。
4.根据权利要求1所述的突发性崩塌灾害应急安全警报装置，其特征在于：所述的键盘为4×4矩阵键盘。
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|---|---|---|---|---|
| CN106198924A (zh) * | 2016-06-27 | 2016-12-07 | 重庆大学 | 基于自适应采集频率的危岩监测系统及其风险评估方法 |
| CN108519478A (zh) * | 2018-05-30 | 2018-09-11 | 西安科技大学 | 大倾角工作面飞矸运动特性监测及破坏程度评价系统及方法 |
| CN113096360A (zh) * | 2021-04-21 | 2021-07-09 | 贵州大学 | 一种新型边坡固定监测预警器及分析监测方法 |
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